輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment, MCI)是一種介于正常老化與早期老年癡呆的認(rèn)知衰退狀態(tài)， 其特征是有認(rèn)知功能損害但不影響社會(huì)功能和日常生活能力。研究指出，輕度認(rèn)知障礙患者存在空間導(dǎo)航障礙且患病率高達(dá)41.4%

。空間導(dǎo)航是指在熟悉或不熟悉的環(huán)境中找到道路的能力， 一些研究已經(jīng)證明基于評(píng)估空間導(dǎo)航能力篩選出輕度認(rèn)知障礙患者是有效的

。 評(píng)估輕度認(rèn)知障礙患者空間導(dǎo)航能力的方法較多，如問卷測(cè)試（紙-筆測(cè)試）、真實(shí)環(huán)境導(dǎo)航測(cè)試

。 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality,VR）技術(shù)的進(jìn)步，它被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療保健、教育以及肢體功能康復(fù)

。 虛擬現(xiàn)實(shí)被定義為“使用由計(jì)算機(jī)硬件和軟件創(chuàng)建的交互式模擬， 為用戶提供看起來或感覺類似置身于現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)會(huì)”

。 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估輕度認(rèn)知障礙患者的空間導(dǎo)航能力是目前的研究熱點(diǎn)，基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估空間導(dǎo)航能力早期發(fā)現(xiàn)具有阿爾茨海默?。╝lzheimer disease, AD）轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn)的輕度認(rèn)知障礙患者的研究越來越多， 理解空間導(dǎo)航缺陷在識(shí)別極有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榘柎暮Ｄ〉妮p度認(rèn)知障礙患者是很重要的，目前國內(nèi)尚無人開展基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（immersive VR, IVR）技術(shù)評(píng)估國人空間導(dǎo)航能力識(shí)別輕度認(rèn)知障礙患者方面的研究， 本研究主要綜述國外學(xué)者基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)空間導(dǎo)航能力的檢測(cè)以發(fā)現(xiàn)輕度認(rèn)知障礙患者的研究現(xiàn)狀。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分類

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心是創(chuàng)造沉浸感和在場感，沉浸感指的是用戶感知自己處于虛擬環(huán)境而不是真實(shí)世界的程度，它與軟件和硬件的設(shè)計(jì)有關(guān)

。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分為沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)和非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（non-immersive VR, NVR）。 在非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，虛擬環(huán)境顯示在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)顯示器上，交互僅限于使用鼠標(biāo)、 操縱桿或遠(yuǎn)程控制 （如電腦游戲）

。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)可以讓用戶的整個(gè)身體與周圍的環(huán)境進(jìn)行自然的互動(dòng)， 目前常用的設(shè)備是頭戴式顯示器（head-mounted display, HMD），虛擬環(huán)境根據(jù)患者的頭部或者身體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新， 通過多種感官通道(視覺和聽覺，甚至是觸覺和味覺)對(duì)嵌入的主體進(jìn)行實(shí)時(shí)刺激和交互，使輕度認(rèn)知障礙患者擁有更加真實(shí)的體驗(yàn)

。目前，用于評(píng)估輕度認(rèn)知障礙患者的空間導(dǎo)航能力的虛擬環(huán)境種類多， 如虛擬醫(yī)院、虛擬超市、虛擬城市和虛擬建筑

等。

數(shù)學(xué)運(yùn)算是在明晰運(yùn)算對(duì)象的基礎(chǔ)上，依據(jù)運(yùn)算法則解決數(shù)學(xué)問題的過程．主要包括：理解運(yùn)算對(duì)象，掌握運(yùn)算法則，探究運(yùn)算方向，選擇運(yùn)算方法，設(shè)計(jì)運(yùn)算程序，求得運(yùn)算結(jié)果等．?dāng)?shù)學(xué)運(yùn)算是數(shù)學(xué)活動(dòng)的基本形式，也是演繹推理的一種形式，是得到數(shù)學(xué)結(jié)果的重要手段[5]．研究發(fā)現(xiàn)，2018年的高考試題中很多都涉及到對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算素養(yǎng)的考查，下面以理科數(shù)學(xué)16題為例進(jìn)行分析．

2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估空間導(dǎo)航能力相較于傳統(tǒng)評(píng)估方法的優(yōu)勢(shì)

常見的傳統(tǒng)空間導(dǎo)航能力評(píng)估方法包括紙-筆測(cè)試和真實(shí)環(huán)境空間導(dǎo)航測(cè)試。 傳統(tǒng)的紙筆測(cè)試的形式是小規(guī)模的空間認(rèn)知測(cè)試，如韋氏積木測(cè)驗(yàn)、心理旋轉(zhuǎn)測(cè)驗(yàn)和Money 路線圖測(cè)試等

。 但是傳統(tǒng)的紙筆測(cè)試顯然缺乏現(xiàn)實(shí)世界導(dǎo)航的一個(gè)重要方面，即移動(dòng)

。 此外，紙筆測(cè)試側(cè)重于評(píng)估參與者使用鳥瞰世界的視角來學(xué)習(xí)和記住路線或位置的能力，而不是導(dǎo)航的能力

，故很難從紙筆測(cè)試的測(cè)量結(jié)果推斷出參與者在真實(shí)世界的空間導(dǎo)航表現(xiàn)。 基于真實(shí)環(huán)境的空間導(dǎo)航測(cè)試需要綁定到特定的室內(nèi)或室外環(huán)境，例如特定的醫(yī)院，這使現(xiàn)實(shí)世界的空間導(dǎo)航測(cè)試存在限制，一方面，在特定環(huán)境下驗(yàn)證的測(cè)試結(jié)果對(duì)其他臨床醫(yī)務(wù)人員的輔助判斷有限； 另一方面， 在現(xiàn)實(shí)世界的空間導(dǎo)航過程中很難控制許多潛在的干擾因素，如天氣狀況、交通和噪音

。 另外，參與者對(duì)測(cè)試環(huán)境的熟悉程度也會(huì)影響空間導(dǎo)航的測(cè)試結(jié)果， 一般表現(xiàn)為參與者對(duì)測(cè)試環(huán)境的熟悉程度越高，空間導(dǎo)航測(cè)試結(jié)果越好

，導(dǎo)致結(jié)果無法反映參與者真實(shí)的空間導(dǎo)航能力?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的空間導(dǎo)航測(cè)試應(yīng)用能彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的局限性，而且生態(tài)效度高、使用方便、用戶感興趣等。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用還可以根據(jù)臨床或研究需求進(jìn)行定制

。

3 基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的空間導(dǎo)航能力評(píng)估相較于基于非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

目前大多數(shù)研究應(yīng)用非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估輕度認(rèn)知障礙患者的空間導(dǎo)航能力，但是使用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估輕度認(rèn)知障礙患者的空間導(dǎo)航能力相對(duì)于非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有理論和操作上的優(yōu)勢(shì)。 首先，非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備在創(chuàng)造人機(jī)交互能力方面有限，缺乏運(yùn)動(dòng)或本體感覺反饋

。 其次，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備能夠排除外部視覺輸入和更新與頭部運(yùn)動(dòng)相關(guān)的模擬視覺環(huán)境來實(shí)現(xiàn)沉浸，這有助于整合前庭神經(jīng)、本體感覺和視覺信息，使其更接近真實(shí)世界的導(dǎo)航過程，而非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)

。

5.1 使用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)的開放競技場評(píng)估健康老年人、輕度認(rèn)知障礙患者和臨床前期阿爾茨海默病患者的空間導(dǎo)航能力 在日常生活中， 人們可以依靠自身運(yùn)動(dòng)信息即路徑整合進(jìn)行空間導(dǎo)航。Howett 等

比較了健康老年人、輕度認(rèn)知障礙患者和臨床前期阿爾茨海默病患者

的路徑整合能力。 參與者被要求沿著L 形的路徑向外走到3 個(gè)不同的位置，然后走回記憶中的第1 個(gè)位置，絕對(duì)距離誤差用來判斷參與者的空間導(dǎo)航能力。 結(jié)果顯示，輕度認(rèn)知障礙患者在導(dǎo)航任務(wù)中的絕對(duì)距離誤差明顯大于健康老年人（P＜0.01），比健康老年人的絕對(duì)距離誤差估計(jì)增加了（57.33±17.87）cm； 與輕度認(rèn)知障礙患者相比，臨床前期阿爾茨海默病患者表現(xiàn)出明顯更大的絕對(duì)距離誤差（P＜0.001），表明基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)的路徑整合任務(wù)能夠區(qū)分健康老年人、輕度認(rèn)知障礙患者和臨床前期阿爾茨海默病患者。

4 基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)評(píng)估和識(shí)別輕度認(rèn)知障礙患者的準(zhǔn)確性

Kim 等

設(shè)計(jì)了基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的RAM任務(wù)又稱頭戴式徑向臂迷宮（Radial Arm Maze with a Head-Mounted，HMD-RAM），參與者可以在迷宮中自由導(dǎo)航。為了證明基于頭戴式徑向臂迷宮評(píng)估空間導(dǎo)航能力的有效性，將其與以往的基于非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（基于平板顯示器）的導(dǎo)航成績進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，頭戴式徑向臂迷宮更有效地評(píng)估參與者的空間導(dǎo)航能力，參與者也表示在沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中有更高的沉浸感。Howett 等發(fā)現(xiàn)基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)空間導(dǎo)航任務(wù)有助于區(qū)分輕度認(rèn)知障礙患者和阿爾茨海默病患者，而且與傳統(tǒng)的神經(jīng)心理學(xué)測(cè)試[尤以蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估 （Montreal Cognitive Assessment,MoCA）量表使用最廣泛

]相比，具有較高的敏感性和特異性（均為92%）

。這些發(fā)現(xiàn)表明，頭戴式徑向臂迷宮在評(píng)估人類空間導(dǎo)航能力方面有價(jià)值并可能成為識(shí)別輕度認(rèn)知障礙患者的有用工具。

5 基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估輕度認(rèn)知障礙患者的空間導(dǎo)航能力

Tarnanas 等

通過虛擬博物館評(píng)估了參與者導(dǎo)航時(shí)的視覺空間工作記憶和執(zhí)行功能， 方法是要求參與者在記憶信息的基礎(chǔ)上定位虛擬博物館中的文物，并回憶細(xì)節(jié)和相關(guān)的時(shí)空背景。 結(jié)果表明，遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者識(shí)別文物所需總時(shí)間以及錯(cuò)誤次數(shù)與健康老年人相比有顯著差異， 且基于虛擬博物館區(qū)分遺忘型輕度認(rèn)知障礙與健康老年人的敏感性為100%以及特異性為98%。Tarnanas 等的研究與之前的研究結(jié)果一致

。2 項(xiàng)研究結(jié)果顯示基于虛擬博物館的導(dǎo)航任務(wù)能夠顯著區(qū)分遺忘型輕度認(rèn)知障礙參與者和健康老年人。

根據(jù)設(shè)計(jì)的3組試驗(yàn)，可得到試驗(yàn)結(jié)果見圖3～圖5。圖3～圖5中曲線顯示的是船舶減速概率隨船舶減速影響參數(shù)的變化關(guān)系，橫坐標(biāo)表示不同的船舶減速影響參數(shù)，縱坐標(biāo)為船舶減速概率。仿真試驗(yàn)結(jié)果采用2種方案統(tǒng)計(jì):一條曲線統(tǒng)計(jì)在整個(gè)仿真時(shí)間內(nèi)所有發(fā)生減速的船舶數(shù)目與總船舶數(shù)目的比值，該曲線反映的是在試驗(yàn)條件下航道內(nèi)的船舶減速狀況；另一條曲線在統(tǒng)計(jì)結(jié)果時(shí)不計(jì)入因船舶減速連鎖效應(yīng)影響下的減速船舶，該曲線用來驗(yàn)證船舶減速概率模型的精度。從圖3～圖5中可知:3艘船舶減速影響因子與船舶減速概率相關(guān)性較好，其取值的增加都會(huì)使航道內(nèi)發(fā)生減速的船舶比例增大。

在診斷符合情況方面,100例患者中,診斷符合78例,其概率為78.00%,缺鐵性貧血組、地中海貧血組數(shù)據(jù)對(duì)比性不佳,P>0.05,詳細(xì)情況如表二所示:

研究表明， 空間導(dǎo)航過程中常常涉及不同的導(dǎo)航策略， 尤以自我參照導(dǎo)航和環(huán)境參照導(dǎo)航最常見

。 在實(shí)際導(dǎo)航過程中，更傾向于混合參照導(dǎo)航，完整的空間導(dǎo)航涉及多種認(rèn)知功能，如空間記憶的形成過程中涉及到工作記憶；路線選擇、靈活導(dǎo)航等涉及執(zhí)行功能

。

5.2 使用虛擬博物館評(píng)估空間導(dǎo)航能力以區(qū)分遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者和健康老年人 根據(jù)患者是否發(fā)生記憶障礙，可將輕度認(rèn)知障礙分為遺忘型輕度認(rèn)知障礙（amnestic MCI, aMCI）和非遺忘型輕度認(rèn)知障礙（non-amnestic MCI, naMCI），遺忘型輕度認(rèn)知障礙包括單域遺忘型輕度認(rèn)知障礙 （single-domain aMCI,sd-aMCI）和多域遺忘型輕度認(rèn)知障礙（multipledomain aMCI, md-aMCI），遺忘型輕度認(rèn)知障礙有更大的可能性發(fā)展為阿爾茨海默病

。

5.3 使用虛擬迷宮和城市路線任務(wù)評(píng)估空間導(dǎo)航能力以區(qū)分遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者和健康老年人da Costa RQM 等為了評(píng)估參與者空間導(dǎo)航能力而設(shè)計(jì)了虛擬空間定向測(cè)試 （spatial orientation in immersive virtual environment test, SOIVET），虛擬空間定向測(cè)試任務(wù)包括虛擬空間定向測(cè)試迷宮和虛擬空間定向測(cè)試路線， 虛擬空間定向測(cè)試迷宮中沒有設(shè)置地標(biāo)， 參與者可以使用自我參照導(dǎo)航策略探索他們的周圍環(huán)境， 以正確轉(zhuǎn)彎的總數(shù)作為參與者空間導(dǎo)航的成績。 虛擬空間定向測(cè)試路線任務(wù)用于評(píng)估遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者的環(huán)境參照導(dǎo)航能力，虛擬空間定向測(cè)試路線任務(wù)是以圣保羅大學(xué)診所醫(yī)院中央研究所大廳為模板建立的虛擬環(huán)境，參與者首先學(xué)習(xí)路線，隨后其被要求單獨(dú)重復(fù)相同的路線，以是否以正確順序訪問所有地點(diǎn)評(píng)價(jià)參與者的空間導(dǎo)航能力。 結(jié)果表明，虛擬空間定向測(cè)試任務(wù)能夠顯著識(shí)別遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者（P＜0.01）

。

專家和嘉賓的熱情參與，無疑讓我們對(duì)中國制造的未來充滿了信心，也明確了進(jìn)一步發(fā)展的方向和改革創(chuàng)新的路徑。

5.4 使用虛擬迷宮和社區(qū)任務(wù)評(píng)估空間導(dǎo)航能力以區(qū)分不同類型的輕度認(rèn)知障礙患者 1 項(xiàng)研究進(jìn)一步創(chuàng)造了區(qū)分不同亞型遺忘型輕度認(rèn)知障礙的虛擬環(huán)境，即Mohammadi 等

設(shè)計(jì)的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)迷宮和社區(qū)任務(wù)， 讓20 例輕度阿爾茨海默?。╩ild Alzheimer’s disease，miAD）、30 例單域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者、30 例多域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者以及30 例健康老年人進(jìn)行虛擬導(dǎo)航任務(wù)（virtual reality navigation task，VRNT）測(cè)試，虛擬導(dǎo)航任務(wù)中的社區(qū)任務(wù)和迷宮任務(wù)分別評(píng)估參與者的環(huán)境參照導(dǎo)航能力和自我參照導(dǎo)航能力， 虛擬導(dǎo)航任務(wù)設(shè)計(jì)有2 個(gè)虛擬環(huán)境：鄰域和迷宮，分別用于評(píng)估自我參照導(dǎo)航能力和環(huán)境參照導(dǎo)航能力，兩種環(huán)境之間的主要區(qū)別在于迷宮中缺乏導(dǎo)航地標(biāo)。 使用正確回答次數(shù)和完成任務(wù)的時(shí)間衡量參與者的空間導(dǎo)航性能。結(jié)果顯示，單域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者、多域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者以及輕度阿爾茨海默病患者的自我參照導(dǎo)航能力比環(huán)境參照導(dǎo)航能力受損更嚴(yán)重， 單域遺忘型輕度認(rèn)知障礙組與健康老年人空間導(dǎo)航能力差異并不顯著， 但單域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者的空間導(dǎo)航表現(xiàn)明顯優(yōu)于多域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者和輕度阿爾茨海默病患者，故利用虛擬導(dǎo)航任務(wù)測(cè)試可以區(qū)分單域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者， 多域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者和輕度阿爾茨海默病患者。

6 展望

本文綜述了評(píng)估輕度認(rèn)知障礙患者空間導(dǎo)航能力的方法， 包括基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和傳統(tǒng)的評(píng)估方法。重點(diǎn)介紹了基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的空間導(dǎo)航任務(wù)識(shí)別輕度認(rèn)知障礙患者的準(zhǔn)確性及其方法。幾項(xiàng)研究顯示，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)開放競技場任務(wù)能夠區(qū)分健康老年人、輕度認(rèn)知障礙患者和臨床前期阿爾茨海默病患者；沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)博物館和虛擬空間定向測(cè)試任務(wù)能夠區(qū)分遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者和健康老年人；虛擬導(dǎo)航任務(wù)能夠?qū)斡蜻z忘型輕度認(rèn)知障礙患者與多域遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者和輕度阿爾茨海默病區(qū)分開來。這些研究已經(jīng)證明沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)可以成為檢測(cè)空間導(dǎo)航能力的敏感評(píng)估工具，即沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)在評(píng)估和區(qū)分輕度認(rèn)知障礙方面具有顯著的鑒別潛力。雖然國外已有研究證明基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估空間導(dǎo)航能力能夠識(shí)別輕度認(rèn)知障礙患者，但是鑒于國內(nèi)尚無人開展基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)評(píng)估空間導(dǎo)航能力以識(shí)別輕度認(rèn)知障礙患者的研究，無法確定基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是否能正確評(píng)估輕度認(rèn)知障礙患者的空間導(dǎo)航能力的改變規(guī)律，故在國內(nèi)外的臨床應(yīng)用方面還需進(jìn)一步研究。 此外， 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備還有待改進(jìn)，使之變得更便宜，也進(jìn)一步降低模擬器病

，模擬器病的減少可通過減輕視野限制，升高圖像質(zhì)量和幀率來實(shí)現(xiàn)。

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