无法在实验室里研究人类行为？VR技术来解决

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在实验室研究人类行为具有挑战性，通常人们采用啮齿动物作为实验模型。最近在 BMC Biology上发表的一项研究应用虚拟现实（VR）实验装置来更好地了解人类真实的行为。在本文中，该研究的主要作者Johannes Fuß向我们介绍了这项研究的情况。

Johannes Fuß

行为学研究往往很难在实验室环境条件控制下检测人类的真实行为。研究者通常不得不转而依靠观察诸如身体反应这样细小的动作来代替，或者完全跳过人类层面，取而代之地观察啮齿动物的行为。研究者可以将啮齿动物置于人类无法进入的环境中，并在这一受控的环境中观察其行为。

但是，这测量的是啮齿动物的行为，尚不确定这些结果是否适用于人类。 为了更深入地了解啮齿动物的行为学数据如何转化至人类，我和同事们在人类中研究了最突出的啮齿动物行为之一，即高架十字迷宫（EPM）实验，这项研究最近发表在BMC Biology上。

针对人类的高架十字迷宫实验结合了现实世界中的木制十字迷宫，并经虚拟现实技术对其进行强化

当存在焦虑的情况下（例如，面对威胁时），哺乳动物往往会以一种共同的方式调整其行为。如果该动物与威胁之间隔着一段较大的距离，那么其可以首先表现出行为抑制（减少活动），然后会评估威胁的危险程度，并对其进行充分的探究。当威胁靠近时，它可以进行攻击、保持不动或者逃走。具体采用哪种反应，取决于其当时的焦虑程度。

数十年来，行为生物学家们在标准实验条件下测量了啮齿动物的行为反应，以试图测量他们的焦虑程度。其中最著名的实验之一便是高架十字迷宫实验，在该实验中将啮齿动物置于距离地面较高、具有两个开放臂和两个闭合臂的迷宫中。在这种环境中，啮齿动物会倾向于躲避高悬的开放臂，因此，它们花费在厌恶的开放臂上的时间可作为评估其焦虑程度的一个标志。焦虑程度低的啮齿动物会花费更多的时间在开放臂上，而高度焦虑的啮齿动物则会躲避在闭合臂中。

在精神病学研究中，往往利用上述实验来研究药物、遗传操纵和环境因素如何影响啮齿动物的焦虑程度。虽然通常认为这些实验发现也适用于人类，但是鉴于以往没有在人类中开展过类似的实验，因此也就无从考证，从而使得转化研究复杂化。

话说回来，通常很容易通过行为层面来观察人类的焦虑程度，试想一下，人在黑暗的小巷里会疾步如飞，或者在高耸的悬崖上会颤抖双腿，这些场景是最熟悉不过的了。但是，在实验室环境中很难设置出这样的实验场景来研究人类的焦虑行为。

虽然很容易在行为层面上观察人的焦虑程度，但是我们却苦于无法为此设置出行为学实验。比如上面提及的黑暗小巷和高耸的悬崖，这些我们再熟悉不过的场景却无法在实验室环境中重现，另外，按照人的体型设置大型的高架十字迷宫实验也会带来后勤方面的问题，并且存在安全隐患。据我们所知，还没有研究者在人类中尝试过这项实验。

为了最终能够拥有同样可靠的工具来检测人的焦虑程度，我们开发出了一种针对人类的高架十字迷宫测试。我们研究的初衷是要测量人类的实际行为，并试图找到一种能够在任何普通规模的实验室里实施、对受试者或研究人员安全的测试方法。

受试者可以在虚拟环境中自由移动，他们在现实世界中的行为也会被追踪。

在我们开发的高架十字迷宫测试中，要求受试者站在一个3.5米×3.5米的木制十字架上，同时为其佩戴虚拟现实的耳机来模拟从十字架边缘下坠50米（该十字架的实际高度为20厘米）的场景。我们使用混合的现实环境：除虚拟现实设置之外，我们还加入了现实世界中的感受（例如用吹风机吹风），这样受试者不仅能看到，还能深入其境地感受到虚拟环境。有趣的是，我们中有些参与了高架十字迷宫测试的开发而且以往并不恐高的人，当面对虚拟的鸿沟时，也还是会被吓得僵住或者颤抖。

这样一来，我们便能够通过这项针对人类的高架十字迷宫测试来研究受试者的行为了。通过运动追踪，我们一共分析了150多位受试者在高架十字迷宫测试中的行为。有趣的是，我们发现反映人类焦虑程度的参数与啮齿动物中的参数相同（例如，待在能看见50米下坠场景的“开放”臂上的总时间）。

在我们所开展的这项实验中，这些参数与主观焦虑评分和焦虑相关性状存在关联，并且对选择性改变焦虑相关行为的药物敏感。此外，我们发现参与者的应激系统在激素和生理水平上均被强烈激活，这证实了受试者在虚拟环境中处于紧张和焦虑状态。因此，即使他们很清楚这只是实验室测试，但是他们的焦虑感受是真实的，并且他们的行为应答反映了其焦虑程度。

我们相信这项行为学实验将会推动精神病学领域转化研究的发展。精神疾病表现在两个相关领域：人的思想和人的行为。然而，至今很少有人在实验室里研究过精神疾病的相关行为。例如，对焦虑症而言，一个标志性症状是回避潜在威胁。现在，我们可以通过针对人类的高架十字迷宫测试来量化这种回避行为，并将其与一些神经生物学研究发现关联起来。

我们期望针对人类的高架十字迷宫测试和后续开发的其他实验，能够帮助了解相关行为表型的特征。研究人员将不再依赖于问卷或其他替代方法，而是直接观察人类的实际行为。在临床研究中，行为学结果将会与主观报告的症状一起作为主要终点，或者甚至替代主观报告的症状单独作为主要终点。这意味着，虚拟现实技术会将我们带进人类行为学研究的新时代，当前的高架十字迷宫实验仅仅是一个开端。