15多年來，Harborview Medical Center的燒傷患者在經(jīng)歷痛苦的換藥過程或是其他治療時，都會戴上頭戴顯示器玩虛擬現(xiàn)實游戲。

這款電腦驅(qū)動的設(shè)備使病人沉浸在另外一個現(xiàn)實中，即“冰雪世界”，在這個世界里，他們可以穿過結(jié)冰的峽谷，朝著雪人、企鵝和冰屋扔雪球。

這個體驗非常吸引人，病人反應(yīng)說它減少了他們的疼痛，使他們更能夠忍受治療過程。

現(xiàn)在UW研究人員想要更好地理解為什么虛擬現(xiàn)實體驗可以做到這一點。

UW的麻醉與疼痛醫(yī)學教授Dr. Sam Sharar說：“如果我們可以梳理出虛擬現(xiàn)實降低疼痛感知的生物學基礎(chǔ)，我們應(yīng)該可以使治療過程更加高效。”

Sharar和同事Hunter Hoffman、David Patterson以及Todd Richards已經(jīng)利用功能性磁共振成像對勇敢的志愿者經(jīng)歷一個痛苦事件的同時玩游戲的大腦狀態(tài)進行了一系列實驗。

Human Photonics Lab的研究科學家Hoffman和UW的心理學教授Patterson在上世紀90年代研發(fā)了原始的SnowWorld系統(tǒng)。Richards是一個放射學教授，同時也是一個腦功能成像專家。Sharar對疼痛管理的非藥物途徑有著特別的興趣。

為了觀察在進行虛擬體驗時大腦的哪個區(qū)域被激活，Hoffman設(shè)計了一個可以在由成像裝置產(chǎn)生的強大磁場內(nèi)操作的系統(tǒng)。利用非金屬纖維光學顯示圖像，以及包含非磁性金屬的控制裝置，志愿者可以在掃描儀內(nèi)在SnowWorld中嬉戲。

為了模擬燒傷患者在經(jīng)歷傷口清理或是物理治療時可能會有的不舒適感，他們將一個發(fā)熱裝置貼在志愿者的皮膚上并且產(chǎn)生短暫的疼痛感。

Sharar說，這個這個產(chǎn)生疼痛的裝置不會給志愿者造成傷害，它可以提供一個定制好的級別的疼痛，一個志愿者認為這個疼痛級別是6或者7，疼痛級別是十分制的，10是志愿者所體驗過最疼的級別，6到7是可以影響志愿者的疼痛級別，但是也不是不能忍受的，而且沒有持久的影響。

研究人員特別感興趣的是大腦中五個疼痛處理區(qū)域中的神經(jīng)活動，這五個區(qū)域是：島葉、丘腦、前扣帶皮層和兩個體感皮層。這些區(qū)域組成了疼痛基質(zhì)，而且在經(jīng)歷任何疼痛時都會持續(xù)激活，無論疼痛源是什么。

研究人員猜想是否虛擬現(xiàn)實游戲影響的大腦區(qū)域和阿片類鎮(zhèn)痛藥作用的區(qū)域是一樣的。這些都是和嗎啡有關(guān)的止痛藥。僅僅是虛擬現(xiàn)實減輕病人對疼痛的感知并不足以使病人可以忍受燒傷治療。所以在治療過程中，病人通常還會服用一種阿片類藥物，如氫嗎啡酮。將虛擬現(xiàn)實和阿片類鎮(zhèn)痛藥結(jié)合起來使用比任意一種干預(yù)措施都有效。

在一次實驗中，志愿者在四個條件下被送到掃描儀下：服用藥物的同時玩SnowWorld;只玩SnowWorld;只服用藥物;不服用藥物也不玩虛擬現(xiàn)實游戲。

在志愿者只玩游戲或只服用藥物的情況下，疼痛基質(zhì)區(qū)域的活性比基準條件下(無處理措施時)低。但是在虛擬現(xiàn)實和阿片類藥物結(jié)合時疼痛基質(zhì)區(qū)域的活性更低。

虛擬現(xiàn)實-疼痛感-大腦

基質(zhì)右側(cè)標出來的是大腦的五個區(qū)域;底部是不同的實驗條件。橘紅色越明亮，疼痛感越強烈。

Sharar說，一個可能的解釋是玩SnowWorld造成大腦產(chǎn)生類似于阿片類化合物，稱為內(nèi)啡肽，作用于和阿片類藥物相同的大腦感受器。內(nèi)啡肽是由大腦產(chǎn)生的對疼痛的反應(yīng)，被認為是產(chǎn)生由劇烈運動引起的良好感覺的原因，這種感覺即是所謂的“跑步者的興奮”。

為了測試這些假設(shè)，研究人員進行了另一項實驗：在虛擬現(xiàn)實痛覺缺失實驗中反應(yīng)良好的志愿者們在不同的兩天里感受實驗性疼痛。第一天他們在玩SnowWorld游戲時被隨機分配服用安慰劑和大劑量的納洛酮藥物。

Naloxone阻斷了大腦中阿片類藥物的受體，用以保護服用大劑量海洛因的人。

Sharar說：“我們給他們超大劑量，如果你因過度服用海洛因而進醫(yī)院，那么大概是這個劑量10倍。”

他們發(fā)現(xiàn)無論志愿者服用的是安慰劑還是納洛酮，陣痛效果都是基本相同的。所以虛擬現(xiàn)實并沒有經(jīng)過大腦的阿片受體發(fā)揮作用。

這意味著另外的大腦回路被打開降低疼痛基質(zhì)的活性，例如，那個任務(wù)需要集中注意力，如解答數(shù)學難題，因此可以減少疼痛的感覺。所以虛擬現(xiàn)實游戲沉浸式的體驗可能是通過相似的方式產(chǎn)生作用。

虛擬現(xiàn)實-功能性磁共振成像

一個特別設(shè)計的顯示器讓志愿者可以在由功能性核磁共振成像掃描監(jiān)督的情況下體驗虛擬現(xiàn)實。

Sharar說這一觀察顯示虛擬現(xiàn)實的效果可能被進一步提升，通過使其變得更加有吸引力實現(xiàn)。事實上，他們的實驗室過去的研究顯示擁有更好視覺效果、聲音和互動性的游戲機在減輕疼痛感方面更加有效。

這個研究團隊現(xiàn)在正專注于一個項目，該項目由美國國家衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health)資助，目的在于辨別疼痛感是否可以通過提高虛擬現(xiàn)實體驗強度的藥物進一步減輕。為了達到這個目的，UW團隊剛剛完成了一系列涉及將虛擬現(xiàn)實和小劑量氯胺酮結(jié)合起來的實驗，高劑量的氯胺酮被用作鎮(zhèn)靜劑、陣痛藥和抗抑郁藥。但是非常小劑量的氯胺酮可以增強視覺和聲音的強度，這一效果使其成為非常受歡迎的娛樂藥物。

Sharar說：“在這個實驗中，我們給志愿者服用非常低劑量的氯胺酮。他們都不會注意到有任何影響。他們不會被鎮(zhèn)靜，也不會有麻醉效果，更不會注意到任何意識的提高。”然而，初步的證據(jù)顯示確實在服用藥物之后虛擬現(xiàn)實展現(xiàn)了一個更加引人入勝的體驗和更好的鎮(zhèn)痛效果。

Sharar和同事檢查了氯胺酮研究的結(jié)果，并且很快將會利用功能性核磁共振成像技術(shù)完成一個類似的研究。Sharar說，初步結(jié)果現(xiàn)實氯胺酮可以增強虛擬現(xiàn)實減輕疼痛感的效果。他補充說道：“如果這一點證明是真的，我們或許能夠在不改變硬件和軟件，只改變用戶的情況下增強虛擬現(xiàn)實的效果。”