應用教學
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為什麼要在神經科學中使用虛擬實境？- Noldus
NOV 26 ,2025
以下節自 Noldus' Behavioral Research Blog - Why use Virtual Reality in Neurosciences? by Stéphane Besnard
這篇文章由 Stéphane Besnard 教授所撰寫，他和法國康城諾曼第大學（Université Caen-Normandie）的團隊們開發了一種可用於在虛擬實境環境中測量認知功能的工具。
為什麼要在神經科學中使用虛擬實境？
虛擬實境或許能成為在沉浸式環境中進行校正或標準化複雜任務的一種簡易方式。那麼研究人員該如何輕鬆地應用虛擬實境呢？
研究人類的行為極具挑戰性，尤其是在自然或真實環境中進行研究時更是如此。例如，研究社交互動、探討工作區域的人體工學，或是在家中監測患者的狀態以進行後續追蹤或相關疾病症狀的早期篩檢等等。這類研究目前仍面臨到許多障礙，例如技術上的瓶頸、高昂的成本以及缺乏標準化等的問題。
測量特定且複雜的大腦功能
當我們想測試更特定且複雜的腦功能，例如空間認知、多工處理能力、或認知負荷時，又會面臨到其他限制。目前使用的工具，例如問卷（「你是否經常在城市中迷路呢？」），往往不太可靠、敏感度低，而且也無法量化其中可能涉及到的各種主觀因素。
虛擬實境（VR）或許能為神經科學研究提供一個極具潛力的折衷方案。事實上，虛擬實境現在可能成為在沉浸式環境中進行校正或標準化複雜任務的一種簡便的方式。然而，研究人員要如何才能輕鬆應用 VR 呢？
虛擬實境迷宮（VR Maze）的起源和現今應用
幾年前，我們的研究團隊出於將前庭功能障礙患者的空間記憶缺陷與我們建立的前庭功能缺損動物模型進行比較的需求，開始了這項研究。前庭功能障礙患者有時會遭受到認知障礙方面的困擾（例如，定向障礙、方向感喪失、自我認知障礙，甚至可能出現類似精神疾病的症狀），而這些症狀通常在臨床上，醫師們不一定會進行常規的檢查。
雖然我們可以輕易在經過校正的實體迷宮（如 T 迷宮、Y 迷宮、八向迷宮與 Morris 水迷宮）中測試動物模型，但卻沒有能與之相對應的人類評估方式。目前的神經心理學測驗敏感度稍嫌不足，也無法與囓齒動物的測驗結果進行比較。
在缺乏商業解決方案的情況下，我們一直未能找到更複雜的 2D 和 3D 測試方法。因此，我們與虛擬實境部門合作，開發了三個類似於囓齒動物迷宮的 3D 虛擬實境測試。之後，我們便對對照組受試者進行了驗證，以確認這些測試能夠評估方向感和空間記憶學習能力。
開發進一步研究前庭病變的研究方案
接下來，我們制定了相關方案，用於研究患有前庭病變患者的特定定向障礙。前庭系統是負責重力與運動知覺的感覺器官。在前庭病變或微重力條件下，前庭器官的受器會受損或暫時失去功能。例如，太空人在太空飛行時就會出現這種情況，他們的空間定向能力會受損。我們制定了相關方案流程，用於在拋物線飛行期間測試受試者在微重力環境中的注意力和空間定向能力。
在微重力研究中，我們更著重於人類在極端環境下的適應性。因此，我們需要深入探索複雜的大腦功能，並採用個體橫斷面研究方法，將生理參數、情緒和認知功能等各方面進行全面評估。
目前，該研究已擴展至在科學考察期間對認知、生理功能和運動活動進行研究，結合定量參數（心率、肌電活動或姿勢/平衡控制）、心理量表和 VR Maze 的 3D虛擬實境測試（情緒和空間認知）。
什麼是 VR Maze？
VR Maze 是一款軟體解決方案，它使研究人員無需具備資訊圖表和程式設計的專業知識，即可在互動式 3D 虛擬環境中輕鬆設計任何 2D 或 3D 實驗流程。 VR Maze 可將任務顯示在電腦螢幕、虛擬實境頭戴式裝置或複雜的洞穴式系統（Cave-type system）/沉浸式環境系統中。
我們開發此工具目的在於對大腦功能（認知、情緒、注意力、記憶力等）的表現或缺陷進行無限制的評估。它能夠將問卷式評估與使用2D和3D測試的評估相互結合。
VR Maze 提供與囓齒動物實驗相同的測試（例如 Morris 水池、八分支迷宮、倒 T 型迷宮等），並以 2D 與 3D 呈現，使利用動物模型進行研究的研究單位能夠進一步進行人體和患者的研究。此外，VR Maze 也能在實驗室中模擬真實環境，亦可直接在極端環境下運作。
測量多種變項
VR Maze 的分析模組整合了 VR 測試中的所有變項，例如：
- 反應時間
- 頭部位置
- 步行速度
- 注視位置
- 錯誤數量
- 虛擬和實體軌跡
這些變數可以與資料擷取系統（如NoldusHub 行為研究整合平台、The Observer® XT 觀察家行為觀察軟體）同步記錄的資料結合（如 ECG、EMG、EEG、重心壓力等），並可同步於刺激模組（如前庭感覺刺激）。所有記錄的數據隨後會根據需要進行過濾和比較，進而產生高度精準的結果。
可以產生哪些環境？
VR Maze 現已開放，可根據使用者需求建立特定環境。從用於研究空間記憶和定向能力的簡單迷宮，到用於評估復健或催眠療效的情境，再到特定的職業專用環境，應有盡有。
VR 迷宮目標是突破人類在多個領域的行為探索極限，應用領域包括：
- 研究
- 健康
- 復健
- 神經行銷
- 安全
- 國防
範例情境參考如下：
用於空間導航和記憶的3D古代場景
用於評估或恐懼症後群減敏的情緒測試
用於訓練學習或測試的虛擬醫療環境
用於特定專業訓練和空間策略的虛擬船艙
VR Maze 能提供什麼？
您是否需要一套預先設計好的實驗典範（警覺性測試、決策、3D 迷宮等），但又沒有電腦開發團隊來掌握這些軟體呢？ VR Maze 提供這項專業技術，它包含一套完整、強大且易於使用的軟體套組。
VR Maze 也提供專業服務，包括客製化的電腦與電腦圖形開發、快速開發流程、以及與客戶需求一致的專案管理，並在研究期間提供持續支援。VR Maze 適用於多種領域，如：認知、情緒、運動策略、認知負荷、身心復健、恐懼症、心理運動學、神經行銷、模擬等許多面向。
目的在提供一個涵蓋廣泛領域的工具：從神經科學基礎研究到人類適應性研究，從臨床評估到 VR 治療方案，從學習和選擇過程到心理負荷評估。
References
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