虛擬現實為什么可以緩解疼痛？

15多年來，Harborview Medical Center的燒傷患者在經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實游戲。

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

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

現在UW研究人員想要更好地理解為什么虛擬現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實降低疼痛感知的生物學基礎，我們應該可以使治療過程更加高效。”

Sharar和同事Hunter Hoffman、David Patterson以及Todd Richards已經利用功能性磁共振成像對勇敢的志愿者經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設計了一個可以在由成像裝置產生的強大磁場內操作的系統(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在SnowWorld中嬉戲。

為了模擬燒傷患者在經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生短暫的疼痛感。

Sharar說，這個這個產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，而且在經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的止痛藥。僅僅是虛擬現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。將虛擬現實和阿片類鎮(zhèn)痛藥結合起來使用比任意一種干預措施都有效。

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。但是在虛擬現實和阿片類藥物結合時疼痛基質區(qū)域的活性更低。

虛擬現實-疼痛感-大腦

基質右側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造成大腦產生類似于阿片類化合物，稱為內啡肽，作用于和阿片類藥物相同的大腦感受器。內啡肽是由大腦產生的對疼痛的反應，被認為是產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，研究人員進行了另一項實驗：在虛擬現實痛覺缺失實驗中反應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。所以虛擬現實并沒有經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的活性，例如，那個任務需要集中注意力，如解答數學難題，因此可以減少疼痛的感覺。所以虛擬現實游戲沉浸式的體驗可能是通過相似的方式產生作用。

虛擬現實-功能性磁共振成像

一個特別設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實。

Sharar說這一觀察顯示虛擬現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。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實和小劑量氯胺酮結合起來的實驗，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，初步的證據顯示確實在服用藥物之后虛擬現實展現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果，并且很快將會利用功能性核磁共振成像技術完成一個類似的研究。Sharar說，初步結果現實氯胺酮可以增強虛擬現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實的效果。”