15多年来，Harborview Medical Center的烧伤患者在经历痛苦的换药过程或是其他治疗时，都会戴上头戴显示器玩虚拟现实游戏。

这款电脑驱动的设备使病人沉浸在另外一个现实中，即“冰雪世界”，在这个世界里，他们可以穿过结冰的峡谷，朝着雪人、企鹅和冰屋扔雪球。

这个体验非常吸引人，病人反应说它减少了他们的疼痛，使他们更能够忍受治疗过程。

现在UW研究人员想要更好地理解为什么虚拟现实体验可以做到这一点。

UW的麻醉与疼痛医学教授Dr. Sam Sharar说：“如果我们可以梳理出虚拟现实降低疼痛感知的生物学基础，我们应该可以使治疗过程更加高效。”

Sharar和同事Hunter Hoffman、DAVID Patterson以及Todd Richards已经利用功能性磁共振成像对勇敢的志愿者经历一个痛苦事件的同时玩游戏的大脑状态进行了一系列实验。

Human Photonics Lab的研究科学家Hoffman和UW的心理学教授Patterson在上世纪90年代研发了原始的SnowWorld系统。Richards是一个放射学教授，同时也是一个脑功能成像专家。Sharar对疼痛管理的非药物途径有着特别的兴趣。

为了观察在进行虚拟体验时大脑的哪个区域被激活，Hoffman设计了一个可以在由成像装置产生的强大磁场内操作的系统。利用非金属纤维光学显示图像，以及包含非磁性金属的控制装置，志愿者可以在扫描仪内在SnowWorld中嬉戏。

为了模拟烧伤患者在经历伤口清理或是物理治疗时可能会有的不舒适感，他们将一个发热装置贴在志愿者的皮肤上并且产生短暂的疼痛感。

Sharar说，这个这个产生疼痛的装置不会给志愿者造成伤害，它可以提供一个定制好的级别的疼痛，一个志愿者认为这个疼痛级别是6或者7，疼痛级别是十分制的，10是志愿者所体验过最疼的级别，6到7是可以影响志愿者的疼痛级别，但是也不是不能忍受的，而且没有持久的影响。

研究人员特别感兴趣的是大脑中五个疼痛处理区域中的神经活动，这五个区域是：岛叶、丘脑、前扣带皮层和两个体感皮层。这些区域组成了疼痛基质，而且在经历任何疼痛时都会持续激活，无论疼痛源是什么。

研究人员猜想是否虚拟现实游戏影响的大脑区域和阿片类镇痛药作用的区域是一样的。这些都是和吗啡有关的止痛药。仅仅是虚拟现实减轻病人对疼痛的感知并不足以使病人可以忍受烧伤治疗。所以在治疗过程中，病人通常还会服用一种阿片类药物，如氢吗啡酮。将虚拟现实和阿片类镇痛药结合起来使用比任意一种干预措施都有效。

在一次实验中，志愿者在四个条件下被送到扫描仪下：服用药物的同时玩SnowWorld；只玩SnowWorld；只服用药物；不服用药物也不玩虚拟现实游戏。

在志愿者只玩游戏或只服用药物的情况下，疼痛基质区域的活性比基准条件下（无处理措施时）低。但是在虚拟现实和阿片类药物结合时疼痛基质区域的活性更低。

基质右侧标出来的是大脑的五个区域；底部是不同的实验条件。橘红色越明亮，疼痛感越强烈。

Sharar说，一个可能的解释是玩SnowWorld造成大脑产生类似于阿片类化合物，称为内啡肽，作用于和阿片类药物相同的大脑感受器。内啡肽是由大脑产生的对疼痛的反应，被认为是产生由剧烈运动引起的良好感觉的原因，这种感觉即是所谓的“跑步者的兴奋”。

为了测试这些假设，研究人员进行了另一项实验：在虚拟现实痛觉缺失实验中反应良好的志愿者们在不同的两天里感受实验性疼痛。第一天他们在玩SnowWorld游戏时被随机分配服用安慰剂和大剂量的纳洛酮药物。

Naloxone阻断了大脑中阿片类药物的受体，用以保护服用大剂量海洛因的人。

Sharar说：“我们给他们超大剂量，如果你因过度服用海洛因而进医院，那么大概是这个剂量10倍。”

他们发现无论志愿者服用的是安慰剂还是纳洛酮，阵痛效果都是基本相同的。所以虚拟现实并没有经过大脑的阿片受体发挥作用。

这意味着另外的大脑回路被打开降低疼痛基质的活性，例如，那个任务需要集中注意力，如解答数学难题，因此可以减少疼痛的感觉。所以虚拟现实游戏沉浸式的体验可能是通过相似的方式产生作用。

一个特别设计的显示器让志愿者可以在由功能性核磁共振成像扫描监督的情况下体验虚拟现实。

Sharar说这一观察显示虚拟现实的效果可能被进一步提升，通过使其变得更加有吸引力实现。事实上，他们的实验室过去的研究显示拥有更好视觉效果、声音和互动性的游戏机在减轻疼痛感方面更加有效。

这个研究团队现在正专注于一个项目，该项目由美国国家卫生研究院（National Institutes of Health）资助，目的在于辨别疼痛感是否可以通过提高虚拟现实体验强度的药物进一步减轻。为了达到这个目的，UW团队刚刚完成了一系列涉及将虚拟现实和小剂量氯胺酮结合起来的实验，高剂量的氯胺酮被用作镇静剂、阵痛药和抗抑郁药。但是非常小剂量的氯胺酮可以增强视觉和声音的强度，这一效果使其成为非常受欢迎的娱乐药物。

Sharar说：“在这个实验中，我们给志愿者服用非常低剂量的氯胺酮。他们都不会注意到有任何影响。他们不会被镇静，也不会有麻醉效果，更不会注意到任何意识的提高。”然而，初步的证据显示确实在服用药物之后虚拟现实展现了一个更加引人入胜的体验和更好的镇痛效果。

Sharar和同事检查了氯胺酮研究的结果，并且很快将会利用功能性核磁共振成像技术完成一个类似的研究。Sharar说，初步结果现实氯胺酮可以增强虚拟现实减轻疼痛感的效果。他补充说道：“如果这一点证明是真的，我们或许能够在不改变硬件和软件，只改变用户的情况下增强虚拟现实的效果。”