Virtuelle Naturumgebungen für Soldatinnen und Soldaten mit einer Posttraumatischen Belastungsstörung – mit welcher Technik sollen sie dargeboten werden?

Thiemo Knaust1 , Helge Höllmer1

1 Zentrum für Seelische Gesundheit, Bundeswehrkrankenhaus Hamburg

Hintergrund

Die Jahresberichte der Wehrbeauftragten zeigen, dass die Anzahl der jährlichen neuerkrankten Personen mit einer einsatzassoziierten psychischen Störung auf einem gleichbleibenden hohen Niveau ist [1]. Kohärent hierzu steigt die Gesamtanzahl zu versorgender Soldatinnen und Soldaten kontinuierlich. Die Berichte heben hervor, dass sich einsatzassoziierte psychische Erkrankungen nicht kurzfristig therapieren lassen und sich eine Behandlung häufig über mehrere Jahre erstreckt. Das Bild der Posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS) stellt innerhalb der einsatzassoziierten psychischen Erkrankungen nicht nur eine besondere Herausforderung dar, sondern ist auch seit mehreren Jahren die am häufigsten auftretende psychische Erkrankung in diesem besonderen Kontext [1]. Eine Beobachtung, die auch international geteilt wird. So berichten immer mehr Länder von dem Phänomen der therapieresistenten PTBS – speziell bei Militärangehörigen [2][4]. Aufgrund der kontinuierlich steigenden Anzahl an einsatzassoziierten psychischen Erkrankungen in den Bundeswehrkrankenhäusern und dem zunehmenden internationalen Stellenwert der therapieresistenten PTBS gibt es einen Bedarf an innovativen Versorgungsformen. Eine Möglichkeit stellt der adjuvante Einsatz von immersiv dargebotenen Entspannungsinterventionen, wie z. B. virtuellen Naturumgebungen, dar [4].

Immersion beschreibt dabei die technischen Eigenschaften der virtuellen Umgebung, welche sich aus dem Zusammenspiel zwischen Hard- und Software ergeben und systematisch mit der Inclusiveness, Extensiveness, Surrounding und Vividness beschrieben werden können [5]. Mit Inclusiveness wird dargestellt, inwiefern die reale Umgebung durch die Technik substituiert bzw. ersetzt wird. Wie viele Sinne durch die Technik angesprochen werden, konkretisiert Extensiveness. Surrounding gibt das Sichtfeld des Nutzenden wieder und wird mit dem Field-of-View erfasst. Die technischen Charakteristika wie hohe Auflösung der virtuellen Umgebung, realistische und lebendige Gestaltung sowie Interaktionsmöglichkeiten (z. B. Three Degrees of Freedom, 3DoF vs. Six Degrees of Freedom, 6DoF) lassen sich unter dem Begriff Vividness zusammenfassen.

Allgemein gilt der stressreduzierende Effekt von realen Naturumgebungen auf das psychische und physische Wohlbefinden als gesichert [6]. Für virtuelle Naturumgebungen ist eine Grundannahme, dass diese bei Darbietung mittels immersiver Technologie realen Naturum­gebungen ähneln und deshalb auch vergleichbare Entspannungseffekte erwartet werden können [3]. Allerdings ist anhand der bestehenden Datenlage eine gesicherte empirische Schlussfolgerung, ob und wie sich immersive von realen Naturumgebungen unterscheiden, noch nicht möglich. Bisherige Studien fanden zwar überwiegend nicht-signifikante Unterschiede hinsichtlich des psychischen und physischen Wohlbefindens zwischen immersiv dargebotenen im Vergleich zu realen Naturumgebungen; allerdings waren die Teststärken dieser Studien nicht ausreichend hoch, um Äquivalent- und/oder Nicht-Unterlegenheitshypothesen gesichert nachweisen zu können [3][4]. Unabhängig davon ist der Zugang zu realen Naturumgebungen, besonders während der stationären Versorgung psychischer Störungsbilder in Großstadtkrankenhäusern sowie der Abhängigkeit dieser Therapiemethode von der Witterung und jahreszeitlichen Bedingungen, stark limitiert. Speziell unter solchen Rahmenbedingungen zeigt sich das Potenzial immersiv dargebotener Naturumgebungen, da die unterschiedlichsten Naturumgebungen über ein Head-Mounted Display (HMD) (nahezu) ortsunabhängig präsentiert werden können. Zudem könnten sie zeitlich flexibel, zum Beispiel beim intrusiven Wiedererleben in der Nacht, und unbegrenzt oft genutzt werden. Sie gelten als easy-to-use und fordern der Patientenschaft wenig Energie und Antrieb ab, was eine gute Akzessibilität und Nutzung vermuten lässt [4].

Die derzeitig populärste Umsetzung virtueller Naturumgebungen sind monoskopische 360°Naturvideos, welche über ein HMD dargeboten werden [3]. Verglichen mit stereoskopischen 360°Naturvideos und/oder 3D computerprogrammierten Naturumgebungen, profitieren sie von niedrigen Produktions- und Anschaffungskosten, einer relativ einfachen Bedienung sowie Postproduktion, was die Realisierbarkeitswahrscheinlichkeit, sie zukünftig als eigenständige Leistung innerhalb der Bundeswehr flächendeckend einsetzen zu können, erhöht. Für die Behandlung von Soldatinnen und Soldaten mit einer PTBS könnte ihre entspannende, emotionsregulative und distraktorische Wirkung anfallenden postkonfrontativen Disstress und Hyperarousal reduzieren und so zur Traumatherapieadhärenz beitragen [4]. Zudem könnte der entspannungsinduzierende Effekt auch für die Behandlung weiterer stressassoziierter psychischer Störungsbilder wie Depressionen oder Anpassungsstörung genutzt werden.

Allerdings ist aktuell unklar, mit welcher Hardware monoskopische 360°Naturvideos präsentiert werden sollten, um einen möglichst großen Entspannungseffekt zu erzeugen. Auch aus einer praktischen Perspektive stellt sich diese Frage, um zu entscheiden, ob zum Beispiel HMDs für die Nutzung von monoskopischen 360°Naturvideos angeschafft werden sollen oder auch ein ähnlicher Entspannungseffekt mit herkömmlicher Hardware (PC-, TV-Bildschirme, Tablets etc.) erzielt werden kann. Auch bezüglich der immersionsreduzierenden Eigenschaften monoskopischer 360°Naturvideos stellt sich diese Frage, da sie die immersiven Funktionseigenschaften aktueller HMDs nicht vollumfänglich ausschöpfen [3]. So ist die Interaktionsmöglichkeit mit der virtuellen Naturumgebung auf 3DoF (anstatt 6DoF) limitiert. Demnach kann sich der Rezipient/die Rezipientin zum Beispiel nicht frei in der virtuellen Naturumgebung bewegen und/oder virtuelle Objekte können nicht berührt, herangezogen oder weggeworfen etc. werden. Die Interaktion beschränkt sich auf das Angucken der virtuellen Naturumgebung mit einem 360°Rundumblick aus der Ich-Perspektive. Darüber hinaus wird das Videomaterial zweidimensional anstatt dreidimensional abgespielt, was auch durch weniger immersive Hardware (PC- und/oder TV-Bildschirme) möglich ist [3]. Für die Darbietung via HMD spricht hingegen die vollständige Substitution der realen Umgebung sowie die blickpunktabhängige Bildgenerierung. Letztendlich bleibt unklar, ob der Immersionsunterschied zwischen monoskopischen 360°Naturvideos via HMD und PC- oder TV-Bildschirmen ausreichend hoch ist, um Entspannungsunterschiede detektieren zu können oder hierfür nicht weniger-immersive bzw. herkömmlichere Hardware ausreichend ist.

Methode

Dieser grundlagenorientierten Forschungsfrage ist das Bundeswehrkrankenhaus Hamburg mit einer randomisierten, kontrollierten, ausbalancierten inner-subject-design Studie mit gesunden Teilnehmenden (N = 102; 40.2 % Frauen; Alterspanne: 19–62, MAlter = 36.5, SDAlter = 12.6) nachgegangen [3]. Die Entspannung wurde mit selbstberichteten und psychophysiologischen Parametern (Hautleitfähigkeit, kurz: SCL und Herzrate, kurz: HR) operationalisiert. Die Probandinnen und Probanden sahen ein monoskopisches 360°Naturvideo via HMD (Strand), das gleiche Video via PC-Bildschirm und durchliefen eine Kontrollbedingung ohne Strandvideo. Vor der jeweiligen Experimentalbedingung wurden den Teilnehmenden Kopfrechenaufgaben gestellt, um das physiologische Aktivierungsniveau zu erhöhen (Abbildung 1 visualisiert den Versuchsablauf und Abbildung 2 zeigt einen Ausschnitt des Strandvideos).

Abb. 1: Eindruck des Versuchsablaufes

Abb. 2: Dargebotene Strandaufnahme (© Atmosphaeres)

Ergebnisse

In der varianzanalytischen Untersuchung mit Messwiederholungen zeigte sich eine signifikant größere Abnahme der SCL in der VR (Cohen’s d = 0.24, p = .008) und PC-Bedingung (Cohen’s d = 0.28, p = .004) als in der Kontrollbedingung. Es bestand aber kein signifikanter Unterschied zwischen der VR- und PC-Bedingung ­Cohen’s d = 0.017, p = .465). Für die HR waren keine signifikanten Unterschiede zwischen den Experimentalbedingungen nachweisbar; vermutlich mitbedingt durch einen Bodeneffekt. Allerdings wurde die VR-Bedingung subjektiv als signifikant entspannender erlebt als die PC-­(Cohen’s d = 0.62, p ≤ .001) und Kontrollbedingung ­(Cohen’s d = 0.60, p ≤ .001), wobei es keine signifikanten Unterschiede zwischen der PC- und der Kontrollbedingung (Cohen’s d = 0.03, p = .293) gab (siehe Abbildung 3). Explorative Analysen zeigten, dass sowohl die psychophysiologischen als auch selbstberichteten Entspannungsratings nicht durch das Alter, das Geschlecht oder die Technologieangst der Probandinnen und Probanden moderiert wurden [3].

Abb. 3: Raincloud Plots zu der selbstberichteten Entspannung

Schlussfolgerung

Die Ergebnisse zeigen, dass ein monoskopisches 360°Strandvideo via HMD signifikant entspannender erlebt wird als das gleiche Video via PC-Bildschirm oder einer Kontrollbedingung. Die Ergebnisse werden nicht vom Alter, Geschlecht oder der Technologieängstlichkeit der Probandinnen und Probanden beeinflusst. Dies spricht für eine breite Anwendbarkeit. Keine unserer teilnehmenden Personen brach das HMD, zum Beispiel aufgrund von Schwindelgefühlen oder Übelkeit, vorzeitig ab, weshalb wir die Wahrscheinlichkeit von Motion Sickness und Cyber Sickness durch monoskopische 360°Naturvideos als gering einschätzen. Allerdings zeigten die psychophysiologischen Zielparameter keine Unterschiede zwischen der VR- und PC-Bedingung. Gleichwohl diese Divergenz die Aussagekraft der selbstberichteten Entspannung einschränkt, ist das Potenzial virtueller Naturumgebungen klar erkennbar.

Ausblick

Aus den Ergebnissen schlussfolgern wir, dass virtuelle Naturumgebungen ein zukunftsträchtiges Entspannungsadjuvant für an PTBS erkrankte Personen darstellen können. Allerdings ist es bisher weder deduktiv-nomologisch noch empirisch geleitet möglich, sicher schlussfolgern zu können, welche Hardware die optimaleren Therapiebedingungen für den Entspannungseffekt liefert [3]. Dieses werden wir mit einem groß angelegten Pilotierungsvorhaben systematisch evaluieren. Bevor mit einer randomisiert kontrollierten Pilotstudie der therapiesteigernde Effekt im Sinne eines postkonfrontativen Entspannnungsadjuvants untersucht wird, sollte jedoch zunächst nachgewiesen werden, ob der Entspannungseffekt von gesunden Probandinnen und Probanden auf Soldatinnen und Soldaten mit einer diagnostizierten PTBS reproduzierbar ist und welche Technik die Soldatinnen und Soldaten präferieren [4]. Hierfür plant das Bundeswehrkrankenhaus Hamburg aktuell die Durchführung einer vollausbalancierten, randomisierten, kontrollierten Mixed-Method-Machbarkeitsstudie. Eingeschlossen werden ausschließlich Soldatinnen und Soldaten mit einer diagnostizierten PTBS, die bei uns im Haus vorstellig werden. Im Einklang mit internationalen CONSORT-Richtlinien für Pilot- und Machbarkeitsstudien wird empirisch überprüft, ob der Entspannungseffekt von monoskopischen 360°Naturvideos auf Soldatinnen und Soldaten mit einer PTBS übertragbar ist, ob dieser größer ist verglichen mit dem gleichen Video via PC-Bildschirm und einer Kontrollbedingung, in der die Patientinnen und Patienten ausschließlich Naturgeräusche hören werden [4]. Die Entspannung wird hierbei sowohl mit selbstberichteten Entspannungsparametern zum Prä-Post-Zeitpunkt sowie psychophysiologisch während der jeweiligen Bedingungen gemessen. Zudem folgen leitfadengestützte Interviews, um zusätzliche Informationen qualitativ zu explorieren. Abschließend variieren wir systematisch die Dosierungsdauer (5 vs. 10 Minuten) und informieren somit zukünftige konfirmatorische Studiendesigns.

Literaturverzeichnis

  1. Bundeswehr: Bundeswehr-Statistik zu Posttraumatische Belastungsstörung und psychischen Erkrankungen. <https: www.bundeswehr.de de betreuung-fuersorge ptbs-hilfe trauma-ptbs statistik>, letzter Aufruf 23. Oktober 2022. <a href="www.bundeswehr.de/de/betreuung-fuersorge/ptbs-hilfe/trauma-ptbs/statistik"> mehr lesen </a> </https:>
  2. Knaust T, Felnhofer A, Kothgassner OD, et al.: Virtual trauma interventions for the treatment of post-traumatic stress disorders: a scoping review. Front Psychol 2020; 11:562506: 1–29. mehr lesen
  3. Knaust T, Felnhofer A, Kothgassner OD, et al.: Exposure to virtual nature: the impact of different immersion levels on skin conductance level, heart rate, and perceived relaxation. Virtual Real-London 2021; 26: 925–938. mehr lesen
  4. Knaust T, Felnhofer A, Kothgassner OD, et al.: Nature videos for PTSD: protocol for a mixed-methods feasibility study. Eur J Psychotraumato 2022; 13(2): 1–13. mehr lesen
  5. Slater M, Sanchez-Vives MV: Enhancing our lives with immersive virtual reality. Front Robot AI 2016; 3:751: 1–47. mehr lesen
  6. World Health Organization: Urban green spaces and health.Copenhagen: WHO regional office for Europe 2016; 1–63. mehr lesen

Für die Verfasser

Oberleutnant Thiemo Knaust, M.Sc.

Bundeswehrkrankenhaus Hamburg

Zentrum für Seelische Gesundheit

Lesserstraße 18022049 Hamburg

E-Mail: thiemo1knaust@bundeswehr.org