Daniel Gromer

• Virtual reality exposure therapy (VRET) is an effective cognitive-behavioral treatment for anxiety disorders that comprises systematic confrontations to virtual representations of feared stimuli and situations. However, not all patients respond to VRET, and some patients relapse after successful treatment. One explanation for this limitation of VRET is that its underlying mechanisms are not yet fully understood, leaving room for further improvement. On these grounds, the present thesis aimed to investigate two major research questions: first,Virtual reality exposure therapy (VRET) is an effective cognitive-behavioral treatment for anxiety disorders that comprises systematic confrontations to virtual representations of feared stimuli and situations. However, not all patients respond to VRET, and some patients relapse after successful treatment. One explanation for this limitation of VRET is that its underlying mechanisms are not yet fully understood, leaving room for further improvement. On these grounds, the present thesis aimed to investigate two major research questions: first, it explored how virtual stimuli induce fear responses in height-fearful participants, and second, it tested if VRET outcome could be improved by incorporating techniques derived from two different theories of exposure therapy. To this end, five studies in virtual reality (VR) were conducted. Study 1 (N = 99) established a virtual environment for height exposure using a Computer Automatic Virtual Environment (CAVE) and investigated the effects of tactile wind simulation in VR. Height-fearful and non-fearful participants climbed a virtual outlook, and half of the participants received wind simulation. Results revealed that height-fearful participants showed stronger fear responses, on both a subjective and behavioral level, and that wind simulation increased subjective fear. However, adding tactile wind simulation in VR did not affect presence, the user's sense of 'being there' in the virtual environment. Replicating previous studies, fear and presence in VR were correlated, and the correlation was higher in height-fearful compared to non-fearful participants. Study 2 (N = 43) sought to corroborate the findings of the first study, using a different VR system for exposure (a head-mounted display) and measuring physiological fear responses. In addition, the effects of a visual cognitive distractor on fear in VR were investigated. Participants' fear responses were evident on both a subjective and physiological level---although much more pronounced on skin conductance than on heart rate---but the virtual distractor did not affect the strength of fear responses. In Study 3 (N = 50), the effects of trait height-fearfulness and height level on fear responses were investigated in more detail. Self-rated level of acrophobia and five different height levels in VR (1 m--20 m) were used as linear predictors of subjective and physiological indices of fear. Results showed that subjective fear and skin conductance responses were a function of both trait height-fearfulness and height level, whereas no clear effects were visible for heart rate. Study 4 (N = 64 + N = 49) aimed to advance the understanding of the relationship between presence and fear in VR. Previous research indicates a positive correlation between both measures, but possible causal mechanisms have not yet been identified. The study was the first to experimentally manipulate both presence (via the visual and auditive realism of the virtual environment) and fear (by presenting both height and control situations). Results indicated a causal effect of fear on presence, i.e., experiencing fear in a virtual environment led to a stronger sense of `being there' in the virtual environment. However, conversely, presence increased by higher scene realism did not affect fear responses. Nonetheless, presence seemed to have some effects on fear responding via another pathway, as participants whose presence levels were highest in the first safe context were also those who had the strongest fear responses in a later height situation. This finding indicated the importance of immersive user characteristics in the emergence of presence and fear in VR. The findings of the first four studies were integrated into a model of fear in VR, extending previous models and highlighting factors that lead to the emergence of both fear and presence in VR. Results of the studies showed that fear responses towards virtual heights were affected by trait height-fearfulness, phobic elements in the virtual environment, and, at least to some degree, on presence. Presence, on the other hand, was affected by experiencing fear in VR, immersion---the characteristics of the VR system---and immersive user characteristics. Of note, the manipulations of immersion used in the present thesis, visual and auditory realism of the virtual environment and tactile wind simulation, were not particularly effective in manipulating presence. Finally, Study 5 (N = 34) compared two different implementations of VRET for acrophobia to investigate mechanisms underlying its efficacy. The first implementation followed the Emotional Processing Theory, assuming that fear reduction during exposure is crucial for positive treatment outcome. In this condition, patients were asked to focus on their fear responses and on the decline of fear (habituation) during exposures. The second implementation was based on the inhibitory learning model, assuming that expectancy violation is the primary mechanism underlying exposure therapy efficacy. In this condition, patients were asked to focus on the non-occurrence of feared outcomes (e.g., 'I could fall off') during exposure. Based on predictions of the inhibitory learning model, the hypothesis for the study was that expectancy-violation-based exposure would outperform habituation-based exposure. After two treatment sessions in VR, both treatment conditions effectively reduced the patients' fear of heights, but the two conditions did not differ in their efficacy. The study replicated previous studies by showing that VRET is an effective treatment for acrophobia; however, contrary to the assumption, explicitly targeting the violation of threat expectancies did not improve outcome. This finding adds to other studies failing to provide clear evidence for expectancy violation as the primary mechanism underlying exposure therapy. Possible explanations for this finding and clinical implications are discussed, along with suggestions for further research.…
• Die Expositionstherapie in virtueller Realität (VRET) ist ein wirksames kognitiv-verhaltenstherapeutisches Verfahren zur Behandlung von Angststörungen. Bei einer VRET werden Patienten nach psychoedukativer Vorbereitung mit virtuellen Repräsentationen der von ihnen gefürchteten Objekte oder Situationen konfrontiert. Die VRET zeigt allerdings nicht bei allen Patienten die gewünschte Wirksamkeit, und einige Patienten erleben selbst nach erfolgreicher Therapie eine Rückkehr der Angst. Da die zugrunde liegenden Wirkfaktoren der VRET noch nichtDie Expositionstherapie in virtueller Realität (VRET) ist ein wirksames kognitiv-verhaltenstherapeutisches Verfahren zur Behandlung von Angststörungen. Bei einer VRET werden Patienten nach psychoedukativer Vorbereitung mit virtuellen Repräsentationen der von ihnen gefürchteten Objekte oder Situationen konfrontiert. Die VRET zeigt allerdings nicht bei allen Patienten die gewünschte Wirksamkeit, und einige Patienten erleben selbst nach erfolgreicher Therapie eine Rückkehr der Angst. Da die zugrunde liegenden Wirkfaktoren der VRET noch nicht ausreichend aufgeklärt sind, lässt sich ihre Effektivtät möglicherweise noch weiter verbessern. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher zwei Fragen zu untersuchen. Zum einen, wie genau virtuelle Reize Furchtreaktionen bei höhenängstlichen Personen auslösen, und zum anderen, ob sich VRET durch den Einsatz spezifischer Techniken, welche aus Theorien zur Expositionstherapie abgeleitet wurden, verbessern lässt. Um die Fragen zu beantworten, wurden im Rahmen der Dissertation fünf Studien durchgeführt. In Studie 1 (N = 99) wurde eine virtuelle Umgebung für Höhenexposition etabliert und Effekte von taktiler Windsimulation in virtueller Realität (VR) untersucht. In der Studie hatten höhenängstliche und nicht-ängstliche Probanden die Aufgabe einen virtuellen Turm zu besteigen, wobei die Hälfte der Probanden währenddessen eine Windsimulation dargeboten bekam. Die Ergebnisse zeigten, dass höhenängstliche Probanden stärkere Furchtreaktionen zeigten, was sich sowohl im Bericht als auch im Verhalten äußerte. Zusätzlich erhöhte die Windsimulation die subjektiv Furcht der Probanden. Die Windsimulation hatte allerdings keinen Einfluss auf das Präsenzerleben, d. h. wie sehr sich Probanden so gefühlt hatten als seien sie tatsächlich in der virtuellen Umgebung gewesen. In der Studie konnten darüber hinaus zwei Befunde vorheriger Studien zum Präsenzerleben repliziert werden. Furcht und Präsenz korrelierten positiv, und dieser Zusammenhang war bei höhenängstlichen Probanden stärker als bei nicht-ängstlichen Probanden. Die Studie konnte zeigen, dass sich VR eignet um Furcht auf verschiedenen Reaktionsebenen zu untersuchen und es darüber hinaus möglich ist, Furcht in VR experimentell zu manipulieren. In Studie 2 (N = 43) sollten die Ergebnisse der ersten Studie bestätigt werden. Hierfür wurden ein anderes VR-System für die Exposition eingesetzt sowie die Erfassung von Furchtreaktionen um physiologische Maße ergänzt. Zusätzlich wurde der Einfluss einer visuell-kognitiven Distraktionsaufgabe in VR auf Furchtreaktionen untersucht. Die Furchtreaktionen der Probanden zeigten sich sowohl auf subjektiver als auch physiologischer Ebene, wobei Reaktionen der Hautleitfähigkeit stärker ausgeprägt waren als Veränderungen der Herzrate. Ein Einfluss der ablenkenden visuell-kognitiven Aufgabe auf Furchtreaktionen konnte nicht gezeigt werden. Die Studie konnte insgesamt verdeutlichen, dass die Eigenschaft von VR, Furcht zu erzeugen, nicht an einen bestimmten Versuchsaufbau gebunden ist und sich Furcht in VR auf allen Reaktionsebenen zeigt. Studie 3 (N = 50) hatte das Ziel, den Einfluss von Höhenängstlichkeit und Höhe auf Furchreaktionen genauer zu untersuchen. Hierfür wurde per Fragebogen erfasste Höhenängstlichkeit sowie fünf verschiedene Höhen (1 m--20 m) als lineare Prädiktoren für subjektive und physiologische Furchtindizes verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass subjektive Furcht und Hautleitfähigkeitsreaktionen in Abhängigkeit von sowohl Höhenängstlichkeit als auch Höhe zunahmen. Für die Herzrate zeigten sich hingegen keine eindeutigen Effekte. Die Studie konnte zusammenfassend zeigen, dass sich die Furchtreaktionen in VR spezifisch auf Höhe zeigten. In Studie 4 (N = 64 + N = 49) sollte der Zusammenhang zwischen Furcht und Präsenzerleben in VR genauer untersucht werden. Vorangegangene Studien zeigten eine positive Korrelation zwischen beiden Maßen, konnten jedoch keine Aussagen über einen möglichen Kausalzusammenhang machen. Die vorliegende Studie war daher die erste, welche sowohl Präsenz als auch Furcht experimentell manipulierte. Präsenz wurde über die Darbietung unterschiedlich realistischer virtueller Umgebungen, Furcht über die Darbietung von Höhen und Kontrollumgebungen manipuliert. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass es einen kausalen Effekt von Furcht auf Präsenzerleben gab, d. h. das Erleben von Furcht in einer Höhensituation in VR führte zu erhöhtem Präsenzerleben. Umgekehrt gab es jedoch keinen Effekt von experimentell manipuliertem Präsenzerleben auf die Stärke der Furchtreaktion. Es zeigte sich allerdings, dass Personen, welche in der ersten sicheren Situation das stärkste Präsenzerleben berichteten, später auch die stärksten Furchtreaktionen zeigten, was darauf schließen lässt, dass es möglicherwiese dennoch Effekte von Präsenzerleben auf Furcht gibt. Dieses Ergebnis weist auf die Bedeutung von möglichen Persönlichkeitsunterschieden hin, welche für das Erleben von Präsenz und Furcht in VR von Bedeutung sind. Die Studie verdeutlichte damit zum einen die Komplexität des Zusammenhangs zwischen Furcht und Präsenzerleben und erlaubte zum anderen erstmals Kausalschlüsse zwischen beiden Maßen. Die Ergebnisse der ersten vier Studien wurden in einem Modell zur Furcht in VR zusammengefasst. Basierend auf bestehenden Modellen zeigt das neue Modell Faktoren auf, welche für die Entstehung von Furcht und Präsenz bedeutsam sind. So konnten die Studien zeigen, dass Furchtreaktionen in Abhängigkeit von habitueller Höhenangst, der furchtbezogenen Relevanz der virtuellen Umgebung (z. B. Höhe), sowie zum Teil vom Präsenzerleben, auftreten. Bezüglich des Präsenzerlebens betont das Modell die Relevanz von aktuellem Furchterleben, Immersion (den Charakteristika des VR-Systems) und immersiven Nutzercharakteristika (z. B. Absorption). Zu erwähnen ist, dass die in der vorliegenden Dissertation untersuchten Manipulationen von Immersion (visueller und auditiver Realismus der virtuellen Umgebung und taktile Windsimulation) jedoch keine sonderlich starken Effekte auf Präsenz hatten. In Studie 5 (N = 34) wurden abschließend im Rahmen einer Therapiestudie zwei verschiedene VRET-Ansätze miteinander verglichen. Die erste Gruppe von Patienten erhielt hierbei eine Therapie auf Basis der Emotional Processing Theory. In dieser Bedingung wurden die Patienten während der Exposition gebeten, sich auf ihr Furchterleben und dessen Rückgang über die Zeit (Habituation) zu konzentrieren. Die zweite Gruppe von Patienten erhielt eine Therapie auf Basis des Inhibitory Learning Models. In dieser Bedingung wurden die Patienten gebeten, gezielt ihre Befürchtungen (z. B. "Ich könnte herunterfallen") zu überprüfen und zu widerlegen. Es wurde auf Basis der Vorhersage des Inhibitory Learning Models, dass Erwartungswiderlegung der zentrale Wirkfaktor der Expositionstherapie ist, angenommen, dass eine Therapie auf Basis der Widerlegung von Befürchtungen effektiver ist als eine Therapie auf Basis von Habituation. Nach zwei Therapiesitzungen berichteten die Patienten in beiden Gruppen einen signifikaten Rückgang ihrer Höhenangst, es zeigten sich jedoch keine Wirksamkeitsunterschiede zwischen den Gruppen. Die Studie konnte damit zwar vorherige Befunde replizieren, die zeigten, dass VRET eine effektive Behandlung für Höhenangst ist, die spezifische Fokussierung auf Erwartungswiderlegung zeigte jedoch keinen Vorteil. Dieser Befund reiht sich damit in eine Reihe von Studien ein, die Erwartungswiderlegung als zentralen Wirkfaktor der Expositionstherapie nicht nachweisen konnten. Mögliche Gründe für diesen Befund sowie daraus folgende klinische Implikationen und Vorschläge für weitere Forschung werden diskutiert.…