機(jī)器人輔助治療在孤獨癥譜系障礙兒童中的應(yīng)用研究進(jìn)展

王志丹，王 暢

江蘇師范大學(xué)，江蘇 221116

孤獨癥譜系障礙(autism spectrum disorder,ASD)是一系列復(fù)雜的神經(jīng)發(fā)展障礙性疾病，又稱孤獨癥或自閉癥，主要表現(xiàn)為言語溝通和社會交往困難、重復(fù)刻板行為和興趣狹窄[1]。目前，孤獨癥在全球范圍內(nèi)的發(fā)病率為1%～2%，且發(fā)病率呈逐年遞增的趨勢[2]。社會交往能力差是孤獨癥病人的核心癥狀之一，具體表現(xiàn)為目光對視差、眼神交流少、呼名反應(yīng)差、情緒易失控、不能夠適應(yīng)具體環(huán)境、缺乏社交興趣等[3]。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展將人類帶入了智能時代，也為孤獨癥病人的康復(fù)提供了新的可能性[4]。機(jī)器人憑借自身逼真的三維人體動作和多感官設(shè)計功能，吸引孤獨癥兒童的注意并靈活地與他們開展游戲互動，輔助治療師開展康復(fù)計劃。本研究通過綜述目前機(jī)器人輔助治療在孤獨癥兒童聯(lián)合注意、模仿、情緒識別與表達(dá)及人際交往中的應(yīng)用效果，旨在為孤獨癥病人的康復(fù)提供借鑒。

1 孤獨癥社交干預(yù)中常用的機(jī)器人類型

機(jī)器人輔助治療是一種新興的治療方法，是指在醫(yī)療、護(hù)理及康復(fù)領(lǐng)域中使用相應(yīng)的機(jī)器人來輔助醫(yī)護(hù)人員或治療師實現(xiàn)治療或康復(fù)目標(biāo)[5]，具有高重復(fù)性、高強(qiáng)度、任務(wù)導(dǎo)向及可量化的特點[6]。根據(jù)外形特點可以將常用的康復(fù)機(jī)器人分為人形機(jī)器人和非人形機(jī)器人兩類。人形機(jī)器人主要有Kaspar、Zeno、QT 和Nao 等。Kaspar 面部為硅膠材質(zhì)，每只眼睛都配有一個攝像頭，觸覺傳感器安裝在面部、胸部、足部和手臂上。使用這些傳感器，可以研究兒童與Kaspar 之間的觸摸交互作用。Zeno 高約50 cm，因其面部皮膚在物理性質(zhì)上與人體組織極為相似，使得它的面部表情十分逼真。QT 高約63 cm，有一個安裝在其前額的Real Sense 3D 攝像機(jī)和一個麥克風(fēng)陣列，可通過平板電腦和智能手機(jī)的Android 應(yīng)用程序控制，具有極富有表現(xiàn)力的社交外觀，屏幕面孔可以展示動畫表情。Nao 高58 cm，有25 個自由度，配備的4 個麥克風(fēng)及兩個攝像頭可以記錄每個參與者的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括注意力集中的持續(xù)時間和概率及面部表情的變化。非人形機(jī)器人主要有Keepon 和Pekoppa 等。Keepon 的兩個眼睛是攝像頭，一個麥克風(fēng)隱藏在鼻子內(nèi)，對音樂很敏感，可以跟著音樂有節(jié)奏地跳舞，可以對肢體觸摸及時做出適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)，還有很強(qiáng)的模仿能力。Pekoppa 的形狀像一種雙葉植物，內(nèi)置一種可以檢測到人說話的芯片，還有一種可以彎曲的“生物金屬”，當(dāng)檢測到說話聲時，這種“生物金屬”就會彎曲變形以示回應(yīng)。

2 機(jī)器人輔助治療的應(yīng)用

2.1 聯(lián)合注意 指個體的目光追隨另一個體，兩個個體在同一時間注意同一個物體的過程[7]。聯(lián)合注意的發(fā)展是個體認(rèn)知發(fā)展和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。孤獨癥病人聯(lián)合注意受損會導(dǎo)致其語言表達(dá)與理解能力滯后，模仿和社會理解等社交能力下降[8]。Kumazaki 等[9]選取30 例孤獨癥兒童開展聯(lián)合注意干預(yù)的隨機(jī)對照試驗，整個實驗包括3 個階段，每個階段互動5 min，共15 min；干預(yù)組15 例病人先與第1 位實驗人員互動，在第2 階段與機(jī)器人Commu 互動，最后再與第1 位實驗人員互動；對照組15 例病人先與第1 位實驗人員互動，再與第2 位實驗人員互動，最后再與第1 位實驗人員互動；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干預(yù)組在第2 階段與機(jī)器人互動后，在第3 階段與人互動時的聯(lián)合注意較對照組明顯提高，許多孤獨癥病人表現(xiàn)出持續(xù)與機(jī)器人互動的動機(jī)，這是促進(jìn)聯(lián)合注意的重要因素。Zheng 等[10]設(shè)計了一種以機(jī)器人為介導(dǎo)的聯(lián)合注意干預(yù)系統(tǒng)，將該系統(tǒng)應(yīng)用于14 例孤獨癥病人護(hù)理中；干預(yù)內(nèi)容包括4 部分康復(fù)課程，每部分重復(fù)訓(xùn)練8次，27 d后所有病人都完成了課程訓(xùn)練；結(jié)果表明，在整個康復(fù)過程中，病人的聯(lián)合注意技能得到了顯著提高，他們能夠保持對機(jī)器人的興趣，會花更多的時間注意機(jī)器人而非治療師。Scassellati等[11]探究了社交機(jī)器人Jibo 對孤獨癥病人社交技能的影響，12 例孤獨癥患兒每天在家與看護(hù)者和機(jī)器人Jibo進(jìn)行30 min 的三元互動，在互動中Jibo 通過自身的顯示屏向病人展示不同情境下的注視行為，并嘗試將病人的注意引向看護(hù)者；30 d 后，在Jibo 不在場的情況下，病人和看護(hù)者之間的相互注視和經(jīng)驗共享行為明顯增多，聯(lián)合注意技能得到顯著改善?？傊?，聯(lián)合注意能力的提高可以幫助孤獨癥病人更好地加工社會線索，促進(jìn)經(jīng)驗共享的情感傳遞，進(jìn)而改善病人對外界人和物的認(rèn)知。

2.2 模仿 模仿是人類最基本的一種社會學(xué)習(xí)能力，模仿缺陷被認(rèn)為是孤獨癥病人社交能力低下的一個重要表現(xiàn)[12]。機(jī)器人具有高重復(fù)性和不易疲憊性，有研究指出，相較于人類而言，孤獨癥病人會給予機(jī)器人更多 的 關(guān) 注，表 現(xiàn) 得 更 加 主 動[13‐14]。Zheng 等[15]開 展 的 隨機(jī)對照試驗納入12 例孤獨癥兒童和10 名普通兒童，他們被隨機(jī)分配到機(jī)器人Nao 示范組和人類示范組；實驗任務(wù)包含抬起一只手、揮動一只手、抬起雙手、伸出雙臂4 個動作。為防止兒童失去模仿興趣，示范者要隨機(jī)示范其中一個動作，在整個過程中每個動作被示范10 次；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，病人在機(jī)器人示范條件下的模仿得分高于人類示范條件下的得分，普通兒童在這兩組中的模仿表現(xiàn)差異不大，這表明在機(jī)器人示范條件下，孤獨癥兒童比普通兒童更能從中受益。Costa 等[16]也比較了機(jī)器人與治療師的模仿干預(yù)效果，他們選取15例孤獨癥病人作為研究對象，讓病人先與治療師開展模仿游戲，然后去另一個房間與機(jī)器人QT 做模仿游戲；結(jié)果顯示，兩次互動的模仿得分差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但患兒會給予機(jī)器人更多的注意，且他們面對機(jī)器人時的重復(fù)或刻板行為比面對人時要少，這將會緩解重復(fù)刻板行為給病人帶來的不良影響，為他們提供更多的模仿學(xué)習(xí)機(jī)會?？傊?，模仿能力的提高可以發(fā)展孤獨癥病人的認(rèn)知能力和動作能力，有利于獲取直接經(jīng)驗并幫助他們形成一些好的習(xí)慣，而且模仿的前提是集中注意力，模仿技能的提高也反映了病人注意力的改善。

2.3 情緒識別與表達(dá) 兒童的情緒識別和表達(dá)能力直接影響他們的社交行為，情緒障礙是孤獨癥病人出現(xiàn)社交缺陷的一個重要因素[17‐18]，提高他們的情緒識別與表達(dá)能力能夠幫助他們更好地融入社會。Marino等[19]開展的一項隨機(jī)對照試驗選取孤獨癥病人14 例，對干預(yù)組7 例實施每周2 次、每次90 min，共10 次的機(jī)器人輔助認(rèn)知行為治療，對照組7 例接受常規(guī)的認(rèn)知行為治療；結(jié)果顯示，雖然干預(yù)組和對照組在情感識別、理解和換位思考等方面都取得了實質(zhì)性的進(jìn)步，但是干預(yù)組的康復(fù)效果比對照組更加顯著。Pop 等[20]將27 例孤獨癥病人分成兩組，干預(yù)組12例病人進(jìn)行基于機(jī)器人Keepon 的認(rèn)知行為療法(Robot‐enhanced therapy，RET)干預(yù)，對照組15 例僅進(jìn)行常規(guī)認(rèn)知行為療法(treatment as usual，TAU)干預(yù)，每組兒童都接受了6次、每周2 h 的康復(fù)訓(xùn)練；結(jié)果表明，與TAU 相比，RET 能夠降低孤獨癥病人對消極社會事件所產(chǎn)生的消極情緒的強(qiáng)度，也能幫助孤獨癥病人更理性地思考如何表達(dá)自己的情緒。Soares 等[21]的研究顯示，相較于沒有機(jī)器人Zeno 在場的對照組病人而言，機(jī)器人Zeno 的介入可以讓干預(yù)組病人在情緒識別游戲中表現(xiàn)得更好?？傊?，機(jī)器人輔助治療幫助病人增強(qiáng)了情緒識別與表達(dá)能力，學(xué)會合理調(diào)節(jié)自己的情緒，豐富了情感體驗，從而增強(qiáng)了社會適應(yīng)力，在社交中有更好的表現(xiàn)與發(fā)揮。

2.4 人際交往 人際交往是不同角色運用復(fù)雜的感性和認(rèn)識過程，借助動態(tài)的語言和非語言交流，并根據(jù)動機(jī)和預(yù)期進(jìn)行交流互動的一種活動[22]。孤獨癥病人由于神經(jīng)結(jié)構(gòu)存在異常，導(dǎo)致他們很難成為溝通交流的發(fā)起者，甚至無法進(jìn)行基本的交往互動。Albo‐Canals等探究了機(jī)器人KIBO 參與康復(fù)課程對孤獨癥病人的影響，機(jī)器人KIBO 連續(xù)4 d 介入12 例病人的常規(guī)康復(fù)課程，充當(dāng)病人的游戲伙伴，與病人合作完成康復(fù)任務(wù)；通過分析視頻數(shù)據(jù)和治療師訪談數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)病人增加了與治療師的社會互動，眼神注意增多，有時還會主動發(fā)起談話[23]。Karakosta 等的實驗以7 例孤獨癥病人為康復(fù)對象，進(jìn)行了每周1 次或2 次、每次10～15 min、共10 周的機(jī)器人Kaspar 輔助治療，在此期間還對病人的治療師進(jìn)行了6 次訪談；分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)Kaspar 對病人的溝通、互動、模仿、自發(fā)講話等行為都產(chǎn)生了積極影響，而且治療師也反映病人的溝通互動技能明顯改善[24]。David 等針對輪流說話技能對比了機(jī)器人輔助治療和治療師治療的干預(yù)效果，11 例孤獨癥病人接受8 個機(jī)器人強(qiáng)化療程和8 個人類強(qiáng)化療程，結(jié)果表明，大多數(shù)病人在這兩個療程中的受益程度相似，但病人反映他們更喜歡機(jī)器人伙伴[25]。這種輪流說話和傾聽的動態(tài)行為是在雙方良好互動作用下產(chǎn)生的，掌握輪流轉(zhuǎn)換技巧有助于獲得更好的交際效果。其他研究結(jié)果也表明，機(jī)器人輔助治療有利于誘發(fā)病人、成人、機(jī)器人之間的三元互動，病人還能從機(jī)器人那里學(xué)到交往技能，并將這種技能遷移到人與人之間的互動中[26‐27]?？傊?，機(jī)器人輔助治療使孤獨癥兒童逐漸參與到與環(huán)境、他人的互動、合作，益于自身人格的健全和身心健康，以便更好地融入社會生活。

3 小結(jié)與展望

目前，機(jī)器人技術(shù)在孤獨癥病人康復(fù)方面已經(jīng)取得了積極的效果，越來越多孤獨癥研究領(lǐng)域的相關(guān)人員表達(dá)了他們對于這種新的有潛力的輔助治療工具的應(yīng)用熱情。隨著科技的進(jìn)步，這些潛能會被充分地利用，給孤獨癥病人帶來更多的益處。 孤獨癥病人存在年齡差異和個體差異，他們對機(jī)器人外形可能存在個人偏好，要求研究者在設(shè)計機(jī)器人的過程中進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整適應(yīng)個性化的需求，以期能夠最大限度地實現(xiàn)以病人為中心，充分地吸引孤獨癥病人的注意力和興趣。機(jī)器人的功能和自動化程度取決于現(xiàn)代科技研發(fā)人員的科研水平，隨著技術(shù)的發(fā)展，未來研究者能夠繼續(xù)為孤獨癥病人開發(fā)出更多類型的機(jī)器人，像高級的“情感識別”機(jī)器人，為孤獨癥病人提供質(zhì)量更高的人機(jī)互動。在此過程中孤獨癥康復(fù)領(lǐng)域的研究人員、治療人員和機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)人員要加強(qiáng)彼此間的交流，發(fā)揮研發(fā)合力，共同為孤獨癥病人創(chuàng)造有價值、成體系的干預(yù)措施和評估系統(tǒng)。機(jī)器人技術(shù)在孤獨癥干預(yù)領(lǐng)域的研究還有很大的發(fā)展空間，研究人員的聚焦點為社交領(lǐng)域的干預(yù)，其他領(lǐng)域的探索相對較少和不成熟。如運動能力、刻板行為、感官知覺等。近年來，研究者已經(jīng)開始嘗試將機(jī)器人技術(shù)與其他技術(shù)相融合，如虛擬現(xiàn)實技術(shù)，已經(jīng)取得了初步的成果。越來越多的新領(lǐng)域等待著被探索，機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的一些未知潛力也逐漸顯現(xiàn)。對新領(lǐng)域的探索能夠豐富對該領(lǐng)域的理論和實踐知識，驗證機(jī)器人技術(shù)是否能夠幫助治療師實現(xiàn)更多的理想目標(biāo)，從而提升機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用范圍。干預(yù)效果的維持和習(xí)得技能在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用是機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的難點，應(yīng)該對基于機(jī)器人的干預(yù)進(jìn)行短期觀察和長期行為評估。具體而言，在很長一段時間內(nèi)定期實施機(jī)器人與孤獨癥病人之間的人機(jī)交互。在交互前、交互期間和交互后對孤獨癥病人的行為與機(jī)器人的行為響應(yīng)進(jìn)行評估，同時也要基于每次人機(jī)交互中獲得的反饋以及他們的父母或監(jiān)護(hù)人在家里的反饋來形成月度報告。根據(jù)綜合的評估報告使機(jī)器人干預(yù)對孤獨癥兒童的受益最大化。