自闭症儿童面部表情识别能力矫正游戏研究及实现

四川师范大学数字媒体学院 汪 玉 梁丽娟 张玉婵 雷 刚*



自闭症儿童面部表情识别能力矫正游戏研究及实现

四川师范大学数字媒体学院 汪 玉 梁丽娟 张玉婵 雷 刚*

社会情绪是自闭症的核心障碍，情绪最重要的表达途径是面部表情。日常人际交往中，人们能辨认他人情绪并做出适当反应十分重要。由于心智、理解能力等方面的缺陷，自闭症儿童不能识别他人的面部表情，不能表达自己的情绪，直接影响他们的社交、学习。本文的研究对象为不同年龄段、不同程度的自闭症儿童。本文综合已有研究成果，探讨自闭症儿童面部表情识别特点，寻求适用于自闭症儿童的游戏表达方式。基于计算机设计开发的一款拼图类型的儿童益智游戏，能通过图像和音乐的辅助一定程度上矫正自闭症儿童面部表情识别能力。本研究将游戏成果运用到实验中，证明此款游戏能较明显地提高自闭症儿童的面部表情识别能力。

自闭症儿童 表情识别 电脑游戏 音乐辅助

一、国内外研究现状及文献综述

1.自闭症儿童现状

自闭症是一种以社会性交往障碍、言语交流障碍、兴趣范围狭窄及行为刻板重复为特征的广泛性发育障碍。自闭症神经的发育异常，从中度到重度缺损，被称为自闭症型谱紊乱（ASD）。ASD被定义为行为方面的缺损，包括社交互动的缺损、语言和非语言沟通方面的缺损以及对兴趣活动各方面的抑制。

笔者根据实地考察和大量文献发现，大多自闭症儿童没有情感依赖（包括父母），对陌生事物产生强烈抵触，难以与周围的人建立感情联系。在言语运用方面，大多自闭症儿童盲目重复和刻板模仿，倾向于用手势、叫喊等方式表达。平日活动中，自闭症儿童偏爱圆形或旋转的玩具，长时间不更换爱好，对玩耍环境有一成不变的要求。智力方面，自闭症儿童智力普遍低于正常儿童智力。自闭症儿童进行面部识别时，偏向于避免直视对方的脸。直视对方面部时，自闭症儿童的视线移动方向混乱，异于正常人从眼睛到唇角的视线方向。自闭症儿童在面部表情识别上有两大困难，即过少的面部表情识别和错误的面部表情识别。这两大困难造成他们的社交困难。人际互动中，如果个体不能识别他人的表情，就无法理解他人的动作及周围情境，容易做出不恰当的行为，导致不成功的人际互动经验。

2.自闭症儿童干预训练

（1）认知行为训练。有研究者采用认知行为训练干预自闭症儿童的情绪理解。研究者Bauminger进行过一项为期7个月的认知行为干预研究，针对8至17岁的自闭症儿童进行社会情绪理解和社会交往能力训练。结果显示：经过人际问题解决、情绪知识教育和社会交往任务的训练后，研究对象在社会互动、问题解决策略、复合情绪理解三方面都有所进步。研究者Tenenhaum等设计的干预训练包括自我解释任务和主试解释任务，这些任务解释在不同故事情境中主人公的隐藏情绪及产生矛盾情绪的原因。研究对象经上述训练后，情绪理解能力显著提高。研究者指出，解释性对话能促进人们的情绪理解和一般学习能力的提高，但是该训练模式不能运用于自闭症儿童家庭。如果要使其适用于一般家庭，必须提供一套环境稳定并能长时间实施的训练模式。

（2）动画片干预模式。有研究者依据系统化与共情间的代偿关系，设计出包含真人表情的动画片《运输者》，以此帮助自闭症儿童利用系统化能力改善共情缺损。结果发现，采用动画进行干预训练能有效提升自闭症儿童对基本情绪和复杂情绪的识别能力，发展其社会行为。然而，学者认为《运输者》只在短期内对自闭症儿童的表情识别有所帮助，干预效果不够持久稳定。

（3）交互式游戏。研究者尝试采用生动的交互式游戏训练自闭症儿童的表情识别能力，如Let's Face It、Мind Reading等。这一新领域的研究虽然受到国内许多学者的高度重视，但目前国内针对自闭症儿童表情识别能力矫正的交互软件数量极少，且仅作为学术研究，所以能够应用到自闭症儿童康复治疗中的游戏软件少之又少。

二、研究动机及意义

传统自闭症儿童情绪识别能力训练缺少系统的训练，更多关注口语表达、减少与社会不融洽行为等问题。研究者需要迫切解决的自闭症儿童问题是：如何使自闭症儿童正确理解他人、正常与他人交往。

近年来，研究者对自闭症儿童的干预方法进行大量研究，治疗矫正方法层出不穷。有的学者的调查显示，治疗机构最常用的方法是感觉统合训练，家庭最常用的方法是游戏疗法。治疗机构中最有效的方法被认为是行为治疗（占总数的65%）。当前，以计算机为基础、以游戏为形式训练自闭症儿童的情绪识别能力在国外已有一定成就，但国内的这项技术还在起步阶段。这一方案简单、易操作、成本低、便于家庭护理。自闭症儿童表情识别能力矫正游戏软件具有前沿的研究价值，拥有庞大的试用群体，未来有巨大的发展空间。

三、研究过程

1.研究目标

（1）了解自闭症儿童对面部表情认知的特点。

（2）设计开发游戏软件并进行实验，记录实验结果。

（3）根据实验结果进一步分析总结提高自闭症儿童表情识别能力的有效游戏治疗方案。

2. 自闭症儿童面部表情识别能力特点的研究

目前，已有国内外学者从神经科学、心理学和教育学等多个领域揭示自闭症儿童识别面部表情的特点和规律。为研究自闭症儿童面部表情识别能力特点，研究小组成员结合已有的研究理论，联系成都市自闭症儿童康复中心，进行实地考察。通过课堂笔记、面对面交流、游戏互动、设计实验等方式，研究小组对自闭症儿童的面部表情识别能力进行研究。

研究小组挑选三组表情图片给自闭症儿童识别，并且记录正确率，一组为面部的上半部分，一组为面部的下半部分，对照组是完整的图片。结果显示，自闭症儿童识别整张脸和下半部分脸的成绩优于上半部分脸。这说明自闭症儿童对下半部分脸的敏感程度比上半部分强。这与研究小组查找的国外研究结果一致。自闭症儿童的面部表情识别图式是根据人脸下半部分建立起来的，即只注意嘴部变化，他们与正常人对整张脸的信息整合识别模式不同。

结合研究小组的实验结果、国内外已有研究结果以及课堂笔记等，研究小组总结出自闭症儿童面部表情识别具有以下特点。

（1）普遍无法集中注意力。

（2）自闭症儿童的面部表情识别图式与正常儿童识别整张脸的模式不同。自闭症儿童根据人脸的下半部分建立起面部表情识别，即只注意嘴部变化。

（3）自闭症儿童对他人面部表情的注意力受情境因素影响。

（4）自闭症儿童对生气、恐惧等负面情绪的认知远低于高兴、开心等正面情绪。

（5）不同年龄段的自闭症儿童对面部表情的识别强度不同。

自闭症儿童面部表情识别能力特点研究为游戏设计与开发提供了重要的理论依据，为之后的研究奠定了基础。

3.自闭症儿童面部识别矫正游戏设计与实现

（1）游戏设计。①简化游戏操作，难度分级。由于自闭症儿童心智、年龄等限制，游戏操作应简单易行。我们将游戏操作简化到只需点击和拖动，并适当模糊游戏结果的判断。游戏难度体现在碎片数量和图片表情复杂度两方面。根据自闭症儿童年龄和身心功能发展程度，游戏难度呈阶梯化。②丰富有趣的故事情节，淡化对治疗的抵制情绪。设计者为每一关卡设计丰富的故事情节，结合动画模拟小型场景，有利于自闭症儿童理解该情境下的表情。结合儿童游戏设计特点以及自闭症儿童心理特点，游戏可以融入大量卡通元素。③音乐刺激。早在1979年，国外就有心理学家研究发现自闭症儿童的音乐模仿能力比一些具有音乐天赋的正常儿童都高出许多，自闭症儿童辨识音乐的能力很强。国际上出现许多音乐疗法。基于治疗自闭症的音乐疗法，游戏中可以针对不同的情绪表情，设置不同情绪的音乐及提示音，利用音乐对情绪的渲染能力，辅助自闭症儿童理解当前情绪。④图像刺激。研究认为，自闭症儿童正确识别6种基本面部表情的比例低于70%，且自闭症对不同表情的识别能力强弱有所差异。因此，游戏要适当调整各类表情图片的选取比重。自闭症儿童容易识别的情绪比例较少，正面情绪设置在简单关卡中，游戏动画要注重嘴部、眼部的表情变化。

（2）游戏实现。①开发工具。以PC作为游戏载体，便于研究者计算和分析治疗结果，灵活修改治疗方案。Adobe Flash作为开发工具。Flash在动画制作方面拥有巨大优势，可以跨平台发布，适用于制作对UI、动画效果要求较高的2D游戏。②主要玩法。自闭症儿童通过鼠标点击拖动碎片，将它们移动到正确位置，拼合整张图片即完成游戏。游戏分为挑战模式和闯关模式。挑战模式中玩家自行选择表情和难度，闯关模式中难度递增，旨在阶段性训练。③主要程序算法。分图：用Loader 和URLRequest类加载图片，创建Bitmap对象加载的图片，选定分割区域，分割出来的图片存入数组，Мath.random（）函数在指定范围内随机放置碎片。信号传递：游戏的每个界面和程序打包成SWC文件，界面之间调用Event类传递信号。数据库：数据库记录分数、等级等，设计者使用SharedObject类读写数据，将数据设为共享对象可静态存储，保持本地永久性。

四、实验

1.实验对象

实验选取6名不同年龄段的自闭症儿童作为研究对象，分别是2～5岁两名、5～8岁两名和8～12岁两名。他们的患病程度不同，在康复中心接受治疗的时间长短不同。这样可以满足游戏的广泛针对性。

2.实验过程

实验小组人员对每位儿童进行游戏讲解和示范，游戏时长30分钟。实验过程中，2～5岁儿童出现较大问题。他们年龄小，无法自主操作鼠标，游戏不能顺利进行。但两名研究对象均对卡通游戏界面和欢快的音乐表现一定的兴趣。5～8岁儿童能在指导下正确操作鼠标，但对游戏玩法的理解有一定困难，需要长时间辨识图片。游戏进行到20分钟左右时，由于没有完成拼图，他们开始出现不耐烦的抵触情绪。8～12岁儿童表现较好，能在引导下20分钟内完成低难度的拼图，没有对图像和音乐产生抵触情绪，整个过程较为安静，游戏进行顺利。高年龄的自闭症儿童完成游戏的速度比较快，正确率较高。低年龄的自闭症儿童完成的速度较慢，正确率较低。

3.实验结论

实验表明，本研究是可行的。游戏的卡通风格能激发儿童的兴趣，拼图游戏能让自闭症儿童在玩耍时，缓慢提高对面部表情的识别能力。

实验过程中出现的问题表明游戏需要改良。游戏需要简化操作，可以采用平板电脑代替鼠标操作。游戏的难度需要细分，针对不同年龄段的自闭症儿童设置不同的游戏难度。

五、结束语

研究发现，结合自闭症儿童面部表情识别特点的电脑游戏有助于提高自闭症儿童的面部表情识别能力。卡通的游戏风格受到儿童喜爱，音乐的辅助功能对儿童的情绪理解有一定作用。

同时，我们的研究仍然具有很多不足：实验对象较少，实验样本数据说服力不足；面部表情图片为平面图片，与现实生活中人的面部表情有很大差距；游戏载体为计算机，对真实生活场景的模拟程度有限；研究试行时间不长，后期效果相对不是特别明显。

研究小组未来会改进游戏软件，加大对游戏的试验，长期对固定的自闭症儿童进行面部表情识别测试，以提供更有力的效果证据。

［1］申寻兵，何志芳，丁雪萍.改善自闭症儿童表情识别能力的计算机面部表情识别训练［J］.科技视界，2013

［2］ Young R L，Posselt M.Using the transporters DVD as a learning tool for children with autism spectrum［J］.Journalof Autism and Developmental Disorders，2012

［3］徐琴美.孤独症儿儿童及其矫治方法的调查研究［J］.中国特殊教育，2005

［4］Thomas F. Gross.The perception of four basic emotions in human and nonhuman faces by children with autism and other developmental disabilities［J］.Journal of Abnormal Child Psychology，2004

（本文系基金项目：四川师范大学★★★★年国家级（省级）“大学生创新创业训练计划”）

ISSN2095-6711/Z01-2016-07-0229