机器人辅助治疗在孤独症谱系障碍儿童中的应用研究进展

王志丹，王 畅

江苏师范大学，江苏 221116

孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)是一系列复杂的神经发展障碍性疾病，又称孤独症或自闭症，主要表现为言语沟通和社会交往困难、重复刻板行为和兴趣狭窄[1]。目前，孤独症在全球范围内的发病率为1%～2%，且发病率呈逐年递增的趋势[2]。社会交往能力差是孤独症病人的核心症状之一，具体表现为目光对视差、眼神交流少、呼名反应差、情绪易失控、不能够适应具体环境、缺乏社交兴趣等[3]。机器人技术的发展将人类带入了智能时代，也为孤独症病人的康复提供了新的可能性[4]。机器人凭借自身逼真的三维人体动作和多感官设计功能，吸引孤独症儿童的注意并灵活地与他们开展游戏互动，辅助治疗师开展康复计划。本研究通过综述目前机器人辅助治疗在孤独症儿童联合注意、模仿、情绪识别与表达及人际交往中的应用效果，旨在为孤独症病人的康复提供借鉴。

1 孤独症社交干预中常用的机器人类型

机器人辅助治疗是一种新兴的治疗方法，是指在医疗、护理及康复领域中使用相应的机器人来辅助医护人员或治疗师实现治疗或康复目标[5]，具有高重复性、高强度、任务导向及可量化的特点[6]。根据外形特点可以将常用的康复机器人分为人形机器人和非人形机器人两类。人形机器人主要有Kaspar、Zeno、QT 和Nao 等。Kaspar 面部为硅胶材质，每只眼睛都配有一个摄像头，触觉传感器安装在面部、胸部、足部和手臂上。使用这些传感器，可以研究儿童与Kaspar 之间的触摸交互作用。Zeno 高约50 cm，因其面部皮肤在物理性质上与人体组织极为相似，使得它的面部表情十分逼真。QT 高约63 cm，有一个安装在其前额的Real Sense 3D 摄像机和一个麦克风阵列，可通过平板电脑和智能手机的Android 应用程序控制，具有极富有表现力的社交外观，屏幕面孔可以展示动画表情。Nao 高58 cm，有25 个自由度，配备的4 个麦克风及两个摄像头可以记录每个参与者的相关数据，包括注意力集中的持续时间和概率及面部表情的变化。非人形机器人主要有Keepon 和Pekoppa 等。Keepon 的两个眼睛是摄像头，一个麦克风隐藏在鼻子内，对音乐很敏感，可以跟着音乐有节奏地跳舞，可以对肢体触摸及时做出适当的回应，还有很强的模仿能力。Pekoppa 的形状像一种双叶植物，内置一种可以检测到人说话的芯片，还有一种可以弯曲的“生物金属”，当检测到说话声时，这种“生物金属”就会弯曲变形以示回应。

2 机器人辅助治疗的应用

2.1 联合注意 指个体的目光追随另一个体，两个个体在同一时间注意同一个物体的过程[7]。联合注意的发展是个体认知发展和社会发展的重要基础。孤独症病人联合注意受损会导致其语言表达与理解能力滞后，模仿和社会理解等社交能力下降[8]。Kumazaki 等[9]选取30 例孤独症儿童开展联合注意干预的随机对照试验，整个实验包括3 个阶段，每个阶段互动5 min，共15 min；干预组15 例病人先与第1 位实验人员互动，在第2 阶段与机器人Commu 互动，最后再与第1 位实验人员互动；对照组15 例病人先与第1 位实验人员互动，再与第2 位实验人员互动，最后再与第1 位实验人员互动；结果发现，干预组在第2 阶段与机器人互动后，在第3 阶段与人互动时的联合注意较对照组明显提高，许多孤独症病人表现出持续与机器人互动的动机，这是促进联合注意的重要因素。Zheng 等[10]设计了一种以机器人为介导的联合注意干预系统，将该系统应用于14 例孤独症病人护理中；干预内容包括4 部分康复课程，每部分重复训练8次，27 d后所有病人都完成了课程训练；结果表明，在整个康复过程中，病人的联合注意技能得到了显著提高，他们能够保持对机器人的兴趣，会花更多的时间注意机器人而非治疗师。Scassellati等[11]探究了社交机器人Jibo 对孤独症病人社交技能的影响，12 例孤独症患儿每天在家与看护者和机器人Jibo进行30 min 的三元互动，在互动中Jibo 通过自身的显示屏向病人展示不同情境下的注视行为，并尝试将病人的注意引向看护者；30 d 后，在Jibo 不在场的情况下，病人和看护者之间的相互注视和经验共享行为明显增多，联合注意技能得到显著改善。总之，联合注意能力的提高可以帮助孤独症病人更好地加工社会线索，促进经验共享的情感传递，进而改善病人对外界人和物的认知。

2.2 模仿 模仿是人类最基本的一种社会学习能力，模仿缺陷被认为是孤独症病人社交能力低下的一个重要表现[12]。机器人具有高重复性和不易疲惫性，有研究指出，相较于人类而言，孤独症病人会给予机器人更多 的 关 注，表 现 得 更 加 主 动[13‐14]。Zheng 等[15]开 展 的 随机对照试验纳入12 例孤独症儿童和10 名普通儿童，他们被随机分配到机器人Nao 示范组和人类示范组；实验任务包含抬起一只手、挥动一只手、抬起双手、伸出双臂4 个动作。为防止儿童失去模仿兴趣，示范者要随机示范其中一个动作，在整个过程中每个动作被示范10 次；结果发现，病人在机器人示范条件下的模仿得分高于人类示范条件下的得分，普通儿童在这两组中的模仿表现差异不大，这表明在机器人示范条件下，孤独症儿童比普通儿童更能从中受益。Costa 等[16]也比较了机器人与治疗师的模仿干预效果，他们选取15例孤独症病人作为研究对象，让病人先与治疗师开展模仿游戏，然后去另一个房间与机器人QT 做模仿游戏；结果显示，两次互动的模仿得分差异无统计学意义，但患儿会给予机器人更多的注意，且他们面对机器人时的重复或刻板行为比面对人时要少，这将会缓解重复刻板行为给病人带来的不良影响，为他们提供更多的模仿学习机会。总之，模仿能力的提高可以发展孤独症病人的认知能力和动作能力，有利于获取直接经验并帮助他们形成一些好的习惯，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 情绪识别与表达 儿童的情绪识别和表达能力直接影响他们的社交行为，情绪障碍是孤独症病人出现社交缺陷的一个重要因素[17‐18]，提高他们的情绪识别与表达能力能够帮助他们更好地融入社会。Marino等[19]开展的一项随机对照试验选取孤独症病人14 例，对干预组7 例实施每周2 次、每次90 min，共10 次的机器人辅助认知行为治疗，对照组7 例接受常规的认知行为治疗；结果显示，虽然干预组和对照组在情感识别、理解和换位思考等方面都取得了实质性的进步，但是干预组的康复效果比对照组更加显著。Pop 等[20]将27 例孤独症病人分成两组，干预组12例病人进行基于机器人Keepon 的认知行为疗法(Robot‐enhanced therapy，RET)干预，对照组15 例仅进行常规认知行为疗法(treatment as usual，TAU)干预，每组儿童都接受了6次、每周2 h 的康复训练；结果表明，与TAU 相比，RET 能够降低孤独症病人对消极社会事件所产生的消极情绪的强度，也能帮助孤独症病人更理性地思考如何表达自己的情绪。Soares 等[21]的研究显示，相较于没有机器人Zeno 在场的对照组病人而言，机器人Zeno 的介入可以让干预组病人在情绪识别游戏中表现得更好。总之，机器人辅助治疗帮助病人增强了情绪识别与表达能力，学会合理调节自己的情绪，丰富了情感体验，从而增强了社会适应力，在社交中有更好的表现与发挥。

2.4 人际交往 人际交往是不同角色运用复杂的感性和认识过程，借助动态的语言和非语言交流，并根据动机和预期进行交流互动的一种活动[22]。孤独症病人由于神经结构存在异常，导致他们很难成为沟通交流的发起者，甚至无法进行基本的交往互动。Albo‐Canals等探究了机器人KIBO 参与康复课程对孤独症病人的影响，机器人KIBO 连续4 d 介入12 例病人的常规康复课程，充当病人的游戏伙伴，与病人合作完成康复任务；通过分析视频数据和治疗师访谈数据，发现病人增加了与治疗师的社会互动，眼神注意增多，有时还会主动发起谈话[23]。Karakosta 等的实验以7 例孤独症病人为康复对象，进行了每周1 次或2 次、每次10～15 min、共10 周的机器人Kaspar 辅助治疗，在此期间还对病人的治疗师进行了6 次访谈；分析数据后发现Kaspar 对病人的沟通、互动、模仿、自发讲话等行为都产生了积极影响，而且治疗师也反映病人的沟通互动技能明显改善[24]。David 等针对轮流说话技能对比了机器人辅助治疗和治疗师治疗的干预效果，11 例孤独症病人接受8 个机器人强化疗程和8 个人类强化疗程，结果表明，大多数病人在这两个疗程中的受益程度相似，但病人反映他们更喜欢机器人伙伴[25]。这种轮流说话和倾听的动态行为是在双方良好互动作用下产生的，掌握轮流转换技巧有助于获得更好的交际效果。其他研究结果也表明，机器人辅助治疗有利于诱发病人、成人、机器人之间的三元互动，病人还能从机器人那里学到交往技能，并将这种技能迁移到人与人之间的互动中[26‐27]。总之，机器人辅助治疗使孤独症儿童逐渐参与到与环境、他人的互动、合作，益于自身人格的健全和身心健康，以便更好地融入社会生活。

3 小结与展望

目前，机器人技术在孤独症病人康复方面已经取得了积极的效果，越来越多孤独症研究领域的相关人员表达了他们对于这种新的有潜力的辅助治疗工具的应用热情。随着科技的进步，这些潜能会被充分地利用，给孤独症病人带来更多的益处。 孤独症病人存在年龄差异和个体差异，他们对机器人外形可能存在个人偏好，要求研究者在设计机器人的过程中进行适当调整适应个性化的需求，以期能够最大限度地实现以病人为中心，充分地吸引孤独症病人的注意力和兴趣。机器人的功能和自动化程度取决于现代科技研发人员的科研水平，随着技术的发展，未来研究者能够继续为孤独症病人开发出更多类型的机器人，像高级的“情感识别”机器人，为孤独症病人提供质量更高的人机互动。在此过程中孤独症康复领域的研究人员、治疗人员和机器人技术领域的开发人员要加强彼此间的交流，发挥研发合力，共同为孤独症病人创造有价值、成体系的干预措施和评估系统。机器人技术在孤独症干预领域的研究还有很大的发展空间，研究人员的聚焦点为社交领域的干预，其他领域的探索相对较少和不成熟。如运动能力、刻板行为、感官知觉等。近年来，研究者已经开始尝试将机器人技术与其他技术相融合，如虚拟现实技术，已经取得了初步的成果。越来越多的新领域等待着被探索，机器人技术应用的一些未知潜力也逐渐显现。对新领域的探索能够丰富对该领域的理论和实践知识，验证机器人技术是否能够帮助治疗师实现更多的理想目标，从而提升机器人技术的应用范围。干预效果的维持和习得技能在现实生活中的应用是机器人技术应用领域的难点，应该对基于机器人的干预进行短期观察和长期行为评估。具体而言，在很长一段时间内定期实施机器人与孤独症病人之间的人机交互。在交互前、交互期间和交互后对孤独症病人的行为与机器人的行为响应进行评估，同时也要基于每次人机交互中获得的反馈以及他们的父母或监护人在家里的反馈来形成月度报告。根据综合的评估报告使机器人干预对孤独症儿童的受益最大化。