基于人機(jī)交互技術(shù)的自閉癥社會(huì)交往課程開發(fā)研究

陳東帆+于新宇+沙慶慶+趙偉志+謝譽(yù)+李進(jìn)+樂蕾

摘 要 社交溝通障礙是自閉癥患者存在的核心障礙之一，近年來在自閉癥研究領(lǐng)域得到較多關(guān)注。隨著科技的不斷發(fā)展，人機(jī)交互技術(shù)也逐漸應(yīng)用于自閉癥康復(fù)領(lǐng)域?；谌藱C(jī)交互技術(shù)，將人形機(jī)器人介入自閉癥社會(huì)交往課程中，以應(yīng)用行為分析的原理為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)、開發(fā)一系列社會(huì)交往課程，旨在通過人機(jī)交互課程訓(xùn)練自閉癥兒童的社會(huì)交往能力。

關(guān)鍵詞 人機(jī)交互；自閉癥；社交溝通障礙；應(yīng)用行為分析；ART模型

中圖分類號(hào)：G652 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）18-0068-05

Rehabilitation Solutions for Social Communication Disorders of

Autism based on Human Computer Interaction Techniques//CHEN Dongfan， YU Xinyu， SHA Qingqing， ZHAO Weizhi， XIE Yu，

LI Jin， YUE Lei

Abstract Social communication disorders is one of the three core disorders of autism， which has drawn great attention in the research of autism in recent years. With the continuous development of science

and technology， Human-Computer Interaction Techniques is increa-singly applied in the field of autism rehabilitation. This research is

based on theory of Human-Computer Interaction Techniques and

Applied Behavior Analysis， which applies humanoid robot into the

Curriculum Systems for autisms social communication disorders. The objective is to design and develop a series of social communi-cation curriculum system and promote autisms social interaction skills through the curriculum.

Keywords human-computer interaction techniques； autism； social communication disorders； applied behavior analysis； ART（autism-robot-therapist） model

1 引言

自閉癥，又稱孤獨(dú)癥，是發(fā)病于兒童早期的、以社交溝通障礙和局限興趣及刻板行為為核心癥狀的精神發(fā)育障礙[1]。其中，社交溝通障礙是自閉癥患者存在的最核心的癥狀，社會(huì)交往能力的缺失對(duì)于自閉癥患者來說是特異性的[2]。因此，社交溝通障礙的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)于自閉癥患者來說十分重要。近年來，社交溝通障礙是自閉癥領(lǐng)域研究的熱門主題，在2010—2014年的五年間，就有很多研究關(guān)注了自閉癥社交溝通障礙下的語言發(fā)展、交流、社會(huì)技能、共同注意、注意缺陷等方面[3]。

對(duì)于自閉癥進(jìn)行干預(yù)的方法很多。其中，應(yīng)用行為分析方法（Applied Behavior Analysis，ABA）是最廣為人知的綜合干預(yù)模式之一，可以提高自閉癥兒童的社會(huì)交往能力[4]。人機(jī)交互技術(shù)是將人與機(jī)器人進(jìn)行互動(dòng)，是目前較為熱門的科學(xué)技術(shù)。近年來，人機(jī)交互技術(shù)也被越來越多地應(yīng)用于自閉癥的康復(fù)之中[5]。

本研究基于ABA的基本原理和方法，采用人機(jī)交互的技術(shù)，將人形機(jī)器人介入自閉癥社交溝通障礙康復(fù)課程之中，依據(jù)中國(guó)殘疾人聯(lián)合會(huì)編制的《孤獨(dú)癥兒童發(fā)展評(píng)估表》中的社會(huì)交往評(píng)估表，設(shè)計(jì)、開發(fā)一系列自閉癥社交溝通障礙康復(fù)課程，旨在提高自閉癥兒童的社會(huì)交往能力。本研究包括ART模型的設(shè)計(jì)、課程的設(shè)計(jì)與開發(fā)、具體實(shí)施方法與流程等幾個(gè)方面。

2 ART模型

ART模型是在康復(fù)課程的研發(fā)過程中設(shè)計(jì)、提出的，是在不斷地探索和嘗試中建立的一種人機(jī)交互關(guān)系的模型，反映了人機(jī)交互訓(xùn)練課程中各個(gè)角色彼此之間的互動(dòng)關(guān)系。其中，A指自閉癥兒童（Autism），R指機(jī)器人（Robot），T指康復(fù)師（Therapist）。三者呈現(xiàn)出穩(wěn)固的三角關(guān)系（圖1）。三者之間的互動(dòng)是兩兩之間互動(dòng)的集合。

1）康復(fù)師與機(jī)器人的互動(dòng)：康復(fù)師與機(jī)器人進(jìn)行社會(huì)交往技能的初步示范，機(jī)器人作為康復(fù)師的助手和“學(xué)生”，示范模仿需要習(xí)得的動(dòng)作，配合康復(fù)師完成課程；根據(jù)班杜拉社會(huì)學(xué)習(xí)理論，自閉癥兒童可以通過觀察和模仿康復(fù)師與機(jī)器人之間的互動(dòng)來進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)[6]。

2）機(jī)器人與自閉癥兒童互動(dòng)：機(jī)器人作為自閉癥兒童的模仿對(duì)象和學(xué)習(xí)伙伴，吸引、陪同自閉癥兒童完成課程。

3）康復(fù)師與自閉癥兒童互動(dòng)：在三者的互動(dòng)關(guān)系中，康復(fù)師是主導(dǎo)者，康復(fù)師輔助自閉癥兒童與機(jī)器人之間進(jìn)行互動(dòng)，并通過觀察自閉癥兒童的行為，給予及時(shí)的支持和反饋。

該模型將人機(jī)交互技術(shù)與ABA干預(yù)理念相結(jié)合，通過三者間互動(dòng)關(guān)系，對(duì)兒童進(jìn)行密集行為訓(xùn)練。人機(jī)交互模式區(qū)別于傳統(tǒng)的人人交互模式，有很多優(yōu)點(diǎn)：

首先，機(jī)器人可以代替康復(fù)師完成大量的、重復(fù)的動(dòng)作，利用機(jī)器人進(jìn)行訓(xùn)練，可以減少密集行為訓(xùn)練中康復(fù)師的工作量，康復(fù)師可以根據(jù)情境更加靈活地進(jìn)行強(qiáng)化、反饋；endprint

其次，相比于人，機(jī)器人身形嬌小，面孔簡(jiǎn)單，更能吸引自閉癥兒童的興趣，或能引發(fā)更多的共同注意[7]；

最后，機(jī)器人能作為自閉癥兒童行為泛化過渡階段的同伴，相比于正常人，自閉癥兒童更喜歡與機(jī)器人互動(dòng)[8]，自閉癥兒童學(xué)習(xí)社交技能后，先同機(jī)器人進(jìn)行技能的泛化，再逐漸從機(jī)器人過渡到人，完成社交技能的泛化。

3 教育康復(fù)課程的設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)化課程開發(fā) 此部分主要介紹課程開發(fā)的框架搭建。本研究結(jié)合硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件編程等構(gòu)建結(jié)構(gòu)化課程，將課程的開發(fā)過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分層，形成一個(gè)自頂向下的縱向結(jié)構(gòu)，包含課程、情節(jié)、模塊、函數(shù)、軟件、硬件六個(gè)層面。其中，課程、情節(jié)、模塊三個(gè)層面涉及教育康復(fù)的內(nèi)容，而函數(shù)、軟件、硬件三個(gè)層面涉及機(jī)器人核心控制技術(shù)。

圖2以社會(huì)交往課程之一——“打招呼—揮手”課程為例，對(duì)課程進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分解，對(duì)應(yīng)動(dòng)作目標(biāo)，研發(fā)編制機(jī)器人應(yīng)用程序，生成驅(qū)動(dòng)函數(shù)，由機(jī)器人做出動(dòng)作。在本研究中，應(yīng)用的機(jī)器人是法國(guó)Aldebaran Robotics公司研制的一款人工智能仿人機(jī)器人——NAO。NAO是目前教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的人形機(jī)器人，精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的處理器和先進(jìn)的傳感器能夠支持它完成各種復(fù)雜的動(dòng)作[9]。

同時(shí)，NAO提供了一個(gè)開放的編程構(gòu)架，使用戶可以使用諸如LabVIEW、Python、C++、Java、MATLAB、.NET及Urbi-script語言進(jìn)行編程，本研究中應(yīng)用的是Python語言。課程的具體結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

課程目標(biāo)與主題設(shè)計(jì) 本研究依據(jù)中國(guó)殘疾人聯(lián)合會(huì)編制的《孤獨(dú)癥兒童發(fā)展評(píng)估表》評(píng)估表中的社會(huì)交往評(píng)估表，參照正常兒童社會(huì)交往能力的發(fā)展進(jìn)程，將課程根據(jù)兒童發(fā)展年齡分為三個(gè)階段：0～12個(gè)月，12～36個(gè)月和36～72個(gè)月。每個(gè)階段又進(jìn)行細(xì)分，在細(xì)分階段下從社交前基本能力、社交技巧和社交禮儀三方面確定階段目標(biāo)，依據(jù)階段目標(biāo)進(jìn)行課程的設(shè)計(jì)。

三個(gè)階段共形成47個(gè)目標(biāo)項(xiàng)，見附表1；基于這47個(gè)目標(biāo)項(xiàng)，將具有相似內(nèi)容的課程按照難度梯度進(jìn)行歸納，形成47節(jié)課，分屬八個(gè)主題，分別為“周圍的世界”“我自己”“我身邊的人”“你好”“再見”“謝謝”“對(duì)不起”“你真棒”。詳細(xì)清單見附表2。

教案編寫 根據(jù)47節(jié)課程的目標(biāo)設(shè)計(jì)教案，教案設(shè)計(jì)的原則是：符合兒童社會(huì)交往能力的發(fā)展規(guī)律，通過主題的形式使各種能力能夠從低級(jí)到高級(jí)進(jìn)行延續(xù)，各個(gè)能力模塊可以單獨(dú)成體系進(jìn)行評(píng)估與訓(xùn)練。每節(jié)課程包含三個(gè)課時(shí)：情緒誘導(dǎo)，早期行為干預(yù)，溝通交流。每個(gè)課時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)教案，總計(jì)144課時(shí)。

教案的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了密集回合教學(xué)的思想，每節(jié)課的三個(gè)課時(shí)共同服務(wù)于一個(gè)課程目標(biāo)，圍繞一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行密集行為訓(xùn)練。為了兒童有明顯的收獲，應(yīng)該每天進(jìn)行非常大量的密集教學(xué)[10]。在密集回合教學(xué)中，應(yīng)將一種技能分解成較小的部分；一次只教一個(gè)小技能，直到掌握為止；集中一段時(shí)間，反復(fù)練習(xí)；進(jìn)行提示，并在必要時(shí)逐漸減少；使用強(qiáng)化方法[11]。

每節(jié)課的教案都分為情緒誘導(dǎo)、早期行為干預(yù)、溝通交流三種形式，分別為課時(shí)一、課時(shí)二、課時(shí)三，體現(xiàn)了課程從情緒誘導(dǎo)到技能泛化的過程。情緒誘導(dǎo)是每節(jié)課程的第一課時(shí)，主要目的是讓自閉癥兒童體驗(yàn)不同的情感，自閉癥兒童無法將自己的情緒與動(dòng)作系統(tǒng)或動(dòng)作計(jì)劃能力聯(lián)結(jié)在一起[12]，因而若想對(duì)自閉癥兒童進(jìn)行社會(huì)交往能力中動(dòng)作和行為的訓(xùn)練，首先應(yīng)該讓他們體會(huì)情感、理解情感。情緒誘導(dǎo)中應(yīng)用了可視音樂治療方法，可視音樂可對(duì)多種特殊兒童的情緒與行為問題起到緩解作用，并使其癥狀向良性方向發(fā)展[13]。早期行為干預(yù)作為每節(jié)課的第二課時(shí)，是每節(jié)課的主要部分，通過密集行為訓(xùn)練來使兒童習(xí)得社會(huì)交往的關(guān)鍵性語言、動(dòng)作、行為等，課程在密集行為干預(yù)的基礎(chǔ)上結(jié)合游戲與音樂律動(dòng)，通過多種有效干預(yù)方式的結(jié)合來促進(jìn)兒童能力的發(fā)展[14]。溝通交流是整個(gè)課程的泛化階段，兒童通過與機(jī)器人的互動(dòng)，同伴的互動(dòng)實(shí)現(xiàn)能力的泛化。在溝通交流階段，游戲可以作為泛化的一種手段[15]，提高自閉癥兒童的社會(huì)交往能力，促進(jìn)泛化水平。

4 教育康復(fù)課程的實(shí)施

個(gè)性化定制課程 在課程的實(shí)施過程中，采用個(gè)性化定制的方式。自閉癥兒童千人千面，根據(jù)個(gè)體特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估和干預(yù)并提供相應(yīng)的教育指導(dǎo)，這在自閉癥干預(yù)過程中是非常重要的[16]。在本課程的實(shí)施中，按照以下流程進(jìn)行：

首先，采集數(shù)據(jù)，具體按照社交前基本能力、社交技能、社交禮儀三個(gè)方向進(jìn)行評(píng)估分析；

其次，根據(jù)評(píng)估的發(fā)展年齡，進(jìn)行階梯式定位，就低確定訓(xùn)練月齡；

最后，按照發(fā)展年齡進(jìn)行訓(xùn)練方案的組合設(shè)計(jì)，將已經(jīng)編制的課程組合成為訓(xùn)練方案，進(jìn)行以人機(jī)交互為基礎(chǔ)的社會(huì)交往能力訓(xùn)練。

具體的個(gè)性化定制方案為：康復(fù)師使用評(píng)估表進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估出兒童社交前基本能力、社交技巧、社交禮儀的發(fā)展年齡，然后選擇最低年齡對(duì)應(yīng)的課程開始學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)后進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估通過可進(jìn)行下一階段的學(xué)習(xí)，否則重復(fù)上本階段的課程。個(gè)性化定制階梯圖如圖3所示。根據(jù)個(gè)性化定制階梯圖，康復(fù)師可以高效、準(zhǔn)確地確定課程起點(diǎn)，選擇具體課程。

康復(fù)流程介紹 首先，由專業(yè)的康復(fù)師對(duì)自閉癥兒童進(jìn)行評(píng)估，確定其所處社交能力發(fā)育階段，對(duì)照該階段兒童的社交前基本能力、社交技能、社交禮儀的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析。然后，對(duì)兒童進(jìn)行評(píng)估效果分析，若評(píng)估結(jié)果異常，則制訂階段訓(xùn)練方案；若達(dá)到正常指標(biāo)，則課程結(jié)束。最后，若評(píng)估結(jié)果異常，則根據(jù)兒童能力個(gè)性化地定制訓(xùn)練方案，開始實(shí)施干預(yù)。具體的康復(fù)流程如圖4所示。

5 討論

社交溝通障礙對(duì)自閉癥患者的康復(fù)十分重要，如何尋找出一種有效的干預(yù)方法，需要研究者不斷地探索。將人機(jī)交互應(yīng)用于自閉癥社交溝通障礙的康復(fù)，并建立一整套康復(fù)課程體系，在國(guó)內(nèi)來說是首次嘗試。雖然研究依舊有一些不足，如評(píng)估目前以主觀評(píng)估為主，缺少可量化的客觀評(píng)估手段，面向?qū)ο竽挲g范圍較窄等，但希望可以為同一領(lǐng)域的研究者提供一種新的思路，在此思路的啟發(fā)下嘗試探索出更有效的自閉癥干預(yù)方法和手段。endprint

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