社交機(jī)器人在自閉癥譜系障礙兒童照護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)展

張議丹，趙晨靜，趙明，朱慶華，辛晨陽，渠利霞

自閉癥又稱自閉癥譜系障礙(Autism Spectrum Disorders，ASD)，是一種廣泛性發(fā)展障礙，美國精神病學(xué)會《精神疾病診斷統(tǒng)計手冊(第5版)》中將社會和(或)溝通障礙、狹隘興趣與刻板行為列為ASD的核心癥狀[1]，社會溝通障礙是影響ASD兒童社交能力的主要因素。美國疾控中心2018年的統(tǒng)計資料表明，美國每59名兒童就有1名被診斷為ASD[2]。據(jù)2017年發(fā)布的《中國自閉癥兒童發(fā)展報告》數(shù)據(jù)推算，我國0～6歲ASD兒童已超過100萬，0～14歲兒童患病者達(dá)200余萬，我國ASD患病率約為1%[3]。ASD兒童孤僻、刻板的社交行為不僅影響自身的成長生活，更使父母在撫養(yǎng)過程中產(chǎn)生巨大的心理壓力，嚴(yán)重影響了照顧者的身心健康[4]。尋找提升ASD兒童社交能力的有效途徑迫在眉睫。當(dāng)前，人工智能在醫(yī)療行業(yè)廣泛應(yīng)用，社交機(jī)器人因新奇的外表和它展示的簡單、可預(yù)測的社交情景吸引ASD兒童的注意，使其主動參與社交互動，有望為ASD兒童提供新的社交干預(yù)模式。此外，目前國內(nèi)康復(fù)及護(hù)理人員的短缺成了ASD治療和康復(fù)的主要挑戰(zhàn)[5]。而社交機(jī)器人可通過編程滿足不同個體的特定需求，輔助醫(yī)護(hù)人員完成干預(yù)措施，緩解醫(yī)護(hù)人員的壓力。機(jī)器人技術(shù)已在ASD干預(yù)研究中大量應(yīng)用[6-7]。因此，為了提高ASD兒童康復(fù)訓(xùn)練的有效性和治療的特異性，并解決醫(yī)護(hù)人員短缺問題，需要引入社交機(jī)器人作為ASD治療和康復(fù)的輔助手段[5]。本文對社交機(jī)器人在ASD照護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)分析，旨在為提高ASD兒童的護(hù)理質(zhì)量提供參考。

1 社交機(jī)器人的起源與發(fā)展

社交機(jī)器人是指以人類的社交模式運行和互動的機(jī)器人，旨在參與、娛樂和啟發(fā)[8]。1976年，機(jī)器人首次被用于ASD兒童社交行為干預(yù)訓(xùn)練。1998年Dautenhahn[9]主持開展“南極光計劃”，他認(rèn)為機(jī)器人簡化的外形設(shè)計更易引起ASD兒童的興趣，發(fā)起的社交行為簡單，易于接收并做出回應(yīng)，因此可以改善ASD兒童的社交溝通能力。隨后，研究者致力開發(fā)更加靈活、智能的機(jī)器人，如通過模仿、眼神接觸、輪流、情緒識別和表達(dá)等途徑與ASD兒童互動，訓(xùn)練他們的技能，從而引出特定、理想的行為，發(fā)展ASD兒童的社交相關(guān)能力[10]。

2 社交機(jī)器人的種類

2.1人形機(jī)器人 此類機(jī)器人中，Nao機(jī)器人和CommU“面聊”機(jī)器人可自主與ASD兒童進(jìn)行對話。其中，Nao機(jī)器人是在ASD兒童照護(hù)中應(yīng)用最廣的人工智能社交機(jī)器人，由法國Aldebaran Robotics公司發(fā)明，高50 cm[11-13]，CommU“面聊”機(jī)器人由日本大阪大學(xué)工學(xué)研究科開發(fā)，高30 cm[14]，上述兩種機(jī)器人均可通過清晰、發(fā)光的眼睛與ASD兒童產(chǎn)生共同注意。由Billard等[15]開發(fā)的娃娃機(jī)器人Robota和University of Herdfortshir設(shè)計開發(fā)的簡易人形機(jī)器人KASPAR[16]主要通過移動肢體與兒童交流，Robota機(jī)器人可鼓勵A(yù)SD兒童參與模仿互動游戲，KASPAR機(jī)器人可表現(xiàn)面部表情，并對兒童的觸摸做出反應(yīng)。Tito機(jī)器人高60 cm，它使用輪子移動，可以上下活動手臂和左右轉(zhuǎn)動頭部，還可通過預(yù)先錄制的聲音說話[17]。CARO和iRobiQ是由韓國開發(fā)的兩種機(jī)器人，CARO通過眼球變化展示快樂、悲傷、驚訝和憤怒四種情緒，iRobiQ通過嘴的形狀表達(dá)快樂、悲傷、驚訝和羞怯四種情緒，后者的肢體可以伴隨播放的兒歌運動[18]。

2.2動物機(jī)器人 Pleo機(jī)器人是一種恐龍寵物玩具，RoboParrot機(jī)器人外形為鸚鵡，二者都能自主移動，并響應(yīng)兒童的觸摸和各種互動，且Pleo機(jī)器人還可以表現(xiàn)不同的情緒[19-20]。Probo機(jī)器人是58 cm高的綠色填充大象，由柔軟的材料和毛皮制成，為ASD兒童提供安全和愉快的物理接觸，它不僅可以通過展現(xiàn)面部表情，還可通過講述具有社交情景的故事來幫助ASD兒童學(xué)習(xí)社會交往的技巧[21]。

2.3卡通玩具機(jī)器人 Keepon機(jī)器人高12 cm，主要通過移動頭部與ASD兒童形成共同注意，還可以表達(dá)愉快、興奮等情緒并伴隨音樂舞蹈[12]。Charlie機(jī)器人是一個綠色的毛絨玩具，它能夠通過移動兩只手臂鼓勵A(yù)SD兒童模仿它的行為或捕捉并模仿兒童的手部動作來引起他們的注意[22]。FACE機(jī)器人是一個高度仿真的人臉，可以展現(xiàn)六種基本情緒(快樂、悲傷、驚訝、憤怒、厭惡和恐懼)的面部細(xì)節(jié)，幫助ASD兒童識別不同表情并遷移至日常生活中[23]。

3 使用社交機(jī)器人進(jìn)行干預(yù)的方式

3.1作為玩伴 游戲在培養(yǎng)兒童社交能力的過程中發(fā)揮著重要作用[24]。ASD兒童難以與其他兒童進(jìn)行游戲活動，而社交機(jī)器人作為玩伴可以為ASD兒童提供安全、愉快的游戲環(huán)境，鼓勵孩子無所畏懼地進(jìn)行游戲互動[10]。社交機(jī)器人參與的游戲互動可分為個人游戲和團(tuán)體游戲。個人游戲中社交機(jī)器人能夠根據(jù)兒童的喜好和干預(yù)目標(biāo)設(shè)計游戲環(huán)節(jié)，并為他們提供具有安全感的環(huán)境，以便引出理想的社交行為；而團(tuán)體游戲營造的氛圍更貼近日常生活，社交機(jī)器人可幫助ASD兒童認(rèn)識其他游戲同伴，學(xué)會“輪流”的游戲規(guī)則，并與同伴分享自己的樂趣與愉悅[16]。

3.2作為社會互動的中介 此干預(yù)方式中最典型的是三元交互模式，包括ASD兒童、機(jī)器人和同伴[25]。該模式的治療目標(biāo)是將ASD兒童在干預(yù)過程中習(xí)得的社交技能運用到與同伴的交往中，當(dāng)護(hù)理人員作為同伴參與三元交互時，社交機(jī)器人可引導(dǎo)ASD兒童與護(hù)理人員形成共同注意，從而快速建立雙方的情感聯(lián)系，協(xié)助護(hù)理工作推進(jìn)[10]。

3.3作為社交行為代理模型 社交機(jī)器人可以為ASD兒童展示在特定情景下的社會交往行為，刺激兒童通過模仿學(xué)習(xí)和強(qiáng)化指定的社交技能。如機(jī)器人Probo可通過講述具有特定社交情景的小故事教授兒童在不同場景進(jìn)行互動，包括何時說“你好”“謝謝”，同時社交機(jī)器人還能通過面部表情和眼神表達(dá)情緒，幫助ASD兒童理解和學(xué)習(xí)社會交往行為[21]。

4 社交機(jī)器人在ASD兒童照護(hù)中的應(yīng)用效果

4.1提高眼神接觸與引起共同注意 眼神接觸是一項基本的社交技能，兒童可通過眼神接觸向外界表達(dá)對物體的興趣，并通過眼神的交換產(chǎn)生與外界的共同注意[26]。ASD兒童常因缺乏眼神接觸而難以產(chǎn)生共同注意，從而喪失學(xué)會社會互動的先決條件。社交機(jī)器人可作為媒介引發(fā)ASD兒童與他人的眼神接觸，促進(jìn)產(chǎn)生共同注意[27]。Yun等[18]選取韓國15名ASD兒童，隨機(jī)將其中8名分為實驗組(機(jī)器人iRobiQ和CARO參與干預(yù)訓(xùn)練過程)，7名分為對照組(2名護(hù)理人員參與干預(yù)訓(xùn)練過程)，對他們進(jìn)行社交能力干預(yù)訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)實驗組ASD兒童眼神接觸頻率顯著增加，且優(yōu)于對照組。Simut等[28]研究ASD兒童與Probo機(jī)器人一起制作水果沙拉，對照組與人類同伴一起制作，結(jié)果顯示實驗組ASD兒童與Probo產(chǎn)生了更多的眼神接觸。Kumazaki等[14]將30名ASD兒童與38名正常兒童隨機(jī)分配到干預(yù)組和對照組，機(jī)器人干預(yù)組中，兒童與“人類A”“CommU面聊機(jī)器人”進(jìn)行交互，對照組與“人類A”“人類B”進(jìn)行交互，結(jié)果顯示干預(yù)組ASD兒童在與CommU的交互中共同注意得分提高了0.69，對照組ASD兒童的共同注意得分降低了0.25，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，表明機(jī)器人干預(yù)成功改善了ASD兒童的共同注意。Boccanfuso等[29]設(shè)計了一種“帽子游戲”對3名ASD兒童進(jìn)行了為期6個月的社交能力干預(yù)，游戲過程中，ASD兒童在提示下為機(jī)器人Charlie戴上帽子，并問：“Charlie，你喜歡戴帽子么？”機(jī)器人可通過回答引起孩子的注意并鼓勵他們繼續(xù)游戲，游戲通過輪流的模式，引導(dǎo)ASD兒童與同伴進(jìn)行游戲互動，干預(yù)結(jié)束后，3名ASD兒童共同注意平均增長了98.3%，其中1名ASD兒童在干預(yù)后主動與父母進(jìn)行“帽子游戲”，且3名ASD兒童在干預(yù)過程中發(fā)出請求和社交互動的頻率顯著提高?？傊珹SD兒童與社交機(jī)器人的交互過程可改善眼神接觸并形成共同注意，促進(jìn)ASD兒童主動發(fā)出社交行為。

4.2通過模仿學(xué)習(xí)強(qiáng)化新技能 模仿是學(xué)習(xí)社交行為的有效途徑[26]，也是重要的社交技巧，但ASD兒童具有嚴(yán)重的模仿障礙，難以通過模仿自學(xué)社交技能。社交機(jī)器人可以激發(fā)ASD兒童的模仿沖動，誘導(dǎo)兒童的自發(fā)模仿行為，幫助他們學(xué)習(xí)強(qiáng)化新技能。Zheng等[30]提出了一種針對ASD兒童的機(jī)器人介導(dǎo)的模仿技能培訓(xùn)架構(gòu)(包括Nao機(jī)器人、用于姿勢識別的攝像機(jī)、用于評估模仿姿勢的姿勢識別算法和反饋機(jī)制)，對4名ASD兒童和6名正常兒童進(jìn)行實驗，每組都選用機(jī)器人和人類治療師展示一套手臂動作(包括舉起一只手、揮動、舉起雙手、手臂向側(cè)面伸出)，結(jié)果顯示ASD兒童關(guān)注機(jī)器人的時間比人類治療師多11%，且ASD兒童模仿機(jī)器人的得分高于人類治療師。此外，在康復(fù)過程中，護(hù)理人員還可通過更換機(jī)器人的衣服使它扮演不同的角色，并為ASD兒童展示不同的社交行為，如打招呼、向警察問路等，以便兒童能夠從實際生活中理解并模仿不同環(huán)境下的適當(dāng)行為[27]。

4.3提高面部情緒識別能力 面部情緒識別在社交過程中起著至關(guān)重要的作用，是社交能力整體發(fā)展的良好指標(biāo)。ASD兒童難以識別面部表情和理解他人的情緒狀態(tài)[31]。Yun等[18]設(shè)置了一種面部情緒識別任務(wù)，ASD兒童需說出機(jī)器人呈現(xiàn)的面部表情中蘊(yùn)含的情緒，結(jié)果顯示，ASD兒童面部情緒識別的準(zhǔn)確性從第1次到第4次顯著增加。Anamaria等[32]利用機(jī)器人Probo研究了3名ASD兒童基于情景的情緒識別能力，A階段兒童在機(jī)器人未展現(xiàn)面部表情的情況下被治療師提問特定情景下Probo應(yīng)具有的情緒；B階段在機(jī)器人展現(xiàn)愉快或悲傷的情緒下回答上述問題，結(jié)果顯示，ASD兒童正確識別情緒的數(shù)量由A階段的16～19個增加為B階段的33～35個。上述兩項實驗共同表明，社交機(jī)器人有助于提升ASD兒童的面部情緒識別能力。

4.4主動發(fā)起社交行為 主動發(fā)起互動是ASD兒童最為缺乏的一項技能。Boccanfuso等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，3名ASD兒童與社交機(jī)器人交流后的自發(fā)語言平均增加了35.3%，2名兒童的平均會話長度有所增加，1名兒童雖未表現(xiàn)出自發(fā)語言的增加，但產(chǎn)生自發(fā)語言的前提-模仿和共同注意均有顯著提升。Vanderborght等[21]的研究中，4名ASD兒童在機(jī)器人Probo模擬社交場景后，僅需較少的外界提示便可主動發(fā)起互動，且其中1名兒童不需提示即可完成任務(wù)。實驗顯示，ASD兒童不僅針對機(jī)器人的社交行為增加，而且對同伴主動發(fā)起了更多的言語行為及共同關(guān)注[19，28]。此外，社交機(jī)器人能夠在游戲中幫助ASD兒童培養(yǎng)輪流的觀念，意識到社交互動中同伴的存在，并教會他們在說話做事前后等待同伴的回應(yīng)，例如孩子將球踢向機(jī)器人后要等待機(jī)器人將球踢回[10]。上述社交機(jī)器人介導(dǎo)的干預(yù)均有助于ASD兒童學(xué)會主動發(fā)起社交行為。

4.5減少護(hù)理人員的工作量 ASD兒童的社交技能培訓(xùn)需要花費大量的時間和重復(fù)性工作，社交機(jī)器人介導(dǎo)的干預(yù)模式可以作為一種輔助手段來減輕護(hù)理人員的工作負(fù)擔(dān)。社交機(jī)器人的行為干預(yù)對改善ASD兒童眼神接觸[28]、共同注意[14]和面部情緒識別的效果均優(yōu)于護(hù)理人員，這表明機(jī)器人是ASD兒童社交技能訓(xùn)練的良好引導(dǎo)者。國內(nèi)一項研究顯示，ASD兒童在機(jī)器人介導(dǎo)的干預(yù)模式下雖對共同注意的目標(biāo)物體關(guān)注不足，但對機(jī)器人有著更高的注意，故社交機(jī)器人可以代替護(hù)理人員引導(dǎo)兒童進(jìn)行注意力的過渡以形成共同注意[33]。ASD的高異質(zhì)性決定了護(hù)理人員需要對兒童制定獨特的干預(yù)計劃以滿足其特定的治療需求，此過程耗時耗力，但機(jī)器人可根據(jù)ASD兒童特點設(shè)置不同的社交場景及任務(wù)，定制個性化干預(yù)方案，對不同個體進(jìn)行特殊照護(hù)，并進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)化技能[34]。社交機(jī)器人主導(dǎo)的康復(fù)訓(xùn)練不僅滿足了ASD兒童干預(yù)治療的個性化及強(qiáng)化訓(xùn)練的需求，也避免了護(hù)理人員的大量重復(fù)性工作，減少了護(hù)理人員的工作量。

5 小結(jié)

社交機(jī)器人作為人工智能背景下的產(chǎn)物，易引起ASD兒童和護(hù)理人員的興趣，能夠提高ASD兒童的社交能力，具有安全性高、易于操作、針對性強(qiáng)、節(jié)約人力等優(yōu)點。但目前社交機(jī)器人在ASD兒童照護(hù)中的應(yīng)用仍存在一些問題，如ASD兒童在參與機(jī)器人介導(dǎo)的護(hù)理干預(yù)中，其社交能力提升的良好效果可能與機(jī)器人對兒童產(chǎn)生的新刺激有關(guān)，而干預(yù)效果能否遷移至ASD兒童的日常生活仍有待研究。Zheng等[30]發(fā)現(xiàn)，ASD兒童在干預(yù)訓(xùn)練過程中表現(xiàn)出眼神接觸頻率增加而后急劇減少的變化趨勢，最初的急劇增加可能只是對新鮮刺激的反應(yīng)。Huijnen等[27]提出，ASD兒童可能會依賴某些護(hù)理人員，若以社交機(jī)器人作為治療師，需要關(guān)注ASD兒童是否會對社交機(jī)器人產(chǎn)生依賴。當(dāng)前社交機(jī)器人干預(yù)尚缺乏規(guī)范化指南，參與的實驗往往只涉及案例研究，干預(yù)時間較短，缺少大規(guī)模的縱向研究及評估標(biāo)準(zhǔn)，未來的干預(yù)需要大樣本的隨機(jī)對照試驗以評估不同類型的社交機(jī)器人對ASD兒童社交能力改善的效果，為臨床實踐提供參考。我國在ASD兒童中應(yīng)用社交機(jī)器人的研究罕見報道，在國內(nèi)ASD兒童照護(hù)領(lǐng)域中實施社交機(jī)器人干預(yù)不僅為ASD兒童及其照顧者帶來益處，也能促進(jìn)多學(xué)科的交叉融合發(fā)展。