科学家研究发现:机器人可协助治疗自闭症儿童

顾汉现

科学家研究发现:机器人可协助治疗自闭症儿童


2010-05-19 11:25:11


据《大众科学》报道，每110名儿童中就有一人被确诊为自闭症，在欧美，理疗师供不应求，因此研究人员正在开发类人型机器人以填补空缺。但是机器人能帮助患者强化与人群的联系吗？



为自闭症儿童而设计的机器人凯莫若·班迪特有一双立体摄像机的眼睛。



发明之母：计算机科学家马亚·马塔里奇的类人型机器人具备手势和面部表情的表达能力。



机器人所看，机器人所做：马塔里奇与机器人班迪特玩镜像游戏。

网易探索5月19日报道 据《大众科学》报道，每110名儿童中就有一人被确诊为自闭症，在欧美，理疗师供不应求，因此研究人员正在开发类人型机器人以填补空缺。但是机器人能帮助患者强化与人群的联系吗？

在一间小小的简装房间中，一个身穿黑色T恤的小男孩自己抵在角落里，显得小心翼翼。摄像机捕捉着他的动作，麦克风记录着每一个声音。但是这些都吓不到他；他似乎根本没意识到自己正被观察着。坐在旁边的妈妈也不是他的关注对象。布莱恩是一名自闭症患者，他的目光穿过整个房间紧盯着一台长着卡通大眼睛的双轮灰色人形机器人。名为班迪特的机器人体型大约跟布莱恩一般大小，正试图慢慢滚动接近布莱恩。

班迪特用红外遥感和摄像机来计算布莱恩的位置。看到男孩背转身去，机器人尝试了另一种接近方式。它停下来不动，作出一个“来这里”的手势，召唤他走近。这起到了效果。布莱恩走了过来，然后肩并肩的站在班迪特身旁。班迪特站定，而布莱恩退后。男孩就像一名拳击手一样在目测对手。最后，布莱恩有恃无恐得走向机器人，好奇而自信得将脸朝向它。对于隔壁房间内通过双向镜观察互动效果的研究人员来说，这个小举动是一个令人鼓舞的迹象。男孩正跟机器人热络起来，而这正是关键所在。

这不寻常的一对伙伴是南加州大学策动的一项研究的一部分，研究旨在建造同情和敏感程度足以做自闭症儿童治疗师和玩伴的机器人。经过程序编制，班迪特能做出简单的面部表情和动作，而研究人员正在努力使机器人能够作出复杂决策来回应孩子的行为。这样一来，班迪特及其他类似机器人就可以引导社交自闭儿童玩简单的游戏，像‘我说你做’或‘捉迷藏’之类，并最终与人群开展社交活动。正如南加州大学计算机科学家兼项目负责人马亚·马塔里奇解释的：“机器人是社交互动的一道催化剂。”

以其目前形式而言，班迪特只具备初级社交技巧。例如，它还不能理解对话；如果孩子跟它说话，身处其他房间的研究人员必须下指令让机器人作出相应反应。但早期研究结果仍令人鼓舞。马塔里奇的研究小组已经为其他14个五岁到九岁大的自闭症儿童进行了类似于班迪特和布莱恩之间的互动实验。其中一些孩子没有讲话能力，而其余孩子可以说完整的句子却倾向于肢体抽搐，比如手不停拍打，或者偏执于火车之类的移动对象。整个互动持续时长平均约五分钟，不足以产生永久性行为变化，但许多孩子在房间里跟机器人呆一起时变得更合群，更爱出声。


这可能看似奇怪，因为机器人很难被看作温暖有社交能力的个体。然而，有越来越多的证据显示，自闭症儿童面对机器比面对人群时反应更为自然。英国剑桥大学自闭症研究中心主任心理学家西蒙·拜伦·科恩以及其他自闭症专家认为，机器人、计算机和电子产品可能更能打动患者，因为它们不像人那样，它们是可预测的。你有九成机会能猜出一台计算机下一步要干嘛，而人类互动几乎完全不遵从可预见性规律。而这，拜伦·科恩解释说，对自闭症儿童来说很困难。“他们觉得不规律状况有害，”他说。“他们应付不来。所以他们背离人群，转向目标对象。”

完善一台填补空白的机器人几乎要求现代机器人每一方面的先进技术：人工智能、机器视觉、机械和电气设计、信号处理。额外的需求是，机器人治疗师必须十分精密足以应对患者而不吓跑他们，必须十分机灵足以识别患者行为并作出反应。例如，如果一个孩子开始来回摇摆，这可能是益发焦虑的迹象，机器人应该能够识别其举动并调整自身行为，直到孩子表现出好转为止。“是的，还需要做些工作，”马塔里奇承认道。“但这确实可行。我想要的是，用十年时间造出一台卖价等同于笔记本电脑的机器人。”

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2010-05-19 11:25:11　


据《大众科学》报道，每110名儿童中就有一人被确诊为自闭症，在欧美，理疗师供不应求，因此研究人员正在开发类人型机器人以填补空缺。但是机器人能帮助患者强化与人群的联系吗？

寻求帮助

自闭症通常被定义为：社交和交流困难为特征的发展障碍，并倾向于注视对象和细节。有一系列典型性评估标准可以确诊该病症。在一种通用测试‘自闭症诊断观察计划’中，测试官与孩子互动30至45分钟，进行吹泡泡等好玩的游戏，以及基本交流练习。测试官从中找寻茫然若失的神情、缺乏共鸣、明显对自己姓名无反应能力、以及其他病症行为。

测试官尽可能多的进行记录、计分和分析，但很少做出明确诊断。自闭症难以明确界定，部分原因是由于该病是谱群疾病。它覆盖了广泛的人群——据自闭症协会统计，美国患者多达150万——从需要持续照料的成年人到专业成功的独立知识分子。在儿童中，发病率统计从几年前每150人一个跃升到今天每110个孩子中一个患者。专家们对原因进行探讨（发病率增加可能只是源于对这种疾病的更广泛认识），认为现在缺乏合格的治疗师。而治疗确实有作用。为了取得治疗效果，一个孩子可能每周要花40小时从一位专家那儿转到下一位专家处。治疗师可能会利用音乐疗法来教导孩子如何轮流排队；会鼓励艺术化表达；会利用角色扮演和戏剧疗法来教授社交技巧；以及注视并指向单一对象，然后讨论它，进行交流和共同关注。

上述每种方法都需要专门培训，而现在专家人数不够。供需差距大小目前尚不清楚，但“毫无疑问，目前自闭症人数多过懂得如何接近并帮助患者的治疗师人数，”美国麻省理工学院科技媒体实验室临床研究主任马修·古德温说道，他在实验室中已经构建出可佩戴设备以了解自闭症人群的压力水平。

然而使用疗法可以治疗自闭症，孩子们能够获得基本的社交技巧、一定程度的独立性、某些情况下成年人能自给自足。无论孩子从谱群何处开始，研究人员们一致认为，关键在于人生初期的训练，那个阶段大脑更灵活更易于改变。“每一天你没有对大脑可塑性加以利用的时候，你都在逐步加深日后很难撤消的事情，”古德温说道。本着希望为他们孩子做到最好的原则，边远农村地区的家庭可以驱车数小时、甚至跨国到城市中心，去寻求对症治疗。有的干脆打包搬家。

自动化（机器人）治疗师将不仅增加可用治疗师的数目，还使得随便住在何处的家庭都能进行治疗。马塔里奇设想将来有一天，父母在孩子确诊后能够带回一台班迪特那种机器人，全天24小时进行治疗。他们可以用户化自定义它们，按照孩子的需要或舒适水平来调整机器人面部表情和身体语言。或者，机器人能够自行调整，逐渐变得不那么可预测，慢慢增加孩子对现实社会状况不确定性的包容。机器人不会取代人类治疗师，但它们能给患者父母和照料者提供一种额外方便，用系统方式来跟踪他们孩子治疗方面的改善或挫折。

为此目的，麻省理工学院电气工程师罗莎琳德·皮卡德与人联合创立了一家名为Affectiva的公司，开发腕带传感器来记录运动、温度和汗水。具体纳入到儿童-机器人互动疗程中，腕带可以收集隐蔽的生理线索，并告知机器人孩子是否会变得紧张起来。

同样，当孩子重要器官发生变化时一台机器人可以随时开始录制音频和视频，并分段标记用于分析。随后，治疗师或家长可以对视频进行研究，看看是否有什么特别的元素会造成孩子不适。

人机鸿沟

马塔里奇过去一直从事军事用途研究，但因为她成家生子，所以她决定“不想成为打造机器人杀手的一位母亲。”而班迪特与杀手机器人并无丝毫相像。当我去年七月头一次在马塔里奇所在南加州大学机器人实验室中遇到机器人班迪特的时候，它处于断电停滞状态。它身体两侧是有着紧胀三头肌的结实臂膀。圆形光溜溜的灰色头颅跟模特儿差不多，躯干坐落在由一台Linux电脑、音箱、一个路由器以及电池堆砌的底座上，一个电动马达驱动它的轮式双“腿”。它的小身材、顽皮面孔、还有可变换口型的橡胶线嘴唇都赋予它一种无害的、‘来跟我玩’的迷人魅力。应其他孩子的诉求，研究团队还在底座上增设了一个诊断测试中用到的泡泡吹管，平添出一种能令许多自闭症儿童找到安慰的敲击噪音。

班迪特的面孔和银色眼睛逼真的令我震惊，但研究人员一直在谨慎地避免它看上去太像人类。既然自闭症儿童往往觉得其他孩子可怕，那么真实的面孔可能会让他们不快。马塔里奇要求两者之间区别明确。“机器人并非他人的代替品，”她说。“它是一道催化剂。而不像人工智能电影那样。我并不想做出像完美男孩般的机器人。”

那天的晚些时候，南加州大学计算机科学家皮埃尔·约翰逊对我发出邀请，前去观察班迪特执行类似人类治疗师采用的镜像游戏。研究人员仍在不断优化它的能力，而约翰逊想看看它的摄像机和视觉软件追踪手臂动作的效果究竟有多好。他们的想法是，班迪特最终能够完全模仿一个孩子的动作，臂膀伸展能像孩子做到的那样宽，手臂举起能高过其头部，能按要求举起指定单手，等等。游戏能以一种更为娱乐的方式教会孩子去目光接触、甚至只是与他人一起做事。

正规的儿童-机器人互动实验大多在洛杉矶一所医院进行。治疗师首先做简短介绍，展示机器人能做什么——介绍其头部和手臂如何移动，泡泡吹管如何作业。随后给每个孩子和家长都留下约5分钟与班迪特单独相处。治疗师和其他专家通过双向镜观察互动过程，同时摄像机和麦克风记录下所有细节。之后，研究人员分析那些纪录，并指出诸如：孩子注视机器人多久、多频繁，他有多少次进入机器人一臂之距，以及他与机器人还有他的父母讲话多少次等细节。

类似测试的结果已经核实了南加州大学研究团队的一部分假设，也对其他假设提出了挑战。正如预期那样，当机器人在房间内时，较高机能的自闭症儿童更易发声，更重要的，他们与父母进行了互动。他们没有把自己和机器人一同封闭起来；他们实际上比平常更为合群。与此同时，一些较低机能的儿童连机器人一并拒绝。“有一些孩子愿意马上接近机器人。他们的好奇程度令人难以置信，”马塔里奇说道。“还有那种走进来、注视机器人、然后慢慢接近的孩子。也有的孩子就是不愿意走近。”

为了说明这一反应范围，项目另一位领导者计算机科学家大卫·费尔-塞费尔向我展示了一系列视频。在一段视频中，一个瘦长的深色头发男孩立刻走近班迪特。他站到机器人面前，跪下，按下机器人底座上的玩具按钮，使得班迪特发出“呜呼！”的回应声。班迪特不断转向以面对男孩。男孩吹着虚构的火车鸣笛哨声，问道：“机器人，你能为我发出火车的声音吗？你能发出火车的声音吗？”他告诉机器人，“说‘噗-噗！”

对于这个男孩来说，班迪特显然是一种牵引力，男孩也没有忘记他的母亲。他反复转向她，而这是一项重要社交技巧‘联合注意’的明确迹象，在此例中，联合注意指的是他和他的母亲专注于同一件事。缺乏该技巧往往是孩子自闭的最初迹象之一，而尽管男孩没有从班迪特那里学到这项技巧，但机器人带出了技巧的萌芽。这激发孩子更加社会化。

然而，在另一段视频中，班迪特遭到了抵制。一个金发男孩拼命地避开机器人。男孩的手揣在衬衣袖口里面。他的父亲坐在角落里观看，但男孩不再感到舒适。他尽自己勉强高过耳语声的最大嗓门说，“走开…走开…走开…”机器人进一步走近试图鼓励他一同玩耍，但男孩把自己死死抵在墙上。

鉴于人类治疗师面对这种反抗能轻松的重新调整方法，或更加轻声细语或更加缓步移动，机器人还需要借助工程师熟练之手全面优化它们的行为。就在最近，研究人员注意到，班迪特轮子的驱动马达发出的呼呼高音声令一些孩子感到不安，机器人们被召回实验室找寻减少噪音的办法（进行软件升级后终获成功）。 另一例中，由于机器人走得太近并不时点头而吓着了一个男孩，这促使研究人员想方设法令班迪特能像人类治疗师一样，知道什么时候不与患者亦步亦趋。“最理想情况是，机器人要么能止步不再产生噪音，要么尝试做些安慰性质的事情，”费尔-塞费尔说道。

该研究团队还与南加州大学信号处理专家携手，一道开发能翻译面部表情、手势或音调变化的新技术，使得机器人能够自行确定孩子是快乐、难过或沮丧。“我们面临的一个挑战不只是识别孩子在做什么，”南加州大学电气工程师埃米莉·摩尔说道，“还有他们是如何做的。”

释放潜能

听起来花费十年时间去完善一台已经能与孩子互动的机器人似乎太久。事实上，马塔里奇说他们可以用少得多的时间造出一款消费型班迪特机器人，但它将花费几千美元，这将有违他们的核心目标之一。班迪特必须让人负担得起，耗资不超过一千美元，马塔里奇说道，因为家有自闭症儿童的家庭开销已经够高了。然而，这个价位目标为设计过程增加了一定的限制。比如，采取高噪音马达。马塔里奇研究团队可以很轻松的改为静音马达，但这会使机器人更昂贵。

目前，南加州大学团队正忙于拓宽班迪特的社交技能，提高其阅读能力和对孩子情绪的应对能力。他们还扩大了试验范围。今年夏天，该小组将开展更大规模的研究，之后研究者会对机器人究竟怎样帮助自闭症儿童有着更明确的刻画。

马塔里奇表示谨慎乐观——身为一名母亲，她不想给自闭症儿童的父母提供虚幻希望——但她偶尔也会放下她的含蓄。她回忆说有一个孩子，一个高机能的9岁大自闭症男孩，抵触与他人交流和互动。班迪特似乎改变了这种状况。与机器人一起玩的时候，男孩变得更为健谈，更愿与他妈妈互动。但当他试图让班迪特参与标签游戏时，他变得沮丧起来。机器人不理解他，因为科学家没给它编制玩这个游戏的能力。当孩子意识到班迪特不会服从时，他说出了令观察者吃惊的话，“现在我知道我们老师的感觉了。”


马塔里奇为之震惊。这是完全出乎意料的行为。甚至男孩的母亲也很惊讶。共鸣是自闭症儿童典型性缺乏的技能之一；他们根本没指望这个男孩能了解他老师的沮丧。“这是一种深刻水平的自我理解和反省，如果这些孩子们具备这种能力，那不是与其他人其他孩子互动而得来的，”马塔里奇继续说道。“利用机器人使这种能力得以展示简直太棒了。机器人能把孩子们全部巨大潜力尽数释放出来。”