社交機(jī)器人在孤獨癥譜系障礙兒童中的應(yīng)用

摘" 要" 孤獨癥譜系障礙（Autistic Spectrum Disorders， ASD）兒童的核心癥狀之一是社交互動障礙。早期干預(yù)對ASD兒童的社交能力發(fā)展至關(guān)重要， 而傳統(tǒng)康復(fù)干預(yù)方法存在耗時長、花費高昂、專業(yè)康復(fù)治療師短缺等諸多局限性。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展， 社交機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于ASD兒童社交能力的干預(yù)研究。通過梳理社交機(jī)器人在ASD兒童干預(yù)中的可行性， 分析社交機(jī)器人在ASD兒童社交互動中的研究現(xiàn)狀， 探討社交機(jī)器人在ASD兒童干預(yù)中實驗環(huán)境、方法等方面存在的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)。未來社交機(jī)器人在ASD兒童中的研究可考慮從探索人機(jī)雙方特點開發(fā)新的社交場景， 結(jié)合多模態(tài)和腦科學(xué)技術(shù)揭示人機(jī)互動的心理過程以及關(guān)注人工智能技術(shù)發(fā)展構(gòu)建社交機(jī)器人閉環(huán)系統(tǒng)等方面展開。

關(guān)鍵詞" 社交機(jī)器人， 孤獨癥譜系障礙， 人機(jī)互動， 社交技能

分類號" B845

1" 引言

孤獨癥譜系障礙（Autistic Spectrum Disorders， ASD）是以社交互動障礙、重復(fù)受限的行為或興趣為主要特點的廣泛性神經(jīng)發(fā)育障礙， 其中， 社交互動障礙是其核心癥狀（Genovese amp; Butler， 2023）。ASD個體的發(fā)病與遺傳和環(huán)境因素相關(guān)， 暫時沒有治愈的方法（Holeva et al.， 2022）。傳統(tǒng)康復(fù)干預(yù)方法以行為治療為主， 但行為治療方法需要耗費大量的時間、精力和金錢， 給ASD兒童的家庭和社會帶來沉重負(fù)擔(dān)（Leaf et al.， 2022）。近年來， 隨著人工智能的發(fā)展， 社交機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于ASD兒童的干預(yù)， 并發(fā)現(xiàn)其能有效改善ASD兒童的社交互動障礙（Chevalier et al.， 2020）。本文基于社交機(jī)器人在ASD兒童干預(yù)中的可行性， 梳理了社交機(jī)器人對ASD兒童社交能力干預(yù)的研究現(xiàn)狀， 進(jìn)一步分析了社交機(jī)器人干預(yù)ASD兒童存在的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)， 最后我們提出了未來研究的可能方向， 希望為社交機(jī)器人對ASD兒童的干預(yù)提供新思路。

2" 社交機(jī)器人在孤獨癥譜系障礙兒童干預(yù)中的可行性

社交機(jī)器人是機(jī)器人通過社交互動幫助人們提高社交能力的一種工具， 其重點是實現(xiàn)機(jī)器人與用戶的有效交互（Alabdulkareem et al.， 2022）。基于當(dāng)前社交機(jī)器人干預(yù)ASD兒童的研究發(fā)現(xiàn)， 社交機(jī)器人普遍存在種類繁雜、使用標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題， 從而導(dǎo)致社交機(jī)器人對ASD兒童社交能力干預(yù)的可行性和有效性難以評估。因此， 本文從社交機(jī)器人的分類出發(fā)， 在了解社交機(jī)器人類型和應(yīng)用場景的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步討論了ASD兒童對社交機(jī)器人的偏好及其影響因素， 從而為研究者設(shè)計和選擇不同類型的社交機(jī)器人提供參考。

2.1" 社交機(jī)器人在孤獨癥兒童干預(yù)中的分類

本研究將社交機(jī)器人從以下兩個維度進(jìn)行分類：靈活度和仿人程度（見圖1）。靈活度以機(jī)器人的自由度（Degree of freedom， Dof）為主要參考， 機(jī)器人的可移動性為次要參考（Kumazaki et al.， 2020）。其中， 自由度是指機(jī)器人完成運動需要的最小坐標(biāo)數(shù)。另外， 仿人程度以肢體的完整度、面部的真實度為分類依據(jù)， 根據(jù)仿人程度的高低可把機(jī)器人分為仿人機(jī)器人和非仿人機(jī)器人（見表1）。在眾多仿人機(jī)器人中， Nao機(jī)器人由于靈活度和仿人程度均較高， 在多種社交技能干預(yù)中具有獨特優(yōu)勢， 因此其在ASD兒童干預(yù)中得以廣泛應(yīng)用（Alabdulkareem et al.， 2022）。

2.2" 孤獨癥譜系障礙兒童對社交機(jī)器人的偏好

通過梳理ASD兒童對社交機(jī)器人偏好的研究發(fā)現(xiàn)， 在非仿人機(jī)器人方面， ASD兒童多對外觀設(shè)計為卡通、動物等形象的機(jī)器人存在偏好。例如有研究讓ASD兒童對6個社交機(jī)器人的喜愛程度進(jìn)行排序， 發(fā)現(xiàn)ASD兒童和正常發(fā)育（typically developing， TD）兒童最喜愛Keepon機(jī)器人， 這提示了簡單、夸張的卡通外表可以更好地吸引兒童的注意力。此外， ASD兒童最不喜歡的是Pleo動物機(jī)器人， 但卻對Probo機(jī)器人有一定的偏好（腹部有屏幕的動物機(jī)器人） （Peca et al.， 2014）， 這可能是由于結(jié)合了機(jī)械元素的機(jī)器人對ASD兒童具有一定的視覺吸引力（Cabibihan et al.， 2013）。在仿人機(jī)器人方面， ASD兒童對機(jī)器人的外形和技術(shù)存在偏好。例如一項研究表明4名ASD兒童在與“機(jī)器人” （演員穿著普通機(jī)器人服裝）互動時比與真人互動時的凝視、觸摸、靠近等方面的得分顯著提高（Robins et al.， 2006）。另一項研究表明8名ASD兒童對于外觀人性化的Nao仿人機(jī)器人（給Nao機(jī)器人穿上人類衣服， 覆蓋軀體和四肢）比對Nao仿人機(jī)器人在一般情緒和平均興趣的得分更高（van Straten et al.， 2018）。而且進(jìn)一步研究也發(fā)現(xiàn)與正常同齡人相比， ASD青少年與CommU仿人機(jī)器人互動時的自我表露程度更高（Kumazaki， Warren et al.， 2018）。同時， 有研究發(fā)現(xiàn)孤獨癥譜系障礙商數(shù)量表得分較高的ASD個體（智商大于100）更喜歡Actroid-F仿人機(jī)器人， 而不是含有機(jī)械元素的仿人機(jī)器人和吉祥物機(jī)器人（Kumazaki et al.， 2017）， 并且ASD個體解釋其偏好Actroid-F仿人機(jī)器人是因為該機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)。但由于目前研究存在樣本小、機(jī)器人數(shù)量少、被試異質(zhì)性較高等局限性， 無法對機(jī)器人偏好得出一致性結(jié)論。

此外， 社交機(jī)器人的外形越接近真人形象可能會引起正常人的“恐怖谷”效應(yīng)。在1970年， 日本機(jī)器人專家Mori提出“恐怖谷”效應(yīng)， 即當(dāng)機(jī)器人看起來與人類相似但不完全相同時， 可能會引發(fā)人類的不安全感， 情緒反應(yīng)會急劇下降， 但隨著機(jī)器人外觀變得與人類高度相似， 情緒反應(yīng)會回升。這一效應(yīng)在猴子（Steckenfinger amp; Ghazanfar， 2009）、人類嬰兒（Lewkowicz amp; Ghazanfar， 2012; Matsuda et al.， 2012）和健康成人上得到驗證（Saygin et al.， 2012）。所以， 為了避免“恐怖谷”效應(yīng)， 設(shè)計師常創(chuàng)造出看起來不像真人的機(jī)器人。

然而， ASD個體對于仿人機(jī)器人的情緒反應(yīng)與“恐怖谷”效應(yīng)并不完全相同。基于“恐怖谷”效應(yīng)， 研究者提出了ASD個體的情感曲線模型（見圖2）， 并對機(jī)器人輔助干預(yù)效果進(jìn)行數(shù)值模擬， 該模型以機(jī)器人外形的機(jī)械程度和仿人程度為橫坐標(biāo)， 以正、負(fù)情緒反應(yīng)（由公式計算出的情緒反應(yīng)值）為縱坐標(biāo)（Ueyama， 2015）。當(dāng)情緒反應(yīng)為正時， 可以促進(jìn)學(xué)習(xí); 當(dāng)情緒反應(yīng)為負(fù)時， 會阻礙學(xué)習(xí)。從圖2中可以看出ASD個體對仿人機(jī)器人可能并不存在“恐怖谷”效應(yīng)而是存在“恐怖懸崖” （uncanny cliff）：當(dāng)機(jī)器人在一定程度上變得更加仿人時， 并不會引起ASD個體的負(fù)性情緒; 而當(dāng)仿人機(jī)器人與真人難以區(qū)分時， 仿人機(jī)器人可能引發(fā)ASD個體的社交回避， 進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)面情緒。實證研究也發(fā)現(xiàn)Kasper仿人機(jī)器人會引發(fā)正常人的“恐怖谷”效應(yīng)， 但是ASD兒童卻對其表現(xiàn)出主動社交和頻繁觸摸等積極行為（Dautenhahn et al.， 2009）。此外， 從正常人和ASD個體對社交機(jī)器人開始產(chǎn)生負(fù)性情緒節(jié)點的差異性（兩條情感曲線與橫坐標(biāo)的不同交點， 藍(lán)色陰影部分）可以發(fā)現(xiàn)， ASD個體對仿人機(jī)器人的敏感度感知可能低于正常同齡人， 這種低敏感性可以從強(qiáng)烈世界理論進(jìn)行解釋。該理論認(rèn)為社會信息會引發(fā)ASD個體杏仁核的過度反應(yīng)， 當(dāng)面對大量的社會信息（如多種面部表情、肢體動作等）時， ASD個體容易產(chǎn)生情感壓力和焦慮情緒， 為了緩解這種負(fù)性情緒， 他們表現(xiàn)出社交回避行為（范曉壯 等， 2020; Markram amp; Markram， 2010）。而仿人機(jī)器人在保留一定仿人元素的基礎(chǔ)上， 簡化了其面部表情和肢體運動的復(fù)雜性， 與真人相比， 仿人機(jī)器人減少了大量社會信息的涌入， 所以在一定程度上緩解了ASD個體的負(fù)面情緒。因此， ASD個體對仿人機(jī)器人的低敏感度性可能是由于機(jī)器人的外觀和技術(shù)等原因。

2.3" 孤獨癥譜系障礙兒童對社交機(jī)器人偏好的影響因素

ASD兒童的性別、智力和癥狀表現(xiàn)等因素可能會影響其對社交機(jī)器人的偏好。例如一項研究認(rèn)為男孩與女孩在對機(jī)器人的分類上存在差異， 即男孩將Kaspar仿人機(jī)器人劃分為人類， 女孩則將其視為玩具（Coeckelbergh et al.， 2016）。同時， ASD個體的智商對機(jī)器人的干預(yù)效果也會產(chǎn)生影響， 有研究認(rèn)為智商較低的ASD個體與keepon機(jī)器人互動較多， 但智商較低的ASD個體較難從機(jī)器人干預(yù)中受益（Kozima et al.， 2009）。此外， 視覺敏感度較低的ASD兒童更容易處理來自機(jī)器人的社交線索， 而聽覺敏感性較高的ASD兒童則需要更加安靜的機(jī)器人（Chevalier et al.， 2021）。除了上述因素外， ASD兒童的年齡階段、個體經(jīng)驗、成長環(huán)境等內(nèi)外因素都有可能對社交機(jī)器人的偏好產(chǎn)生影響， 但目前研究者很少對這些因素進(jìn)行探討。因此， 研究者在選用社交機(jī)器人進(jìn)行干預(yù)時還需要對上述可能存在的影響因素進(jìn)行進(jìn)一步的實證研究探索。

2.4" 社交機(jī)器人干預(yù)孤獨癥兒童可行性的理論假說

社交機(jī)器人作為干預(yù)ASD兒童社交障礙工具的可行性可以從心理學(xué)相關(guān)領(lǐng)域假說進(jìn)行理解。基于“新本體”范疇假說（New ontological category， NOC）和社會動機(jī)理論， 社交機(jī)器人對ASD兒童而言， 其既是一種新的實體， 也是一種社交獎勵。因此， 社交機(jī)器人在干預(yù)ASD兒童的社交障礙中可能具有一定的過渡性作用。

“新本體”范疇假說認(rèn)為兒童會將社交機(jī)器人看作一種與人類不同的新實體（Kahn et al.， 2013; Zhang et al.， 2019）。例如一項研究表明學(xué)齡前兒童認(rèn)為Robovie仿人機(jī)器人具有心理狀態(tài)（有感情）， 是可成為朋友和被信任的社會存在， 并且其在道德上應(yīng)該被公平對待， 不應(yīng)該受到心理傷害（Kahn et al.， 2012）。另一項研究發(fā)現(xiàn)5歲的兒童能夠明確非仿人機(jī)器人Dash是無生命的， 但3歲和5歲兒童認(rèn)為Nao仿人機(jī)器人可能存在生命（Goldman et al.， 2023）。這些研究提示了兒童可能將仿人機(jī)器人感知為一種新的本體。

此外， 社交機(jī)器人不僅可作為干預(yù)工具使用， 還可在干預(yù)中發(fā)揮社交獎勵作用。社會動機(jī)理論認(rèn)為ASD個體的社會動機(jī)存在缺陷， 表現(xiàn)為社會定向受損、獎賞腦環(huán)路異常以及缺乏社交維持策略等方面（王磊 等， 2021）。在社會定向方面， 研究發(fā)現(xiàn)ASD兒童看Nao機(jī)器人比看康復(fù)治療師的時間更多（Bekele et al.， 2014）; Damm等人（2013）發(fā)現(xiàn)， ASD個體對機(jī)器人臉也有更多的眼神注視。這些研究表明ASD個體對社交機(jī)器人可能存在一定的注視偏向。在社交獎賞方面， 研究表明社交機(jī)器人會喚起兒童的好奇心， ASD兒童可能會因為“新奇效應(yīng)”積極參與實驗（Croes amp; Antheunis， 2021）。在社交維持方面， Scassellati等人（2018）發(fā)現(xiàn)， ASD兒童在與社交機(jī)器人互動時的參與度更高， 且在長達(dá)40天的干預(yù)中參與度保持一致。由此， 社交機(jī)器人可作為一種社交獎勵來激發(fā)ASD兒童的社交動機(jī)， 在干預(yù)中發(fā)揮作用。

3" 社交機(jī)器人在孤獨癥譜系障礙兒童社交互動中的研究現(xiàn)狀

ASD兒童在社交互動方面存在障礙， 表現(xiàn)為聯(lián)合注意損傷、難以主動發(fā)起社交、語言與非語言能力發(fā)育遲緩、共情缺陷以及動作模仿困難等方面。基于社交機(jī)器人干預(yù)ASD兒童的研究發(fā)現(xiàn)， 社交機(jī)器人在ASD兒童的社交技能提升方面取得了一定的干預(yù)效果。接下來， 本文從以下五個方面詳細(xì)闡述社交機(jī)器人對ASD兒童的干預(yù)研究現(xiàn)狀。

3.1" 聯(lián)合注意

聯(lián)合注意（Joint attention， JA）是培養(yǎng)社交能力和早期認(rèn)知能力的基礎(chǔ)， 在ASD兒童的發(fā)育中起著關(guān)鍵作用（Sano et al.， 2021）。聯(lián)合注意又被稱為共同注意， 是通過眼神注視、發(fā)聲、手勢等展示和協(xié)調(diào)物體與人之間的信息， 并以此與他人分享注意力的能力（So et al.， 2020）。ASD兒童在社交機(jī)器人干預(yù)聯(lián)合注意中表現(xiàn)出眼神注視增多、聯(lián)合注意技能提升等方面的改善。研究發(fā)現(xiàn)與注視真人相比， ASD兒童對Nao機(jī)器人的眼神注視增加， 并且其對Nao機(jī)器人的注意不會隨著時間推移減弱（Bekele et al.， 2013）。同時， 在使用Jibo機(jī)器人對ASD兒童進(jìn)行干預(yù)后， ASD兒童的JA技能得到改善（機(jī)器人提示減少）， 社交溝通能力得以提升（Scassellati et al.， 2018）。在CommU機(jī)器人干預(yù)后， ASD兒童與人類互動的JA任務(wù)中也表現(xiàn)得更好（Kumazaki， Yoshikawa et al.， 2018）。并且， 在ASD兒童掌握J(rèn)A技能后， 撤去Nao機(jī)器人， ASD兒童的JA技能也有一定的維持效果（王蒙娜， 2019）。此外， 以往研究發(fā)現(xiàn)， Nao機(jī)器人的高水平刺激（凝視、指向、發(fā)聲）比低水平刺激（凝視、指向）誘發(fā)的JA得分更高（Warren et al.， 2015）。

3.2" 自我啟動

自我啟動（self-initiations）是一種主動發(fā)起社交互動的能力， 而ASD兒童很少具有或不存在這種能力（Koegel et al.， 2003）。自我啟動可分為兩種類型：一種是功能性自我啟動， 例如尋求幫助、物品或信息; 另一種是社會性自我啟動， 例如尋求社會信息或評論（Verschuur et al.， 2019）。研究發(fā)現(xiàn)， 在機(jī)器人輔助干預(yù)后， ASD兒童的自我啟動能力（Huskens et al.， 2013）和一般社交能力得以提高（Boccanfuso et al.， 2017）。此外， 機(jī)器人輔助關(guān)鍵反應(yīng)訓(xùn)練組比單獨使用關(guān)鍵反應(yīng)訓(xùn)練組的功能性自我啟動表現(xiàn)出更大地增長， 但在社會性自我啟動方面沒有差異（De Korte et al.， 2020）。

3.3" 語言與非語言交流

ASD兒童的語言與非語言交流障礙主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面， 他們難以啟動對話、參與對話以及無法響應(yīng)他人的交流請求等; 另一方面， 他們在理解非語言行為（如肢體語言、手勢和面部表情）并將其融入社交互動方面存在困難（Eigsti et al.， 2011）。研究發(fā)現(xiàn)， 與成人相比， ASD兒童與機(jī)器人互動時產(chǎn)生的語言更多（Kim et al.， 2013）， 進(jìn)一步研究也發(fā)現(xiàn)社交機(jī)器人的干預(yù)可以增加ASD兒童的口語時長（Srinivasan et al.， 2016）。此外， 當(dāng)ASD兒童站在機(jī)器人視角， 他們對非語言交流的理解能力提升， 并且溝通表現(xiàn)力得以改善（Kumazaki et al.， 2019）。

3.4" 共情能力

共情可以分為認(rèn)知共情和情緒共情， ASD兒童在認(rèn)知和情緒上都缺乏共情能力（Baron-Cohen， 2000）。在認(rèn)知共情層面， 他們難以認(rèn)知到他人的情緒狀態(tài)（即心理理論缺陷）; 在情緒共情層面， 他們難以與他人的情緒同步（Dziobek et al.， 2008; Maliske et al.， 2023）。有研究發(fā)現(xiàn)心理理論的干預(yù)訓(xùn)練可能會提高ASD兒童的共情能力（Holopainen et al.， 2019）。同時， 部分ASD兒童能夠?qū)㈠e誤信念歸因于機(jī)器人， 即他們可以推斷出機(jī)器人的心理狀態(tài)（Zhang et al.， 2019）。這提示機(jī)器人對ASD兒童共情能力的干預(yù)可考慮從心理理論訓(xùn)練角度入手。此外， 有研究發(fā)現(xiàn)人際同步可能會促進(jìn)情緒共情， 例如ASD兒童與真人互動時表現(xiàn)出人際不同步， 但與機(jī)器人互動時表現(xiàn)出人際同步（心率顯著增加）和情緒感受性提高， 這說明機(jī)器人可能增強(qiáng)了ASD兒童的情感表現(xiàn)（Giannopulu et al.， 2018; Giannopulu et al.， 2020）。

3.5" 動作模仿

模仿在ASD兒童的認(rèn)知、語言和社交技能的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。手勢是為了交流而自發(fā)產(chǎn)生的手部動作（Bono et al.， 2004）， 例如揮手告別、用手擦汗等。雖然ASD兒童手勢功能發(fā)育遲緩的研究結(jié)果沒有定論， 但研究發(fā)現(xiàn)ASD個體可能選擇性延遲了溝通手勢（例如， 揮手問好）的發(fā)展（Stieglitz Ham et al.， 2010）。So等人（2018）研究證明了Nao機(jī)器人可以改善ASD兒童早期手勢發(fā)育遲緩現(xiàn)象， 經(jīng)過機(jī)器人干預(yù)后， ASD兒童可以達(dá)到正常兒童的手勢發(fā)展水平。同時， ASD兒童在機(jī)器人干預(yù)下比真人干預(yù)下能產(chǎn)生更多的手勢模仿行為， 且ASD兒童的大動作模仿技能在機(jī)器人干預(yù)后得到提升， 并在干預(yù)三個月后仍能保持模仿能力（Conti et al.， 2021）。此外， 手勢模仿也會觸發(fā)語言模仿行為， 例如研究發(fā)現(xiàn)ASD兒童在機(jī)器人干預(yù)條件下的手勢動作更有可能伴隨語言模仿， 比如在做出“過來”手勢時會伴隨語言“過來” （So et al.， 2018）。

4" 社交機(jī)器人對孤獨譜系障礙兒童干預(yù)的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

4.1" 社交機(jī)器人優(yōu)勢

社交機(jī)器人的優(yōu)勢表現(xiàn)在兩個方面：一方面是社交機(jī)器人在ASD兒童干預(yù)中的優(yōu)勢， 具體表現(xiàn)ASD兒童在干預(yù)中的參與度提高、注意增多、積極情緒喚醒增強(qiáng)以及被試父母更容易理解和配合等方面。例如， 社交機(jī)器人能夠提高ASD兒童在實驗中的參與度， ASD兒童在機(jī)器人干預(yù)開始和結(jié)束時的參與度保持一致（Barnes et al.， 2021）。同時， 機(jī)器人吸引了ASD兒童更多的注意（Salimi et al.， 2021）， ASD兒童對機(jī)器人的臉更感興趣， 注視時間也更長（Damm et al.， 2013）。社交機(jī)器人對ASD兒童的情緒也具有短期積極喚醒作用， 可以緩解社交回避， 誘導(dǎo)社會互動行為主動發(fā)生（黃碧玉， 2018）。此外， 有研究也發(fā)現(xiàn)父母對機(jī)器人干預(yù)的可接受性和依從性也很高。另一方面是社交機(jī)器人自身優(yōu)勢， 例如， 機(jī)器人的可預(yù)測性和自我表露。機(jī)器人的可預(yù)測性是指機(jī)器人行為的可預(yù)測性， 即一個人能夠快速準(zhǔn)確地學(xué)會預(yù)測機(jī)器人未來的行為， 這是讓兒童保持學(xué)習(xí)狀態(tài)的重要因素。當(dāng)機(jī)器人行為的可預(yù)測性較高時， ASD兒童可能提高對機(jī)器人活動位置的視覺注意， 從而逐漸加入與機(jī)器人的互動， 這可能會對其學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極影響， 尤其是對視覺成分的學(xué)習(xí)任務(wù)（Schadenberg et al.， 2021）。自我表露是指與自我有關(guān)信息的交流。機(jī)器人的自我表露會對兒童的情感產(chǎn)生影響， 例如有研究表明社交機(jī)器人恰當(dāng)?shù)淖晕冶砺犊商岣邇和瘜C(jī)器人情感的評價， 并且ASD兒童與CommU仿人機(jī)器人互動比真人互動能夠獲得更大程度的自我表露（van Straten et al.， 2022）。

4.2" 干預(yù)方法的優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)的干預(yù)方法， 社交機(jī)器人可提供穩(wěn)定的社交輸出， 行為的不確定性較少， 并且能夠持續(xù)性配合康復(fù)治療師或家長完成ASD兒童目標(biāo)行為的訓(xùn)練。一項研究表明， ASD兒童（3～8歲）能夠堅持機(jī)器人輔助治療方案（平均堅持治療百分比85.5%）， 并在治療后表現(xiàn)出積極的情感評價（86.6%的治療為積極）， 而且家長對機(jī)器人附加值的評分平均值高達(dá)84.8分（0～100評分） （van den Berk-Smeekens et al.， 2020）。另一項研究表明在機(jī)器人干預(yù)后， ASD兒童在向人類提出非語言請求的能力、對行為請求的理解及社交互動的傾向性比接受常規(guī)治療的兒童有所提高（Ghiglino et al.， 2021）。此外， 父母是否在場對ASD兒童和社交機(jī)器人的互動沒有顯著影響（Amirova et al.， 2022）。這些都表明社交機(jī)器人具有替代性或輔助性干預(yù)ASD兒童的潛力。

4.3" 實驗環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)

機(jī)器人干預(yù)實驗一般在家庭、康復(fù)機(jī)構(gòu)、實驗室等場所開展。但由于研究數(shù)據(jù)的收集主要依賴實驗中采集的音頻、視頻以及活動表現(xiàn)， 而實驗中常常存在噪音（Kouroupa et al.， 2022）， 這可能影響干預(yù)的實施和效果評估。例如， 當(dāng)社交機(jī)器人用于家庭干預(yù)時， 設(shè)備放置于參與者家中， 參與者的兄弟姐妹、朋友以及鄰居等人員有時會中斷實驗， 從而影響參與者的表現(xiàn)。實驗中設(shè)備位置發(fā)生變化也會給提取視覺指標(biāo)增加干擾， 影響干預(yù)效果評估。并且， 由于機(jī)器人輔助干預(yù)系統(tǒng)并不是用于多元交互， 可能無法捕捉到環(huán)境中的所有個體， 從而降低了實驗的內(nèi)部效度。此外， 由于康復(fù)機(jī)構(gòu)的距離等因素， 被試的流失率較高， 導(dǎo)致被試量較少， 從而影響到實驗結(jié)果的可靠性和推廣性。

4.4" 實驗方法的局限性

雖然社交機(jī)器人本身及干預(yù)方法存在優(yōu)勢， 但是社交機(jī)器人在技術(shù)要求、成本投入以及技能泛化等方面存在一定的局限性。首先， 在技術(shù)層面， 社交機(jī)器人的影響無法進(jìn)行單獨測量， 需要結(jié)合其他技術(shù)設(shè)備進(jìn)行多模態(tài)的數(shù)據(jù)采集。但實驗多采用音頻、視頻編碼、活動表現(xiàn)及皮膚電等技術(shù)， 較少使用功能性磁共振成像、事件相關(guān)電位等腦科學(xué)設(shè)備， 缺乏神經(jīng)機(jī)制層面的探討， 沒有揭示人機(jī)互動的心理過程。其次， 考慮到成本投入、可維護(hù)性、適應(yīng)性等問題， 機(jī)器人干預(yù)仍不適合在臨床環(huán)境中長期應(yīng)用。盡管初始成本較高， 但從長期來看， 機(jī)器人技術(shù)提升和統(tǒng)一量產(chǎn)也會使得成本降低， 企業(yè)盈虧在產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展中很快會實現(xiàn)平衡。所以， 社交機(jī)器人在ASD兒童社交能力的干預(yù)應(yīng)用上仍有長期發(fā)展?jié)摿ΑＷ詈螅?在長期的社交機(jī)器人干預(yù)中， ASD兒童是否會越來越喜歡和傾向于同機(jī)器交流從而減少與人的社交互動機(jī)會， 并且ASD兒童在實驗中學(xué)習(xí)到的社交技能是否能在真實環(huán)境中泛化， 這些問題都需要進(jìn)一步實證研究進(jìn)行探索。

5" 總結(jié)與展望

綜上所述， 社交機(jī)器人對ASD兒童社交能力的干預(yù)可能具有一定的可行性和有效性。首先， 社交機(jī)器人可以考慮作為一種“過渡性客體”在干預(yù)中發(fā)揮作用， 但其干預(yù)的可行性需充分考慮ASD兒童對社交機(jī)器人的偏好及其影響因素， 并在進(jìn)一步規(guī)范社交機(jī)器人的設(shè)計和選用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上開展干預(yù)研究。其次， 已有研究的分析不僅豐富了我們對于社交機(jī)器人干預(yù)ASD兒童社交能力的理解與認(rèn)知， 也為后續(xù)研究提供了一定的發(fā)展方向。最后， 在歸納和分析現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上， 未來可考慮從以下幾個方面開展干預(yù)研究。

5.1" 進(jìn)一步探究人機(jī)雙方特點， 開發(fā)新的社交場景

盡管社交機(jī)器人對ASD兒童社交技能的干預(yù)取得了一定的成效， 但是ASD兒童和社交機(jī)器人的互動特點和表現(xiàn)并沒有得到充分探索。首先， 社交機(jī)器人的外形、運動、自我表露以及干預(yù)時長等方面會對社交技能訓(xùn)練產(chǎn)生影響。研究表明， 早期密集行為干預(yù)每周25小時較為有效（Mottron， 2017）， 但很少有研究對社交機(jī)器人的干預(yù)時長進(jìn)行探究。此外， 目前的研究較少涉及ASD兒童的語言知識學(xué)習(xí)、生活技能等方面的訓(xùn)練， 并且ASD兒童在年齡、性別、癥狀嚴(yán)重程度等方面對社交機(jī)器人的干預(yù)效果是否產(chǎn)生影響， 這些問題需要更多的實證性研究進(jìn)行探討。在未來研究中， 可研發(fā)提供ASD兒童使用的仿人機(jī)器人， 并融入多種互動表現(xiàn)方式。例如在機(jī)器人表現(xiàn)方面， 仿人機(jī)器人可以通過舞蹈、音樂、瑜伽、游戲等形式調(diào)動ASD兒童參與的積極性和主動性; 在機(jī)器人設(shè)計方面， 社交機(jī)器人的仿人性需要得到充分考慮， 研究者可開發(fā)普遍適用機(jī)器人和特殊定制機(jī)器人， 并探究不同機(jī)器人的適用場景， 從而達(dá)到社交機(jī)器人在不同場景下對ASD兒童學(xué)習(xí)技能的有效維持與泛化。

此外， 除了社交能力， 刻板行為也是需要進(jìn)行干預(yù)的重要方向。基于以往研究， 社交機(jī)器人對ASD兒童刻板行為的干預(yù)效果存在差異。例如有研究觀察到在社交機(jī)器人干預(yù)ASD兒童后， ASD兒童的刻板行為減少（Pennisi et al.， 2016）， 但也有研究發(fā)現(xiàn)在機(jī)器人干預(yù)中， ASD兒童的刻板行為和消極情緒可能會增加（Srinivasan et al.， 2015）。因此， 未來研究可考慮采用社交機(jī)器人來干預(yù)ASD兒童的刻板行為等障礙， 并探索開發(fā)新的社交場景。

5.2" 結(jié)合多模態(tài)和腦科學(xué)技術(shù)， 揭示人機(jī)互動的心理過程

雖然社交機(jī)器人干預(yù)ASD兒童社交技能的研究正在不斷發(fā)展， 但研究者很少關(guān)注ASD兒童與社交機(jī)器人互動中的心理過程。未來研究可以結(jié)合多模態(tài)和腦科學(xué)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行實驗設(shè)計。首先， 社交機(jī)器人可以結(jié)合多模態(tài)數(shù)據(jù)加強(qiáng)對行為學(xué)現(xiàn)象的分析。多模態(tài)數(shù)據(jù)識別包括視覺信息、聽覺信息、語音、語義、語用、心率等多種數(shù)據(jù)， 有助于反映人機(jī)互動行為背后的心理變化。其次， 人機(jī)互動中還可采用功能性近紅外光譜技術(shù)（Functional near-infrared spectroscopy， FNIRS）、事件相關(guān)電位（Event-related potential， ERP）、任務(wù)態(tài)功能磁共振成像（Task-based functional magnetic imaging， T-FMRI）等腦科學(xué)技術(shù)實時采集數(shù)據(jù)， 從而進(jìn)一步揭示ASD兒童與社交機(jī)器人互動過程中的神經(jīng)機(jī)制。此外， 為了避免ASD兒童與社交機(jī)器人交互中產(chǎn)生刻板行為， 未來社交機(jī)器人可以增設(shè)預(yù)測并識別刻板行為功能， 達(dá)到提醒治療師對ASD兒童的刻板行為進(jìn)行及時中斷的目的。同時， 可考慮在機(jī)器人干預(yù)ASD兒童社交技能前后采集靜息態(tài)功能磁共振成像（Resting-state cerebral functional magnetic resonance imaging， rs-FMRI）， 分析各個腦區(qū)在結(jié)構(gòu)像和功能像的特征以及全腦功能連接的改善情況， 從影像學(xué)角度揭示社交機(jī)器人干預(yù)效果的神經(jīng)機(jī)制。綜上， 研究的開展依托于技術(shù)的支持， 社交機(jī)器人的獨立或輔助干預(yù)中更應(yīng)該注重搭載人工智能和腦科學(xué)技術(shù)。

5.3" 關(guān)注人工智能技術(shù)迭代， 構(gòu)建社交機(jī)器人閉環(huán)系統(tǒng)

雖然機(jī)器學(xué)習(xí)、監(jiān)督學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)已被應(yīng)用于自適應(yīng)機(jī)器人系統(tǒng)， 但社交機(jī)器人在主動學(xué)習(xí)方面仍存在不足， 無法根據(jù)環(huán)境變化進(jìn)行實時交互。有研究表明， 虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality， VR）、混合現(xiàn)實（Mixed Reality， XR）、擴(kuò)展現(xiàn)實（Mixed Reality， MR）等人工智能技術(shù)可能會改善ASD兒童的認(rèn)知能力， 比如注意力、記憶、執(zhí)行功能等。但由于ASD兒童對眼鏡的不耐受性， 實驗往往只能選擇高功能兒童， 且被試量小， 這些新技術(shù)具有應(yīng)用場景有限、對被試要求較高、實驗完成度較低等局限性（Chen et al.， 2022; Shahmoradi amp; Rezayi， 2022）。社交機(jī)器人可結(jié)合現(xiàn)代新型人工智能技術(shù)（例如計算機(jī)、電腦平板等）構(gòu)建閉環(huán)人機(jī)交互系統(tǒng)， 實現(xiàn)長期連貫的互動內(nèi)容。閉環(huán)系統(tǒng)也稱自適應(yīng)機(jī)器人系統(tǒng)， 指機(jī)器人不僅能夠自主反應(yīng)， 而且能夠根據(jù)行為反饋實時調(diào)整輸出模式。此外， 人工智能的算法革新也十分重要， 社交機(jī)器人目前使用的個性化算法過于簡單而且缺乏一種自適應(yīng)模型， 無法對需求和偏好進(jìn)行優(yōu)先排序和個性化， 難以最大限度地發(fā)揮機(jī)器人輔助干預(yù)的作用。因此， 人工智能技術(shù)在測量和機(jī)器人干預(yù)ASD兒童中具有很好的應(yīng)用前景。

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The application of social robots in intervention for children

with autism spectrum disorders

GAO Limei1， WANG Kai1，2，3，4，5， LI Dandan1，2，4

（1 Department of Mental Health and Psychological Science， Anhui Medical University; 2 Collaborative Innovation Centre of Neuropsychiatric Disorder and Mental Health in Anhui Province; 3 Anhui Province Key Laboratory of Cognition and Neuropsychiatric Disorders; 4 Anhui Institute of Translational Medicine; 5 Department of Neurology， the First

Affiliated Hospital of Anhui Medical University， Hefei 230032， China）

Abstract： Autistic spectrum disorders （ASD）： one of the core symptoms in children with ASD is impairment in social interaction. Early intervention is critical for the development of sociability in children with ASD. Traditional rehabilitation interventions have limitations， such as their time-consuming nature， high cost and the shortage of professional rehabilitation therapists. With the development of artificial intelligence technology， social robots have become widely used in research on interventions to improve social competence in children with ASD. We evaluated the feasibility of using social robots to help children with ASD， analyzed existing research on the use of social robots to improve social interactions of children with ASD， and explored the advantages and challenges of the experimental environment and methods related to the use of social robots for children with ASD. It is proposed that future research be conducted to develop new social scenarios based on the characteristics of human?robot interaction; combine multimodality and brain science and technology to reveal the psychological process of human?robot interaction; and construct closed-loop systems for social robots by leveraging the advancing artificial intelligence technology.

Keywords： social robots， autism spectrum disorder， human-robot interaction， social skills

收稿日期：2023-01-10

* 國家自然科學(xué)青年基金（82301735）、國家重點研發(fā)計劃（2021YFC3300500）、國家自然科學(xué)基金重大項目（82090034）、安徽醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)與臨床合作研究提升計劃（2101054202）資助。

通信作者：李丹丹， E-mail： lidandan050295@163.com