数字治疗在改善孤独症儿童三合一障碍中的应用

摘 要

孤独症谱系障碍是一种严重的神经发育性障碍,其核心症状表现为社会互动能力、沟通能力和想象力的障碍,即“三合一”障碍.文章基于孤独症儿童的流行病学现状及目前数字治疗的发展趋势,介绍了数字治疗在干预孤独症儿童社会互动能力、沟通能力和想象力方面的相关研究成果,展示了数字治疗在孤独症干预中的应用前景,并从研究样本的可推广性、干预方案的兼容性和个体化定制、长期效应的跟踪考察等维度提出了深化未来研究的建议.

关键词

孤独症；“三合一”障碍；社会互动；沟通能力；想象力；数字治疗

孤独症谱系障碍(ASD)是一种严重的神经发育障碍,其典型特征是社会交往障碍(包括语言交流障碍)和重复刻板行为.近年来,ASD的患病率呈现明显的上升趋势.根据美国疾病控制与预防中心2020年的统计数据,美国每36名8岁儿童中就有1名患有ASD(占比约2.8%).我国ASD患者的数量也在不断上升,现有调查数据中最保守的发病率为1%,患者人数已超过1000万,其中儿童超过300万.如何为ASD患者提供良好的治疗和干预,已经成为全社会关注的重大问题.

迄今为止,ASD的发病机制尚不明确,也没有有效的化学药物.目前针对ASD儿童的干预训练(如心理和行为治疗、语言疗法、音乐疗法等)主要以提高他们的生活自理能力为目标,希望他们能像正常儿童一样参与各种社会活动.但由于ASD患者存在很大的异质性,各种治疗方法的疗效还未取得一致的结果,有些疗法的效果不甚明显.基于应用行为分析(ABA)的心理行为治疗和语言疗法,需要经过长期系统训练的专业人士来实施,财力、人力和时间投入巨大.此外,部分地区缺少能为ASD儿童提供专业服务的正规医院或干预训练机构.以上因素严重制约了ASD儿童的康复训练.

数字治疗(DTx)是近年来兴起的医疗健康数字化的新概念和新技术,已经成为数字技术与医疗技术结合的重要发展方向.对ASD儿童而言,数字治疗相对于传统疗法展现出独特的优势:第一,数字治疗可以通过远程访问实施问诊或干预治疗,利用手机或平板等设备访问相关资源、操作训练软件,高效便捷,减少了家庭对干预机构的依赖;第二,数字治疗可以针对ASD儿童的时间和物理空间情况进行个性化定制,且易于扩展;第三,数字治疗可以大幅减少专业人士的时间投入,降低家庭的经济负担.因此,ASD儿童的数字治疗具有良好的发展前景.

“三合一”障碍是指ASD儿童在社会互动、沟通和想象力3个方面的障碍.ASD儿童社会互动障碍的表现形式各不相同,主要包括孤独的群体、被动的群体、主动但怪异的群体、过分古板和不自然的群体4种类型.沟通障碍主要表现在言语使用、言语理解、音调与声音控制及使用和理解非口语沟通方面.想象力障碍则是指ASD儿童缺乏社交想象力,不能像其他儿童一样进行假扮游戏及各种想象性活动.“三合一”障碍是联结所有ASD的共同线索,改善ASD儿童的“三合一”障碍,可以使ASD儿童的各方面技能得到更好的发展.本文重点介绍了数字治疗在改善ASD儿童“三合一”障碍中的应用,希望能为ASD儿童的干预提供新的思路和启发.

1数字治疗改善孤独症儿童社会互动能力的效果

1.1 基于手机应用程序的数字治疗

各类电子设备的普及为数字治疗产品的应用提供了平台.许多研究者利用手机平台的便捷性和实用性,为ASD儿童设计了多款干预应用程序.如Penev等设计了一款移动应用程序Guess What,通过智能手机为3～12岁的ASD儿童提供基于游戏的干预治疗.游戏中,手机被放置于照顾者的额头位置,显示一系列与干预相关的提示(如惊讶的脸),孩子需要充分识别和模仿这些提示,以使照顾者能猜测出孩子的模仿内容,然后继续下一个提示,每个游戏持续90s.72名ASD儿童(平均年龄8岁2个月)每天玩3次游戏,每周3 d,共4周.研究结果显示,该游戏在孩子和照顾者之间创造了一个良好的互动环境,提高了ASD儿童进行社会互动的意愿.Rice等进行了一项随机对照实验,旨在评估一款训练软件FaceSay在提高ASD儿童社交技能方面的有效性.31名5～11岁的ASD儿童被随机分入干预组和对照组.干预组需参与FaceSay的3款游戏(“凝视社会图片或非社会图片”“创可贴诊所”“跟随领导”),学习如何对共同的注意做出反应及识别和处理面部表情,每周1次,每次25min,共10周.对照组则进行常规干预.结果表明,接受干预的ASD儿童显著提高了情感认知、心理化技能及社交技能.述研究表明,基于手机应用程序的数字治疗,对改善ASD儿童的社会互动能力具有显著的效果.

1.2 基于机器人技术的数字治疗

儿童对机器人有着极大的兴趣,机器人已经被证明可以促进ASD儿童社交和行为的改善,包括提高参与度、增加注意力和减少社交焦虑.ASD患者可能认为机器人是可互换、可接受的,而且可能是更好的社会互动伙伴,因此机器人在ASD儿童的干预治疗中具有极大的潜力.综上,基于机器人技术的数字治疗可以显著提高ASD儿童的社会互动能力.

1.3 基于计算机平台的数字治疗

信息通信技术和电脑游戏的进步,创造了一个集儿童、父母和治疗师于一体的常规可部署的闭环干预系统,可用于帮助治疗ASD儿童.共同注意是一种社会性互动,对幼儿社会交往、语言、模仿等能力的发展至关重要.因此,基于计算机平台,通过游戏对ASD儿童进行共同注意的干预训练,已成为提高其社会互动能力的新途径.

Bono等聚焦ASD的2项关键技能——模仿和共同注意,开发了一款名为GOLIAH的严肃游戏(由7个模仿游戏和4个共同注意游戏构成),为ASD儿童提供了一个可以在持续变化的环境中进行密集干预的平台.研究者使用该游戏对10名ASD儿童进行了为期3个月的干预训练,并在干预后对儿童在游戏中的表现进行分析.结果发现:儿童在完成共同注意游戏时所用的时间明显减少,同时,游戏的错误率也随干预的进行而逐渐降低;在模仿游戏中,随着干预的进行,儿童复制绘图模型的速度加快,且模仿的质量也得到了提升.这一结果充分证明了GOLIAH在改善ASD儿童模仿和共同注意技能方面的显著效果.Jouen等也使用该平台开展了一项随机对照实验:实验组的14名ASD儿童除接受常规干预外还需参与GOLIAH游戏干预,对照组的10名ASD儿童只进行常规干预.经过6个月的干预,实验组ASD儿童执行模仿和共同注意游戏的能力得到了提升.可见,计算机游戏治疗可以显著改善ASD儿童的社会互动能力,特别是模仿和共同注意的能力.

1.4 基于虚拟现实技术和可穿戴设备的数字治疗

与简单的情感识别任务或角色扮演等传统社交技能干预相比,虚拟现实(VR)社交训练具有独特优势,它可以构建一个安全、无限、常见的日常环境,供ASD儿童在其中实践各种社交场景,如寻找某人在餐厅一同用餐,或邀请某人参加自己的生日聚会.因此,有不少研究将VR技术和可穿戴设备应用于ASD儿童的干预中.

Bartoli等利用VR技术实现了一系列基于运动的非接触互动游戏,以此来提高ASD儿童的各方面技能.研究者采用了5款非接触式迷你游戏,如在虚拟沙滩排球场上巧妙躲避或准确击中对方扔来的排球,在虚拟赛道上投掷保龄球并在1min内击倒所有目标,在虚拟足球场上将球准确踢向目标点或将自己的身体覆盖到虚拟目标姿势上.5名ASD儿童接受了每周5次、每次45min的游戏干预.2个半月后,比较干预前后由编码生成的选择性注意力和持续注意力的数值,发现所有儿童都取得了进步,而且在干预结束后的7d内学习效应仍然得到了保留.此外,儿童所遇到的行为交互困难也逐渐减少.这说明在相对较短的时间内,且在没有任何基于非触摸动作的互动经验的情况下,所有的孩子不仅学会了如何控制运动游戏,还能使用正确的动作和姿势,具备了自主游戏的能力.Ke等则构建了一个基于VR的3D学习环境,以模拟日常社交场景如社区、学校、游乐园和其他公共设施.其中包含了以游戏和设计为导向的4种类型的社交互动任务,即虚拟学校教育、熟悉和新奇任务中的社交角色扮演、人工制品设计及需要社交互动的社交游戏.研究招募了7名10～14岁的ASD儿童,实验每次持续45～75min,每周1～2次.研究结果显示,从基线阶段到干预阶段,ASD儿童社交互动的自愿参与程度显著增加,并且在干预阶段展现了更多的整合自我和他人观点的语言或非语言表达,社交和沟通能力都有所提高.

Voss等使用可穿戴设备Superpower Glass(SG),开展了一项针对ASD儿童的随机对照实验.研究中,ASD儿童佩戴与智能手机APP相连接的SG,该设备可以跟踪面孔,对他人的面部情绪进行分类,并将这些信息反馈给ASD儿童,从而为ASD儿童提供增强的社交线索,帮助他们更好地识别情绪.71名ASD儿童被随机分入干预组和对照组.干预组儿童在家中进行每周4次、每次20min的训练,持续6周.研究结果显示,相较于对照组,接受干预的儿童在适应行为量表的社会化子量表上的得分显著增加,表明他们的社会行为得到了改善,社交技能得以提升.

VR技术不同于传统的社交技能干预,它利用虚拟的环境与社交互动任务相结合,极大地激发了ASD儿童自愿参与社交互动的意愿.可穿戴设备与APP的结合,则为ASD儿童提供了社交线索.现有研究已充分表明,基于VR技术和可穿戴设备的数字治疗,在提升ASD儿童社交技能方面具有显著效果.

社会互动障碍是ASD儿童非常显著的一个特征,受到广泛关注.研究者采用多样化的技术手段,如智能手机应用程序、计算机游戏、机器人及可穿戴设备等,对ASD儿童的社交障碍进行了数字干预.相对于传统干预方式,数字治疗能为ASD儿童创造更多基于现实的社会互动场景,在改善ASD儿童社交能力方面凸显出优势.但是,目前大多数研究的样本量较小,各项研究之间缺乏一致的评估标准,研究所涉及的相关应用程序或机器人仍处于实验室试验阶段,尚未获得应用市场的普遍认可.因此,上述研究所采用的方案能否真正推广到ASD群体,还需要未来研究继续深入探讨.

2数字治疗改善孤独症儿童沟通能力的效果

2.1 基于应用程序的数字治疗

一些研究利用移动设备中的应用程序对ASD儿童的语言沟通能力进行干预,取得了显著的成果.如Novack等使用一款名为Camp Discovery的移动应用程序,根据ABA原则,向ASD儿童教授接受性语言技能.研究共招募了28名ASD儿童,随机分组后,实验组儿童每周使用上述程序进行3h的干预,持续4周.与对照组相比,实验组儿童的接受性语言技能在4周后显著提高,即使在停用该程序1个月后,实验组儿童对接受性语言技能的应用仍较训练前有显著增加.上述结果表明,该应用程序可以有效地教授ASD儿童接受性语言技能,提高了干预的效率和可及性.Parsons等开发了一款名为TOBY的应用程序,对ASD儿童开展视觉运动、模仿、语言和社交4项技能的训练.59名2～6岁的ASD儿童随机进入干预组或对照组.干预组在接受常规治疗的同时,每天使用iPad进行至少20 min的TOBY练习,并持续3个月.后测及3个月后的追踪测试结果均表明,使用TOBY程序的干预组儿童在社交技能和语言使用方面都表现出了显著的改善.与常规治疗方法相比,TOBY应用程序为ASD儿童提供了更多表达语言的机会,有效改善了ASD儿童语言交流方面的障碍.

针对传统ASD儿童沟通训练的缺点而研发的图片交换沟通系统(PECS)是一种专为ASD儿童设计的语言沟通方法,依儿童的程度分阶段实施训练.有研究表明,PECS能促进ASD儿童更好地观察图片、理解情景和他人情绪,也能激发其表达需求,增强表达意愿.基于PECS设计的 APP 产品,一般以丰富的图片呈现训练内容.如国内首个孤独症APP“小雨滴”,呈现“我需要帮助”“感情表达”等不同主题的短语供儿童学习.PECS与APP的结合,不仅强化了ASD儿童表达自己需求的意愿,还为他们提供了多样化的情景,使其成为辅助ASD儿童沟通的有力工具.

基于应用程序的数字治疗致力于为ASD儿童提供表达的机会,创造一个适宜的语言沟通环境.现有研究已证实,这种数字治疗方法能够有效改善ASD儿童的语言沟通能力.

2.2 基于机器人和虚拟现实的数字治疗

如今,机器人和VR技术越来越多地作为治疗工具,以提高ASD儿童的社交技能和沟通能力.例如,Korneder等在研究中使用一个人形Nao机器人教授ASD儿童问题回答(answering wh-question)的技能,进而考察机器人干预ASD儿童语言和沟通能力的效果.Answering wh-question是一种语言技能,通过机器人进行言语刺激(如“谁驾驶飞机?”),唤起ASD儿童的言语反应(如“飞行员”).研究人员每天对3名ASD儿童进行9次wh-question问题的干预,每个环节202～906 s.9次实验中,每个问题被随机提出3次.3名儿童经5～7次的训练,便掌握了互动性语言回答问题的技巧,充分证明了机器人在提高ASD患者语言和沟通技巧方面的潜力.

Halabi等也设计了一款交互式VR系统,旨在改善ASD儿童的语言沟通障碍.该系统基于预定义和计划的问候场景,利用语音识别提供自然的互动和角色扮演,并评估沉浸式环境对改善ASD儿童社交表现的有效性.对3名ASD儿童和7名正常儿童进行的可用性测试结果证实,该系统可以有效提高ASD儿童的沟通技巧.

2.3 基于语音生成设备的数字治疗

一些研究另辟蹊径,利用语音生成设备(SGD)来干预ASD儿童的自发交流能力.Kasari等将治疗分为2个阶段,并根据儿童对第1阶段治疗的反应量身定制第2阶段的治疗方案.第1阶段,研究者招募了61名5～8岁的低语言能力ASD儿童,将他们随机分为2组,一组采用联合注意、象征性游戏、参与及管理(JASPER)疗法和增强情境教学(EMT)进行干预治疗,另一组则在此基础上增加SGD干预.完成第1阶段的治疗后,测量了儿童的总社会交流话语、使用的不同词根及总评论数,结果发现增加SGD组的表现明显优于未增加SGD组.这表明以JASPER+EMT+SGD为起点的适应性干预,可以获得更为显著的治疗效果,有效提升ASD儿童的自发交流能力.

上述研究表明,基于应用程序、机器人、VR及语音生成设备的数字治疗,可以有效改善ASD儿童的沟通能力.ASD儿童的语言障碍主要源于缺乏与他人沟通的动机,现有研究主要集中在改善ASD儿童接受性语言障碍方面,未来研究可以更多关注其发展性语言障碍的数字干预策略.

3数字治疗改善孤独症儿童想象力的效果

想象力是一种内在的心理模拟过程,即人脑对已存储的表象进行加工改造,形成新形象的过程.想象力赋予人们对未来进行预测和规划的能力,也可以帮助人们在脑海中模拟各种可能的情境和场景.儿童在假扮游戏中表现出来的能力是想象力发展的重要早期指标.然而,ASD儿童难以像其他儿童一样参与假扮游戏及各种想象性活动,即使有些儿童表现出假扮游戏的行为,也仅仅是形式上的简单重复.想象力和创造性的价值在于把过去和现在的经历联系在一起,为未来制定计划(从日常琐事到整个人生的宏大计划).想象力障碍对ASD儿童具有深刻而广泛的影响,研究者就此开发了一些数字干预技术.

有研究采用VR技术模拟一些现实场景,让ASD儿童在这些虚拟的环境中进行角色扮演和社会体验,以此来激发ASD儿童的想象力.如基于Barry等提出的嵌入式VR构建工具包,研究者可以创建个性化的虚拟世界,作为ASD儿童社会互动和交流的入门材料.Ke等设计了一款针对高功能ASD儿童的基于VR的建筑设计项目,并招募了2名8～11岁的高功能ASD儿童和1名正常同龄人进行为期5周的训练任务,要求参与者在虚拟世界中合作重建一个被地震海啸摧毁的社区(包括1所医院、2座学校建筑、1间餐厅、1栋海滨别墅和1间温室).结果表明,不仅所有参与者都掌握了基于开放模拟的虚拟世界导航和定制所需的技术技能,创造的物体和虚拟社区也可以潜在地支持儿童想象力和社会角色的发挥,以及灵活性的发展.同时,研究者也指出,应有目的地设计VR结构,以便协调环境、设计任务和协作活动,更好地模拟和促进儿童积极的同伴社会互动.

国内也有研究者尝试借助虚拟情境互动实验来改善ASD儿童的想象力障碍.熊曾艳采用虚拟社会角色扮演的情景互动设计,模拟了一个真实的售卖亭,让ASD儿童以第二人称视角模拟服务人员与顾客的互动,训练ASD儿童的口头和非口头沟通技巧、认知注意力及购买行为,提高他们将所学生活和社交技能运用于实际生活的能力.该研究还设计了问路互动情景,通过模拟真实的警亭服务中心,引导ASD儿童主动发起互动,以此来干预ASD儿童的社会交往、认知及行为理解能力.结果显示,该虚拟情景下ASD儿童的社会互动增加,想象力得到了发展,社会角色的发挥能力也得到提升.

尽管上述研究表明数字治疗可以在一定程度上改善ASD儿童的想象力,但针对ADS儿童想象力的数字干预研究仍相对较少.想象力发展的关键期是幼儿阶段,但目前研究中涉及的ASD儿童普遍年龄较大,已错过关键期,且研究对象多为高功能ASD儿童,在一定程度上限制了研究的外部效度.同时,现有研究大多聚焦于对ASD儿童模仿和角色扮演能力的干预,如何提升ASD儿童对未来的预测和规划能力,仍是一个亟待探索的领域.此外,目前的相关研究大多为小样本研究,未来需要进行更大样本的、结合多种技术手段的实验研究,更深入地探讨数字治疗在改善ASD儿童想象力障碍方面的潜力和效果.

4总结与展望

数字治疗使用计算机软件、移动设备APP、虚拟现实、增强现实和机器人辅助治疗等技术,通过个性化和互动性强的训练程序,帮助ASD儿童提高社会互动、沟通、想象力和创造力等能力.随着相关软硬件技术的不断发展,数字治疗作为一种新兴的干预手段,在改善ASD儿童的“三合一”障碍方面展现出了巨大的潜力.但数字治疗在ASD儿童干预领域的应用研究尚处于起步阶段,未来研究仍需进一步深化:

1)扩大研究的样本量,以便提高相关结果的可推广性.现有的大部分数字干预研究中,被试数量较少,部分干预仅是个案研究,无法覆盖不同年龄段和功能程度的ASD儿童.这些研究中得到的结果,可否推广到其他类型的ASD儿童中,还存在疑问.此外,由于研究的样本量较小,可能导致数字干预产品的设计只针对一小部分特定ASD儿童,普适性不够.

2)增强干预方案的设计弹性,实现个体化的精准干预.ASD儿童的异质性很大,设计适用性强、能根据个体特点进行个性化定制的数字产品(如能根据个体训练成绩自适应调整难度的模块化软件),是一个颇具挑战性的问题,也是未来研究的重要方向.

3)探讨数字干预对改善ASD儿童社会互动、沟通和想象力的长期效应.目前的研究大多采用前测-后测模式,少有研究跟踪考察干预的长期(3个月或半年)效果.若数字干预的效果能在干预停止后持续保持,则能进一步证明干预措施的有效性和实用性,将大大增强数字干预策略对ASD儿童家长的吸引力,有助于数字治疗的推广应用.因此,未来研究可对数字治疗的长期效果和影响因素进行考察.

4)未来研究还可以探讨数字治疗对亲子关系和家庭环境的影响,为数字治疗减轻ASD儿童家庭经济负担和精神压力、提高家庭生活质量提供更丰富的科学证据.