某真人秀節(jié)目邀請(qǐng)演員戴嬌倩化身夢(mèng)想使者，筑夢(mèng)自閉癥兒童董凱潔，為其舉辦了個(gè)人鋼琴演奏會(huì)。幫助一名正常且有天賦的孩子舉辦鋼琴演奏會(huì)就不是一件簡(jiǎn)單的事情，而董凱潔患有重度自閉癥，這場(chǎng)助夢(mèng)之旅也顯得極其困難。自閉癥是指一般人士但卻突然無法再與他人溝通且具有極端孤立的精神分裂癥患者。那自閉癥可以早日被發(fā)現(xiàn)治療嗎？答案是極其可能。

AI算法解碼嬰兒大腦掃描 預(yù)測(cè)自閉癥

據(jù)IEEE Spectrum報(bào)道，22年前，研究人員首次報(bào)道稱，患有自閉癥譜系障礙的青少年大腦體積會(huì)增加。在隨后幾年中，對(duì)青少年、幼童的研究顯示，這種大腦“瘋長(zhǎng)”現(xiàn)象主要出現(xiàn)在患者童年期間?，F(xiàn)在，美國(guó)北加州大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，與自閉癥有關(guān)的大腦發(fā)育變化最小會(huì)出現(xiàn)在只有6個(gè)月大的嬰兒身上。深度學(xué)習(xí)算法能夠利用這些數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)某個(gè)孩子在24個(gè)月內(nèi)是否能被診斷出患有這種病。

在患自閉癥高危兒童中，這種算法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)診斷，準(zhǔn)確率高達(dá)81%。與行為問卷診斷方式相比，算法的表現(xiàn)顯然更好。前者產(chǎn)生的信息只能作為早期自閉癥診斷的依據(jù)，而且準(zhǔn)確率只有50%。北加州大學(xué)心理學(xué)家和大腦發(fā)育研究員海瑟·黑茲利特(Heather Hazlett)表示：“深度學(xué)習(xí)算法的表現(xiàn)超過傳統(tǒng)診斷方式，并且可被用于更小的孩子身上?！?

作為嬰兒大腦成像研究的一部分，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生院資助對(duì)自閉癥患者進(jìn)行早期大腦發(fā)育研究，研究團(tuán)隊(duì)共對(duì)106名嬰兒進(jìn)行研究，他們的哥哥或姐姐都有自閉癥患者，其中42個(gè)嬰兒沒有自閉癥家族史。研究人員掃描了每個(gè)嬰兒的大腦，對(duì)于那些只有6個(gè)月、12個(gè)月以及24個(gè)月大的嬰兒來說，這項(xiàng)工作并不輕松。

在6到12個(gè)月的嬰兒身上，研究人員沒有看到他們的整體大腦發(fā)育情況發(fā)生變化。但在患自閉癥高危兒童中，且后來被診斷患有自閉癥的孩子身上，他們發(fā)現(xiàn)大腦表面積有明顯增長(zhǎng)。這種增長(zhǎng)與12個(gè)月到24個(gè)月大的嬰兒大腦體積增長(zhǎng)有關(guān)。換言之，在自閉癥嬰兒身上，到12個(gè)月時(shí)，他們的大腦發(fā)育首先集中在表面積擴(kuò)張上，到24個(gè)月時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)大腦整體體積增大現(xiàn)象。

研究人員還對(duì)24個(gè)月大的嬰兒進(jìn)行了行為評(píng)估。此時(shí)，這些孩子已經(jīng)足以展示出自閉癥患者的標(biāo)志性行為，比如缺少社交性趣、語言能力發(fā)育延遲、重復(fù)身體動(dòng)作等。研究人員注意到，大腦越是過度生長(zhǎng)，孩子的自閉癥癥狀就越嚴(yán)重。盡管新發(fā)現(xiàn)證實(shí)了大腦變化與發(fā)生在嬰兒期的自閉癥有關(guān)，但研究人員依然未停止研究。

與北加州大學(xué)和查爾斯頓學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)家合作，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出深度學(xué)習(xí)算法，并用大腦掃描圖訓(xùn)練它，測(cè)試其是否能利用早期大腦變化數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)哪些嬰兒后期可被診斷出自閉癥。這種算法的表現(xiàn)非常好，只利用3個(gè)變量，即大腦表面積、大腦體積以及性別(男孩更有可能患上自閉癥)，算法就可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出4/5的自閉癥案例。黑茲利特表示：“這已經(jīng)相當(dāng)棒，比行為工具好得多！”

為了訓(xùn)練算法，研究團(tuán)隊(duì)最初只用一半數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，并利用另一半數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。但是應(yīng)審查人員的要求，他們后來利用更標(biāo)準(zhǔn)的10倍分析法，即將數(shù)據(jù)平均分成10等份。機(jī)器學(xué)習(xí)算法需要對(duì)每份數(shù)據(jù)進(jìn)行10次分析，其中9次進(jìn)行訓(xùn)練，第十次用于測(cè)試。最后，算法從10輪分析中收集“測(cè)試結(jié)果”，并利用它們進(jìn)行預(yù)測(cè)。

令人欣慰的是，這兩種分析方法都顯示出基本相同的結(jié)果。研究人員對(duì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率相當(dāng)滿意。查爾斯頓學(xué)院的助理教授布倫特·蒙塞爾(Brent Munsell)說：“當(dāng)更多主題被添加時(shí)，我們預(yù)期算法可提供相同的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。總的來說，在過去幾年中，被應(yīng)用于圖形數(shù)據(jù)中的深度學(xué)習(xí)算法已被證明非常準(zhǔn)確。”

但是黑茲利特強(qiáng)調(diào)，在看到計(jì)算機(jī)診斷自閉癥之前，我們需要能夠再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這需要些時(shí)間，因?yàn)樗浅＠щy，而獲得嬰兒大腦掃描圖并進(jìn)行復(fù)制測(cè)試非常昂貴。當(dāng)然，如此昂貴的診斷測(cè)試并不一定適合所有孩子。但是通過基因測(cè)試或其他檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)某個(gè)孩子存在患自閉癥的可能，這種算法有助于確認(rèn)導(dǎo)致他們陷入更大危險(xiǎn)的大腦變化情況。

使用機(jī)器人教育自閉癥兒童

廣東21歲女代課教師在特殊教育學(xué)校任職，其弟弟患有自閉癥，也跟隨其在學(xué)校念書。幾個(gè)月之后，姐姐失業(yè)沒錢，弟弟也沒法念書，不能接受治療。如果有“人”能低價(jià)持續(xù)地照顧弟弟，或許姐姐的負(fù)擔(dān)就沒有那么重了。

赫芬頓郵報(bào)去年曾報(bào)道過一款能夠照料孩子的機(jī)器人。這臺(tái)機(jī)器人名為“NAO”，能夠觀察兒童的心情，認(rèn)識(shí)其家庭成員，甚至理解其食物和音樂喜好。

以NAO為代表的護(hù)理機(jī)器人越來越多，其中就包括麻省理工學(xué)院研發(fā)的一款名為“Huggable”的泰迪熊機(jī)器人。后者旨在向患慢性疾病的兒童提供支持和撫慰，同時(shí)幫助醫(yī)生監(jiān)測(cè)小孩子的各種生命體征。

教學(xué)機(jī)器人

現(xiàn)在，一些機(jī)器人能夠在陪伴中提供教學(xué)職能。比如哈佛大學(xué)一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)名為“Root”的機(jī)器人，旨在激發(fā)和吸引年輕人對(duì)編程的興趣?！艾F(xiàn)階段在鍵盤上編程是困難的。這是一個(gè)抽象的過程，與現(xiàn)實(shí)世界沒有聯(lián)系?！眻F(tuán)隊(duì)說。“Root機(jī)器人以一種富有樂趣和平易近人的方式把代碼帶入生活。沒有編程經(jīng)驗(yàn)的兒童可在幾分鐘內(nèi)上手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程。”

在另外一個(gè)類似的項(xiàng)目中，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員正在開發(fā)機(jī)器人來幫助自閉癥兒童進(jìn)行學(xué)習(xí)。

自閉癥教學(xué)

據(jù)調(diào)查，平均每一百人中就有一個(gè)受到自閉癥譜系障礙(ASD)困擾。自閉癥影響人們的社會(huì)交際、興趣和行為。迄今為止的自閉癥教學(xué)主要圍繞在幫助孩子們表達(dá)他們的情緒，同時(shí)理解他人的感情。

有時(shí)這種方式實(shí)行起來非常困難，容易引起孩子對(duì)參與的反感，進(jìn)而逃避與他人接觸。鑒于此，為了尋找更好教育方式，研究人員開始了一個(gè)為期四年名為“DeEnigma”的項(xiàng)目。旨在探索是否可以通過機(jī)器人提供有趣的方式來幫助自閉兒童學(xué)習(xí)情緒。

“自閉癥以不同的方式影響人。很多人在情緒的理解和表達(dá)上有困難，他們往往傾向于關(guān)閉他們不明白的情緒。我們要做的是幫助他們了解人們?nèi)绾蝹鬟_(dá)彼此的情緒，使其明白人類之間的交互并非那么混亂不堪。這就是我們自認(rèn)為項(xiàng)目的重要性所在?！毖芯咳藛T說。

如何運(yùn)行

機(jī)器人結(jié)合多種不同的方法，包括音頻和視覺技術(shù)、面部識(shí)別，甚至還有AI。它可以監(jiān)測(cè)孩子的聲音和視覺反饋。

通過這些技術(shù)，Zeno機(jī)器人能夠在一定程度上自發(fā)地與孩子互動(dòng)，提供一個(gè)強(qiáng)大的教學(xué)環(huán)境。

“看到Zero機(jī)器人使用我們的技術(shù)參與到自閉癥兒童生活中去令人驚喜。孩子們絕對(duì)喜歡機(jī)器人。看到機(jī)器人時(shí)，他們面露喜色。比如有一對(duì)父母反饋說，他們六歲患有低語自閉癥的孩子在表達(dá)對(duì)再見到Zero的期待時(shí)第一次開口說話。這真是令人驚喜的消息?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)說。

此前并無利用機(jī)器人與兒童進(jìn)行實(shí)時(shí)交流的研究，該項(xiàng)目被認(rèn)為是業(yè)界首例。自發(fā)性讓每個(gè)孩子的學(xué)習(xí)過程充滿樂趣和令人興奮，團(tuán)隊(duì)相信這對(duì)有效教學(xué)至關(guān)重要。

最終團(tuán)隊(duì)希望能夠向全國(guó)的專門學(xué)校提供機(jī)器人，幫助自閉癥兒童學(xué)習(xí)主要社交技能。研究人員也希望自己的工作以及工作中所收集的數(shù)據(jù)能夠?yàn)闅W洲其他國(guó)家的工作提供指導(dǎo)。