孤独症谱系理论:虚拟现实技术应用于孤独症儿童干预的研究述评

发布时间:2024-04-25 分类:自闭症论文 浏览量:38

孤独症谱系理论:虚拟现实技术应用于孤独症儿童干预的研究述评插图-西米明天

来 源:《中国特殊教育》2022年第9期(总第267期)

作 者:曹莹莹1**陈建军2***刘佃振2****

(1.山东省淄博市周村区特殊教育中心,淄博,255300;

2.济南大学教育与心理科学学院,济南,250022)

摘要:虚拟现实技术通过创造一种自然的交互环境,让孤独症儿童体验逼真的生活情境,在孤独症儿童干预中逐渐兴起。本研究梳理了2000年到2022年国外的相关实证研究成果,结果表明:基于此,从理论与实践方面提出了未来我国将虚拟现实技术应用于孤独症儿童干预训练的建议。

关键词 :虚拟现实技术 孤独症谱系障碍 研究述评

1、引言

孤独症谱系障碍(AutismSpectrumDisorder,ASD),是一种神经发育性障碍,始于儿童早期,主要表现为重复刻板行为、兴趣范围狭窄以及社会交往沟通障碍[1-2]。从2013年至今,世界范围内ASD的患病率逐年增加。美国疾病控制和预防中心(CentersforDiseaseControlandPrevention,CDC)的调查表明,ASD的发生率已从2014年的1/68上升到2018年的1/59[3]。2019年《中国ASD教育康复行业发展状况报告Ⅲ》数据显示,ASD的发病率逐年增长,中国目前有超过1300万ASD人群,其中18岁以下的ASD儿童的人数可能超过400万[4-5]。研究表明,对ASD儿童的干预越早越好,可以及时减轻ASD儿童问题行为的严重程度,为家庭社会带去希望。因此,ASD儿童需要更多有效的干预方法[6]。

虚拟现实技术(VirtualReality,VR)是扩展现实技术(ExtendedReality,XR)之一。美国2020年高等教育信息化协会(AmericanAssociationforHigherEducation,AAHE)发布的《2020地平线报告》(2020EDUCAUSEHorizonReport:TeachingandLearningEdition)中将虚拟现实列为对未来教育有重大影响的新兴技术[7]。VR是集合立体显示、场景建模等多种技术于一身的虚拟系统,通过模拟出自然环境中的视听触等效果,并借助计算机系统软件、传感器等人机交互手段实现自然交互[8]。VR具有沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)、想象性(Imagination)的特征,即虚拟现实的3I特征[9]。近年来,VR逐渐应用ASD康复领域[10]。它的优势是利用计算机系统和硬件设备为人与机器创造一个自然的交互环境,提高干预的效率[11-13]。本研究梳理了国外将VR应用于ASD儿童干预的实证研究文献,探讨了影响干预效果的因素,并尝试为我国未来的相关理论研究和教学实践提出建议。

2研究方法

2.1研究程序

以“ASD/Autism”和“VR/VirtualRealityTechnology”以及“InterventionforASD”的组合为关键词,在EBSCO、ScienceDirect及Webofscience核心合集外文数据库中检索,其中EBSCO限制文章为同行评审期刊,共检索到文献58篇。其次,通过分析,筛选出与本研究高度相关的实证研究19篇。最后,为了防止依靠关键词搜索可能会导致的文献遗漏,对19篇研究的参考文献进行筛查,另获3篇相关文献,最终本研究涉及的研究文献共计22篇

2.2研究标准

(1)研究对象至少包括一名ASD儿童;(2)必须采用实证研究,有实证数据和详细的研究过程;(3)研究要聚焦VR研究;(4)选用同行评审的期刊文章,去除新闻和国际会议的研究成果;(5)研究目的是为了探究或验证VR对孤独症儿童干预的有效性

3研究结果

研究者从研究对象、干预内容、干预人员、研究环境、实验设计、设备技术、研究效果等方面对所获文献进行整理,22篇实证研究文献梳理的分析结果见表1。

表1虚拟现实技术应用于孤独症儿童干预的实证研究文献统计表

3.1研究对象

22项研究共涉及478名ASD被试,女性120名(25%),男性357名(75%),男女比例悬殊。有21项研究明确报告了467名被试的年龄,集中于2~19岁,平均年龄约10.5岁。研究对被试的先备能力要求较高,有4项研究共60名高功能或轻中度ASD被试,有7项研究明确报告被试智力水平大于70,有2项研究的被试有简单的电脑游戏操作能力,有3项研究的被试阅读能力为小学低年级水平,有1项研究的被试有听说读写能力。

3.2干预人员

22项研究的干预人员多样,包括研究者、家长、特教教师、教师助手、治疗师、志愿者及操作VR的技术人员。

3.3研究环境

对22项研究的研究环境进行归纳总结,有17项干预环境为较为封闭的场所,如:实验室、私人办公室等;3项干预环境为贴近自然情境的场所,如:家庭环境、活动室等;2项研究要求在特殊场所实施干预,如专门设立的虚拟房间、场地宽广的体育场。

3.4设备技术

3.4.1硬件设备

硬件设备整体上随着时间推移呈现出技术水平逐渐升级的特点。从仅使用二维电子显示屏、桌面虚拟设备等非沉浸式VR设备,逐步扩展至头带显示器、虚拟VR耳机等半沉浸式VR设备,再扩展至沉浸式虚拟交互投影地板等设备。硬件设备科技水平整体逐渐升级,设备的3I特征更加明显。

3.4.2技术特点

根据VR沉浸性与交互性程度的不同,可以将VR划分为非沉浸式、半沉浸式和沉浸式[37]。在所纳入的22项研究中,属于沉浸式VR的有7项,属于半沉浸式的有4项,属于非沉浸式的有11项。

3.5干预内容及效果

22项干预内容大致可以分为社交沟通、情绪与认知、睡眠以及学习领域。社交沟通领域研究最多,共12项,包括社交技能9项、环境适应2项、人际关系1项。7项研究涉及情绪与认知领域,其中情绪干预5项、认知干预2项。1项研究涉及ASD儿童睡眠问题干预,1项研究涉及ASD儿童学习能力干预。

3.5.1社交与沟通

社交障碍是ASD儿童的核心障碍之一[38]。VR在ASD儿童社交沟通干预研究中数量最多,12项研究均取得了良好的即时效果,其中8项研究取得了良好的泛化与维持效果,2项研究取得了良好的社会效度。

有9项社交技能干预的研究对于VR设备在沉浸式与交互式的程度方面要求相对宽松。研究表明在非沉浸式(如桌面虚拟环境技术)、半沉浸式(如“第二人生”虚拟游戏、基于OpenSimulator构建3D虚拟协作游戏)和沉浸式(如协作虚拟环境和Creta智能代理等)等三类不同的VR设备中均能取得良好的干预效果。

2项涉及环境适应的干预研究均使用沉浸式VR设备,并通过多种设备联合为ASD儿童创设环境。研究者同时使用专为ASD儿童设计“half-CAVE”虚拟现实系统和头戴显示器[39]。M.塞特(SaitM.)在家庭、学校、教室等场所,联合家长、特教师助理等人员使用OculusGo耳机和AutiVE系统,共同为被试创造了高度沉浸交互的虚拟环境[40]。

还有1项涉及人际关系的干预研究使用沉浸式VR设备。I.高桥(TakahashiI.)等人在大型体育场中使用了交互式地板投影为ASD儿童创设洞穴式虚拟现实环境[41]。

3.5.2情绪与认知领域

大多数ASD儿童存在情绪理解困难、情绪表达不能等情绪障碍[42-43]。5项涉及情绪干预的研究中,除M.马斯基(MaskeyM.)等人的研究中有1名被试未产生即时效果,其余被试均产生较好的即时效果,3项研究报告了研究还产生良好的维持与泛化效果。

5项情绪干预研究涉及情绪面孔识别、情感表达、情绪反应能力、缓解焦虑四个方面,主要采用VR模拟人物的情绪表情,并在此基础上进行情绪识别、互动等干预。E.贝克勒(BekeleE.)等人使用非沉浸式Unity游戏引擎模拟动态人物表情,包括快乐、惊喜、悲伤、厌恶等7种情绪,每种情绪包含从低到高的5种强度,干预取得了积极效果[43]。O.曼齐奥(MantziouO.)等人利用Unity的面部技术、插件制造虚拟人物表情技术以及桌面共享的纯音频等方式呈现出6种基本情绪,发现被试在与虚拟人物表情互动时能产生一定的情感表达能力[44]。G.洛伦兹(LorenzoG.)等人利用IVRS视觉处理技术,利用沉浸式虚拟现实系统,结合社会故事模拟情绪事件,指导被试在正确识别情绪的基础上,依照社会故事对虚拟情境中的情绪事件做出正确的情绪反应[45],在该研究中,发现被试可以在模拟的情绪事件中提高情绪反应的正确率。M.马斯基等人使用沉浸式技术“蓝房间”让9名ASD儿童自主决定,缓解被试焦虑程度,有8名取得了良好的即时效果,其中4名被试的维持效果超过12个月以上[46]。

研究表明有超过50%的ASD儿童存在认知缺陷[47]。以上研究中,有2项认知干预研究取得了良好的即时效果,其中1项研究取得了良好的维持与泛化效果。N.迪德巴尼(DidehbaniN.)等人使用“第二人生”虚拟游戏,结合MorphVoxTM音频语音操作软件对ASD儿童社会认知进行干预,取得了良好的即时、维持与泛化效果[48]。C.P.阿马拉(AmaralC.P.)等人使用OculusRift开发的Kit2耳机干预4名ASD儿童的共同注意,即时效果显著[49]。

3.5.3睡眠问题

多数ASD儿童存在睡眠问题,睡眠问题会影响ASD儿童的社会交往能力、重复刻板行为、认知、学业等能力的发展,还影响其家庭成员的睡眠质量[50-51]。D.W.奥斯汀(AustinD.W.)等人尝试使用半沉浸式VR,利用头戴显示器对2名ASD儿童进行虚拟催眠治疗,虽然未取得显著的干预效果,但依据被试家长的反馈以及研究者对被试的观察,被试的睡眠状态得到了改善,该干预取得了积极的社会效度,具有良好研究前景[52]。

3.5.4学习领域

M.N.萨达茨(SaadatziM.N.)等人的研究将VR与机器人相结合,机器人扮演教师与同伴角色,使得3名被试单词学习的准确性得到明显提高,维持与泛化效果明显[53]。

4讨论

4.1影响即时效果的因素

第一,从被试来看,能力好的被试能够产生更积极的干预效果。同时,ASD儿童具有感官刺激敏感特点,他们对VR设备的接受度、喜好度,以及使用时的兴奋程度等都会影响即时效果[54]。

第二,从干预技术来看,VR已经得到了极大的发展,但仍然有不可避免的漏洞[55],例如虚拟形象缺乏实时显示面部表情的能力[56]。VR在操作过程中涉及多种硬件与软件设备的组合,可控性相对不足。在一项研究中,研究者要同时使用桌面共享系统、音频系统、第三方计算机游戏引擎提供的系统可控性差[57]。VR的复杂性会导致ASD儿童在干预初期对于任务步骤的不理解,难以配合,习得速度减慢,例如在Y.程(ChengY.)等人的研究中,干预初期被试对于程序理解出现了困难[58]。

第三,从干预时间安排来看,不合理的时间间隔会导致ASD儿童出现厌烦和逃避情绪,或者因为间隔时间过长导致ASD儿童出现遗忘,影响干预目标的掌握与习得。

4.2影响维持、泛化效果的因素

第一,从干预环境来看,在私人办公室和密闭的实验室中进行的实验可能会影响干预效果的维持和泛化。

第二,从参与被试数量来看,多名儿童共同参与的游戏更能增加被试兴趣,减少ASD儿童的厌烦与逃避情绪。在一项研究中,多名ASD儿童在虚拟现实交互的环境中共同参与干预实验,儿童参与度高[59]。

第三,从干预技术来看,干预所用到设备复杂多样,成本大,研究者可能会降低干预次数,从而使得间隔时间加长,对ASD儿童的维持与泛化造成影响。同时VR本身的特点使得任务难度增加,因此效果难以维持与泛化。

第四,从干预设备与技术特性来看,不同的设备在维持与泛化的效果上有差距,例如在硬件设备中的HMD头戴式显示器和VR虚拟耳机为被试制造的干预环境是不同的,完全沉浸式干预能为ASD儿童提供更为逼真的虚拟现实环境,对维持与泛化的效果更是有推动作用。研究中用到的Unity、half-CAVE技术已经趋于成熟,而有些研究者所用的技术则处于初创阶段,在性能方面有一定差距,这也影响了维持与泛化。

第五,从干预人员来看,大多为研究者,他们对于VR程序并未熟练掌握,需要技术人员指导,因此不能在第一时间观察到ASD儿童的反应,需要从数据中提取信息,这使得研究时间加长,研究工程量巨大。

4.3VR的优势与困难

4.3.1VR的优势

首先,从已有研究成果来看,使用VR对ASD儿童的干预益处很多。VR可以为ASD儿童创造一个可以控制的干预环境,可以利用计算机系统进行操控虚拟环境的变量与因素,并且可以对过程进行监控;研究者可以根据ASD儿童的反馈进行系统更新,探索更多方式。虚拟干预环境还可以为日常生活技能提供更多的干预选择。

其次,虚拟现实环境在ASD儿童干预的维持与泛化方面起到积极作用。VR可以为ASD儿童提供各种所需情景,增加不同的场景让儿童练习。同时,虚拟现实环境可以做到尽可能与现实相似,减少差异,从而使干预训练得到最大化应用。

再次,ASD儿童更多依靠视觉,虚拟现实环境创造了视觉、听觉为一体的虚拟系统,可以呈现更为抽象的情景[60]。

最后由于ASD儿童的能力、行为问题、表现及干预目标都各不相同,虚拟现实环境能够根据ASD儿童的个体差异,定制不同的干预方案。

4.3.2VR应用的困难

首先,虚拟现实系统的开发存在难度,在三维虚拟场景的逼真程度方面还有待提高,用户的沉浸感也不足,使用的系统技术存在漏洞与缺陷[61]。

其次,由于ASD儿童差异性大,现有的技术及系统不能完全达到ASD儿童干预的要求,VR需要进一步完善。

再次,大多数VR软件和系统缺乏相应的评估标准,多数研究结果只在效果上有一定描述,缺乏更加客观精确的数据[61]。同时VR设备昂贵,未能广泛应用于ASD儿童的干预中。

最后,目前国内的VR开发还处于初级阶段,需要更多的技术支撑[62-63]。

5建议

5.1对我国实证研究的建议

首先,积极引进、学习VR,加大技术研发与应用力度。我国目前对VR在ASD儿童干预的研究主要为介绍国外研究成果,实证研究较少。

其次,被试选取要多元化。以往研究中需要被试有较高的能力水平。这与VR设备的使用难度有关。在今后研究中,应适当扩大被试的选取范围,将重度ASD儿童纳入虚拟现实技术干预研究中。同时,扩大被试年龄范围,重视早期干预,探索虚拟现实技术对ASD幼儿的干预效果。

最后,应优化干预程序。ASD儿童存在感觉刺激异常,对于虚拟现实情境存在异常兴奋或恐惧逃避等情况,不利于干预的开展。ASD儿童对于VR设备需要足够的时间来熟悉与适应。研究者在进行研究设计时需要预留专门的VR设备适应时间,同时将VR与强化、示范等传统干预方法结合。

5.2对我国虚拟现实技术干预的建议

首先,干预者要积极学习VR理论与应用方法,在必要时将专业的VR操作人员纳入干预团队。

其次,VR需要结合合理的干预指导方法,使得ASD儿童能够理解干预程序。现有研究大多忽略了对ASD学生的指导,比如3D画面带来的眩晕与不适应。VR与自然环境差异较大,存在很多安全隐患。因此,国内研究者在进行干预时要注意开展合理的指导。

5.3对我国虚拟现实技术研发的建议

首先是多部门合作,加大研发力度。当前我国VR仍然处于研发阶段,研发机构应当加强与特殊教育学校、医院的合作。其次加强VR使用的人文关怀力度。由于ASD儿童自身情况复杂,在认知、沟通等领域与普通儿童差异大,在研发过程中,要尊重ASD儿童发展现状,把人文关怀纳入VR的研发与使用过程,真正做到VR服务于ASD儿童[64]。

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