ASD儿童辅助治疗系统评价方法研究孙灵伟开题报告

河北联合大学本科毕业论文开题报告题目： ASD 儿童辅助治疗系统 评价方法研究 学 院：电气工程学院 专 业：电子科学与技术 班 级：10 电技一班 姓 名： 孙灵伟 学 号：201012050119 指导教师： 谷学静 2014 年 03 月 05 日一、题目来源背景（现状、前景）1、课题提出及题目来源儿童孤独症谱系障碍(autistic spectrum disorder, ASD)是一组严重影响儿童健康、具有显著临床和病因异质性的神经发育障碍性疾病，是以社会交往障碍、言语和非言语交流障碍、特殊兴趣和刻板、重复行为为主要特征的发育行为疾病，属于广泛性发育障碍(pervasive developmental disorder, PDD)的一种类型。在过去的二十年随着研究的深入，对孤独症的了解也在逐步深入。不难发现，对孤独症的认识，从名称、概念、诊断、发病率、分类以及干预都在经历重要的变化。但是不同患者个体在主要症状的轻重、整体病情严重程度以及智力发育方面存在差异，同时病情可以随时间推移而发生变化。ASD 一般包括孤独症、阿斯伯格综合征以及儿童瓦解性精神障碍、雷特综合症、广泛性发育障碍未注明型等亚类。事实上可以按照理解精神发育迟滞的方式来理解 ASD，即 ASD 是由多种不同原因(异质性)引起的以社会交往障碍为核心表现的综合症。ASD 通常在早年就有表现(一般在 3 岁之前)。它的预后与被诊断的年龄和开始干预的年龄密切相关，因此早期诊断和及时进行长期的针对性的干预对这些儿童长远的发展非常重要。中国虽然对 ASD 认识及干预起步比国外晚，但是在近年来也越来越意识到对孤独症儿童早期诊断和治疗的重要性并全身心投入干预研究中。最新的流行病学资料显示， ASD 的发病率已经超过1%，由于 ASD 儿童的社交障碍往往伴随终身，严重影响社会适应能力，给家庭和社会带来沉重负担，但病因和发病机制至今未明，已引起广泛关注。由于 ASD 病因复杂且个体差异较大，目前还没有系统地研究对 ASD 儿童有效的治疗平台，还没有一种方法适合所有的 ASD 儿童。一般来说，ASD 的治疗方法常用的有应用行为分析疗法、游戏疗法、音乐疗法、认知行为疗法、自闭症及有关交流障碍儿童教育训练项目等传统疗法。但这些疗法都有一定的局限性，导致远期预后不理想。2、 国内外研究现状(1)国内外患孤独症儿童趋势及现状A、 患孤独症儿童趋势过去认为 ASD 是罕见病，目前该病的发病率为 1/ 150。普遍认为，诊断标准的修改和医学界以及公众对该病认识的提高是发病率升高的主要原因。遗传或基因异常被认为是 ASD 的病因，其中 7、15、16 号染色体存在候选基因可能性较大，近日新英格兰医学杂志报道部分孤独症患者 16 号染色体短臂存在再发胜微缺失和重复。据美国疾病预防控制中心 2012 年报道，ASD 在儿童中的发病率是 1.13% (1/88)。男孩的发病率是女孩的 4 倍。按照保守的估计，我国可能有 150 万左右的孤独症儿童和青少年。目前，对孤独症的治疗以教育康复训练的方法为主，在这一过程中，孤独症专业服务机构扮演了重要的角色，发挥着重大作用。近年来的流行病调查数据显示，全球范围内 ASD 患病率均有上升趋势，已经成为世界上人数增长最快的严重疾病。迄今我国还没有全国性的 ASD 流行病学调查数据，按照美国的患病率1/150 估计，全球约有超过 3500 万 ASD 患者，据此推算，中国估计有 200 万孤独症患儿，而孤独症整个人群可能超过 700 万。如图 1、图 2 所示：B、存在问题和争议ASD 患病率会下降吗?从 DSM-III-R 开始，世界各国孤独症患病率不断升高。到DSM-IV-TR 公布后达到了最高。2013 年，按照 DSM-IV 标准美国报道的 ASD 患病率为 2%,2011 年韩国报道患病率为 2.6%，英国、日本情况类似。作为严重的发育行为障碍，如此高的患病率导致 ASD 业已成为医学和社会的一个焦点话题。多数学者认图 1 2000-2008 年美国儿童孤独症谱系障碍患病率变化趋势图图 2 2000-2012 年我国儿童孤独症谱系障碍患病率变化趋势图为，1980 年后诊断标准的修改是 ASD 患病率升高的重要因素之一。那么，在 DSM- V 公布后， ASD 患病率会出现什么变化?这是非常引人关注的话题。很多学者认为，新标准将导致 ASD 患病率下降，一些前期调查似乎也证实了这个推测，下降幅度从10%到 50%不等；然而，另有学者认为，这些调查结果需要时间证实，新标准可能并不会导致 ASD 患病率显著改变，若考虑到当前 ASD 病因中可能有一些目前正在发挥作用、但又未知的环境有害因素，ASD 患病率究竟是升还是降，可能需要时间来证明。我国对 ASD 的认识较发达国家落后，尚无权威的 ASD 流行病学调查数据，建议在今后的调查中采用 DSM-V 标准，这样可获得我国 ASD 患儿的基线数据，为国家卫生决策提供参考。(2)国内外研究现状及分析 孤独症对患者的社会功能造成终身的损害，更对患者家人及社会造成极其严重的负担。所以国内外研究辅助治疗 ASD 儿童方案是迫在眉睫的。1）硬件机器人辅助治疗ASD儿童研究现状近年20世纪70年代开始有人尝试自动化（机器人）的治疗训练方法日益受到关注，欧洲计划的AuRoRa和IROMEC在研究机器人对ASD儿童治疗所发挥的作用方面，获得很多成果。尤其AuRoRa计划中，出现了多种机器人通过角色轮换和模仿游戏教会ASD儿童一些社会交互技能；后来，2006年欧盟第六框架计划启动了IROMEC计划，通过研究机器人玩具促使ASD儿童能共同游戏娱乐，帮助他们学习与社会交互技能等的媒介作用。美国、加拿大和日本的科学研究也获得了类似的结果。机器人治疗师将不仅增加可用治疗师的数目，还方便住在任何地方的家庭都能进行治疗。设想一下患者亲人能够根据孩子的需要或舒适水平来自定义机器人治疗师的面部表情或肢体语言。或者，机器人能够自行调整。总之，机器人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，但它们不会取代人类治疗师，硬件机器人只能处于某一特定的环境中，且硬件成本较高。2）软件系统辅助治疗ASD儿童研究现状计算机软件可以使ASD儿童集中注意力在计算机屏幕上，有趣的计算机软件运行效果还能激发他们的好奇心，让他们专注时间延长，理想情况下他们能主动去尝试。所以利用软件系统辅助治疗ASD儿童方面的研究也开始了。于是，具有感知、语言理解、情感、目标驱动的行为及对环境或者其他虚拟人的个性和反应能力等特征的软件机器人Avatar问世了，它具有很多人类的特性，能为人类提供更加友好、亲近、高效的服务。纽约城市大学和英国利兹城市大学的研究人员已经证明了ASD儿童乐于与情感Avatar交互，甚至可以将社会交互事件与相应的Avatar表情相对应。此外，相关研究人员还开发了以用户为中心的语音交互多媒体系统帮助ASD儿童发音；开发了表情游戏帮助ASD儿童识别表情；设计了高度结构化的虚拟环境以教会ASD儿童一些社会生活技能等。这些突出性研究设计引导ASD儿童积极参与交互过程，帮助他们克服社会交互、决策等方面的问题。2005年，英国一项研究发现合作性虚拟现实环境对ASD儿童治疗具有极大应用前景。尤其虚拟环境作为一种新的信息展现形式，提供给用户一种具有真实感的虚拟场景来进行社会交互，让用户有一种丰富的感知体验。其中，实现用户与虚拟环境之间高效、自然的人机交互是虚拟环境技术成功应用的一个关键。3) ASD儿童情感认知研究现状及分析认知是对外界情感感知、记忆、理解、意识、表达出来的能力。其研究内容涉及到心理学、语言学、神经生理学、人类学、哲学等学科领域。由于认知系统的复杂性，需要运用多门学科所使用的科学工具与方法从完整意义上对认知系统进行多维度、全方位的综合研究。80 年代初，研究者们开始关注情感研究。研究最初非常关注 ASD 儿童能否识别面部表情。对孤独症儿童的研究发现，他们在识别高兴、悲伤、惊讶、愤怒、害怕、厌恶六种基本表情的过程中，难以辨认惊讶的表情，所以研究者认为孤独症患者基本表情认知能力不足。另发现，仅部分 ASD 患者存在静态基本表情的辨认困难，或仅对几种表情难以分辨。但对于静态呈现的复杂表情，ASD 普遍存在障碍。已有实验表明：在“表情提示”条件下，ASD 幼儿与弱智幼儿几乎无差距，在“语言提示”条件下，ASD 儿童的正答率远低于弱智儿童和正常儿童。人际交往中非言语信息往往传递着真实情感，尤其在口是心非时，语调的变化，面部表情的伪装和下意识的动作却泄漏了真心，这使得非言语信息的识别成为社交成功的关键因素。近年来，社交障碍构成 ASD 核心缺陷的观点也逐渐成为共识，并促使许多研究以此为焦点，研究人员尤其重视 ASD 儿童社交过程中对情感信息的加工特征。3、展望前景由于儿童孤独症尚无特效的药物治疗，且预后较差，给患者、家庭和社会造成极大精神和社会负担，ASD 已经成为全球关注的公共卫生间题。2008 年开始，世界卫生组织把每年的 4 月 2 日设为国际孤独症关爱日。2006 年，Green 等在一项网上调查中发现，正在或曾经被使用过的 ASD 治疗方法有108 种。可能是由于目前对 ASD 的成因以及对它的行为和发育特征仍不完全探索。每种治疗方法往往有它自己的治疗理念并反映它对 ASD 的理解。研究发现治疗的效果与以下这些因素有着密切的关系:早期治疗；治疗要有一定的频度；治疗前要建立针对个体儿童的系统的计划；定期(如 3 至 6 个月)对治疗进行总结和评估；要考虑治疗目标的功能性，并且促进转化和维持；在自然环境中进行治疗；父母对治疗方法的学习和参与;高的师生比例。随着近年来科技的高速发展，iPhone, iPad 等也越来越多地走进家庭生活中。苹果公司也针对特殊需要人群开发了很多治疗软件。但这些软件的使用必须建立在互动的基础上，即父母和孩子或者治疗人员和孩子一起参与软件的游戏活动中。如果只将 ASD 儿童一人置于平板电脑前，他是不会通过这些软件自行学会社交技能，语言理解和表达的。他可能会复制一些他听到的语言和看到的行为，但是他却很难理解如何使用这些语言以及为什么人们会在那个场景中有那些行为。治疗人员需要在同 ASD 儿童互动地使用这些软件时对这些信息作出解释，并且创造自然环境给 ASD 儿童使用相应的语言和行为。因此，电脑软件在 ASD 的治疗中起着辅助的作用，而且它的应用一定要有父母或治疗人员的参与。不幸的是，迄今为止，医疗领域对其尚无一劳永逸的特效治疗办法。有幸的是，经过半个多世纪以来，学者们摸索出了一些能明显改善孤独症患者症状，提高其社会功能的特殊教育训练技术，并将其运用于实践，给无数孤独症患者及其家庭带来了福音，极大地改善了孤独症患者的情况，虽然不能彻底治愈，但也让一部分孤独症患者能够勉强回归主流社会，使他们的社会功能得到了明显的发展。这些特殊教育训练技术对广泛发育障碍的其他亚类同样有效，主要包括应用行为分析、结构化教学法、人际关系发展干预、图片交换沟通系统、感觉统合训练、心智解读等等。这些特殊教育训练技术的理论基础主要以孤独症的病因学假说结合心理行为治疗技术，针对孤独症的特征性临床主征进行干预，从而达到改善临床症状，提高其社会功能的目的。综合考虑各个国家的家庭结构、文化背景等因素，本论文拟想以心理学、人工心里、人机交互理论、认知科学和脑科学为理论基础，利用科学发展信息技术手段，如虚拟现实技术、自然语言理解技术、3D 虚拟人技术、人工智能、人机交互等，多维度、全方位构建更适合 ASD 儿童的多场景辅助治疗平台，研究ASD 儿童认知方法及有效性，以提高其对外界情感感知、记忆、理解、意识、表达出来的能力。期望能够在国际或国家基本公共卫生儿童健康管理服务规范中，尽早、系统地建立孤独症早期筛查及监测体系，开展 ASD 儿童的早期筛查和流行病学监测，以达到早发现、早诊断、早干预的“三早”目标，最大限度地促进 ASD 儿童的康复和治疗，使其尽早回归到主流社会中。二、主要研究内容、应用价值、改进及创新1、主要研究内容1）构建 ASD 儿童的辅助治疗平台在选用儿童辅具时要考虑儿童的认知、学习能力，使儿童使用方便，刺激他们的好奇心，让他们对其产生趣味。如若不然，会使儿童对高科技辅具使用困难，甚至对辅具产生厌恶情绪，那么辅具就成了废品，不能达到沟通的目的。鉴于此，拟研究开发多场景、多模态交互的情感 Avatar 系统，研究三维 Avatar 模型和虚拟场景的构建及多模态交互的解决方案，从交互的自然度和降低认知负荷的角度构建ASD 辅助治疗平台。此外，计算机教学越来越普及，中度弱智儿童要想从现代多媒体教学中获得更多的学习机会和更高的学习效率，需要为他们构建一个良好的人机互动学习平台。构建中度弱智儿童人机互动的学习平台，要从组网方式，输入接口和软件三方面着手。PXE 无盘工作站的组网方式适合特殊学校的要求，以触摸屏作为输入接口适合中度弱智学生的特点，设计互动软件能够保证学习效果。2）提出基于虚拟环境交互的 ASD 情感认知辅助治疗方法认知与情感交互作用的行为、神经科学和发展心理学研究,从情绪认知的角度分析情感虚拟人交互的关键技术,包括情绪认知理论、基于维度空间论的情绪量化和情绪评价,提出并建立了一种情感虚拟人情绪认知模型和动态情感模型。探讨认知与情感的交互作用对人工智能领域和计算机科学的影响,特别是其在情感计算领域的应用，计算机信息技术的革命性发展极大地丰富了虚拟环境及其表现形式。希望能对当今网络教育与学习提供一些借鉴或启迪。3）基于软件机器人（Avatar）的 ASD 儿童辅助治疗情感认知有效性研究对 ASD 儿童辅助治疗的一个潜在的方式是行为干预，然而不同的干预方式在提高 ASD 儿童认知、学习、社会交际等能力方面扮演着不同的角色，也产生了各异的效果。社会辅助人机系统开发、以及临床实验，目前仍然处于初级阶段。拟想研发各种形式的机器人本体，在模块化、拟人化、易操作性、安全性、多模态人机交互性等多方面为机器人的研发提出了挑战。需要针对不同个体，更加精细系统地设计各种提高交互自然度与降低认知负荷度的方向、对 ASD 儿童的需求、干预经费、干预所带来的副作用以及提高 ASD 儿童自理、认知、社会交往能力的角度，全方位评价软件机器人对干预 ASD 儿童辅助治疗情感认知的有效性。2、研究的应用价值孤独症的康复训练并不完全是一个医学问题，家庭的社会经济状况以及父母心态，环境或社会的支持和资源均对孩子的预后产生影响。采用综合性教育和训练，辅以药物，孤独症儿童的预后可以有显著的改善，相当一部分的儿童才能获得独立生活、学习和工作的能力。在日益逼真、细腻的虚拟环境中,存在着大量的问题情境以及基于这些问题情境而引发的认知、学习活动,主要表现为认知工具、认知策略、认知留存、认知交换与认知学徒制,进而产生一种具有趣味性、具身性、亚实践性、协商性、场域性特点的基于问题的情境学习，这项研究有望解决人机交互中的情感认知、评价和交互机制等问题,为新一代的人机交互模式提供理论指导和技术支持。3、研究的改进及创新在实践中也发现人机互动学习平台存在不足，首先是 ASD 儿童的适应性问题，他们通过触摸屏机器的训练，对机器有一定的操作能力，但离开这个系统，他们很难适应普通机器的操作。其次是学习平台的维护与运作问题，要想人机互动平台保持长期的效用，让 ASD 儿童能持续地获得学习效果，就需要不停地增加新鲜的血液，维持它的运作，否则时间长了就会在不知不觉中失去它的吸引力。1）通过 3D 虚拟人体技术和智能空间技术，构建用于 ASD 儿童辅助治疗系统的多模态情感交互软件机器人系统。2）通过综合利用智能软件机器人以及虚拟环境技术提高 ASD 儿童对情感认知的干预辅助治疗方法。3）通过使用多层模糊评判方法提出并评估软件机器人对 ASD 儿童辅助治疗情感认知的有效性。人机互动平台才能焕发出活力，教育的功效才能得到整体的提升。三、拟采用的研究方法、手段1、研究方法本论文拟想采用多学科交叉的方法进行研究：大量阅读心理学、人工心理、人机交互理论、认知科学和脑科学等基础理论，利用科学发展信息技术手段，如虚拟现实技术、自然语言理解技术、3D 虚拟人技术、人工智能、人机交互等，多维度、全方位进行阐述。2、研究手段综合使用情绪研究中的印象法和表现法，用表现法取得对情绪的客观记录，用印象法记录被试者的主观体验。根据所取得的客观记录和主观体验，拟采用 ASD儿童辅助治疗的心理物理学实验方法获得比照组测试数据，并分析数据，然后获得更好的辅助治疗方案。四、进度安排1、第 1 周第 3 周：查阅相关资料，了解课题的背景、前景及意义等，为开题做准备，完成开题报告并制作 PPT 答辩。 2、第 4 周第 6 周：学习论文撰写格式，整合资料。构思并完成论文提纲和各章节的主要内容。3、第 7 周第 9 周：结合相关资料，完成的理论知识。完成填写计划进程表以及书写毕业论文中期报告。 4、第 10 周第 12 周：深入阅读文献，完善理论构思设计。 5、第 13 周第 15 周：完成所需的外文翻译，检查和完善毕业论文，做好最后的毕业论文。6、第 16 周：准备答辩所需的材料和相应展示毕业论文的 PPT 等。 五、主要参考文献【1】17 Catherine R, G. Jones, Francesca Happen, et al. Everyday memory impairments in autism spectrum disorders. Journal of Autism and Developmental Disorders, 2011, 41(4):455-464【2】Rumsey J. M,Hamburger,S. D. Neuropsychological divergence of high一 level autism and severe dyslexia. Journal of Autism and Developmental Disorders, 1990,【3】Williams, S White,L Klin,S A. Educational Place menu and Service Use Patterns of Individuals with Autism Spectrum Disorders. Published online: 3 November 2006- Springer Science-Business Media, LL 2006. J Autism Dev Disord 2007, 37:1403-1412【4】Gusella, J 郑毅，静进.中国孤独症研究从分散丘整合的思考.中国循证儿科杂志，2008, 9: 321- 323【5】汪安圣.认知心理学.第 1 版(重排本).北京:北京大学出版社，2009.69【6】翟海珍，夏忠权.最新孤独症儿童教育康复的现状及对策研究.中国心理卫生协会残