改善自閉癥兒童表情識(shí)別能力的計(jì)算機(jī)面部表情識(shí)別訓(xùn)練

申尋兵 何志芳 丁雪萍

(江西中醫(yī)藥大學(xué)，江西 南昌 330004)

0 引言

日常生活中，我們與他人的交往中會(huì)交換大量的信息，其中包括我們當(dāng)前的情緒狀態(tài)，情緒最重要的表達(dá)途徑是通過(guò)面部表情。因此，識(shí)別和理解面部表情是對(duì)與他人交流和建立人際關(guān)系是非常重要的。但自閉癥兒童在和別人進(jìn)行目光接觸或者社會(huì)交流時(shí)，其時(shí)間過(guò)短，缺乏與情境相應(yīng)的情緒表達(dá)；他們既不會(huì)自發(fā)和外界交流、和別人建立關(guān)系，也不會(huì)主動(dòng)尋找或留意其他人的情感線索，識(shí)別環(huán)境和他人的情緒行為（如別人是否高興、傷心、感興趣或者生氣），更無(wú)法做出恰當(dāng)?shù)呐袛嗪头磻?yīng)。自閉癥兒童在處理情感信息以及識(shí)別他人面部表情方面的障礙直接影響了他們的社會(huì)交往，從而惡化病情。因此，對(duì)于自閉癥兒童面部表情識(shí)別能力的改善研究對(duì)其康復(fù)十分重要。這些研究為自閉癥兒童的治療干預(yù)提供了新的手段。因此，對(duì)自閉癥兒童識(shí)別他人面部表情的研究重要意義。

1 情緒和面部表情

面部表情是情緒的外在表現(xiàn)。傳遞著豐富的關(guān)于人們內(nèi)心狀態(tài)的信息。持基本情緒類別觀點(diǎn)的研究者認(rèn)為(Ekman和Friesen,1971），人們具有至少六種基本情緒，即喜、怒、哀、懼、悲、驚。這些基本的情緒具有跨文化的一致性，相應(yīng)的，這些基本情緒有對(duì)應(yīng)的面部表情，即基本表情。

面部表情產(chǎn)生于面部肌肉的收縮，這導(dǎo)致了暫時(shí)的面部特征的變形，例如眼瞼、眉毛、鼻子或是嘴唇，通常表現(xiàn)為褶皺或是凸起。這些將個(gè)體的情緒狀態(tài)傳達(dá)給觀察者的面部運(yùn)動(dòng)包括三個(gè)主要的內(nèi)容：強(qiáng)度、長(zhǎng)度以及效價(jià)。

2 自閉癥的背景

自閉癥是一類廣泛性發(fā)育障礙，也稱之為孤獨(dú)癥，通常在三歲之前發(fā)病，主要表現(xiàn)之一為社會(huì)交往障礙，自閉癥兒童缺乏與他人的交流，缺乏社會(huì)交往應(yīng)有點(diǎn)認(rèn)知和行為能力。自閉癥是一系列障礙包括阿斯伯格綜合癥和其它的綜合性精神發(fā)育障礙中的一部分。這些綜合癥共同被稱為自閉癥譜系障礙。這些障礙一個(gè)最基本的特點(diǎn)是不能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)識(shí)別出情緒。自閉癥兒童傾向于避免看人臉，很難理解為什么面部特征是按照它們變化的方式而變動(dòng)的，并且他們自身的面部表情很單一。對(duì)面部表情識(shí)別能力的不足損害了他們與他人交流的能力，且自閉癥兒童生活中最大的障礙也就是難與人正常相處。

雖然針對(duì)自閉癥很多學(xué)者都提出了眾多理論，如行為主義理論、感覺(jué)統(tǒng)合理論、教育發(fā)展理論以及心理理論等,并指出了相應(yīng)的治療方法：行為訓(xùn)練、感覺(jué)統(tǒng)合訓(xùn)練、結(jié)構(gòu)化教育以及心理理論訓(xùn)練等。除此之外，研究者開發(fā)了眾多的其他治療方法，如游戲療法、音樂(lè)療法和針灸治療等(徐大真、侯佳、孔存慧,2009)。這些方法據(jù)報(bào)導(dǎo)均有一定效果，但是對(duì)于自閉癥兒童而言，迫切需要解決的是他們?nèi)绾握５嘏c他人（尤其是看護(hù)人）交往的問(wèn)題。因此通過(guò)對(duì)自閉癥兒童進(jìn)行面部表情識(shí)別能力訓(xùn)練來(lái)提高他們的社會(huì)交往能力的研究得到了研究者極大的關(guān)注。大多數(shù)的研究都集中在對(duì)自閉癥兒童面部表情的識(shí)別能力訓(xùn)練上。

一些研究（嚴(yán)淑瓊，2008）發(fā)現(xiàn)自閉癥兒童從面部表情、語(yǔ)音表情及在兩種形式的配對(duì)刺激中識(shí)別基本情緒存在困難。但同時(shí)一些研究者發(fā)現(xiàn)自閉癥兒童識(shí)別基本情緒沒(méi)有太大的障礙，可是在識(shí)別復(fù)雜情緒（比如嫉妒、尷尬還有驕傲）時(shí)的表現(xiàn)出識(shí)別有問(wèn)題，自閉癥兒童無(wú)法從情緒刺激材料如，情緒面孔，聲音等線索中識(shí)別復(fù)雜情緒（蘭嵐、蘭繼軍、李越，2008）。

與情緒識(shí)別困難相比，自閉癥個(gè)體表現(xiàn)出很好的“系統(tǒng)化”能力。即可以根據(jù)基本規(guī)則和規(guī)律來(lái)了解和預(yù)測(cè)行為、事件。自閉癥兒童對(duì)于細(xì)節(jié)有很強(qiáng)的興趣，喜歡具有可預(yù)測(cè)性的有規(guī)律的環(huán)境和具有內(nèi)在分類的特征事物，擅長(zhǎng)對(duì)照各種各樣的任務(wù)，包括尋找細(xì)節(jié)，分析和操縱系統(tǒng)。自閉癥兒童的這一系統(tǒng)化技能可以用能來(lái)以補(bǔ)償他們?cè)谇榫w識(shí)別上的一些困難，增進(jìn)其共情能力，從而改善其社會(huì)功能。如分析比較不同情緒的特點(diǎn)（細(xì)節(jié)區(qū)分），尋找表情表達(dá)的規(guī)律、分類基本情緒等。

3 幾種計(jì)算機(jī)表情識(shí)別訓(xùn)練簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)訓(xùn)練自閉癥兒童進(jìn)行情緒識(shí)別的嘗試，不是專注于基本情緒識(shí)別就是變?yōu)榱松鐣?huì)技能訓(xùn)練課程的一部分，或者兼而有之。這些培訓(xùn)計(jì)劃并沒(méi)有系統(tǒng)地訓(xùn)練情緒識(shí)別。相反，更多的是關(guān)注其他問(wèn)題，例如口語(yǔ)表達(dá)、減少與社會(huì)不融洽的行為等。

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)普及率十分高，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)訓(xùn)練自閉癥兒童的情緒識(shí)別能力具有簡(jiǎn)單、易操作，便于家庭護(hù)理等優(yōu)點(diǎn)。首先，自閉癥兒童通常喜歡計(jì)算機(jī)化的環(huán)境，因?yàn)樵谶@種環(huán)境下是可預(yù)測(cè)的，可以讓他們從本身就令他們緊張的社會(huì)交往中暫時(shí)脫離出來(lái)，符合其需要。其次，自閉癥兒童可以根據(jù)他們自己的進(jìn)度和理解水平來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練。再次，課程可以一遍又一遍地重復(fù)，直到其達(dá)到掌握程度為止。最后，通過(guò)卡通化的獎(jiǎng)勵(lì)能夠維持自閉癥兒童的興趣和積極性。有些研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了使用計(jì)算機(jī)能夠幫助自閉癥患者從卡通和靜止的圖片當(dāng)中識(shí)別基本情緒，也能夠解決有插圖的社會(huì)情境當(dāng)中的問(wèn)題（Cockburn 等，2008；Tanaka 等，2010）。

前述的基于計(jì)算機(jī)的表情識(shí)別訓(xùn)練方法的共同特征是它們?cè)谟?xùn)練時(shí)用的刺激材料是靜態(tài)的圖片或是照片。近年來(lái)，一些研究者開始采用更生動(dòng)的交互式游戲來(lái)訓(xùn)練自閉癥兒童的表情識(shí)別能力（Golan等，2007；José等，2011）。

Mind Reading（Baron-Cohen等，2004）幫助大人和小孩學(xué)習(xí)情緒以及它們的表情，特別是在人們面部的。它提供了一個(gè)交互式的引導(dǎo)和一個(gè)真人表達(dá)情緒的視屏庫(kù)，也有小測(cè)驗(yàn)和游戲來(lái)檢測(cè)個(gè)體的進(jìn)步。

Transporters（Baron-Cohen等，2007）是一個(gè)為了幫助自閉癥兒童發(fā)現(xiàn)情緒世界而設(shè)計(jì)的動(dòng)畫系列。這一系列包括了一個(gè)有著人臉的機(jī)器人，能夠展示在社會(huì)環(huán)境中的情緒表情，用機(jī)械運(yùn)動(dòng)吸引自閉癥兒童的注意力，鼓勵(lì)社會(huì)學(xué)習(xí)和增強(qiáng)對(duì)面部表情的注意力。這一設(shè)計(jì)可以極大的增進(jìn)自閉癥兒童的情緒識(shí)別技能。

FaceSay（Hopkins等，2011）是一個(gè)交互式計(jì)算機(jī)軟件程序，它的主要特征是具有讓自閉癥兒童患者識(shí)別頭像或是軟件“人”的面部表情的交互式的游戲，特別是這一電腦游戲還向自閉癥兒童展示了確定面部表情的線索，比如眼睛的注視或者嘴部動(dòng)作。這一計(jì)算機(jī)軟件的表情識(shí)別訓(xùn)練對(duì)自閉癥兒童閱讀面部表情和識(shí)別情緒的能力有顯著的改善。

Let’s Face It（Wolf等，2008）是一系列交互式計(jì)算機(jī)游戲，為了提高對(duì)面部的識(shí)別能力而設(shè)計(jì)。這組游戲旨在增強(qiáng)自閉癥兒童對(duì)面部表情的注意力、識(shí)別面部情緒的能力和社交技能。這一計(jì)算機(jī)程序可以很好的增強(qiáng)自閉癥兒童的面部識(shí)別技巧。

SmileMaze（Cockburn，2008）是一個(gè)專門的面部訓(xùn)練模式，它整合了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)來(lái)訓(xùn)練自閉癥兒童如何識(shí)別和表達(dá)面部表情。這一計(jì)算機(jī)表情識(shí)別訓(xùn)練采用了十分先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，并將成為L(zhǎng)et’s Face It當(dāng)中的一部分。SmileMaze可以幫助自閉癥兒童從自己的面部表情中學(xué)習(xí)識(shí)別情緒表情。通過(guò)采用更加生動(dòng)、立體的刺激材料，自閉癥兒童對(duì)情緒表情的識(shí)別能力在短期的訓(xùn)練后就可以取得到很好的成績(jī)。

LIFE is GAME（Fernandes 等，2011；Queirós等，2012）是一個(gè)面部情緒識(shí)別學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的游戲場(chǎng)景就像一個(gè)建筑物，有一系列活動(dòng)內(nèi)容旨在加強(qiáng)對(duì)情緒表情的理解，比如情緒表情產(chǎn)生的原因及表情在面部表現(xiàn)的結(jié)果，即對(duì)應(yīng)的面部表情。

本面部情緒識(shí)別學(xué)習(xí)系統(tǒng)整合了動(dòng)作捕捉，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，可在移動(dòng)終端，電腦重點(diǎn)使用。另一方面是有完整的游戲訓(xùn)練表情識(shí)別能力的理念、思路和相應(yīng)的任務(wù)。游戲訓(xùn)練可以很好地適應(yīng)治療師，家長(zhǎng)和自閉癥兒童的需求。

4 討論

本文對(duì)情緒表情已經(jīng)自閉癥的情緒表情識(shí)別障礙進(jìn)行了簡(jiǎn)單回顧，綜合比較了幾個(gè)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)并已被用于訓(xùn)練自閉癥兒童識(shí)別面部表情的程序與方案。計(jì)算機(jī)表情識(shí)別訓(xùn)練的發(fā)展趨勢(shì)是用新穎刺激材料，交互的訓(xùn)練方式來(lái)替換以前使用靜止圖片材料和知識(shí)傳授的訓(xùn)練模式。

采用互動(dòng)式的訓(xùn)練，新穎的刺激材料在自閉癥兒童情緒識(shí)別訓(xùn)練效果上更好，可以在短期的訓(xùn)練后，極大的促進(jìn)自閉癥兒童的情緒識(shí)別能力，增強(qiáng)其移情能力，改善其社會(huì)功能。然而，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的再逼真的面部運(yùn)動(dòng)也帶有人為性，和真實(shí)的面部表情尚有較大的差距。因此，未來(lái)，一方面需要對(duì)表情表達(dá)的內(nèi)在機(jī)制以及表情表達(dá)的外部表現(xiàn)即肌肉運(yùn)動(dòng)要深入研究；另一方面需要改善計(jì)算機(jī)程序?qū)Ρ砬榈哪M。未來(lái)，讓計(jì)算機(jī)識(shí)別自閉癥兒童的面部表情將具有更重要的意義，這可以及時(shí)的反饋訓(xùn)練效果。通過(guò)計(jì)算機(jī)面部表情識(shí)別訓(xùn)練來(lái)改善自閉癥兒童表情識(shí)別能力的理論基礎(chǔ)與程序?qū)崿F(xiàn)在未來(lái)還需要做更多探索。

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