對于超重或肥胖的青少年來(lái)說(shuō)，運動(dòng)往往伴隨著(zhù)羞恥感，他們害怕在體育活動(dòng)中受到同齡人的嘲笑或歧視。

　　如何打破這種因心理抗拒而不愿運動(dòng)，從而陷入“越不動(dòng)越肥、越肥越不動(dòng)”的惡性循環(huán)局面?虛擬現實(shí)(VR技術(shù))或許提供了一個(gè)突破口。

　　上海交通大學(xué)醫學(xué)院附屬第六人民醫院、上海交通大學(xué)計算機學(xué)院/人工智能教育部重點(diǎn)實(shí)驗室盛斌教授團隊攜手上海體育大學(xué)王繼紅研究院團隊等，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了全球首個(gè)專(zhuān)為青少年設計的虛擬現實(shí)(VR)智能運動(dòng)干預系統——REVERIE(Real-world Exercise and VR-based Exercise Research In Education，中文名為“靈境”)。該系統旨在通過(guò)沉浸式體驗與智能教練的結合，為青少年提供更具吸引力和個(gè)性化的運動(dòng)干預。

　　上述研究結果近日在《自然醫學(xué)》(Nature Medicine)上在線(xiàn)發(fā)表?！蹲匀会t學(xué)》認為“REVERIE是一項具有里程碑意義的研究，虛擬現實(shí)運動(dòng)作為一種創(chuàng )新、高效且安全的策略，可改善和提升體重超標青少年的健康狀況”。日前，澎湃科技記者專(zhuān)訪(fǎng)了盛斌。

　　

 

　　研究結果近日在《自然醫學(xué)》(Nature Medicine)上在線(xiàn)發(fā)表。

　　虛擬AI教練,為超重肥胖青少年提供富有同理心的運動(dòng)指導

　　盛斌是國家“萬(wàn)人計劃”青年拔尖人才獲得者、教育部人工智能重點(diǎn)實(shí)驗室及上海人工智能研究院智慧醫療技術(shù)負責人，研究領(lǐng)域包括人工智能及虛擬現實(shí)(Virtual Reality，VR)。

　　《柳葉刀》曾發(fā)表過(guò)多份關(guān)于青少年體育活動(dòng)的研究報告，在報告里提及，“體育不活躍”(physical inactivity)已經(jīng)成為全球青少年面臨的一個(gè)重要公共健康問(wèn)題。長(cháng)期缺乏體育活動(dòng)，不僅加劇肥胖，還會(huì )引發(fā)慢性疾病和心理社交問(wèn)題，構成一個(gè)系統性的惡性循環(huán)。

　　早在2022年3月，盛斌在接受澎湃科技采訪(fǎng)時(shí)就曾透露，希望通過(guò)人工智能和虛擬現實(shí)回答當前困擾科學(xué)界多年的難題，即真實(shí)世界體育鍛煉與虛擬世界(元宇宙)VR運動(dòng)各自對于人類(lèi)身心健康有何影響。

　　盛斌告訴澎湃科技，這項研究始于疫情期間。當時(shí)他和教學(xué)組在上海某區級中小學(xué)調研時(shí)發(fā)現，中小學(xué)校園里，青少年肥胖問(wèn)題非常突出。這類(lèi)肥胖或超重青少年因為自身肥胖，有運動(dòng)“恥感”，比如和別的小朋友一起踢足球、打乒乓球，會(huì )害怕受到歧視，所以這類(lèi)學(xué)生的運動(dòng)意愿會(huì )進(jìn)一步降低，體重問(wèn)題會(huì )更嚴重。

　　據盛斌介紹，REVERIE(靈境)系統創(chuàng )新性地設置了一位虛擬教練孿生智能體——REVERIE Coach。它利用了深度強化學(xué)習驅動(dòng)且基于Transformer架構，可以提供安全、沉浸式、富有同理心且有效的運動(dòng)指導。

　　

 

　　虛擬現實(shí)運動(dòng)系統(REVERIE)概覽和生物力學(xué)評價(jià)

　　傳統的體育課堂，一位老師要面對整個(gè)班級，對于動(dòng)作跟不上的孩子，老師往往沒(méi)有足夠精力進(jìn)行個(gè)別指導，也很難根據每個(gè)人的情況調整教學(xué)內容，這很容易打擊孩子的自信心。

　　盛斌稱(chēng)，REVERIE Coach由深度學(xué)習算法驅動(dòng)，具備“MFC”能力，即“Motivational, Friendly, and Compassionate”(具備激勵性、友好性與同理心/同情心)，可以在超重肥胖青少年做運動(dòng)時(shí)進(jìn)行微調，這種實(shí)時(shí)反饋機制，能夠讓教練逐步適應不同學(xué)生的表現，孩子們也可以根據自己的節奏提升打球技巧。

　　VR運動(dòng)后，記憶準確率提高腸道微生物菌群運動(dòng)特征也發(fā)生變化

　　在研究過(guò)程中，研究團隊共選取了227名超重或肥胖的青少年，隨機分配至對照組、真實(shí)乒乓球運動(dòng)組、真實(shí)足球運動(dòng)組、VR乒乓球運動(dòng)組和VR足球運動(dòng)組。227名受試者在研究期間均接受統一的飲食管理，干預持續八周。

　　青少年可以戴上VR設備自主地進(jìn)行鍛煉、學(xué)習技能，在VR環(huán)境里沒(méi)有社交距離的壓力，不會(huì )因為外貌或身體外在條件遭受歧視，這樣會(huì )逐步建立起他們的運動(dòng)信心和興趣。

　　8周實(shí)驗結束后，研究團隊在回訪(fǎng)中發(fā)現參與VR實(shí)驗小孩的運動(dòng)意愿仍然保持得比較高。“心理狀態(tài)、自信心以及參與運動(dòng)的意愿，通常會(huì )比在真實(shí)體育課堂中要高出很多。”

　　實(shí)驗數據顯示，超重或肥胖青少年嗅覺(jué)感知綜合評分(TDI總分)在干預后比基線(xiàn)提升了3.54分。尤其在認知功能上，VR運動(dòng)組表現出感知能力增強和工作記憶準確率提升，在面對需要集中注意力、不斷更新記憶的任務(wù)中，他們的記憶準確率平均提升了11.46%。同時(shí)，VR運動(dòng)后腸道微生物組、代謝組和脂質(zhì)組的特征也發(fā)生了顯著(zhù)改變。

　　值得一提的是，REVERIE系統在幫助超重肥胖青少年減重的同時(shí)，還能提高神經(jīng)元效率和神經(jīng)可塑性，顯著(zhù)改善記憶力、注意力及思維敏捷性，幫助這些超重肥胖青少年建立起主動(dòng)運動(dòng)的意愿，使青少年能夠從“被動(dòng)參與”轉向“主動(dòng)選擇”。

　　盛斌稱(chēng)，對于肥胖兒童來(lái)說(shuō)，腸道功能紊亂和菌群異常的情況較為常見(jiàn)，在實(shí)驗和臨床觀(guān)察中，一些孩子如果表現出過(guò)于謹慎、焦慮，甚至有強迫的傾向，腸道出現問(wèn)題的概率相對較高。

　　盛斌稱(chēng)，實(shí)驗設定為8周考慮到VR畢竟要佩戴電子設備，它的使用頻率和時(shí)長(cháng)，短期來(lái)看有非常明顯的干預效果，但如果將干預周期延長(cháng)到半年或一年，能否繼續提升、改善超重肥胖青少年的認知功能，有沒(méi)有“拐點(diǎn)”的出現，比如會(huì )有受損情況的出現，這些也還需要后續進(jìn)一步研究，也需要進(jìn)一步完善。

　　“我們這項試驗，現階段形象地來(lái)說(shuō)，就像‘愛(ài)麗絲夢(mèng)游仙境’中剛剛踏入兔子洞的第一步。還不算深入洞底，所以不確定前方是充滿(mǎn)風(fēng)險，還是充滿(mǎn)美好。但可以肯定的是，VR干預的效果機制與影響范圍，有很多值得研究的點(diǎn)。”盛斌說(shuō)。

　　據了解，目前這套REVERIE虛擬現實(shí)(VR)智能運動(dòng)干預系統已申請專(zhuān)利，盛斌稱(chēng)會(huì )將研究成果進(jìn)一步轉化應用，后續會(huì )考慮推廣到更多中小學(xué)進(jìn)一步落地。