打破運(yùn)動(dòng)恥感，用VR技術(shù)幫校園里的超重肥胖青少年減重

對(duì)于超重或肥胖的青少年來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)往往伴隨著羞恥感，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(yùn)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(xiàn)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(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院、上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院/人工智能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室盛斌教授團(tuán)隊(duì)攜手上海體育大學(xué)王繼紅研究院團(tuán)隊(duì)等，聯(lián)合開發(fā)了全球首個(gè)專為青少年設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR)智能運(yùn)動(dòng)干預(yù)系統(tǒng)——REVERIE（Real-world Exercise and VR-based Exercise Research In Education，中文名為“靈境”）。該系統(tǒng)旨在通過(guò)沉浸式體驗(yàn)與智能教練的結(jié)合，為青少年提供更具吸引力和個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)干預(yù)。

上述研究結(jié)果近日在《自然醫(yī)學(xué)》（Nature Medicine）上在線發(fā)表。《自然醫(yī)學(xué)》認(rèn)為“REVERIE是一項(xiàng)具有里程碑意義的研究，虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)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(biāo)青少年的健康狀況”。日前，澎湃科技記者專訪了盛斌。

研究結(jié)果近日在《自然醫(yī)學(xué)》（Nature Medicine）上在線發(fā)表。

虛擬AI教練,為超重肥胖青少年提供富有同理心的運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)

盛斌是國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才獲得者、教育部人工智能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及上海人工智能研究院智慧醫(yī)療技術(shù)負(fù)責(zé)人，研究領(lǐng)域包括人工智能及虛擬現(xiàn)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(bào)告，在報(bào)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)重要公共健康問題。長(zhǎng)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題，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)性的惡性循環(huán)。

早在2022年3月，盛斌在接受澎湃科技采訪時(shí)就曾透露，希望通過(guò)人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)回答當(dāng)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(yùn)動(dòng)各自對(duì)于人類身心健康有何影響。

盛斌告訴澎湃科技，這項(xiàng)研究始于疫情期間。當(dāng)時(shí)他和教學(xué)組在上海某區(qū)級(jí)中小學(xué)調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，中小學(xué)校園里，青少年肥胖問題非常突出。這類肥胖或超重青少年因?yàn)樽陨矸逝郑羞\(yùn)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，所以這類學(xué)生的運(yùn)動(dòng)意愿會(huì)進(jìn)一步降低，體重問題會(huì)更嚴(yán)重。

據(jù)盛斌介紹，REVERIE（靈境）系統(tǒng)創(chuàng)新性地設(shè)置了一位虛擬教練孿生智能體——REVERIE Coach。它利用了深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)且基于Transformer架構(gòu)，可以提供安全、沉浸式、富有同理心且有效的運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)。

虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)（REVERIE）概覽和生物力學(xué)評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)的體育課堂，一位老師要面對(duì)整個(gè)班級(jí)，對(duì)于動(dòng)作跟不上的孩子，老師往往沒有足夠精力進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)，也很難根據(jù)每個(gè)人的情況調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，這很容易打擊孩子的自信心。

盛斌稱，REVERIE Coach由深度學(xué)習(xí)算法驅(qū)動(dòng)，具備“MFC”能力，即“Motivational, Friendly, and Compassionate”（具備激勵(lì)性、友好性與同理心/同情心），可以在超重肥胖青少年做運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行微調(diào)，這種實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，能夠讓教練逐步適應(yīng)不同學(xué)生的表現(xiàn)，孩子們也可以根據(jù)自己的節(jié)奏提升打球技巧。

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

在研究過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)共選取了227名超重或肥胖的青少年，隨機(jī)分配至對(duì)照組、真實(shí)乒乓球運(yùn)動(dòng)組、真實(shí)足球運(yùn)動(dòng)組、VR乒乓球運(yùn)動(dòng)組和VR足球運(yùn)動(dòng)組。227名受試者在研究期間均接受統(tǒng)一的飲食管理，干預(yù)持續(xù)八周。

青少年可以戴上VR設(shè)備自主地進(jìn)行鍛煉、學(xué)習(xí)技能，在VR環(huán)境里沒有社交距離的壓力，不會(huì)因?yàn)橥饷不蛏眢w外在條件遭受歧視，這樣會(huì)逐步建立起他們的運(yùn)動(dòng)信心和興趣。

8周實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，研究團(tuán)隊(duì)在回訪中發(fā)現(xiàn)參與VR實(shí)驗(yàn)小孩的運(yùn)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(yùn)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(yàn)數(shù)據(jù)顯示，超重或肥胖青少年嗅覺感知綜合評(píng)分（TDI總分）在干預(yù)后比基線提升了3.54分。尤其在認(rèn)知功能上，VR運(yùn)動(dòng)組表現(xiàn)出感知能力增強(qiáng)和工作記憶準(zhǔn)確率提升，在面對(duì)需要集中注意力、不斷更新記憶的任務(wù)中，他們的記憶準(zhǔn)確率平均提升了11.46%。同時(shí)，VR運(yùn)動(dòng)后腸道微生物組、代謝組和脂質(zhì)組的特征也發(fā)生了顯著改變。

值得一提的是，REVERIE系統(tǒng)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(yùn)動(dòng)的意愿，使青少年能夠從“被動(dòng)參與”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)選擇”。

盛斌稱，對(duì)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，在實(shí)驗(yàn)和臨床觀察中，一些孩子如果表現(xiàn)出過(guò)于謹(jǐn)慎、焦慮，甚至有強(qiáng)迫的傾向，腸道出現(xiàn)問題的概率相對(duì)較高。

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

“我們這項(xiàng)試驗(yàn)，現(xiàn)階段形象地來(lái)說(shuō)，就像‘愛麗絲夢(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風(fēng)險(xiǎn)，還是充滿美好。但可以肯定的是，VR干預(yù)的效果機(jī)制與影響范圍，有很多值得研究的點(diǎn)。”盛斌說(shuō)。

據(jù)了解，目前這套R(shí)EVERIE虛擬現(xiàn)實(shí)（VR)智能運(yùn)動(dòng)干預(yù)系統(tǒng)已申請(qǐng)專利，盛斌稱會(huì)將研究成果進(jìn)一步轉(zhuǎn)化應(yīng)用，后續(xù)會(huì)考慮推廣到更多中小學(xué)進(jìn)一步落地。