對于超重或肥胖的青少年來說，運動往往伴隨著羞恥感，他們害怕在體育活動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，從而陷入“越不動越肥、越肥越不動”的惡性循環(huán)局面?虛擬現(xiàn)實(VR技術)或許提供了一個突破口。

　　上海交通大學醫(yī)學院附屬第六人民醫(yī)院、上海交通大學計算機學院/人工智能教育部重點實驗室盛斌教授團隊攜手上海體育大學王繼紅研究院團隊等，聯(lián)合開發(fā)了全球首個專為青少年設計的虛擬現(xiàn)實(VR)智能運動干預系統(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性化的運動干預。

　　上述研究結果近日在《自然醫(yī)學》(Nature Medicine)上在線發(fā)表。《自然醫(yī)學》認為“REVERIE是一項具有里程碑意義的研究，虛擬現(xiàn)實運動作為一種創(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，澎湃科技記者專訪了盛斌。

　　

 

　　研究結果近日在《自然醫(yī)學》(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動指導

　　盛斌是國家“萬人計劃”青年拔尖人才獲得者、教育部人工智能重點實驗室及上海人工智能研究院智慧醫(yī)療技術負責人，研究領域包括人工智能及虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)。

　　《柳葉刀》曾發(fā)表過多份關于青少年體育活動的研究報告，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重要公共健康問題。長期缺乏體育活動，不僅加劇肥胖，還會引發(fā)慢性疾病和心理社交問題，構成一個系統(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就曾透露，希望通過人工智能和虛擬現(xiàn)實回答當前困擾科學界多年的難題，即真實世界體育鍛煉與虛擬世界(元宇宙)VR運動各自對于人類身心健康有何影響。

　　盛斌告訴澎湃科技，這項研究始于疫情期間。當時他和教學組在上海某區(qū)級中小學調研時發(fā)現(xiàn)，中小學校園里，青少年肥胖問題非常突出。這類肥胖或超重青少年因為自身肥胖，有運動“恥感”，比如和別的小朋友一起踢足球、打乒乓球，會害怕受到歧視，所以這類學生的運動意愿會進一步降低，體重問題會更嚴重。

　　據(jù)盛斌介紹，REVERIE(靈境)系統(tǒng)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習驅動且基于Transformer架構，可以提供安全、沉浸式、富有同理心且有效的運動指導。

　　

 

　　虛擬現(xiàn)實運動系統(tǒng)(REVERIE)概覽和生物力學評價

　　傳統(tǒng)的體育課堂，一位老師要面對整個班級，對于動作跟不上的孩子，老師往往沒有足夠精力進行個別指導，也很難根據(jù)每個人的情況調整教學內容，這很容易打擊孩子的自信心。

　　盛斌稱，REVERIE Coach由深度學習算法驅動，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時進行微調，這種實時反饋機制，能夠讓教練逐步適應不同學生的表現(xiàn)，孩子們也可以根據(jù)自己的節(jié)奏提升打球技巧。

　　VR運動后，記憶準確率提高腸道微生物菌群運動特征也發(fā)生變化

　　在研究過程中，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、真實乒乓球運動組、真實足球運動組、VR乒乓球運動組和VR足球運動組。227名受試者在研究期間均接受統(tǒng)一的飲食管理，干預持續(xù)八周。

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

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

　　實驗數(shù)據(jù)顯示，超重或肥胖青少年嗅覺感知綜合評分(TDI總分)在干預后比基線提升了3.54分。尤其在認知功能上，VR運動組表現(xiàn)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中，他們的記憶準確率平均提升了11.46%。同時，VR運動后腸道微生物組、代謝組和脂質組的特征也發(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，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運動的意愿，使青少年能夠從“被動參與”轉向“主動選擇”。

　　盛斌稱，對于肥胖兒童來說，腸道功能紊亂和菌群異常的情況較為常見，在實驗和臨床觀察中，一些孩子如果表現(xiàn)出過于謹慎、焦慮，甚至有強迫的傾向，腸道出現(xiàn)問題的概率相對較高。

　　盛斌稱，實驗設定為8周考慮到VR畢竟要佩戴電子設備，它的使用頻率和時長，短期來看有非常明顯的干預效果，但如果將干預周期延長到半年或一年，能否繼續(xù)提升、改善超重肥胖青少年的認知功能，有沒有“拐點”的出現(xiàn)，比如會有受損情況的出現(xiàn)，這些也還需要后續(xù)進一步研究，也需要進一步完善。

　　“我們這項試驗，現(xiàn)階段形象地來說，就像‘愛麗絲夢游仙境’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險，還是充滿美好。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。”盛斌說。

　　據(jù)了解，目前這套REVERIE虛擬現(xiàn)實(VR)智能運動干預系統(tǒng)已申請專利，盛斌稱會將研究成果進一步轉化應用，后續(xù)會考慮推廣到更多中小學進一步落地。