Машинное обучение поможет найти общий язык роботу и детям с аутизмом

Ученые с помощью методов машинного обучения наделили робота способностью определять эмоции ребенка — это поможет в терапии расстройств аутистического спектра. С помощью машинного обучения с использованием данных о позе ребенка, его лице, голосе и физиологических показателях робот учится определять его эмоциональное состояние и вовлеченность, делая терапию персонализированной. Как пишут ученые в статье, опубликованной в Science Robotics, такой робот сможет сделать обучение ребенка эмоциональной реакции более эффективным.

Люди с расстройствами аутистического спектра зачастую испытывают проблемы с социальным взаимодействием, в частности — из-за ограниченной возможности взаимодействия эмоционального: они отличаются слабой способностью как к выражению собственных эмоций, так и к анализу эмоций других людей. Способность к социальному и эмоциональному взаимодействию можно тренировать в детстве, при появлении первых симптомов расстройства, что может значительно облегчить жизнь во взрослом возрасте. 

Настроить ребенка на терапию, однако, зачастую бывает очень сложно: в основном из-за того, что он или она не может правильно выразить эмоции. Эта проблема может возникнуть и при использовании в терапии роботов-помощников: ребенку с расстройством может быть легче общаться с «игрушкой», нежели со взрослым человеком, но сам робот должен очень хорошо распознавать даже слабо выраженные эмоции ребенка — и так же хорошо уметь на них отвечать.

Международная группа ученых под руководством Огнена Рудовича (Ognjen Rudovic) предложила новый метод машинного обучения для создания эмоциональных роботов, умеющих считывать индивидуальные поведенческие характеристики ребенка и отвечать на них. Ранее разработчики под руководством Рудовича уже представляли систему компьютерного зрения, которая может определять интенсивность боли по лицу человека. Новая система, лежащая в основе робота, принимает и анализирует информацию трех типов: визуальную (анализирует лицо и позу тела при помощи камер), аудиторную (записывает голос ребенка) и физиологическую (записывает температуру тела, сердцебиение и электрическую активность кожи при помощи сенсоров умных часов). Роботу также доступны данные о когнитивных и моторных особенностях ребенка (полученных при помощи специальной шкалы), его поле и национальности — факторе, который может влиять на выражение эмоций. Всю информацию, использованную для обучения системы, разметили профессиональные психотерапевты; в работе были использованы данные о 35 детях в возрасте от 4 до 14 лет: 17 японцах и 18 сербах.

На основании собранных данных обученная система оценивает три показателя по шкале от -1 до 1: эмоциональную возбудимость (является ли эмоция успокаивающей или, наоборот, возбуждающей) и валентность (насколько эти эмоции приятные или неприятные), а также вовлеченность ребенка в процесс игры — то есть насколько он внимателен к тому, что происходит. 

Оценки автоматической системы, которую затем протестировали на примере тех же самых детей, чьи данные были использованы при обучающей выборке, сравнили с оценками, которые дали профессионалы: ученые выяснили, что робот, обученный с помощью представленного метода, определяет эти показатели с точностью до 60 процентов, что значительно превосходит все ранее разработанные автоматизированные методы.

Анализировать эмоциональное состояние детей затем научили робота NAO, который часто используется в исследованиях взаимодействия роботов с людьми. Такого робота, как сообщают ученые, затем можно использовать в ходе эмоциональной терапии детей с аутизмом, которая поможет им правильно распознавать эмоции и реагировать на них. Анализируя вовлеченность ребенка в процесс, робот может адаптировать свои дальнейшие действия, заинтересовав его чем-то новым; кроме того, правильно оценивая изображенную ребенком эмоцию, робот сможет соответствующе на нее среагировать.

Авторы отмечают, что их метод обучения роботов может в дальнейшем улучшить их использование в терапии: персонализированные реакции могут во многом облегчить процесс терапии для ребенка и сделать его эффективнее.

Современные технологии используют для облегчения жизни детей с расстройствами аутистического спектра и их адаптации к повседневной жизни в обществе достаточно часто. К примеру, недавно американские ученые протестировали небольшую игру на платформе Nintendo Wii, которая помогает детям научиться держать равновесие.

Елизавета Ивтушок