【自閉症.一】中國千萬患者 靠人工智能篩查

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自閉症(Autism)一詞於1943年在醫生Leo Kanner發表的論文中首度提出,形容一些有社交隔離的兒童,其特質為孤獨、記憶力強、經常重複行為、對細節執着、對別人的行為缺乏適當反應—這些特徵亦漸漸成為許多人對自閉症患者的刻板印象。現實中,大多數自閉症孩子表現各異,不一定是天才,也不一定有智力缺陷。

2013年,美國精神醫學學會把亞氏保加症、兒童精神分裂障礙、廣泛性發展障礙、自閉症與待分類的廣泛性發展障礙,歸納為自閉症譜系障礙(Autism Spectrum Disorders,簡稱ASD),並分為輕、中、重度。其後,自閉症發展為一個光譜,患者能力不一,主要特徵包括社交障礙、興趣狹隘、常有固定及刻板行為,以及感覺異常敏銳。

隨着ASD患者飆升,中港兩地出現以人工智能、機械人等輔助科技(Assistive Technology)為主的檢查及治療方法,再融合各種自閉症教學法,務求達到早期干預效果。借助創新科技治療自閉症,成效如何?

此乃《人工智能助治自閉症》專題報道之一

廣州中山大學附屬中山醫院的「多模態實驗室」,搭建起一圈圈綠色軟墊,周圍安裝了八部攝錄機,對準中間一張小桌子,評估師、小孩和家長對坐,開展自閉症篩查測試。

父母先呼喚孩子名字,看看孩子有沒有反應。「寶寶看這裏!」父母用手指指向物件,看看小朋友會否循着手指指示的方向張望。之後再度呼喚,並要求孩子按指令指向物件。接着父母離開,觀察小朋友的反應,短短數秒後父母再回來,並呼喊孩子的名字。一般孩子會跟着父母出去,自閉症小孩可能從頭到尾,一直無動於中。

叫名反應、順指察看、依令指物、分離重聚,這四個行為指標,都是為了收集數據,以訓練人工智能作初步篩查。

位於廣州中山大學附屬第三醫院的多模態實驗室(受訪者提供)。

把握黃金治療期 及早診斷為王道

內地自閉症權威—中山大學附屬第三醫院主任醫師鄒小兵教授和昆山杜克大學電子與計算機工程副教授李明合作,於三年前展開研究,將人工智能跟自閉症湊合起來,並在香港協康會55周年研討會上發表報告。

美國疾病控制及預防中心(CDC)的數據顯示,2004年每166個人當中有一個自閉症患者,多年來數字不斷攀升,2018年則為每59人中有一個自閉症患者。過往約有四分之三自閉症患者同時是智能缺損,現時則跌至三成,七成為普通或高智商。SCERTS(知情解意)教學模式合著人Emily Rubin認為,近年大眾對自閉症加深認識,而且診斷方式日新月異。

美國SCERTS干預模式合著人Emily Rubin。(高仲明攝)

一般自閉症多在三歲前出現,黃金治療期是零到六歲,愈早介入及訓練,康復進度愈快。鄒小兵表示,「超過五歲後,一般來說意義不大,尤其是六七歲,多數看得出來,因為出現行為異常的情況較頻密,有意義的治療是三歲以下。」研究初期,李明的團隊跟隨鄒小兵斷症。李明解釋,人工智能診斷需按照一定流程。鄒小兵設計「劇本」後,交由團隊編訂數據系統,按動態反應及反應時長評分。

鄒小兵稱,人工智能精準記錄反應時間,有助診斷。實驗室的系統會採集數據,十個攝錄鏡頭中八個為高清鏡頭,兩個是Kinect2體感感測器,從多個角度拍攝視頻,捕捉運動軌迹,並透過深度學習神經網絡分析數據。

「第一堂是要保證小孩愉悅。」李明回想,團隊曾設計衣服以記錄小孩的行為,可穿戴式眼動儀會記錄眼神接觸,並由人工智能分析佩戴者盯着人及物件的時間。但是這些貴價的設備,最終因為孩子感到不舒服,以及攝錄機具備相近的功能而捨棄了。

鄒小兵表示,「正常嬰兒會有社交行為,主動跟父母互動,」自閉童則不然。自閉症篩查測試的過程歷時約15分鐘,至今已採集了448人的數據,準確率達八成。李明指出,「系統等同中級醫生(內地五年資歷的主治級醫生)的水平」。鄒小兵更表示,「其實準確率達80%已經可以做篩查,若達到90%以上,已經接近初步診斷,現在的篩查量表都是70%。」

不過,李明指出,要達至頂尖醫生如鄒小兵的水平仍有很大距離。「鄒教授的診斷比我們好,他好比教我們打『降龍十八掌』,他可以把招式融會貫通,糅合在一個非規則的診斷,每個小孩的診斷方式都不一樣。」他們強調,人工智能只是用作篩查,並非診斷,但在人口龐大和醫生短缺的情況下,至少可先把有明顯自閉症癥狀的孩子篩選出來。

內地患者逾千萬 人工智能助篩查

據有關中國殘疾人士的普查統計,兒童自閉症屬精神殘疾首位,兒童患者超過一百萬。乍聽數目已驚人,鄒小兵認為實際情況遠遠嚴峻得多。

「在中國若按照(研究)1%比例計算,中國有1,400萬自閉症患者,國內的調查是0.7%,我覺得是低估了。現在有多少人(兒科醫生)可以診斷自閉症?大概300到500人。」他指出,開辦醫院兒科,需要十多個兒科醫生,有時醫生不夠就無法開辦。 

鄒小兵稱,「兒科醫生沒錢,待遇不好。」二十多年前,中國醫學界已經流傳一句話:「金眼科、銀外科、馬馬虎虎婦產科、千萬別幹小兒科。」根據《中國衞生和計劃生育統計年鑑2017》數據顯示,截至2016年年底,零至14歲的人口達2.3億,兒科醫生數目僅為12.8萬,平均1,797個兒童才配對一個兒科醫生。

自閉症的誤診率高,鄒小兵也常常接收疑難雜症。(歐嘉樂攝)

鄒小兵指出,內地人對自閉症的恐懼深重。「曾有山東大漢聽到患自閉症,竟癱軟在地。」普通兒科醫師多不了解自閉症,而且診斷時需仰賴醫生親自詢問、仔細觀察及家長描述,不能依賴自閉症診斷觀察量表,忽略整體行為模式。

自閉症的誤診率高,他常常接收疑難雜症,接觸的案例中,有一位曾輾轉跑遍南陽、鄭州、深圳、廣州的醫院,其後才被他診斷為自閉症。他帶頭成立的兒童發育行為中心,接觸了三萬宗個案,確診自閉症患者達兩萬人。眾多求診者中,最年長者竟有50歲。

中國醫院使用預約掛號方式,鄒小兵的專家號每天會開放半年後的預約,往往也是「秒清」,甚至有黃牛號炒賣,足見自閉症診斷需求之急。

鄒小兵批評,「中國醫生看病時間短, 一兩分鐘搞定,十分鐘不幹。」他每天接見約15位病人,每個約半小時至一小時,卻仍然覺得不夠。鄒小兵認為人工智能可以24小時運作,可先提供一定服務,如先作篩查,再由醫生診斷。

趁着人工智能的浪潮,他們在五年前察覺人工智能或可應用於檢查及治療自閉症,但技術走得最快最前還是圖像識別(IR),比方說分析醫療影像數據如斷層掃描(CT)和磁力共振(MR),因此皮膚科、腫瘤科、病理科的技術漸趨成熟。鄒小兵指這是因為自閉症沒有客觀的證據,需觀察及分析患者的行為。直至近年語音及人臉識別、音頻及視頻分析的技術不斷進步,才令這範疇得以發展。

自閉症早期的診斷及研究可用磁力共振,半歲就可檢查自閉童腦部是否異常。但李明指出,用磁力共振的問題有四,第一,磁力共振儀器需要小孩躺下半小時,自閉症小孩未必配合;第二,一至兩歲孩子需使用兒童專用的磁力共振儀器,可是現時大部分都是使用成人儀器,有一定輻射風險;第三,科學上自閉症的確切成因未明,需要大量腦功能圖片識別自閉症,做人工智能算法要大量數據,而且自閉症的特徵較難解釋;第四,磁力共振儀器索價數千萬元,其團隊的人工智能系統相對便宜。

內地自閉症權威鄒小兵表示,希望聰明的機械人可輔助家長教導自閉症兒童。(高仲明攝)

是次研究極具突破之處,正是首次對自閉症孩子有詳盡的行為錄影數據,並且作遙距觀察。團隊透過可戴式錄音手環作24小時語音分析,已追蹤132位住院自閉症兒童各10至20天,分析患者的語言,從重複自言自語、語調語法或錯誤回答的次數分析其刻板行為。

「聲音是非常好的素材,尤其高功能自閉症(智商中等或更高的自閉症患者)及具有語言能力的自閉症患者。」鄒小兵認為,智能手環可記錄步伐,「有些孩子有運動障礙,協調不好,可以將數據用到其他診斷。」此項技術亦可運用於其他評估項目。

外觀與常人無異 難蒐集患者數據

自閉症孩子外觀與常人無異,檢測時面對的技術難題是識別表情。「首先,表情比較主觀,沒有客觀標準的『悲傷』;其次,系統較缺乏小孩真情流露的數據,因為很難讓小孩表演(不同表情),而且不捨得把孩子搞哭(以收集負面情緒的數據),故此採集數據的難度較高。」李明說,現時系統主要使用大人數據庫,尤其是負面情緒的表情,未見到數據工廠有足夠的小孩表情數據。現時他正逐步採集小孩的表情數據,事前亦需先徵求他們同意。

目前,人工智能系統不能發現輕度自閉症、亞氏保加症個案。鄒小兵解釋,一般輕度患者能回答名字及普通問題,「跟他們深度交流才會檢測到是否有行為差異,例如問很多問題,他就開始變得自我中心。可能將來人工智能第三代第四代,才會發現較嚴重的個案。」

李明認為,亞氏保加症屬於先天性腦功能缺陷,「基因學有辦法篩查,但我們目前重點關注的,還是患有社交障礙的小孩。」

研究人員可透過單向玻璃看見實驗室情況,以及以電腦追蹤數據。(受訪者提供)

許多孩子自兩歲起才表現出行為差異,他們希望把診斷年齡由兩歲向前推。「兩歲前開始的早期干預,已經證明ASD症狀可有顯著改善,如果可以再提前一年,嬰兒的行為差異尚不突出,同時又是調整神經系統的最佳時期,療效是可以預期的。」但鄒小兵表示,「問題是可能存在誤診。」

目前的難題在於,如何找到小孩採集數據。李明認為,現時正值中國推行二胎政策,自閉症有可能是遺傳疾病,而第一胎為自閉症,第二胎罹患自閉症的機會率最高為百分之十八,「風險非常高」,如果追蹤數百人,就可以存下數據。據美國一項研究指出,若連續兩胎自閉症,第三胎罹患自閉症的機會率高達百分之三十。

「傳統方法分析,往往只有病例及文字描述。現在有多媒體存檔,只要比較一下,就可以知道孩子在數年間的行為變化可以很大。」李明指出,如果小孩約兩歲時確診自閉症,可以回溯,調出更早,比如6個月、12個月前的數據,再分析其特徵,並逐步往前推,「我們有這些孩子行為歷史的存檔,從縱向分析很有意義。」

他們最希望把人工智能篩查科技,以流動形式到每個縣推廣,乃至偏遠鄉村,再轉介醫生斷症,藉此推動基層醫療。不過,這個先篩查後診斷的項目仍處發展階段。

鄒小兵早前來港出席有關創科醫治自閉症兒童的研討活動,演講後有一位家長向鄒小兵推介老中醫針灸治病。他慨嘆,百度搜尋器以廣告先行,常有「不科學」的治療方法排前,「魚目混珠」,造成資訊差異。

鄒小兵近年在「知乎」撰寫專欄,到處演講,「通過自媒體,把科學知識傳播出去,也讓父母在家中可作早期干預。」他寄望日後可以影像方式推廣。

協康會五十五周年研討會鄒小兵演講後,許多家長來找他聊天。(高仲明攝)

早期干預的時機,決定了自閉症小孩能走得多遠。香港同樣面對自閉症患者急升的問題,教育局數據顯示於主流學校就讀的確診自閉症學生,每年約有兩成增長。按人口比例,鄒小兵及李明都覺得香港或未有需要以人工智能協助治療自閉症。

醫管局的兒童及青少年精神科新症,2017-18年度需要119個星期輪候。鄒小兵建議,若一歲左右懷疑出現徵兆,應及早進行密集社交干預,精確診斷並不是重點。此後,「正常孩子成長過程中自然領悟的事物,自閉症孩子都需要家長一點點引導並灌輸。」鄒小兵說:「我不認為能夠讓人工智能直接進行干預,研發機械人就是希望他能提供知識性、聰明的機械人去教家長。」由此引伸及值得探討的問題是,家長可以怎樣做?怎樣才是適當的干預?

繼續閱讀:【自閉症.二】機械人教小朋友社交 治療以人為本

上文節錄於第147期《香港01》周報(2019年1月21日)《機械人陪小朋友社交 人工智能助治自閉症》。

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