實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景及面部關(guān)鍵點(diǎn)示例

眉毛上挑并擠在一起表示恐懼、抿嘴表示對(duì)自己的話沒有信心、假笑時(shí)眼角是沒有皺紋的……曾經(jīng)，風(fēng)靡一時(shí)的美劇《別對(duì)我撒謊》讓很多人了解了，面部表情會(huì)出賣自己的那點(diǎn)小心思。而如今，面部活動(dòng)識(shí)別的功能又被科學(xué)家給拓寬了，它們還可能透露出自己都不知道的心理健康狀況。

近日，中國(guó)科學(xué)院心理研究所行為科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱廷劭研究組的科研人員借助人工智能，構(gòu)建了不同心理癥狀的面部自動(dòng)識(shí)別模型，探索個(gè)體面部活動(dòng)指向心理健康癥狀的可能性。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于Frontiers in Psychiatry。

破解心理測(cè)試量表局限

凡是接觸過心理咨詢的人都不會(huì)對(duì)心理測(cè)試量表感到陌生，因?yàn)樵趯I(yè)場(chǎng)景中，它是目前最核心的診斷方法。

癥狀自評(píng)量表SCL-90（Symptom Checklist 90）就是比較常見的一種，它由90個(gè)項(xiàng)目、一系列定量指標(biāo)組成。通過問卷，醫(yī)生和研究人員不僅可以評(píng)估廣泛的心理問題和病癥，也可以衡量心理治療的進(jìn)展和判定結(jié)果。

然而，傳統(tǒng)心理測(cè)試量表的局限也很明顯。

“如果之前填過類似的問卷，被試者記住了答案，后面再測(cè)的話就可能不準(zhǔn)確了，這就類似‘學(xué)習(xí)效應(yīng)’，最后得到的測(cè)試結(jié)果并不能反映真實(shí)情況?！敝焱③扛嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“有的被試者刻意隱藏內(nèi)心的真實(shí)想法或潛意識(shí)誤解了自己的真實(shí)意圖，去填答傳統(tǒng)的測(cè)試量表，也會(huì)造成最終結(jié)果的不準(zhǔn)確?！?/p>

除此之外，不同的心理測(cè)量指標(biāo)，比如抑郁、焦慮，會(huì)對(duì)應(yīng)不同的量表，測(cè)量幾個(gè)指標(biāo)就需要填幾個(gè)量表，“很多人看到量表里的題太多，就不想填了”。

有什么辦法能夠更客觀、更迅速地去測(cè)量心理指標(biāo)，一直是很多心理學(xué)研究人員的目標(biāo)。

基于面部活動(dòng)識(shí)別人的心理健康狀況就是當(dāng)下不同于傳統(tǒng)心理測(cè)量的新方法。已有研究表明，人類行為包括面部活動(dòng)會(huì)反映積極或消極的情緒變化，而情緒又受到心理健康狀態(tài)的影響。

“患有不同心理疾病的個(gè)體表現(xiàn)出的行為不同，而患有同種心理疾病不同亞型的個(gè)體的行為也存在差異。”朱廷劭表示，這些研究結(jié)果就為使用行為數(shù)據(jù)識(shí)別個(gè)體全面的心理健康癥狀提供了可能，而過去多數(shù)研究主要是識(shí)別某一種心理疾病的存在或程度。

“這一新方法就是借助人工智能里的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將人的面部活動(dòng)變化作為輸入，將其心理測(cè)試指標(biāo)作為輸出，建立輸入和輸出的映射關(guān)系后，被試只要‘刷’個(gè)臉，理論上我們就能通過他的面部數(shù)據(jù)得到他的心理健康狀況了?！敝焱③拷榻B說。

心理健康狀況不同，面部表達(dá)不同

在與心理健康相關(guān)的所有非語言行為中，面部表情相對(duì)穩(wěn)定，并且易于獲取。通過面部活動(dòng)識(shí)別心理狀況，既方便又可以多次使用，還能避免被試者主觀想法帶來的實(shí)驗(yàn)干擾，并且減輕被試者過多的心理負(fù)擔(dān)。

于是，朱廷劭團(tuán)隊(duì)嘗試構(gòu)建了不同心理癥狀的面部自動(dòng)識(shí)別模型，從而探索個(gè)體的面部活動(dòng)到底能否有效指向被試者的心理健康癥狀。他們還將信效度檢驗(yàn)方法應(yīng)用于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的評(píng)估，為未來的同類型研究提供一種可行的多維度機(jī)器學(xué)習(xí)模型評(píng)估方法。

在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)共招募了100名被試者，他們首先需要填寫SCL-90中的55道題，分別對(duì)應(yīng)人際關(guān)系敏感、抑郁、焦慮、敵對(duì)、恐怖和精神病性六個(gè)維度。

然后，每名被試者會(huì)被要求閱讀一段介紹盧溝橋的中性文本，時(shí)長(zhǎng)約44秒?！伴喿x文本的目的是為了給被試者一個(gè)刺激，讓他們的面部變化更顯著一些，這樣對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)可能更有幫助。”朱廷劭介紹，已有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，不帶有任何情感色彩的中性文本刺激效果最好。

在閱讀期間，研究人員會(huì)使用Kinect攝像機(jī)記錄下每一幀中被試36個(gè)面部關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)。與傳統(tǒng)的平面圖像特征不同的是，Kinect可以記錄面部關(guān)鍵點(diǎn)在三維空間中的運(yùn)動(dòng)。

為了減少無關(guān)變量對(duì)面部關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)的影響，采集數(shù)據(jù)后，研究人員首先要進(jìn)行預(yù)處理工作，然后提取數(shù)據(jù)特征，再進(jìn)行特征選擇和特征標(biāo)準(zhǔn)化，并建立回歸模型，最后得到數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)得分。

對(duì)于一個(gè)自動(dòng)識(shí)別模型來說，測(cè)試的準(zhǔn)確性、評(píng)估的有效性最為關(guān)鍵。“經(jīng)過檢驗(yàn)，我們證實(shí)了不同心理健康癥狀的確具有特異性的面部表達(dá)，它們可以被識(shí)別。而且模型識(shí)別和SCL-90量表測(cè)試結(jié)果也比較接近?！敝焱③拷忉?。

但研究也發(fā)現(xiàn)，在不同心理維度的區(qū)分度上，現(xiàn)有模型的識(shí)別效果并不理想，比如對(duì)抑郁和焦慮的邊界判斷就比較模糊。

“這一方法目前仍在探索階段?！敝焱③勘硎荆捎谘芯康臉颖玖坎粔虼?，機(jī)器學(xué)習(xí)還需要大量練習(xí)，才可能提高準(zhǔn)確性和有效性。再者，選擇面部的哪些特征變化才能更好地對(duì)心理指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，也需要不斷分析和調(diào)整。

盡管如此，朱廷劭認(rèn)為，未來在一些非專業(yè)診斷的場(chǎng)景，這種方法有很大的應(yīng)用潛力。

“由于面部數(shù)據(jù)的采集是實(shí)時(shí)且無侵入的，當(dāng)它和視頻技術(shù)結(jié)合用于心理健康的輔助檢測(cè)，尤其可以針對(duì)特定的患病人群進(jìn)行縱向跟蹤檢測(cè)，或者針對(duì)容易出現(xiàn)心理疾病的人群進(jìn)行預(yù)防合示警，都比傳統(tǒng)的心理測(cè)量更有優(yōu)勢(shì)?！?/p>

朱廷劭還提到了一種容易被忽視，但在臨床醫(yī)生中間又有潛在需求的應(yīng)用場(chǎng)景。他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，很多綜合醫(yī)院的臨床大夫并沒有精神科背景，有時(shí)他們無法判斷前來就診的患者究竟是受困于軀體性疾病，還是因?yàn)榫駟栴}，“這就可能產(chǎn)生所謂的漏診”。他希望，屆時(shí)臨床大夫也能方便地借助這種手段，真正做到同時(shí)評(píng)估患者的“身”“心”狀況。

行為痕跡預(yù)測(cè)心理健康大有可為

心理疾病在現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)相當(dāng)常見，在新冠肺炎疫情期間，心理健康問題也引起了世衛(wèi)組織的高度關(guān)注。如何在大數(shù)據(jù)時(shí)代，通過挖掘豐富的人類行為數(shù)據(jù)，評(píng)估他們當(dāng)下的心理健康狀況，一直是這些年朱廷劭團(tuán)隊(duì)研究的方向。

大數(shù)據(jù)記錄的信息實(shí)際上就是普遍化的人類行為，而且，這種數(shù)據(jù)行為是自覺、自愿發(fā)生的，真實(shí)性、準(zhǔn)確性更高。在面部活動(dòng)之前，他們的關(guān)注焦點(diǎn)是社交媒體上的用戶行為痕跡。人們有可能在主觀的心理測(cè)量環(huán)境中進(jìn)行有效的偽裝，卻很難在網(wǎng)絡(luò)中長(zhǎng)期這么做。

2020年疫情期間，朱廷劭團(tuán)隊(duì)就從網(wǎng)絡(luò)抓取了人們?cè)谖⒉┥习l(fā)表的言論數(shù)據(jù)，分析一定地域內(nèi)，從居家隔離政策實(shí)施到解除期間，人們心理健康狀況的變化情況；分析人們心理健康情況中一些具體指標(biāo)的變化，比如負(fù)面情緒與正面情緒，對(duì)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)的敏感性與對(duì)生活的滿意度等；討論引起人們心理健康情況變化的因素，比如集體主義與恐懼；探索微博用戶行為免疫系統(tǒng)（BIS）引起的情緒和認(rèn)知過程促進(jìn)預(yù)防行為的路徑/機(jī)制。

事實(shí)上，通過識(shí)別行為痕跡預(yù)測(cè)人的心理健康狀況已成為國(guó)內(nèi)外心理測(cè)評(píng)研究的前沿方向。“雖然不能替代專業(yè)診斷，但這些檢測(cè)方法在大規(guī)模人群心理變化監(jiān)測(cè)方面，以及識(shí)別自殺意念，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體自殺風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估和預(yù)警方面，將大有可為。”朱廷劭強(qiáng)調(diào)。



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