吴文俊人工智能科学技术奖
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让Warm Hug拥抱抑郁症患者——访清华大学电子工程系副教授、博士生导师马惠敏

2019年01月11日    来源:人工智能人物     
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[导读] 马惠敏,女,清华大学电子工程系副教授,博士生导师,三维图像认知与仿真研究室负责人,中国图象图形学学会副理事长兼秘书长,北京市“三八红旗奖章”获得者。主要研究方向为三维图像认知,将认知心理学稳定的高层语义先验引入机器学习,研究复杂环境中的目标图像检测、认知、导航等科学问题。发表论文70余篇,其中包括著名国际期刊Pattern Recognition等和顶级国际会议NIPS、CVPR等文章多篇。首次在国际上提出了基于图像认知的心理特征量化提取方法,建立了图像认知心理测评系统,达到国际领先水平,实现了从基础理论、核心技术到产业的全链条的突破性进展。2015年,在国际计算机视觉算法评测数据集(KITTI)目标检测国际评测中全部评测六项指标中,四项获得第一,两项获得第三;2016年,“基于图像认知的心理测评方法及系统”成果获得吴文俊人工智能科学技术创新奖一等奖;2017年图像认知心理系统获日内瓦国际发明展银奖。建立的高动态复杂干扰环境仿真系统,2017年获得教育部技术发明奖二等奖,在航空、航天、船舶、交通领域发挥了重要的作用。

  获奖人物介绍

  马惠敏,女,清华大学电子工程系副教授,博士生导师,三维图像认知与仿真研究室负责人,中国图象图形学学会副理事长兼秘书长,北京市“三八红旗奖章”获得者。主要研究方向为三维图像认知,将认知心理学稳定的高层语义先验引入机器学习,研究复杂环境中的目标图像检测、认知、导航等科学问题。发表论文70余篇,其中包括著名国际期刊Pattern Recognition等和顶级国际会议NIPS、CVPR等文章多篇。首次在国际上提出了基于图像认知的心理特征量化提取方法,建立了图像认知心理测评系统,达到国际领先水平,实现了从基础理论、核心技术到产业的全链条的突破性进展。2015年,在国际计算机视觉算法评测数据集(KITTI)目标检测国际评测中全部评测六项指标中,四项获得第一,两项获得第三;2016年,“基于图像认知的心理测评方法及系统”成果获得吴文俊人工智能科学技术创新奖一等奖;2017年图像认知心理系统获日内瓦国际发明展银奖。建立的高动态复杂干扰环境仿真系统,2017年获得教育部技术发明奖二等奖,在航空、航天、船舶、交通领域发挥了重要的作用。

  很多人都觉得抑郁症离我们很远,但其实抑郁症就在我们身边。“我努力过,但终究一切徒劳”,这是林肯公园主唱查斯特·贝宁顿唱过的歌词,或许也是他结束生命前的无声呐喊。2017年,年仅41岁的贝宁顿因抑郁症在家中上吊自杀,最终他还是没有战胜伴随他多年的抑郁症。

  马惠敏表示,随着社会压力的增大,越来越多的人开始或多或少的受到心理问题的困扰。心理障碍直接影响了人们的生活,甚至可以导致犯罪、自杀以及一些其他危害社会治安的行为。她认为,掌握人群的心理特征,准确判断心理障碍,不仅能够帮助受到心理障碍困扰的人群,同时也可以帮助预警危险人群的非理性活动,对于医学以及社会公共安全都有非常重要的意义。

  传统诊断方法存在缺陷

  世界卫生组织统计结果显示,全球有3.5亿人正在遭受着“抑郁症”的折磨。每秒有一个人在自杀,而其中有将近一半的人,都患有“抑郁症”。在我们的学习、工作、生活中,难免会存在一些难以处理的压力,积郁成疾后果会非常得严重。在中国,只有10%的“抑郁症”患者得到过专业的救助和治疗,每年给中国造成了经济损失有78亿美元。

  “抑郁症”的早期发现和治疗比癌症的早期发现和治疗还重要,但是我们对“抑郁症”的了解还很少。这是一场人类和“抑郁症”的战争,心理疾病和生理疾病不一样,一个看起来完全没有异常的人,很有可能是“抑郁症”的重度患者,我们怎么去找到他们,去帮助他们?更让我们不安的是,一些潜在的病人根本就不知道自己病了!

  就目前来看,心理障碍和心理疾病的诊断和评估主要依赖于心理医生的临床诊断。这些临床诊断一般基于会诊、观察、晤谈等方法,同时以心理学量表测试作为辅助判断的依据。这些诊断方法很大程度上依赖于医生的临床经验和接受诊治人群的主观配合意愿,医生获取心理特征的时间较长,同时也没有一个标准的量化评价体系,对于心理医生的经验要求较高。患者说什么就是什么,这也就意味着诊断的结果很可能是不准确的,有时候甚至谬以千里。

  如果能找到一种自动提取和量化心理特征的方法,使得心理特征能够在不受到或仅受到少量人为干预的情况下被实时有效提取,并且能以定量的形式进行描述,可以被计算机自动分析并给出心理状态评价结果,则可以有效地解决上述在心理诊断中遇到的困难,同时可以帮助解决目前用其他物理生物特征无法解决的行为偏向预测问题,对计算机认知学科的发展也有一定的帮助。

  心理学学科长期以来对注意偏向的研究结果已经指出,心理障碍患者与正常人在注意偏向上有所差异。这种注意偏向的差异尤其体现在对负性情绪的认知上。而在众多注意偏向研究所使用的情绪刺激材料中,情绪图像作为一种视觉刺激,对其的认知并不受到文化差异和年龄层次的限制,具有一定的优势。

  由此,马惠敏团队经过了十年的研究,把人工智能和心理学结合在一起,设计了基于图像认知与行为反应实验的图像心理学测试系统。该系统通过捕捉行为反应实验中受试者在受到情绪图像刺激后的眼动轨迹和键盘反应时间等量化数据,来分析和评估受试者的心理状态。2016年AI智能心理仪面市,真正实现了对心理问题客观、快速的评测。

  AI智能心理仪Warm Hug

  马惠敏团队研究的AI心理图仪Warm Hug(温暖的怀抱),2016年获得了吴文俊人工智能科学技术创新奖一等奖;2017年,又在国际上获得了第45届日内瓦国际发明展银奖。Warm Hug想给所有在心理上承受巨大压力,有高焦虑和抑郁倾向的人们一个温暖的怀抱,希望能够温暖他们的心灵。

  AI心理图仪:①图像认知模块,②眼动追踪模块,③反应时捕捉模块,④定位灯,⑤主控平板,⑥测评平板,⑦干预平板,⑧彩色打印机

  Warm Hug AI心理图仪采用了基于情绪图像认知反应进行心理测试的全新方法,把从心理学语义出发具有正性或负性语义的图像作为背景,与正性或负性情绪人脸进行组合,构成了一组图像测试序列。测试者心理上的反应在几百毫秒之内,来不及思考,来不及撒谎,眼睛已经泄漏了你全部的小秘密,在设备上的眼动仪能捕捉到测试者客观的眼动反应。

  以明尼苏达量表题目为理论基础构建了心理语义图像库,把一道道的题目变成了一系列图像呈现过程,再也不用依赖患者的主观陈述。人的反应时间、眼动的轨迹和心理状况有显著的关联性,通过提取这样的体征,可将正常人群、焦虑人群和抑郁人群区分开。这一套系统经过了七年的测试,对于高焦虑、抑郁人群的灵敏度能够达到80%,最终实现心理状态的自动分类。

  构建全球首个心理图像库

  选择心理测试的刺激材料是很有讲究的。在注意偏向研究里,情绪刺激材料有很多种,图像作为一种视觉刺激材料,几乎不受年龄、文化、地域的影响。把文字的语句转换成图像时又遇到了新的挑战,每个人对于同一语句认知的画面是不一样的,在人工智能里叫做语义鸿沟。

  马惠敏团队首先对心理学语义的情绪图像表达方法展开研究,突破了从语言文字到情绪图像的语义鸿沟。研究选择明尼苏达多相人格测量表(MMPI)作为心理学语义的来源,基于该量表设计和提出了心理测试量表到图像心理测试系统的转换关系,并在此基础上建立了心理学语义和情绪图像之间的映射关系。

  为了确保该映射关系的可靠性,提出了通过交互系统对情绪图像表达的心理语义进行反馈的方法,并根据该方法对表达心理学语义的情绪图像进行过滤。之后,基于心理学语义到情绪图像的映射关系,形成情绪与心理学语义的双向映射。在国际上首次建立了通用的心理图像库,共有800多幅图像,该图像库根据图像内容的心理学基础对图像进行分类和组织,并经过情绪刺激属性评估,是具有心理学意义的全新的心理图像库系统,对于图像认知研究、心理学研究等都具有重要的价值。

  通过AI心理图仪去捕捉用户的眼球运动,记录用户的反应时间,背景图像和情绪人脸图像的序列呈现在前面的屏幕上。在时间和空间两个维度上可以明显区分正常人群、焦虑人群和抑郁人群,从而输出心理状态的测评结果。

  基于图像认知的心理评测系统

  马惠敏团队首次在国际上搭建了一套基于图像认知的心理状态分析系统,为基于图像认知的心理特征提取研究提供了一套有心理学基础,能够有效进行心理状态唤起的客观心理测评系统。

  经过十年的努力,这套系统终于跟大家见面了。它改变了沿用70多年的问答模式,用一种全新的方式,让大家可以不受限于年龄、文化、地域,来实现自动的、客观的、快速的心理测评,并且实现自动的干预。利用人工智能技术,来了解人类、理解人类、帮助人类更好地生活,为我们的心理健康保驾护航。

  该系统受到北京市政府的高度关注,分别于2013 年和2014 年获批北京市政府购买社会组织服务项目:《心理状态评估系统》、《基于心理状态自动获取的危险人群的早期发现与预警系统》。已经在清华大学、电子科技大学、北航,、安定医院、回龙观医院、广安门医院、全国人大机关、企事业单位等进行应用。

  获奖项目成果及进展

  获奖项目主要创新性成果包括:(1)首次在国际上建立了一个基于明尼苏达多相人格测验的心理图像库;(2)提出了心理学语义与情绪图像的综合语义回归模型,实现了MMPI题目与情绪图像之间的映射;(3)建立了一套易于接受的基于图像认知反应时的心理学实验范式,实现了不依赖于主观量表的计算机自动心理测评;(4)提出了具有显著性差异的可量化的反应时及眼动参数特征提取方法,以及正常和异常人群的认知辨识度差异分析方法;(5)首次在国际上提出了一种全新的基于图像认知的心理健康状况测评与分析系统。

  本项目国际上首次创建了“基于图像认知的心理测评系统”,基于心理学语义与图像认知之间的映射关系,心理正常和异常人群在有心理语义的图像认知中的显著差异两个科学发现,改变了国际上通用的传统问答式的心理测评方式,不依赖于问题的回答内容,不受限于语言、年龄和文化程度,利用人的视觉认知过程实现了心理健康状况的客观、快速评估。

  研究成果为大规模人群心理健康筛查、医疗辅助诊断、企事业单位EAP服务、社会心理大数据建设提供一种新的有效手段。此系统在清华大学心理咨询中心、在北京安定医院、北京回龙观医院、北医六院、清华大学校医院、酒仙桥医院、北京市民政局信访办试用,并在长庚医院、北京东城区心理咨询师职业技能培训学校、北京图象图形学学会进行了应用,测评结果与专家测评具有较高的一致性,证明了系统的有效性,与传统量表方法相比方便、客观、用户接受度高。

  获奖后的进展主要是2017年获得日内瓦国际发明展银奖,已经在清华大学、电子科技大学、北航、安定医院、回龙观医院、广安门医院、全国人大机关、企事业单位等进行应用。

  获奖者寄语

  马惠敏:人工智能的创新成果正在改变着人类的生产生活方式,而人工智能对人类精神世界的理解还处于探索阶段,我们在基于图像认知的心理状态测评上迈出了创新的一小步,希望它能为保障人类心理健康迈出一大步。

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[责任编辑:yxl]
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