6月23日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第六人民醫(yī)院李華婷教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院/人工智能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室盛斌教授團(tuán)隊(duì)，攜手上海體育大學(xué)王繼紅研究員團(tuán)隊(duì)、上?？萍即髮W(xué)/上海臨床研究中心曾嶸教授團(tuán)隊(duì)及新加坡國(guó)立大學(xué)林水德教授團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際頂尖醫(yī)學(xué)期刊《自然醫(yī)學(xué)》上發(fā)表重要研究成果，宣布成功開(kāi)發(fā)全球首個(gè)專(zhuān)為青少年設(shè)計(jì)的VR智能運(yùn)動(dòng)干預(yù)系統(tǒng)——REVERIE（中文名“靈境”）。該系統(tǒng)通過(guò)沉浸式體驗(yàn)與智能教練的結(jié)合，為青少年提供更具吸引力和個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)干預(yù)，旨在助力解決日益嚴(yán)峻的青少年超重和肥胖問(wèn)題。?

青少年肥胖已成為全球性的公共健康危機(jī)，其患病率正迅速上升。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，從1990年到2022年間，全球5歲至19歲兒童和青少年中的肥胖人口增加了約3倍。青春期肥胖不僅顯著增加心血管代謝風(fēng)險(xiǎn)，還可能導(dǎo)致持久性認(rèn)知功能下降。盡管體育鍛煉是一線治療方法，但運(yùn)動(dòng)動(dòng)機(jī)不足、同伴壓力及缺乏個(gè)性化指導(dǎo)等因素限制了青少年參與體育活動(dòng)的意愿和實(shí)際參與度。因此，開(kāi)發(fā)安全、個(gè)性化且富有同理心的運(yùn)動(dòng)干預(yù)手段尤為重要。?

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)將用戶(hù)沉浸于一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的交互式環(huán)境，為肥胖運(yùn)動(dòng)干預(yù)提供了新的可能性。然而，當(dāng)前大多數(shù)VR運(yùn)動(dòng)干預(yù)系統(tǒng)仍采用“一刀切”的設(shè)計(jì)，難以根據(jù)使用者的個(gè)體特征進(jìn)行精準(zhǔn)適配。這種缺乏個(gè)性化的模式不僅影響實(shí)際干預(yù)效果，甚至可能帶來(lái)運(yùn)動(dòng)挫敗感、身體負(fù)擔(dān)加重等負(fù)面影響。此外，全球范圍內(nèi)關(guān)于VR干預(yù)有效性的高質(zhì)量隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)仍較稀缺，制約了其在臨床實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用與科學(xué)評(píng)估。?

為彌補(bǔ)上述研究空白，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種融合“模板驅(qū)動(dòng)”與“反饋導(dǎo)向”的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)策略。借助高精度動(dòng)作捕捉技術(shù)，團(tuán)隊(duì)對(duì)專(zhuān)業(yè)教練在乒乓球和足球教學(xué)過(guò)程中的動(dòng)作進(jìn)行系統(tǒng)采集，構(gòu)建專(zhuān)家教練模板，用于訓(xùn)練具有自主教學(xué)能力的虛擬教練智能體。在部署運(yùn)行后，這一系統(tǒng)將持續(xù)采集虛擬教練智能體與青少年用戶(hù)的交互數(shù)據(jù)，用于虛擬教練智能體的持續(xù)強(qiáng)化學(xué)習(xí)與策略微調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)青少年的個(gè)性化方式引導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)干預(yù)。該系統(tǒng)創(chuàng)新性地利用了深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)且基于Transformer架構(gòu)的虛擬教練孿生智能體，并通過(guò)迭代用戶(hù)交互進(jìn)行優(yōu)化，可以提供安全、沉浸式、富有同理心且有效的運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)，其生物力學(xué)表現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)心率響應(yīng)與同樣運(yùn)動(dòng)類(lèi)型的真實(shí)世界運(yùn)動(dòng)無(wú)顯著差異。?

在研究過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)完成了全球首例聚焦超重肥胖青少年群體的虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)干預(yù)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)（RCT）。在隨機(jī)對(duì)照臨床研究中，共納入227名超重或肥胖的青少年，隨機(jī)分配至對(duì)照組、真實(shí)乒乓球運(yùn)動(dòng)組、真實(shí)足球運(yùn)動(dòng)組、VR乒乓球運(yùn)動(dòng)組和VR足球運(yùn)動(dòng)組。對(duì)照組維持原有生活及運(yùn)動(dòng)習(xí)慣不變，運(yùn)動(dòng)組在學(xué)校原有的體育課基礎(chǔ)上增加每周三次相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)干預(yù)課程，真實(shí)運(yùn)動(dòng)組與VR運(yùn)動(dòng)組通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率的臂帶將運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度控制在相同強(qiáng)度區(qū)間，同時(shí)兩組的技能訓(xùn)練內(nèi)容保持一致。所有參與者在研究期間均接受統(tǒng)一的飲食管理，干預(yù)持續(xù)八周時(shí)間。主要研究終點(diǎn)為體脂含量變化，次要研究終點(diǎn)包括體成分、糖脂代謝、體適能、心理健康、認(rèn)知功能等。?

研究結(jié)果顯示，VR運(yùn)動(dòng)在減脂和代謝改善方面與真實(shí)運(yùn)動(dòng)相當(dāng)，在運(yùn)動(dòng)能力、心理健康及運(yùn)動(dòng)意愿維持方面更具優(yōu)勢(shì)。尤其在認(rèn)知功能上，VR運(yùn)動(dòng)組表現(xiàn)出感知能力增強(qiáng)和工作記憶準(zhǔn)確率提升。

腦功能影像顯示，VR運(yùn)動(dòng)相較于傳統(tǒng)真實(shí)運(yùn)動(dòng)在認(rèn)知增強(qiáng)方面涉及的不同神經(jīng)機(jī)制，揭示了網(wǎng)絡(luò)交互的層級(jí)化組織模式，從簡(jiǎn)單任務(wù)時(shí)局限于額頂任務(wù)控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的調(diào)節(jié)，到復(fù)雜任務(wù)時(shí)涉及更廣泛的跨網(wǎng)絡(luò)交互，VR運(yùn)動(dòng)干預(yù)能夠顯著影響工作記憶加工，提高神經(jīng)元效率和神經(jīng)可塑性。VR運(yùn)動(dòng)后，腸道微生物組、代謝組和脂質(zhì)組的特征發(fā)生顯著改變，真實(shí)運(yùn)動(dòng)干預(yù)后則主要觀察到蛋白質(zhì)組的顯著變化。與差異多組學(xué)特征相關(guān)的腦區(qū)尤其集中在額葉、顳葉和楔前葉等，與認(rèn)知行為學(xué)指標(biāo)聯(lián)系密切。