心理治疗聊天机器人的调查

摘要

        这项调查旨在调查、分析和比较现有聊天机器人在心理治疗中的可行性和缺陷。调查指出了未来心理治疗聊天机器人所需的一系列任务。我们在公共数据库中检索了约1200篇相关文献，并选择了五种典型的和最先进的心理治疗聊天机器人。大多数最先进的心理治疗聊天机器人使用检索式方法生成对话。一些心理治疗聊天机器人结合了心理学理论，如认知行为疗法，来解决独特的心理问题。评估显示，聊天机器人可以初步识别特定类型的负面情绪，并给出相对恰当的回应。随机对照试验证明，心理治疗聊天机器人对一些有心理健康问题的人有用。与真实心理学家相比，心理治疗聊天机器人具有一些优势，比如可以随时随地使用而无时间或地点的限制。然而，一些关键的技术障碍限制了心理治疗聊天机器人的使用。这些限制需要一系列必要的任务，以实现更有效和更安全的心理治疗聊天机器人，比如收集标准、有效、真实和丰富的语料库。总之，目前的心理治疗聊天机器人在短期内很难取代人类心理学家，但它们可以作为辅助工具提高人类心理学家的效率和效果。

1 引言

1.1 聊天机器人

        Chatbot是一种人机交互系统的形式，允许用户通过自然语言与电子设备进行交互。随着语音识别技术的发展，Chatbot已经在许多领域替代了人类的部分工作，例如电子商务中的客户服务和信息检索系统中的人机交互。

        从用户意图的角度来看，Chatbot可以分为两种类型：非目标驱动和目标驱动。非目标驱动的Chatbot在开放领域中进行随意对话，没有特定的目标或话题，例如娱乐Chatbot亚马逊Alexa。目标驱动的Chatbot是为实现特定服务目标而进行对话的。它们通常局限于一个或多个领域，例如客户服务Chatbot、销售Chatbot、教育Chatbot和情感Chatbot。最初，大多数情感Chatbot只提供安慰或陪伴的对话服务。它们分析用户的一般心理状态，如快乐和悲伤，而不是心理问题。它们很少通过心理学理论的专业或特殊对话策略来作出回应。心理治疗Chatbot是一种特殊类型的情感Chatbot，旨在基于经过验证的心理学理论缓解或治疗焦虑、抑郁和其他负面情绪。

        从实现技术的角度来看，Chatbot可以分为两种类型：基于检索和基于生成。基于检索的Chatbot直接从大量对话语料库中提取适当的回应。提取的回应通常具有更高质量的句子结构和符合人们对话习惯的语调。但是该技术严重依赖语料库的数量和质量。基于生成的Chatbot可以根据语法和预先建立的规则生成回应。最新的基于生成的Chatbot使用深度学习来发现和学习对话的潜在规则，以提高回应的质量。然而，基于生成的Chatbot有时会给出不连贯或无关的句子，使人们很容易察觉对方是Chatbot。这个缺点降低了用户体验，特别是对情感Chatbot来说。因此，一些最先进的Chatbot设法结合这两种策略。

1.2 心理治疗

        焦虑、压力和抑郁是典型且普遍的心理状况。统计结果显示，有超过3亿人因焦虑、压力和抑郁引起的心理问题而受苦。心理学家已经开发出许多系统性和有效的疗法来治疗心理问题。最常用的心理疗法包括精神动力学疗法、人本主义疗法、认知行为疗法（CBT）和折衷疗法等。

        精神动力学疗法主要用于治疗抑郁和由抑郁引起的其他严重心理问题，如社交焦虑、自我贬低和自我放弃。精神动力学疗法侧重于通过揭示客户心理活动的潜意识内容来减少心理紧张。精神动力学疗法帮助患者识别、认识、理解、表达和克服消极和矛盾的感受，以及被压抑的情绪。

        人本主义疗法致力于营造无条件支持和鼓励的氛围，帮助患者加深自我认识，发现真实的自我。通过提高“自我意识”来改变他们的不适应行为和纠正心理问题，患者可以发展自己积极、自我肯定、无限增长和自我实现的全部潜力。人本主义疗法主要用于治疗神经症和压力障碍。人本主义疗法包括动机访谈（MI）、罗杰斯疗法等。动机访谈侧重于通过处理矛盾情感来增强和改变患者的动机。动机访谈是一种以客户为中心的指导式咨询，帮助用户探索和解决矛盾情感，从而做出积极的改变，如克服对某事物的异常瘾。而罗杰斯疗法侧重于构建一个适当的心理环境和氛围。对于患者来说，罗杰斯疗法的步骤包括：（1）提出一些问候性问题并做出温暖的回应以赢得患者的信任，（2）积极地对患者的言辞中表达的情感做出回应，（3）鼓励患者充分表达自己并自己认识到不一致性，（4）鼓励患者克服心理问题。罗杰斯疗法强调医患关系，并相信患者可以在足够的鼓励和支持下独立地发展处理焦虑和其他心理问题的心理能力。

        认知行为疗法（CBT）起源于20世纪60年代，并很快成为最流行的心理治疗方法。CBT是一种结构化、短期、以认知为导向的疗法，通常用于焦虑障碍、抑郁症以及其他由不合理认知引起的心理问题。CBT主要关注患者的不合理认知问题，并通过改变患者的认知态度来治疗患者的心理问题。CBT在治疗抑郁症、焦虑症、压力障碍以及其他心理疾病方面有显著且稳定的效果。CBT的复发率也较低。

        折衷疗法是一种混合、可调节的心理疗法，可以根据个体的心理问题、期望和治疗目标为其开发不同的治疗方案。折衷疗法结合了多种有效的方法，如行为修改和精神分析。折衷疗法具有广泛的应用范围，可以有效治疗物质滥用障碍、强迫症、情绪障碍以及其他相关心理问题。

        尽管发展了许多心理疗法技术，但由于不愿透露心理问题、心理学家短缺以及经济、时间和地点的限制，只有不到10%的患者接受过正规心理疗法或援助。在发展中国家，这个比例甚至更低。另一方面，心理治疗ChatBot在一定程度上可以弥补心理学家的短缺，减少心理治疗的经济成本，并充当虚拟角色帮助人们克服害羞或其他心理障碍。心理治疗ChatBot对时间或地点几乎没有限制，因此它们可以在某些特殊情况下提供及时服务。例如，许多患有严重抑郁症的患者在午夜无法获得及时服务，而这对患者来说是一个敏感且危险的时间段。

1.3 心理治疗中的聊天机器人

        艾丽莎 Eliza 是1966年韦泽巴姆提出的第一个心理治疗ChatBot。艾丽莎使用罗杰斯疗法鼓励与患者更积极的互动。它不时提出设计良好的个人问题以保持对话，并使用预先建立的模式、规则或脚本来回答患者的问题。艾丽莎识别输入中的关键词，并根据预先建立的基于关键词的规则重构输入的句子。如果输入不是一个无意义的评论，例如：“我觉得你讨厌我。”，它会被重构为“是什么让你觉得我讨厌你？”有时候，在某些条件下会进行早期的转换。艾丽莎有一些缺点：（1）统计结果显示，尽管使用了罗杰斯疗法，它并不擅长保持对话进行，（2）它无法学习新的语言模式或规则，（3）它不考虑上下文，（4）它不保护用户隐私，（5）它没有推理机制。

        几十年来，许多知名的心理治疗ChatBot，如Woebot（https://www.Woebot.io/）、Joyable（https://joyable.com/）、Wysa（https://www.Wysa.io/）等在130多个国家使用。它们在真实心理治疗中被证明是有用的，并且每周产生数千万条对话数据。

        随着人工神经网络和深度学习的发展，ChatBot在意图识别、语义分析和响应生成方面表现更佳。因此，心理治疗ChatBot可以在更广泛的场景中使用，并具有巨大的潜在益处。

2 心理治疗ChatBot的技术

2.1 心理治疗聊天机器人的基本框架

        图1显示了当前心理治疗ChatBot的基本框架。一个心理治疗ChatBot通常包括五个模块：输入预处理模块、自然语言理解模块、对话管理模块、回复生成模块和输出处理模块。

1. 输入预处理模块：接收用户输入并进行一些初步处理功能，将输入转换为标准化形式，如词分割、词形还原、去除停用词等。
2. 自然语言理解模块：是核心模块，通常包括三个步骤。首先，通过词性标注、关键词提取、句法结构分析等分析标准化文本。其次，模块通过情感分析功能识别隐藏意图。最后，模块确定回复类型。通常，情感分析功能需要一个存储一些结构良好的情感类型的知识库。
3. 对话管理模块：根据自然语言理解模块提取的上下文和意图生成候选回复。在检索型ChatBot中，对话管理模块根据预设规则将文本单元（通常是关键词或关键短语）与知识库进行匹配，然后从语料库中选择排名较高的句子。在生成型ChatBot中，回复通常是通过训练过的深度学习模型生成的。
4. 回复生成模块评估候选回复，然后选择最合适的回复。
5. 输出处理模块进一步将回复转换为所需形式，如文本或语音。

2.2 心理治疗聊天机器人的特殊技术

        心理治疗ChatBot的特殊技术主要集中在以下几个方面。

2.2.1 情感识别和衡量

        大多数ChatBot只能识别一般的情感，比如不同程度的兴趣/不感兴趣、好/坏或者喜欢/不喜欢。例如，一个典型的通用领域ChatBot小冰可以识别开心、伤心、生气和中立。小冰通过手动标记1万次对话来训练分类器。商业ChatBot提供更详细的业务意图划分，比如订阅/取消订阅、买/卖、查询/下单。心理治疗ChatBot需要对心理情绪进行更细致的分类，比如焦虑、压力、抑郁和歇斯底里等。因此，心理治疗ChatBot需要定义心理情绪的边界并开发一种识别它们的方法。例如，Woebot定义并识别不同的压力状态。

        一些心理治疗ChatBot使用简单的情感分类，例如Evebot。Evebot采用典型方法来区分正面和负面情感。Evebot的开发者手动标记了对990个收集到的心理问题的精选回答为"正面"或"负面"，然后