تحققت نبوءة تشيان شيويه سين "العالم الروحي"! طوّرت جامعتا شنغهاي جياوتونغ وتسينغهوا وفرق أخرى أول نظام تدخل رياضي واقع افتراضي في العالم، REVERIE، لإعادة تشكيل صحة الدماغ والجسم والعقل لدى المراهقين.

في السنوات الأخيرة، ازدادت مشكلة سمنة المراهقين خطورةً، وتطورت إلى أزمة صحية عامة عالمية. وتشير التقارير إلى أن عدد الأطفال والمراهقين المصابين بالسمنة الذين تتراوح أعمارهم بين 5 و19 عامًا حول العالم قد ازداد بنحو ثلاثة أضعاف بين عامي 1990 و2022. وقد أصبحت مساعدة الشباب على إنقاص وزنهم بشكل صحي، وعيش حياة أكثر إشراقًا، واكتساب عادات رياضية مدى الحياة من خلال أساليب رياضية علمية، قضيةً مهمةً في مجال الصحة العامة العالمي الحالي.

أعمل حاليًا بشكل وثيق مع فريق الأكاديمي جيا وي بينغ، ومع فريق متعدد التخصصات من خبراء في علوم الرياضة والطب السريري وعلم النفس وعلوم الدماغ، لتطوير نظام "عالم روحي" لإدارة صحة الناس بذكاء ودقة في المستقبل. آمل أن أستخدم الذكاء الاصطناعي والواقع الافتراضي للإجابة على المشكلات الصعبة التي أزعجت المجتمع العلمي لسنوات عديدة.ما هي تأثيرات التمارين الرياضية في العالم الحقيقي والتمارين الرياضية في العالم الافتراضي (ميتافيرس) على الصحة البدنية والعقلية للإنسان؟هذا هو العمل البحثي الذي كشفه البروفيسور شنغ بين من جامعة شنغهاي جياو تونغ للعالم الخارجي في مقابلة حصرية مع مجلة "ذا بيبر" في مارس 2022. وبعد ثلاث سنوات، نُشرت هذه النتيجة في مجلة "نيتشر ميديسن". لكن وراء هذا البحث الذي استغرق عدة سنوات، يكمن في الواقع إرثٌ من الذكريات والأحلام يمتد لـ 35 عامًا.

في 23 يونيو 2025، نشر فريق البروفيسور لي هواتينج من مستشفى الشعب السادس في شنغهاي التابع لكلية الطب بجامعة شنغهاي جياو تونغ / معهد استراتيجية وتطوير الصحة النشطة، وفريق البروفيسور شنغ بين من كلية علوم وتكنولوجيا الكمبيوتر بجامعة شنغهاي جياو تونغ / المختبر الرئيسي للذكاء الاصطناعي التابع لوزارة التعليم، من خلال البحث التعاوني بين الطب والهندسة، بالاشتراك مع فريق الباحث وانغ جيهونغ من جامعة شنغهاي للرياضة، وفريق البروفيسور زينج رونج من جامعة شنغهاي للعلوم والتكنولوجيا / مركز شنغهاي للأبحاث السريرية، وفريق البروفيسور لين شويدي من الجامعة الوطنية في سنغافورة، ورقة بحثية في مجلة Nature Medicine بعنوان "نظام رياضي للواقع الافتراضي قائم على الذكاء الاصطناعي التكيفي للمراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن: تجربة عشوائية محكومة".

قام فريق البحث بإنشاء أول نظام تدخل تمرين ذكي في العالم باستخدام الواقع الافتراضي (VR) يسمى REVERIE (البحث في التمارين الرياضية في العالم الحقيقي والتمارين الرياضية القائمة على الواقع الافتراضي في التعليم) للتحكم في الوزن لدى المراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن أو السمنة.يستخدم النظام بشكل مبتكر مدربًا افتراضيًا مزدوجًا، مدعومًا بالتعلم التعزيزي العميق، ويستند إلى بنية Transformer، ومُحسّنًا من خلال تفاعل متكرر مع المستخدم. يوفر النظام إرشادات رياضية آمنة وغامرة ومتعاطفة وفعّالة، كما أن أدائه البيوميكانيكي واستجابته لمعدل ضربات القلب أثناء التمرين لا يختلفان كثيرًا عن الرياضات الواقعية من نفس النوع.

أكمل فريق البحث أول تجربة عشوائية محكومة (RCT) في العالم لتدخل تمارين الواقع الافتراضي، مع التركيز على المراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن والسمنة. اعتمدت الدراسة، بشكل مبتكر، نظام تقييم متعدد الأبعاد، وأضافت مجموعة مرجعية لتمارين واقعية متساوية الشدة، استنادًا إلى تصميم التحكم التقليدي.تم تحليل التأثيرات المجمعة لتدخل تمرين الواقع الافتراضي على صحة الجسم والعقل والدماغ لدى المراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن والسمنة بشكل منهجي.ولا يقتصر الأمر على تغطية المؤشرات الأيضية فحسب، بل يشمل أيضًا أبعادًا مثل اللياقة البدنية والصحة العقلية والاستعداد لممارسة الرياضة، ويقيم بدقة التأثير المحتمل لتدابير التدخل على الوظائف الإدراكية للمراهقين (الشكل 1).

الهندسة التقنية ونتائج البحوث

تتفاقم مشكلة سمنة المراهقين باستمرار، مما لا يزيد خطر الإصابة بالأمراض الأيضية بشكل كبير فحسب، بل قد يُسبب أيضًا تدهورًا إدراكيًا مستمرًا. ورغم أن التدخل الرياضي هو الوسيلة الأكثر فعالية، إلا أن المراهقين يواجهون عمومًا صعوبات حقيقية، مثل ضعف الرغبة في ممارسة الرياضة، والعوائق الاجتماعية، ونقص التوجيه المهني. لذا، من الضروري إنشاء نظام تدخل رياضي أكثر استهدافًا وإنسانية.

في أوائل تسعينيات القرن الماضي، ترجم السيد تشيان شيويسن الواقع الافتراضي ببراعة إلى "العالم الروحي"، وتنبأ بأن هذه التقنية ستُوسّع إدراك الدماغ البشري بشكل كبير، مما يسمح للناس بدخول عالم جديد غير مسبوق، وأن حقبة تاريخية جديدة على وشك أن تبدأ. وهذا يُحاكي مفهوم "العرض الأمثل" الذي اقترحه إيفان ساذرلاند، "أبو الرسومات الحاسوبية" في ستينيات القرن الماضي. على الرغم من أن تقنية الواقع الافتراضي قد أظهرت نتائج في البداية في المجال الطبي، وأظهرت إمكانات للتدخل، إلا أنها تفتقر إلى التغذية الراجعة الشخصية وأبحاث التحقق عالية الجودة، مما يحد من تطبيقها.

وبناءً على ذلك، قام الفريق بتطوير REVERIE، أول نظام رياضي للواقع الافتراضي في العالم مصمم خصيصًا للمراهقين، والذي يجمع بين التجربة الغامرة والتدريب الذكي.تم اعتماد استراتيجية التعلم التعزيزي العميق "المستندة إلى القالب جنبًا إلى جنب مع ردود الفعل في الوقت الفعلي" لتحقيق التوجيه الديناميكي المخصص.

الخطوة الأولىاستخدم الفريق تقنية التقاط الحركة عالية الدقة.تم جمع تصرفات المدربين المحترفين في عملية تدريس تنس الطاولة وكرة القدم بشكل منهجي، وتم إنشاء قالب مدرب خبير كمعيار نموذجي.

الخطوة 2:باستخدام نموذج التدريب المهني كنموذج للسلوك المستهدف،دمج هندسة المحول مع تقنية التعلم التعزيزي العميق لتدريب وكيل مدرب افتراضي بقدرات التدريس المستقلة.

الخطوة 3.بعد النشر والتشغيل، يقوم النظام بجمع بيانات التفاعل بين وكيل المدرب الافتراضي ومستخدم الشباب بشكل مستمر.التعلم التعزيزي المستمر وضبط الاستراتيجيات لوكلاء التدريب الافتراضي لتحقيق تدخل رياضي مُخصص للمراهقين. أظهرت نتائج الدراسة أن نظام REVERIE يُوفر تدريبًا رياضيًا آمنًا وفعالًا وشاملًا ومتعاطفًا، مع أداء بيوميكانيكي واستجابة لمعدل ضربات القلب أثناء التمرين تُشبه الأنشطة الرياضية الواقعية لنفس النوع من الرياضة (الشكل 2).

في الدراسات السريرية العشوائية الخاضعة للرقابة،تم تضمين ما مجموعه 227 من المراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن أو السمنة.تم توزيع المشاركين عشوائيًا على مجموعة ضابطة، ومجموعة تنس طاولة حقيقية، ومجموعة كرة قدم حقيقية، ومجموعة تنس طاولة افتراضية، ومجموعة كرة قدم افتراضية. حافظت المجموعة الضابطة على نمط حياتها وعاداتها الرياضية الأصلية، بينما أضافت مجموعة التمارين ثلاث دورات تدريبية أسبوعية مماثلة بناءً على حصص التربية البدنية الأصلية في المدرسة. تحكّمت مجموعتا التمارين الحقيقية والافتراضية في شدة التمارين ضمن نطاق الشدة نفسه من خلال سوار يد يراقب معدل ضربات القلب آنيًا، وكان محتوى تدريب المهارات للمجموعتين متسقًا. تلقى جميع المشاركين نظامًا غذائيًا موحدًا خلال الدراسة، واستمرت هذه الدورة ثمانية أسابيع.

وتظهر النتائج أنإن تمارين الواقع الافتراضي قابلة للمقارنة بالتمارين الحقيقية من حيث فقدان الدهون وتحسين التمثيل الغذائي، ولها مزايا من حيث القدرة الرياضية والصحة العقلية والحفاظ على الرغبة في ممارسة الرياضة.في الوظائف الإدراكية تحديدًا، أظهرت مجموعة تمارين الواقع الافتراضي تحسنًا في الإدراك ودقة الذاكرة العاملة. وأظهر التصوير الوظيفي للدماغ أن تمارين الواقع الافتراضي حفّزت أنشطةً أكثر تعقيدًا وتسلسلًا وإعادة بناء للشبكات العصبية، مما نظّم التفاعل بين الشبكات العصبية الرئيسية ديناميكيًا وعزز الكفاءة والمرونة العصبية (الشكل 3 أ، ب).

لمزيد من استكشاف الآليات المحتملة لتدخلات الواقع الافتراضي والتمارين الرياضية الواقعية على المراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن والسمنة، استخدم فريق البحث التحليل المتكامل متعدد الأوميكس، ووجد أن خصائص الميكروبيوم المعوي، والأيض، والليبيدوم تغيرت بشكل ملحوظ بعد ممارسة التمارين الرياضية الواقعية، بينما لوحظت تغيرات كبيرة في البروتينات بشكل رئيسي بعد ممارسة التمارين الرياضية الواقعية. تركزت مناطق الدماغ المرتبطة بخصائص متعدد الأوميكس التفاضلية بشكل خاص في الفص الجبهي، والفص الصدغي، والجزء الأمامي من الدماغ، وكانت وثيقة الصلة بالمؤشرات السلوكية المعرفية (الشكل 3 ج). قد تتضمن آلية تحسين الوظيفة الإدراكية بعد ممارسة الواقع الافتراضي مسارين:أولاً، يؤثر على الوظيفة الإدراكية من خلال محور ميكروبات الأمعاء والدماغ؛ ثانياً، يؤثر التفاعل بين البروتينات والمنتجات الأيضية بشكل مشترك على الوظيفة الإدراكية.

أهمية البحث والآفاق المستقبلية

تم بناء REVERIE من خلال هذه الدراسة، وهو أول نظام تدخل رياضي في العالم يعتمد على الواقع الافتراضي ويعتمد على التعلم التعزيزي العميق.أول وكيل تدريب افتراضي يجمع بين هندسة المحول والتعلم المعزز.لقد كانت رائدة في شكل جديد من التدخل الرياضي الرقمي؛تم الانتهاء من أول تجربة عشوائية محكومة في العالم لتمارين الواقع الافتراضي للمراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن والسمنة.إنه يوفر طبًا عالي المستوى قائمًا على الأدلة لعلاج تمارين الواقع الافتراضي؛ فهو يدمج بشكل مبتكر تكنولوجيا التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لحالة المهمة وتحليل متعدد الجينومات للكشف عن الآليات العصبية والجزيئية المحتملة التي تعمل من خلالها تمارين الواقع الافتراضي على تحسين الوظيفة الإدراكية.

لا يوفر نظام REVERIE حلاً رقميًا ثلاثيًا جديدًا "فسيولوجيًا ونفسيًا وإدراكيًا" للتدخل في السمنة لدى المراهقين فحسب،كما يوفر أساسًا نظريًا للتطبيق المتعمق لتكنولوجيا الواقع الافتراضي في المجال الطبي؛ فهو لا يوفر مسارًا تقنيًا ثوريًا لاستراتيجيات التدخل في السمنة فحسب، بل يوفر أيضًا نموذجًا عمليًا لإدارة الصحة الدقيقة التي تمكنها الذكاء الاصطناعي.

يساعد نظام REVERIE المراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن والسمنة على فقدان الوزن مع تعزيز اكتساب المهارات الحركية.وضع الأساس للحركة المستمرة؛ تحسين كفاءة الخلايا العصبية والمرونة العصبية، وتحسين الذاكرة والانتباه والمرونة العقلية بشكل كبير؛ إرساء الرغبة في التحرك بنشاط،تمكين الشباب من التحول من "المشاركة السلبية" إلى "الاختيار النشط".عندما يُشكّل اكتساب المهارات، وتحسين القدرات المعرفية، وتكوين الرغبة، حلقةً متكاملة، يُؤمَل أن يُدمَج التمرين في الحياة اليومية، وأن يُكوِّن عادات رياضية مستدامة. سيُتيح هذا للشباب اكتساب جسم صحي، وعقل رشيق، وموقف إيجابي من خلال التمرين، مما يُسهم في حل مشكلة السمنة بشكل جذري، ويُرسي أساسًا صحيًا متينًا لنموهم.

ونشرت مجلة Nature Medicine أيضًا تعليقًا بعنوان "الرياضات الواقعية الافتراضية لمعالجة السمنة لدى الأطفال"، حيث ذكرت أن "REVERIE هي دراسة بارزة تضع الأساس للتحقيقات المستقبلية وتدعم استخدام الرياضات الواقعية الافتراضية كاستراتيجية مبتكرة وفعالة وآمنة لتحسين وتعزيز صحة المراهقين الذين يعانون من زيادة الوزن".

ويعتقد شنغ بين من جامعة شنغهاي جياو تونغ، المؤلف المشارك في هذه الدراسة، أن الواقع الافتراضي هو في الأساس استكشاف للإدراك البشري لأصل العالم تحت الافتراض الفلسفي "الدماغ في وعاء".لقد نجحت دراسة REVERIE في اختراق هذا الافتراض - فلم يعد الواقع الافتراضي تجربة محاكاة إدراك مغلقة، بل أصبح أشبه بتدخل الرنين السيمفوني للجهاز العصبي الفسيولوجي البشري في الوضع الرقمي.يُظهر تأثيره على الجسم والعقل خريطةً متعددة الأبعاد لعلم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية وعلم الدماغ. هذا ليس مجرد تكرار تكنولوجي، بل هو أيضًا قفزة نوعية في النموذج المعرفي: فعندما يُعيد الواقع الافتراضي بناء مصفوفة الإدراك من خلال التحفيز المنسق للرؤية واللمس وحتى الجهاز الدهليزي، يجب على الناس النظر إليه من منظور مستقبلي: فخلال ذروة اللدونة العصبية لدى المراهقين، لا تزال عتبة مدة وإيقاع تردد تدخل الواقع الافتراضي بحاجة إلى فك شفرتها من خلال الأبحاث المستقبلية. "إن الاستكشاف الحالي ليس سوى البداية والخطوة الأولى للاستكشاف البشري في هذا الصدد" - فالأبحاث المستقبلية المستمرة وحدها هي القادرة على رسم نظام إحداثيات جديد للصحة البدنية والعقلية البشرية في عصر الذكاء الرقمي.

عن المؤلف

البروفيسور لي هواتينج من معهد استراتيجية الصحة النشطة وتطوير مستشفى الشعب السادس التابع لكلية الطب بجامعة شنغهاي جياو تونغ، والبروفيسور شنغ بين من المختبر الرئيسي للذكاء الاصطناعي التابع لوزارة التعليم، كلية علوم الكمبيوتر والتكنولوجيا بجامعة شنغهاي جياو تونغ، والبروفيسور لين شويدي من الجامعة الوطنية في سنغافورة، والبروفيسور زينج رونغ من جامعة شنغهاي للتكنولوجيا / مركز شنغهاي للأبحاث السريرية هم المؤلفون المشاركون في هذه المقالة.

المؤلفون المشاركون الأوائل لهذه المقالة هم وانغ جيهونغ، باحث في جامعة شنغهاي للرياضة، تشين ييمينج، زميل ما بعد الدكتوراه في كلية الطب بجامعة تسينغهوا، وو تشيان، طالب دكتوراه في مستشفى الشعب السادس التابع لكلية الطب بجامعة شنغهاي جياو تونغ (المشرف: البروفيسور لي هواتينج)، زينج ديان، زميل ما بعد الدكتوراه في كلية الطب بجامعة تسينغهوا، الدكتور جاو شياو جينغ من جامعة شنغهاي للتكنولوجيا/مركز شنغهاي للأبحاث السريرية، وانغ تشيني، طالب دكتوراه في مستشفى الشعب السادس التابع لكلية الطب بجامعة شنغهاي جياو تونغ (المشرف: البروفيسور لي هواتينج)، لي تشن، أستاذ مشارك في جامعة شنغهاي للرياضة، ني يويكيونغ، باحث في مستشفى الشعب السادس التابع لكلية الطب بجامعة شنغهاي جياو تونغ، لي هاو شوان، طالب دكتوراه في جامعة شنغهاي للرياضة (المشرف: البروفيسور شنغ بين)، تشانغ بينغ، أستاذ في جامعة ولاية أوهايو، وجو جينغيي، باحث مساعد في مستشفى الشعب السادس التابع لكلية الطب بجامعة شنغهاي جياو تونغ.

بالإضافة إلى ذلك، تم دعم هذه الدراسة من قبل البروفيسور جيا ويبينغ من مستشفى الشعب السادس التابع لكلية الطب بجامعة شنغهاي جياو تونغ، والبروفيسور هوانغ تيانين وفريقه، والبروفيسور فيليبي فريجني من كلية الصحة العامة بجامعة هارفارد تي إتش تشان، والبروفيسور وو جياروي، مدير منشأة أبحاث علوم البروتين الوطنية (شنغهاي)، والبروفيسور وو إنهوا من معهد البرمجيات بالأكاديمية الصينية للعلوم، والبروفيسور ما شين دونغ من جامعة تسينغهوا، والبروفيسور شو أيمين من جامعة هونغ كونغ، والبروفيسور هوانغ تشي فنغ من جامعة ونتشو الطبية، والبروفيسور جينمان كيم من جامعة سيدني، والباحث المساعد هوانغ شياو جون من جامعة شنغهاي الرياضية، والأستاذ المشارك بي لي من معهد الطب الانتقالي بجامعة شنغهاي جياو تونغ، والبروفيسور شين دينغ قانغ وفريقه من كلية الهندسة الطبية الحيوية بجامعة شنغهاي للتكنولوجيا، ومكتب التعليم بمنطقة باوشان، وفريق كرة القدم للسيدات في شنغهاي وأكاديمية تنس الطاولة الصينية، وغيرهم من الخبراء وفرق البحث متعددة التخصصات. تم تمويل هذه الدراسة من خلال مشروع مجتمع ممارسة تطبيق تعليم المعلوماتية التعليمية والمشروع الوطني الرئيسي للعلوم والتكنولوجيا والابتكار 2030 التابع للجنة الوطنية للصحة.