Qian Xuesens Prophezeiung „Spiritual Realm“ Wurde Wahr! Die Shanghai Jiaotong University Und Die Tsinghua University Sowie Andere Teams Entwickelten Das Weltweit Erste VR-Sportinterventionssystem REVERIE, Um Die Gehirn-Körper-Geist-Gesundheit Von Jugendlichen Zu Verbessern

In den letzten Jahren hat sich das Problem der Fettleibigkeit bei Jugendlichen zunehmend verschärft und zu einer globalen Gesundheitskrise entwickelt. Berichten zufolge hat sich die Zahl der fettleibigen Kinder und Jugendlichen im Alter von 5 bis 19 Jahren zwischen 1990 und 2022 weltweit etwa verdreifacht. Jungen Menschen dabei zu helfen, gesund abzunehmen, fröhlicher zu werden und lebenslange Bewegungsgewohnheiten durch wissenschaftlich fundierte Trainingsmethoden zu entwickeln, ist zu einem wichtigen Thema im aktuellen globalen Gesundheitsbereich geworden.

Ich arbeite derzeit eng mit dem Team von Akademiemitglied Jia Weiping und einem interdisziplinären Expertenteam aus Sportwissenschaft, klinischer Medizin, Psychologie und Hirnforschung zusammen, um ein System für den „spirituellen Bereich“ zu entwickeln, das künftig ein intelligentes und verfeinertes Gesundheitsmanagement ermöglichen soll. Ich hoffe, mithilfe künstlicher Intelligenz und virtueller Realität die schwierigen Probleme lösen zu können, die die wissenschaftliche Gemeinschaft seit vielen Jahren beschäftigen:Welche Auswirkungen haben körperliche Übungen in der realen Welt und Übungen in der virtuellen Welt (Metaversum) (VR) auf die körperliche und geistige Gesundheit des Menschen?„. Dies war die Forschungsarbeit, die Professor Sheng Bin von der Shanghai Jiao Tong University in einem Exklusivinterview mit The Paper im März 2022 der Öffentlichkeit enthüllte. Drei Jahre später wurde dieses Ergebnis in Nature Medicine veröffentlicht. Doch hinter dieser mehrjährigen Forschung verbirgt sich in Wirklichkeit ein 35-jähriges Erbe an Erinnerungen und Träumen.

Am 23. Juni 2025 veröffentlichten das Team von Professor Li Huating vom Shanghai Sixth People's Hospital der Shanghai Jiao Tong University School of Medicine/Institute of Active Health Strategy and Development und das Team von Professor Sheng Bin von der School of Computer Science and Technology der Shanghai Jiao Tong University/Key Laboratory of Artificial Intelligence des Bildungsministeriums im Rahmen einer medizin- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungskooperation gemeinsam mit dem Team von Forscher Wang Jihong von der Shanghai University of Sport, dem Team von Professor Zeng Rong von der Shanghai University of Science and Technology/Shanghai Clinical Research Center und dem Team von Professor Lin Shuide von der National University of Singapore eine Forschungsarbeit in Nature Medicine mit dem Titel „Adaptives KI-basiertes Virtual-Reality-Sportsystem für Jugendliche mit Übergewicht: eine randomisierte kontrollierte Studie“.

Das Forschungsteam entwickelte das weltweit erste intelligente Virtual-Reality-Trainingssystem (VR) REVERIE (Real-world Exercise and VR-based Exercise Research In Education) zur Gewichtskontrolle bei übergewichtigen oder fettleibigen Jugendlichen.Das System nutzt auf innovative Weise einen virtuellen Trainer-Zwillingsagenten, der durch Deep Reinforcement Learning gesteuert wird und auf der Transformer-Architektur basiert. Es wird durch iterative Benutzerinteraktion optimiert. Es bietet eine sichere, umfassende, einfühlsame und effektive Sportberatung. Seine biomechanische Leistung und die Reaktion der Trainingsherzfrequenz unterscheiden sich nicht wesentlich von denen ähnlicher realer Sportarten.

Das Forschungsteam schloss die weltweit erste randomisierte kontrollierte Studie (RCT) zu Virtual-Reality-Trainingsinterventionen mit Fokus auf übergewichtige und adipöse Jugendliche ab. Die Studie verwendete ein innovatives mehrdimensionales Bewertungssystem und ergänzte es um eine Referenzgruppe mit realen Übungen gleicher Intensität, basierend auf dem traditionellen Kontrolldesign.Die kombinierten Auswirkungen von VR-Übungsinterventionen auf die Gesundheit von Körper, Geist und Gehirn übergewichtiger und fettleibiger Jugendlicher wurden systematisch analysiert.Dabei werden nicht nur Stoffwechselindikatoren erfasst, sondern auch Dimensionen wie körperliche Fitness, psychische Gesundheit und Bewegungsbereitschaft einbezogen und der mögliche Einfluss von Interventionsmaßnahmen auf die kognitiven Funktionen von Jugendlichen präzise bewertet (Abbildung 1).

Technische Architektur und Forschungsergebnisse

Das Problem der Fettleibigkeit bei Jugendlichen nimmt weiter zu. Dies erhöht nicht nur das Risiko für Stoffwechselerkrankungen deutlich, sondern kann auch zu anhaltendem kognitiven Abbau führen. Obwohl körperliche Interventionen das wirksamste Mittel sind, stehen Jugendliche im Allgemeinen vor realen Problemen wie geringer Bewegungsbereitschaft, sozialen Barrieren und fehlender professioneller Anleitung. Die Einführung eines gezielteren und humaneren Systems zur körperlichen Intervention ist dringend erforderlich.

Bereits in den 1990er Jahren verstand Herr Qian Xuesen Virtual Reality als „spirituelle Welt“ und prophezeite, dass diese Technologie „die Wahrnehmung des menschlichen Gehirns erheblich erweitern und so den Menschen den Eintritt in eine beispiellose neue Welt ermöglichen würde. Ein neues historisches Zeitalter würde beginnen.“ Dies erinnert an das Konzept des „ultimativen Displays“, das Ivan Sutherland, der „Vater der Computergrafik“, in den 1960er Jahren vorschlug. Obwohl VR-Technologie erste Erfolge im medizinischen Bereich zeigte und Interventionspotenzial zeigte, mangelt es ihr an personalisiertem Feedback und hochwertiger Verifizierungsforschung, was ihre Anwendung einschränkt.

Darauf aufbauend entwickelte das Team REVERIE, das weltweit erste Virtual-Reality-Sportsystem speziell für Teenager, das immersive Erlebnisse mit intelligentem Coaching verbindet.Um eine personalisierte dynamische Anleitung zu erreichen, wird eine tiefgreifende Verstärkungslernstrategie aus „vorlagengesteuerter Kombination mit Echtzeit-Feedback“ angewendet.

erster Schritt,Das Team verwendete hochpräzise Motion-Capture-Technologie.Die Aktionen professioneller Trainer im Tischtennis- und Fußballunterricht wurden systematisch erfasst und eine Expertentrainer-Vorlage als paradigmatischer Maßstab erstellt.

Schritt 2:Verwenden Sie die professionelle Coaching-Vorlage als Zielverhaltensmodell.Kombinieren Sie die Transformer-Architektur mit Deep-Reinforcement-Learning-Technologie, um einen virtuellen Coach-Agenten mit autonomen Lehrfunktionen zu trainieren.

Schritt 3.Nach der Bereitstellung und dem Betrieb sammelt das System kontinuierlich Interaktionsdaten zwischen dem virtuellen Traineragenten und dem jugendlichen Benutzer.Kontinuierliches Verstärkungslernen und Strategie-Feinabstimmung für virtuelle Coaching-Agenten zur Erzielung einer personalisierten Sportintervention für Jugendliche. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass das REVERIE-System sicheres, effektives, immersives und einfühlsames Sportcoaching ermöglicht, dessen biomechanische Leistung und Herzfrequenzreaktion denen realer Sportaktivitäten der gleichen Sportart ähneln (Abbildung 2).

In randomisierten kontrollierten klinischen StudienInsgesamt wurden 227 übergewichtige oder fettleibige Jugendliche einbezogen.Die Probanden wurden nach dem Zufallsprinzip einer Kontrollgruppe, einer realen Tischtennisgruppe, einer realen Fußballgruppe, einer VR-Tischtennisgruppe und einer VR-Fußballgruppe zugeteilt. Die Kontrollgruppe behielt ihre gewohnten Lebens- und Trainingsgewohnheiten bei, während die Trainingsgruppe drei entsprechende Interventionskurse pro Woche auf Basis des Schulsportunterrichts absolvierte. Die reale und die virtuelle Trainingsgruppe kontrollierten die Trainingsintensität im gleichen Intensitätsbereich über ein Armband, das die Herzfrequenz in Echtzeit überwachte. Die Trainingsinhalte der beiden Gruppen waren identisch. Alle Probanden erhielten während der Studie eine einheitliche Ernährungsumstellung; die Intervention dauerte acht Wochen.

Die Ergebnisse zeigen, dassVR-Übungen sind in Bezug auf Fettabbau und Stoffwechselverbesserung mit echtem Training vergleichbar und bieten Vorteile hinsichtlich der sportlichen Fähigkeiten, der geistigen Gesundheit und der Aufrechterhaltung der Trainingsbereitschaft.Insbesondere im kognitiven Bereich zeigte die VR-Übungsgruppe eine verbesserte Wahrnehmung und Genauigkeit des Arbeitsgedächtnisses. Hirnfunktionsbilder zeigten, dass VR-Übungen komplexere, hierarchische und rekonstruktive Hirnnetzwerkaktivitäten auslösten, die Interaktion zwischen wichtigen neuronalen Netzwerken dynamisch regulierten und die neuronale Effizienz und Plastizität verbesserten (Abbildung 3 a, b).

Um die möglichen Mechanismen von VR- und realen Trainingsinterventionen bei übergewichtigen und adipösen Jugendlichen weiter zu erforschen, nutzte das Forschungsteam eine integrierte Multi-Omics-Analyse und fand heraus, dass sich die Eigenschaften des Darmmikrobioms, des Metaboloms und des Lipidoms nach VR-Übungen signifikant veränderten, während signifikante Veränderungen im Proteom vor allem nach realen Trainingsinterventionen beobachtet wurden. Die mit unterschiedlichen Multi-Omics-Eigenschaften assoziierten Hirnregionen konzentrierten sich besonders im Frontallappen, Temporallappen und Precuneus und standen in engem Zusammenhang mit kognitiven Verhaltensindikatoren (Abbildung 3 c). Der Mechanismus der verbesserten kognitiven Funktion nach VR-Übungen kann zwei Wege umfassen:Erstens beeinträchtigt es die kognitive Funktion über die Darmmikrobiota-Gehirn-Achse; zweitens beeinflusst die Interaktion zwischen Proteinen und Metaboliten gemeinsam die kognitive Funktion.

Forschungsbedeutung und Zukunftsaussichten

Im Rahmen dieser Studie wurde REVERIE entwickelt, das weltweit erste Virtual-Reality-Interventionssystem für den Sport, das auf Deep Reinforcement Learning basiert.Der erste virtuelle Coach-Agent, der die Transformer-Architektur mit bestärkendem Lernen kombiniert.Es hat eine neue Form der digitalen Sportintervention entwickelt.Die weltweit erste randomisierte kontrollierte Studie zu VR-Übungen für übergewichtige und fettleibige Jugendliche wurde abgeschlossen.Es bietet hochrangige, evidenzbasierte Medizin für die Virtual-Reality-Übungstherapie; es integriert auf innovative Weise die Task-State-Funktionsmagnetresonanztomographie-Technologie und Multi-Omics-Analyse, um die möglichen neuronalen und molekularen Mechanismen aufzudecken, durch die VR-Übungen die kognitive Funktion verbessern.

Das REVERIE-System bietet nicht nur eine neue digitale Dreifaltigkeitslösung „physiologisch-psychologisch-kognitive“ für die Intervention bei Adipositas bei Jugendlichen,Darüber hinaus liefert es eine theoretische Grundlage für die umfassende Anwendung der Virtual-Reality-Technologie im medizinischen Bereich. Es bietet nicht nur einen revolutionären technischen Weg für Interventionsstrategien gegen Fettleibigkeit, sondern auch ein praktisches Paradigma für ein präzises Gesundheitsmanagement, das durch künstliche Intelligenz ermöglicht wird.

Das REVERIE-System hilft übergewichtigen und fettleibigen Jugendlichen beim Abnehmen und fördert gleichzeitig den Erwerb motorischer Fähigkeiten.Legen Sie den Grundstein für kontinuierliche Bewegung; verbessern Sie die neuronale Effizienz und Neuroplastizität, verbessern Sie Gedächtnis, Aufmerksamkeit und geistige Beweglichkeit deutlich; stellen Sie die Bereitschaft her, sich aktiv zu bewegen,Ermöglichen Sie jungen Menschen den Übergang von der „passiven Teilnahme“ zur „aktiven Entscheidung“.Wenn Kompetenzerwerb, kognitive Verbesserung und Willensbildung einen geschlossenen Kreislauf bilden, besteht die Hoffnung, dass Bewegung in den Alltag integriert werden und nachhaltige Bewegungsgewohnheiten entstehen können. So können junge Menschen durch Bewegung einen gesunden Körper, einen beweglichen Geist und eine positive Einstellung entwickeln. Das Problem der Fettleibigkeit wird grundlegend gelöst und eine solide gesunde Grundlage für ihr Wachstum geschaffen.

Nature Medicine veröffentlichte außerdem einen Kommentar mit dem Titel „Virtual-Reality-Sport zur Bekämpfung von Fettleibigkeit bei Kindern“, in dem es heißt: „REVERIE ist eine wegweisende Studie, die den Grundstein für künftige Untersuchungen legt und den Einsatz von Virtual-Reality-Sport als innovative, wirksame und sichere Strategie zur Verbesserung und Förderung der Gesundheit übergewichtiger Jugendlicher unterstützt.“

Sheng Bin von der Shanghai Jiao Tong University, Co-Autor dieser Studie, glaubt, dass virtuelle Realität im Wesentlichen die Erforschung der menschlichen Wahrnehmung des Ursprungs der Welt unter der philosophischen Annahme eines „Gehirns im Tank“ ist.Die REVERIE-Studie hat diese Annahme durchbrochen – VR ist kein geschlossenes Wahrnehmungssimulationsexperiment mehr, sondern eher eine symphonische Resonanzintervention des menschlichen physiologischen Nervensystems im digitalen Modus.Ihre Auswirkungen auf Körper und Geist zeigen eine mehrdimensionale Karte der Physiologie, Biochemie und Hirnforschung. Dies ist nicht nur eine technologische Weiterentwicklung, sondern auch ein kognitiver Paradigmensprung: Wenn VR die Wahrnehmungsmatrix durch die koordinierte Stimulation von Sehen, Tasten und sogar des Gleichgewichtssystems rekonstruiert, müssen wir dies aus einer zukunftsorientierten Perspektive betrachten: Während der Hochphase der Neuroplastizität im Jugendalter müssen die Dauerschwelle und der Frequenzrhythmus von VR-Interventionen durch zukünftige Forschung noch entschlüsselt werden. „Die aktuelle Erforschung ist erst der Anfang und der erste Schritt der menschlichen Erforschung in dieser Hinsicht“ – nur kontinuierliche zukünftige Forschung kann ein neues Koordinatensystem für die körperliche und geistige Gesundheit des Menschen im Zeitalter der digitalen Intelligenz wirklich entwerfen.

Über den Autor

Professor Li Huating vom Institut für aktive Gesundheitsstrategie und -entwicklung des Sechsten Volkskrankenhauses der Medizinischen Fakultät der Jiaotong-Universität Shanghai, Professor Sheng Bin vom Schlüssellabor für künstliche Intelligenz des Bildungsministeriums, Fakultät für Informatik und Technologie der Jiaotong-Universität Shanghai, Professor Lin Shuide von der Nationaluniversität Singapur und Professor Zeng Rong von der ShanghaiTech University/Shanghai Clinical Research Center sind die Co-Autoren dieses Artikels.

Zu den Co-Erstautoren dieses Artikels gehören Wang Jihong, Forscher an der Shanghai University of Sport, Qin Yiming, Postdoktorand an der Tsinghua University School of Medicine, Wu Qian, Doktorand am Sixth People's Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine (Betreuer: Professor Li Huating), Zeng Dian, Postdoktorand an der Tsinghua University School of Medicine, Dr. Gao Xiaojing von der ShanghaiTech University/Shanghai Clinical Research Center, Wang Qinyi, Doktorand am Sixth People's Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine (Betreuer: Professor Li Huating), Li Zhen, außerordentlicher Professor an der Shanghai University of Sport, Ni Yueqiong, Forscher am Sixth People's Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Li Haoxuan, Doktorand an der Shanghai University of Sport (Betreuer: Professor Sheng Bin), Zhang Ping, Professor an der Ohio State University, und Guo Jingyi, Assistenzforscher am Sixth People's Hospital Angeschlossen an die Medizinische Fakultät der Shanghai Jiao Tong University.

Darüber hinaus wurde diese Studie unterstützt von Professor Jia Weiping vom Sechsten Volkskrankenhaus der Medizinischen Fakultät der Jiao Tong-Universität Shanghai, Professor Huang Tianyin und seinem Team, Professor Felipe Fregni von der Harvard T.H. Chan School of Public Health, Professor Wu Jiarui, Direktor der National Protein Science Research Facility (Shanghai), Professor Wu Enhua vom Institute of Software der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Professor Ma Xindong von der Tsinghua-Universität, Professor Xu Aimin von der Universität Hongkong, Professor Huang Zhifeng von der Medizinischen Universität Wenzhou, Professor Jinman Kim von der Universität Sydney, Assistenzforscher Huang Xiaojun von der Sportuniversität Shanghai, außerordentlichem Professor Bi Lei vom Institut für Translationale Medizin der Jiao Tong-Universität Shanghai, Professor Shen Dinggang und seinem Team von der Fakultät für Biomedizintechnik der ShanghaiTech University, dem Baoshan District Education Bureau, dem Shanghai Women's Football Team und der China Table Tennis Academy sowie weiteren multidisziplinären Experten und Forschungsteams. Diese Studie wurde vom Education Informatization Teaching Application Practice Community Project und dem National Science and Technology Innovation 2030-National Science and Technology Major Project der National Health Commission finanziert.