"Interacción Humano-Robot como Apoyo en Intervenciones Terapéuticas en Adultos Mayores con Demencia Moderada"

Dagoberto Cruz Sandoval

Asesor: Dr. Jesús Favela Vara

Envejecimiento & Demencia

Según predicciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS), la expectativa de vida se ha incrementando, lo que da pie a un envejecimiento poblacional alrededor del mundo [1].

[1]World Health Organization. Good Health adds life to years, Global brief for World Health Day 2012, Publications of the World Health Organization, WHO Document Production Services, 2012.

[2]Instituto Nacional de Geriatría. Plan de acción Alzheimer y otras demencias. México. 2014.

Envejecimiento & Demencia

Se estima que 35.6 millones de personas sufren demencia, y para el 2040 se estima que serán 90 millones [3]. 

La demencia es un síndrome de naturaleza crónica y progresiva, caracterizado por el deterioro de las funciones cognoscitivas y de la conducta, lo que ocasiona discapacidad y dependencia.

[3] Alzheimer’s Disease International, World Alzheimer Report 2009, Executive Summary, pp. 1–24, 2009.

Envejecimiento & Demencia

Trastornos cognitivos y de comportamiento, como los cambios de personalidad, alucinaciones, paranoia, agresividad, deambulamiento e incontinencia son síndromes comunes de la demencia  y son las principales causas de la necesidad de cuidados. 

Desafortunadamente, actualmente no existe una cura permanente para la demencia.

Envejecimiento & Demencia

Necesidades de Adultos Mayores con demencia: acompañamiento e interacción social, cumplimiento de un régimen terapéutico, la actividad física y mental, la movilidad y el transporte, y la realización de actividades de la vida diaria [4].

[4] Bryan Adams, Gregory K. Myers, Rich Mahoney, Jayan Eledath, Brian J. Bischoff, Cory Kidd, Joseph Coughlin, Maja J. Matari, Penny Ford- Carleton, Katherine Hesse, and Laurie M. Orlov, “Extending Independence: The Case for Federal Support for Robotic Caregiving Technology.” MIT AgeLab, 09-Mar-2009.

Envejecimiento & Demencia

La investigación se ha centrado en el desarrollo de sistemas automatizados para la asistencia de adultos mayores en la ejecución de actividades cotidianas [5].

Los equipos de atención formales pueden beneficiarse de la adquisición de datos automatizado de salud con el fin de apoyar la evaluación cuantitativa y diagnóstico del paciente, en ese aspecto se espera que los robots ubicuos puedan convertirse en una parte esencial del equipo de atención integrada [6]

[5] A. Kurz, C. Pohl, M. Ramsenthaler, and C. Sorg, “Cognitive rehabilitation in patients with mild cognitive impairment,” International Journal of Geriatric Psychiatry, vol. 24, pp. 163–168, 2009.

[6] CCC / CRA. A Roadmap for US Robotics From Internet to Robotics. Computing Community Consortium. 2009.

Robótica de Asistencia Social (RAS)

Entre los diferentes servicios de salud que deberán de proporcionarse a los adultos mayores, la terapia de ejercicios físicos, la interacción social y la compañía se pueden abordar por medio de la tecnología, en particular por la Robótica de Asistencia Social (RAS).

Los sistemas RAS, emplean estrategias de interacción “hands-off”, incluyendo comunicación auditiva, expresiones faciales y gestos comunicativos, para proporcionar la asistencia de acuerdo a un contexto de cuidado de salud determinado [7]

[7] D. J. Feil-Seifer and M. J. Mataric, “Defining socially assistive robotics,” in Proc. Int. Conf. Rehabil. Robot., Chicago, IL, pp. 465–468, Jun. 2005.

Robótica de Asistencia Social (RAS)

Trabajos previos con sistemas RAS, incluyen propuestas que se han desarrollado y probado para pacientes con problemas cerebrovascular [8], pacientes con Alzheimer [9], niños con desordenes de autismo [10], y en adultos y ancianos con buena salud [11, 12].

[8] Matarić M.J, Eriksson J, Feil-Seifer D.J, Winstein C.J. Socially assistive robotics for post-stroke rehabilitation. J. Neuroeng. Rehabil. 4(5); February 2007.
[9] Tapus A, Tapus C, Matarić M. The use of socially assistive robots in the design of intelligent cognitive therapies for people with dementia. In: Proc. IEEE Int. Conf. Rehabil. Robot. Kyoto, Japan; 924–929: 2009.
[10] Feil-Seifer D.J, Matarić M.J. Towards the integration of socially assistive robots into the lives of children with ASD. In: Human-Robot Interaction Workshop on Societal Impact: How Socially Accepted Robots Can Be Integrated in Our Society. San Diego, CA; March 2009.
[11] Fasola J, Matarić M.J. Robot motivator:Increasing user enjoyment and performance on a physical/cognitive task. In: Proc. IEEE Int. Conf. Develop. Learn. Ann Arbor, MI; 274–279: August 2010.
[12] Fasola J, Matarić M.J. Robot exercise instructor: a socially assistive robot system to monitor and encourage physical exercise for the elderly. In: Proc. 19th IEEE Int. Symp. Robot Human Interactive Commun. 416–421; September 2010.  

Interacción Humano-Robot (IHR)

La Interacción Humano-Robot (IHR) es un campo de estudio dedicado a la comprensión, diseño y evaluación de sistemas robóticos para usar por, o con, los seres humanos. IHR tiene como objetivos principales mejorar la interacción entre seres humanos y robots, y desarrollar robots que sean capaces de funcionar de manera efectiva en dominios del mundo real, trabajando y colaborando en actividades de la vida diaria con el humano [13].

 [13] Salvine, P., Nicolescu, M., & Ishiguro, H.. Benefits of Human - Robot Interaction [TC Spotlight]. IEEE Robotics & Automation Magazine, 18(4), 98–99, 2011.

Interacción Humano-Robot (IHR)

La robótica de asistencia es un reto importante dentro de IHR, debido a que enfatiza la interacción próxima con personas que pueden llegar a tener algún tipo de discapacidad. Además, de proporcionar ayuda y cuidado físico, los desafíos incluyen el apoyo a las interacciones sociales efectivas a través computo cognitivo y emotivo, incluyendo interacciones naturales como gestos y lenguaje natural [14, 15]. 

[14] Goodrich, M. a., & Schultz, A. C.. Human-Robot Interaction: A Survey. Foundations and Trends® in Human-Computer Interaction, 1(3), 203–275, 2007.

[15] Kahn, P. H., Freier, N. G., Kanda, T., Ishiguro, H., Ruckert, J. H., Severson, R. L., & Kane, S. K.. Design patterns for sociality in human-robot interaction. Proceedings of the 3rd International Conference on Human Robot Interaction - HRI ’08, 97. 2008. 

Ejemplos - RAS en Adultos Mayores

[16] McColl, D., Louie, W.-Y. G., & Nejat, G.. Brian 2.1: A socially assistive robot for the elderly and cognitively impaired. IEEE Robotics & Automation Magazine, 20(1), 74–83. 2013.

[17] Fasola, J., & Mataric, M. J.. Using Socially Assistive Human–Robot Interaction to Motivate Physical Exercise for Older Adults. Proceedings of the IEEE, 100(8), 2512–2526, 2012.

[18] Jayawardena, C., Kuo, I., Datta, C., Stafford, R. Q., Broadbent, E., & MacDonald, B. A.. Design, implementation and field tests of a socially assistive robot for the elderly: HealthBot version 2. In 2012 4th IEEE RAS & EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob) (pp. 1837–1842). 2012.

Brian 2.1 [16]

Bandit [17]

HealthBot 2 [18]

PARO

PARO cubre algunas de las percepciones y necesidades del adulto mayor, incluyendo la atención por largos periodos, recibir atención, estimulación positiva  emocional y social, y al mismo tiempo proporcionar tiempo libre a los cuidadores para realizar otras actividades [19].

[19] Shibata, T.. Therapeutic Seal Robot as Biofeedback Medical Device: Qualitative and Quantitative Evaluations of Robot Therapy in Dementia Care. Proceedings of the IEEE, 100(8), 2527–2538. 2012.

PARO - Evaluación Cualitativa y Cuantitativa

Cualitativa por observación:

1. Mejora de la comunicación
2. Reducción de la agresión
3. Reducción deambulación
4. Mejora la sociabilidad

[19] Shibata, T.. Therapeutic Seal Robot as Biofeedback Medical Device: Qualitative and Quantitative Evaluations of Robot Therapy in Dementia Care. Proceedings of the IEEE, 100(8), 2527–2538. 2012.

PARO - Evaluación Cualitativa y Cuantitativa

[20] Wada, K., Shibata, T., Musha, T., & Kimura, S. “Robot therapy for elders affected by dementia.” IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, 27(4), 53–60, 2008.

[21] L. Lauth and L. Plank, PARO Study, Rep. Vincentian Collaborative Syst., 2010.

[22] Y. Kawaguchi, K. Wada, M. Okamoto, T. Tsuji, T. Shibata, and K. Sakatani, “Investigation of brain activity during interaction with seal robot by fNIRS,” in Proc. IEEE ROMAN, pp. 308–313, 2011.
[23] K. Nakamura, N. Inoue-Nakamura, and M. Taira, “Reading others’ emotional states,” presented at the 10th Int. Conf. Functional Mapping of the Human Brain, Budapest, Hungary, Jun.13–17, 2004. 

Propuesta

Atendiendo a las características de un sistema RAS, aunado a las condiciones de un adulto mayor con deterioro cognitivo, es necesario explorar y proponer formas de comunicación que proporcionen una interacción natural entre ambos, siendo los principios de IHR las directrices principales para comprender, diseñar y evaluar estos nuevos métodos. 

Aunque es un objetivo principal el frenar (o tratar) la demencia en los AcD, existen desordenes asociados con la demencia en adultos mayores que necesitan ser tratados, ya que muchos de ellos además de traer consecuencias graves al paciente, también puede tener consecuencias graves para los cuidadores.

Preguntas de Investigación

Las siguientes preguntas de investigación han guiado la presente propuesta.  

1. ¿Qué tipo de características son necesarias para que adultos mayores con deterioro cognitivo, que probablemente han tenido poco contacto con la tecnología en general, muestren adaptación con un robot de tipo RAS?

2. ¿Cuáles son los mecanismos de interacción con un robot que proporcionen una interfaz natural de IHR?

3. ¿Cómo puede el cómputo vestible ayudar a la detección de comportamientos asociados a un trastorno demencial y cómo pueden ayudar a la interacción del adulto mayor con el robot?

4. ¿Cuáles son los factores que determinan la adopción de robots RAS en la implementación de intervenciones enfocadas a la estimulación cognitiva del adulto mayor?

Objetivos

“Diseñar, implementar y evaluar un robot de asistencia social para adultos mayores con demencia moderada, enfocado a la estimulación cognitiva y reducción de comportamientos asociados a trastornos demenciales”.

Objetivos

• Realizar estudios de campo en entornos reales de adultos mayores con demencia moderada, con el fin de obtener información acerca de comportamientos, así como recaudar información de las intervenciones que pueden tratar dichos comportamientos.
• Determinar los parámetros que pueden ser detectados por medio de tecnologías de cómputo vestible para inferir un comportamiento asociado a un trastorno demencial.
• Definir las características para propiciar la empatía y buena interacción entre el adulto mayor y el robot.
• Definir un modelo para implementar intervenciones no farmacológicas para la estimulación cognitiva y la reducción de comportamientos asociados a algún tipo de trastorno demencial.
• Diseñar e implementar un sistema de asistencia cognitiva basado en un robot de asistencia social.
• Evaluar la adopción de un sistema de estimulación cognitiva basado en un robot de asistencia social. 

Solución Propuesta

Los Sistemas de Intervenciones asistidos por el ambiente, se basan en tecnologías de inteligencia ambiental para apoyar la implementación de terapias no farmacológicas a través de la presencia de síntomas de conductas de demencia, la selección de una intervención apropiada, y su ejecución ya sea modificando el ambiente, persuadiendo a la persona con demencia, o sugiriendo al cuidador la acción adecuada [24]. 

 [24] Navarro, R. F., Rodríguez, M. D., & Favela, J.. Intervention tailoring in augmented cognition systems for elders with dementia. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, 18(1), 361–367. 2014.

Solución Propuesta

 [24] Navarro, R. F., Rodríguez, M. D., & Favela, J.. Intervention tailoring in augmented cognition systems for elders with dementia. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, 18(1), 361–367. 2014.

Solución Propuesta

Si bien en primera instancia, la propuesta se basa en solo una parte del modelo presentado, lo anterior queda abierto a los resultados obtenidos en los estudios de campo previos, donde el objetivo es recaudar información de las intervenciones que se realizan para tratar comportamientos asociados a la demencia, lo cual puede modificar la naturaleza y características de las tentativas de intervención expuestas a continuación.

Tentativa de Intervenciones

De forma tentativa, la propuesta plantea dos tipos de intervenciones, la primera de carácter estimulativa para el AcD, con un escenario en donde el robot realizará una estimulación cognitiva por medio de acompañamiento, interacción, comunicación no-verbal y algunos ejercicios mentales intrínsecos dentro de actividades de entretenimiento. Partiendo de los resultados obtenidos por las diversas investigaciones realizadas con el RAS PARO, se toman algunos de los hallazgos más importantes en cuanto a interacción.

La propuesta de comunicación no-verbal tiene como objetivo proporcionar una interfaz natural e innovadora de IHR, y junto con la realización de ejercicios mentales busca estimular cognitivamente al AcD.

Tentativa de Intervenciones

Tentativa de Intervenciones

En el marco de trabajo por Moore et al., se definen comportamientos, riesgo de fuga y desaparición, prevención de fuga y metas específicas del cuidado, y por último, se sugiere una intervención para manejar el trastorno de la deambulación [25]. Dos de los comportamientos asociados a la deambulación, y catalogados con una magnitud media de riesgo de fuga, son el vagabundeo fuera de los límites, en zonas peligrosas o más allá de la zona de dominio, y el vagabundeo por la noche.

[25] Moore, D. H., Algase, D. L., Powell-Cope, G., Applegarth, S., & Beattie, E. R. a.. A framework for managing wandering and preventing elopement. American Journal of Alzheimer’s Disease and Other Dementias, 24, 208–19. 2009.

Tentativa de Intervenciones

Como segunda propuesta, se plantea una intervención desencadenada por la detección de comportamientos asociados a un trastorno demencial, tentativamente la deambulación. Los datos se obtendrán por medio de un dispositivo de cómputo vestible, enviarlos al modelo de decisión alojado en el RAS, para posteriormente de ser necesario, ejecutar la intervención, que tenga como objetivo de realizar una actividad que disuada al adulto mayor del comportamiento asociado a la deambulación.

Tentativa de Intervenciones

Tentativa de Intervenciones

Ambas propuestas son tentativas, y están sujetas a cambios en materia de contexto de la intervención, elementos tecnológicos, comportamientos a tratar y limitaciones, en base a las evidencias encontradas en un estudio de campo en ambientes reales de AcD.

Metodología

La metodología para el desarrollo de la propuesta consta de tres etapas, haciendo alusión a las fases genéricas de IHR: comprensión, diseño y evaluación.

Metodología

Propuesta de Plan de Trabajo (Primeros 2 años)

Conclusiones

Actualmente existen avances en la robótica, donde el objetivo no es proporcionar solo asistencia física sino brindar una estimulación a los humanos a través de la interacción social con un robot. Dos de estos campos son la Robótica de Asistencia Social (RAS) y la Interacción Humano-Robot (IHR). 

Conclusiones

La propuesta de este trabajo se base en la creación de un sistema SAR que apoye a las terapias con AcD, tomando en cuenta principios de IHR y adaptándolos al contexto de este tipo de terapias. Los hallazgos en literatura previa, demuestra la factibilidad de este tipo de soluciones. Sin embargo, a diferencia de soluciones anteriores, nuestra propuesta explorará la comprensión del contexto del AcD por parte del robot, con el objetivo de obtener nuevas formas de comunicación, que tengan como resultado una interacción natural entre humano y robot.

Aportaciones

• Un sistema RAS de apoyo a terapias de adultos mayores con demencia moderada a través del cual se implementen intervenciones de asistencia cognitiva.
• Un modelo de diseño e implementación de sistemas IHR de apoyo a terapias en AcD, mediante el estudio y adaptación de patrones de diseño utilizados en IHC.
• Estudio y validación de nuevas tecnologías para propiciar la empatía e interacción natural entre robot y AcD, utilizando principios de IHR.  
• Un modelo para implementar intervenciones no farmacológicas para la estimulación cognitiva en el AcD y la reducción de comportamientos asociados a algún tipo de trastorno demencial.
• Datos cuantitativos y cualitativos derivados del estudio de campo en entornos reales sobre síntomas y comportamientos de personas que sufren demencia.
• Datos cuantitativos y cualitativos derivados del estudio de campo para la evaluación un sistema RAS para el apoyo de intervenciones para la estimulación cognitiva del AcD.

Gracias por su Atención...