Soluzioni di realtà virtuale e aumentata per la riabilitazione cognitiva di soggetti con grave cerebrolesione acquisita

Background Severe acquired brain injuries (sABI) may have a traumatic or non-traumatic origin and together represent one of the leading causes of death and permanent disability in the world. An aspect that distinguishes them is that they affect not only the weakest and most fragile groups, namely the elderly and children, but also young adults, with serious consequences for the whole society. The quality of life of those who survive is often poor and can progressively deteriorate. Traditional rehabilitation can be helpful, but in most cases it is insufficient to ensure the effective improvement of autonomy and well-being of patients. The new technologies thus respond to this purpose, including virtual and augmented reality ones, on which this thesis focuses. Objectives The primary objective of this paper is to offer an overview of the uses of virtual and augmented reality technologies, in particular in the healthcare field. Secondary one, is to analyze the state of the art and achieve a greater background knowledge on the causes and problems of sABI. Third and final, is to present a project in development of the Computer Science Department in collaboration with the PUZZLE Center in Turin, to which I contributed making some scenarios that could be useful later in the experimental phase. Materials and methods A review of the state of the art on this topic is therefore proposed. The writing of this paper took place through a research work where mainly medical and scientific literature databases, such as “Google Scholar” and “PubMed” were used. The various kinds of information were then integrated with each other to offer an overview as full as possible. Results From the papers analyzed it emerged that virtual reality and augmented reality consist of two new media that allow to overcome the illusory component and to produce tangible and concrete results in everyday reality, by the sense of presence, immersion and interactivity.They can be used to design applications for therapeutic purposes, to improve the skills transfer learned to the real environment, through elements such as gamification and multiple sensory feedback; with the goal of promoting a more active participation and ensuring faster and more efficient changes in brain plasticity. To pursue this aim, user interface and user experience must be designed so as to be user-friendly. Conclusions What the current clinical evidence shows is that augmented and virtual reality technologies can lead to the improvement of motor and cognitive recovery, if in addition to conventional rehabilitation. However, due to the heterogeneity of these studies, it is not clear who can mostly benefit from this type of rehabilitation and which technological features are to be preferred. Therefore, further research is needed towards better identifying which factors contribute to determining the best virtual and augmented reality solutions applied to subjects with severe acquired brain injuries. A combination of these technologies and BCIs, robots or non-invasive brain stimulation is expected to be successfully integrated in the near future; with the final purpose of giving not only hope, but certainty to those who manage to survive such an insidious polypathology.

Background Le gravi cerebrolesioni acquisite (GCA) possono avere origine traumatica o non traumatica e insieme rappresentano una delle principali cause di morte e di disabilità permanente al mondo. Un aspetto che le caratterizza è che vanno a colpire non solo le fasce più deboli e fragili, cioè gli anziani e i bambini, ma anche i giovani adulti, con conseguenze gravi per l’intera società. La qualità della vita di chi sopravvive è spesso carente e può gradualmente peggiorare. La riabilitazione tradizionale può essere utile, ma nella maggior parte dei casi risulta insufficiente a garantire l'effettivo miglioramento dell’autonomia e del benessere dei pazienti. A questo scopo rispondono quindi le nuove tecnologie, tra cui quelle a realtà virtuale e aumentata su cui si incentra questa tesi. Obiettivi Primo tra gli obiettivi di questo elaborato è offrire una panoramica sugli utilizzi delle tecnologie a realtà virtuale e aumentata, in particolare in campo medico-sanitario. Secondo, analizzare lo stato dell’arte e ottenere una maggiore conoscenza di fondo sulle cause e le problematiche delle GCA. Terzo e ultimo, presentare un progetto in via di sviluppo del Dipartimento di Informatica in collaborazione con il Centro PUZZLE di Torino, al quale ho contribuito con la realizzazione di alcuni scenari che potranno essere utili successivamente in fase di sperimentazione. Materiali e metodi Viene proposta dunque una revisione dello stato dell’arte presente su questo argomento. La stesura di questo elaborato è avvenuta mediante un lavoro di ricerca dove sono stati utilizzati principalmente database di letteratura medico-scientifica, quali “Google Scholar” e “PubMed”. Le varie informazioni sono state poi integrate tra loro per offrire un quadro il più completo possibile. Risultati Dagli articoli analizzati è emerso che la realtà virtuale e quella aumentata consistono in due nuovi media che permettono di superare la componente illusoria e di produrre risultati tangibili e concreti nella realtà quotidiana, attraverso la presenza, l’immersione e l’interattività. Possono servire a progettare applicazioni a fini terapeutici per migliorare il trasferimento delle abilità apprese verso l’ambiente reale, tramite elementi quali la gamification e i multipli feedback sensoriali; con l’obiettivo di promuovere una partecipazione più attiva e garantire un più rapido ed efficiente sviluppo della neuroplasticità cerebrale. Nel perseguire tale scopo l’interfaccia utente e la user experience devono essere progettate di modo da essere user-friendly. Conclusioni Ciò che l’attuale evidenza clinica mostra è che le tecnologie a realtà aumentata e virtuale possono portare al miglioramento del recupero motorio e cognitivo, se in aggiunta alla terapia riabilitativa tradizionale. Tuttavia, a causa dell’eterogeneità degli studi, non è chiaro chi nello specifico possa trarre il maggior beneficio da questo tipo di riabilitazione e quali caratteristiche tecnologiche siano da preferire. Risultano dunque necessarie nuove ricerche al fine di individuare meglio quali fattori contribuiscano a determinare le migliori soluzioni di realtà virtuale e aumentata applicate a soggetti con grave cerebrolesione acquisita. Si prevede che una combinazione tra queste tecnologie e le BCI, i robot o la stimolazione cerebrale non invasiva possa in futuro esser integrata con successo; col fine ultimo di offrire non solo più speranze, ma certezze a coloro che riescono a sopravvivere a una così insidiosa.