Robot -Therapie hilft Kindern mit Autismus

" Aiden , schau! " verrohrt NAO , einen halben Meter hoch humanoiden Roboter , da er deutete auf einen Flachbildschirm auf einem gegenüberliegenden Wand . Als Comic-Hund Scooby Doo blitzte auf dem Bildschirm , Aiden , ein kleiner Junge mit einem widerspenstigen Stroh Stroh - gefärbte Haare , blickte in die Richtung der Roboter zeigte.

Aiden , der dreieinhalb Jahre alt ist , hat mit Autismus -Spektrum-Störung (ASD) diagnostiziert worden. NAO (ausgesprochen " jetzt " ) ist die Verkleinerungsform " Frontmann " für ein ausgeklügeltes System von Kameras, Sensoren und Computer speziell entwickelt, um Kinder wie Aiden lernen, ihre Aufmerksamkeit mit anderen Menschen und Objekte in ihrer Umgebung zu koordinieren. Diese grundlegende soziale Kompetenz wird als gemeinsame Aufmerksamkeit . Normal entwickelte Kinder lernen es natürlich . Kinder mit Autismus , aber Schwierigkeiten haben, es zu beherrschen und das Unvermögen kann in eine Vielzahl von Lernschwierigkeiten Verbindung , während sie altern .

Ein interdisziplinäres Team von Maschinenbauern und Autismus -Experten an der Vanderbilt University haben das System entwickelt und verwendet es , um zu zeigen , dass Robotersysteme können leistungsfähige Werkzeuge für die Verbesserung der sozialen Grund Lernfähigkeiten von Kindern mit ASD können. Schreiben in der März-Ausgabe des IEEE Transactions on Neuronale Systeme und Rehabilitationstechnik, Berichten die Forscher , dass Kinder mit ASD mehr Aufmerksamkeit auf den Roboter und folgte seinen Anweisungen fast so gut wie sie es taten jene einer menschlichen Therapeuten in Standard- Übungen verwendet werden, um gemeinsame Aufmerksamkeit Fähigkeiten zu entwickeln.

Das Ergebnis zeigt , dass Roboter könnte eine entscheidende Rolle bei der Reaktion auf die " gesundheitliche Notlage " , die durch das schnelle Wachstum in der Zahl der Kinder geschaffen wurde, mit ASD diagnostiziert spielen . Heute, ein in 88 Kindern (ein in 54 Jungen) werden mit ASD diagnostiziert. Das ist ein 78 -Prozent-Zunahme in nur vier Jahren . Der Trend hat erhebliche Auswirkungen auf Gesundheitsbudgets der Nation , weil Schätzungen der Lebenszeitkosten der Behandlung von ASD -Patienten reicht von vier bis sechs Mal höher als bei Patienten ohne Autismus.

" Dies ist die erste reale Test, ob intelligente adaptive Systeme können einen Einfluss auf Autismus ", sagte Teammitglied Zachary Warren , der Therapie und Forschungsinstitut für Autismus- Spektrum-Störungen ( TRIAD ) in Vanderbilt Kennedy Center leitet .

Die Initialzündung für das Projekt kam von der Vanderbilt Professor für Maschinenbau und Technische Nilanjan Sarkar . Seine eigene Forschung beinhaltete die Entwicklung von Systemen , die Mensch-Maschine- Schnittstelle zu verbessern. Er tat dies durch das Ausstatten von Computer / Roboter Anwender mit Biosensoren und Analyse von Veränderungen in verschiedenen Lesungen wie Blutdruck und die Haut als Reaktion auf ihren emotionalen Zustand zu bewerten. Die Informationen wurden an Programm Computer und Roboter verwendet werden, um entsprechend zu reagieren .

Vor sechs Jahren , bei einem Besuch in seinem Cousin in Indien gelernt Sarkar , dass der Sohn seines Vetters war mit ASD diagnostiziert. "Nachdem ich etwas gelernt über Autismus , fiel mir ein , dass meine Forschung könnte wertvoll für die Behandlung von ASD sein", sagte er.

Damals hatte mehrere Versuche durchgeführt worden, die kleine Kinder im Allgemeinen und Kleinkinder mit ASD insbesondere vorgeschlagen , fand Roboter besonders attraktiv . "Wir wussten , dass dies gab uns einen Vorteil , aber wir hatten , um herauszufinden, wie es zu nutzen, um soziale Kompetenz der Kinder zu verbessern ", sagte Sarkar .

" Man kann nicht einfach fallen lassen einen Roboter nach unten vor einem Kind und erwarten , dass es funktioniert ", so Warren . "Sie müssen eine hoch entwickelte adaptive Struktur um den Roboter zu entwickeln, bevor es funktioniert. "

Um diese Struktur , die sie mit dem Namen ARIA entwickeln ( Adaptive Robot -vermittelte Intervention Architektur), Sarkar und Warren stellte ein Team , das von Esubalew Bekele , ein Student der Elektrotechnik und Computertechnik , Uttama Lahiri , Doktorand im Maschinenbau besteht , die ist derzeit ein Assistent Professor für Elektrotechnik an der Indian Institute of Technology in Gandhinagar , Amy Swanson, Projektleiter bei TRIAD und Julie Crittendon , Assistant Professor für Pädiatrie an der Vanderbilt University Medical Center.

Das Team entschied , dass ein Robot-System hatte das größte Potenzial Arbeits mit kleinen Kindern. "Die Forschung hat gezeigt, dass ein frühzeitiges Eingreifen , individualisierte zu den Bedürfnissen der Lernenden gezeigt , ist derzeit der effektivste Ansatz für die Unterstützung von Kindern mit Autismus entwickeln die grundlegenden sozialen Kommunikationsfähigkeiten , die sie benötigen , um produktiv erwachsen werden ", sagte Crittendon .

So die Forscher baute eine " intelligente Umgebung " um NAO , einem kommerziellen humanoiden Roboter in Frankreich, dessen Steuerungsarchitektur wurde mit dem Ziel erweitert werden. Der kleine Roboter steht auf einem Tisch im vorderen Teil des Raumes . Flachbildschirme sind an den Seitenwänden befestigt . Der Stuhl, auf dem das Kind sitzt, blickt auf den vorderen Teil des Raumes und hoch genug ist , um den Roboter auf Augenhöhe gebracht . Das Zimmer ist mit einer Reihe von preiswerten Web-Kameras , die auf dem Stuhl ausgerichtet sind ausgestattet. Ihr Zweck ist die Kopfbewegungen des Kindes zu verfolgen , so dass das System bestimmen, wo er oder sie suchen. Um bei diesen Bemühungen zu helfen , Kinder in der Studie trug eine Baseballmütze mit einem Streifen von LED-Leuchten , die den Computer darf ableiten , wo sie suchen, eingerichtet.

NAO hat mit einer Reihe von verbalen Anweisungen programmiert ist, wie " hier sehen " und " lassen Sie uns etwas mehr, " und Gesten wie der Suche und zeigt auf eine der Anzeigen , die Sie den Anweisungen, und Gesten, die menschlichen Therapeuten in imitieren gemeinsame Aufmerksamkeit Training. Das Protokoll beginnt mit einer verbalen Aufforderung , die das Kind fordert, auf einem Bild oder Video auf einem der Bildschirme angezeigt aussehen. Wenn das Kind nicht reagiert, dann stellt der Therapeut eine zunehmende Unterstützung durch die Kombination einer verbalen Aufforderung mit körperlichen Gesten wie aus dem Kopf oder zeigt. Wenn das Kind schaut auf die Ziel dann der Therapeut antwortet mit Lob, wie zu sagen , das Kind , " gute Arbeit geleistet. "

Das Setup erlaubt den Forschern , um die relative Wirksamkeit der roboterbasierten System und Menschen Therapeuten in gemeinsame Aufmerksamkeit Training mit einem Dutzend 2- bis 5 -jährige Kinder zu testen, sechs mit ASD und einer Kontrollgruppe von sechs normal entwickelten Kindern . Sie wechselten kurze menschliche orientierten und Roboter -geführte Schulungen und verglichen , wie die Kinder durchgeführt .

Die Prüfung ergab, dass die Kinder in beiden Gruppen mehr Zeit Blick auf die Roboter , als sie damit verbracht, an der menschlichen Therapeuten. Während der Mensch- Sitzungen führte die Kinder in der Kontrollgruppe verbrachten deutlich mehr Zeit vor dem Therapeuten als die Kinder mit Asperger-Syndrom hat . Bei dem Roboter geführten Sitzungen jedoch etwa die gleiche Menge an Zeit, sich auf den Roboter ausgegeben beide Gruppen .

" Die Kinder- Eingriff mit dem Roboter war ausgezeichnet, " Crittendon sagte, " und wir sahen Verbesserungen in allen Bereichen in beiden Gruppen. "

Eines der wichtigsten Elemente der ARIA ist die Closed-Loop- Design. Der Roboter passt sein Verhalten für jedes Kind automatisch je nachdem, wie er oder sie reagiert. "Es gibt ein Sprichwort in das Feld " Wenn Sie ein Kind mit Asperger-Syndrom gesehen haben , können Sie ein Kind mit Asperger-Syndrom gesehen habe. " So eine Größe passt nicht allen . Um nützlich zu sein , muss das System anpassungsfähig sein ", sagte Warren .

Zusätzlich wird ARIA nicht für menschlichen Therapeuten, die knapp sind zu ersetzen, sondern um ihre Bemühungen zu nutzen. " Ein Therapeut tut viele Dinge, die Roboter können nicht tun", sagte Sarkar . "Aber ein Roboter -zentrierten System könnte bieten viel von der wiederholte Praxis , die wesentlich für das Lernen . Die Kosten für Robotersysteme , wie dies auch in der Zukunft kommen , so sollte es einfach für sich selbst zahlen durch Ergänzung menschliche Intervention . "

Warren hofft, dass Robotersysteme können als " Brandbeschleuniger -Technologie " , die tatsächlich erhöht die Geschwindigkeit, mit der Kinder mit Asperger-Syndrom lernen die sozialen Fähigkeiten, die sie benötigen, zu handeln. Durch den Erfolg dieser aktuellen Studie ermutigt, Sarkar und Warren haben begonnen, Roboter -vermittelte Autismus-Intervention -Systeme, die anderen Defizite von Kindern mit Autismus , wie Imitation Lernen , Rollenspiele und gemeinsame Nutzung befassen wird .