Toward an Intelligent Long-Term Assistance for People with Dementia In the Context of Navigation in Indoor Environments

• Main Author: Ly Tung, Nam
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2017
• Subjects: ddc:000; ddc:150; ddc:500
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/15523; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-155235; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-155235; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/15523/LyTung_Nam_Dementia.pdf

Dementia is a complex neurodegenerative syndrome that by 2050 could affect about 135 Million people worldwide. People with dementia experience a progressive decline in their cognitive abilities and have serious problems coping with activities of daily living, including orientation and wayfinding tasks. They even experience difficulties in finding their way in a familiar environment. Being lost or fear of getting lost may consequently develop into other psychological deficits such as anxiety, suspicions, illusions, and aggression. Frequent results are social isolation and a reduced quality of life. Moreover, the lives of relatives and caregivers of people with dementia are also negatively affected. Regarding navigation and orientation, most existing approaches focus on outdoor environment and people with mild dementia, who have the capability to use mobile devices. However, Rasquin (2007) observe that even a device with three buttons may be too complicated for people with moderate to severe dementia. In addition, people who are living in care homes mainly perform indoor activities. Given this background, we decided to focus on designing a system for indoor environments for people with moderate to severe dementia, who are unable or reluctant to use smartphone technology. Adopting user-centered design approach, context and requirements of people with dementia were gathered as a first step to understand needs and difficulties (especially in spatial disorientation and wayfinding problems) experienced in dementia care facilities. Then, an "Implicit Interactive Intelligent (III) Environment" for people with dementia was proposed emphasizing implicit interaction and natural interface. The backbone of this III Environment is based on supporting orientation and navigation tasks with three systems: a Monitoring system, an intelligent system, and a guiding system. The monitoring system and intelligent system automatically detect and interpret the locations and activities performed by the users i.e. people with dementia. This approach (implicit input) reduces cognitive workload as well as physical workload on the user to provide input. The intelligent system is also aware of context, predicts next situations (location, activity), and decides when to provide an appropriate service to the users. The guiding system with intuitive and dynamic environmental cues (lighting with color) has the responsibility for guiding the users to the places they need to be. Overall, three types of a monitoring system with Ultra-Wideband and iBeacon technologies, different techniques and algorithms were implemented for different contexts of use. They showed a high user acceptance with a reasonable price as well as decent accuracy and precision. In the intelligent system, models were built to recognize the users’ current activity, detect the erroneous activity, predict the next location and activity, and analyze the history data, detect issues, notify them and suggest solutions to caregivers via visualized web interfaces. About the guiding systems, five studies were conducted to test and evaluate the effect of lighting with color on people with dementia. The results were promising. Although several components of III Environment in general and three systems, in particular, are in place (implemented and tested separately), integrating them all together and employing this in the dementia context as a fully properly evaluation with formal stakeholders (people with dementia and caregivers) are needed for the future step. === Demenz ist ein komplexes neurodegeneratives Syndrom, von dem bis zum Jahre 2050 weltweit 135 Millionen Menschen betroffen sein könnten. Menschen mit Demenz erleben einen fortschreitenden Verlust ihrer kognitiven Fähigkeiten und haben Probleme alltägliche Aufgaben durchzuführen, was auch Orientierung und Navigationsaufgaben einschließt. Sie haben sogar Schwierigkeiten, sich in einer für sie vertrauten Umgebung zurechtzufnden. Orientierungslosigkeit oder die Angst davor sich zu verlaufen können sich zu negativen psychische Zuständen wie Ängstlichkeit, Misstrauen, Illusionen oder Aggressionen entwickeln. Häufges Ergebnis sind soziale Isolation und eine reduzierte Lebensqualität. Darüber hinaus betreffen diese Probleme auch die Leben von Verwandten und Pflegern der Menschen mit Demenz. Die meisten bestehenden Ansätze zur Navigation und Orientierung konzentrieren sich auf indoor Aktivitäten und Menschen mit milder Demenz, die fähig sind Mobile Geräte zu nutzen. Wie Rasquin (2007) beobachtete, kann aber sogar ein Gerät mit drei Knöpfen zu kompliziert für Menschen mit mittlerer bis schwerer Demenz sein. Zusätzlich fnden die meisten Aktivitäten von Pflegeheimbewohnern innerhalb des Gebäudes statt. Vor diesem Hintergrund beschlossen wir uns auf das Design eines Indoor-Navigationssystems für Menschen mit mittlerer bis schwerer Demenz zu konzentrieren, die nicht in der Lage oder nicht willens sind Smartphones zu nutzen. In einem Nutzerzentrierten Design Ansatz erhoben wir zuerst den Kontext und die Anforderungen für Menschen mit Demenz um Bedürfnisse und Schwierigkeiten (besonders der räumlichen Orientierungslosigkeit und Navigation) zu verstehen, die in Demenz - Pflegeeinrichtungen auftreten. Dann schlugen wir ein „Implicit Interactive Intelligent (III) Environment“ für Menschen mit Demenz vor, das die implizite Interaktion mit natürlichen Bedienoberflächen betont. Die Grundlage dieses III Environments besteht darin, Orientierungsund Navigationsaufgaben durch drei Systeme zu unterstützen: ein Überwachungssystem, ein intelligentes System, und ein Leitsystem. Das Überwachungssystem und das intelligente System erkennen und interpretieren automatisch die Standorte und Aktivitäten der Nutzer, d.h. Menschen mit Demenz. Dieser Ansatz (implicit input) reduziert mentale sowie körperliche Belastung des Nutzers hinsichtlich der Eingaben. Das intelligente System kennt den Kontext, sagt bevorstehende Situationen vorher (Standort, Aktivität) und entscheidet, wann es dem Nutzer Ausgaben zur Verfügung stellt. Das Leitsystem ist mit seinen intuitiven und dynamischen Umgebungshinweisen (farbige Beleuchtung) zuständig die Nutzer an ihre Plätze zu führen. Insgesamt wurden drei Varianten eines Überwachungssystems mit Ultra-Breitband und iBeacon Technologie, unterschiedlichen Techniken und Algorithmen für verschiedene Nutzerkontexte entwickelt. Sie zeigen hohe Nutzerakzeptanz bei vernünftigen Preisen sowie akzeptabler Messgenauigkeit und Klassifkationspräzision. Im intelligenten System wurden Modelle integriert, die die aktuelle Aktivität und Fehlverhalten der Nutzer erkennen, ihren nächsten Standort und Aktivität voraussagten und frühere Daten analysierten, Probleme identifzieren und vermerken und Pflegern Lösungen in visuellen Benutzerschnittstellen vorschlagen. Die Leitsysteme wurden in sechs Studien getestet um den Effekt ihrer farbigen Beleuchtung auf Menschen mit Demenz zu evaluieren. Die Ergebnisse sind vielversprechend. Obwohl einige Komponenten des III Environments im Allgemeinen und drei Systeme im Speziellen bereit sind (implementiert und separat getestet), ist es für zukünftige Schritte notwendig, alles zu integrieren, im Demenz Kontext einzusetzen und mit offziellen Interessenvertretern (Menschen mit Demenz) vollständig zu evaluieren.