Natural Scene Categorization

3.1.

PROCESO DE REHABILITACIÓN

En este trabajo de investigación una de las tareas principales ha sido el modelado del proceso de rehabilitación para así definir los requisitos y funcionalidades del sistema final. El proceso de

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rehabilitación definido en GNPT se basa en la división de las capacidades cognitivas del paciente en funciones cognitivas superiores, que a su vez se dividen en subfunciones cognitivas, como se ilustra en la Figura 15:

Figura 15. División en funciones y subfunciones cognitivas utilizada en GNPT

Con esta división se pretende abarcar todo el espectro cognitivo de un paciente, de manera que los contenidos de rehabilitación son diseñados por neuropsicólogos expertos para rehabilitar específicamente cada una de estas subfunciones, pudiendo así personalizar los tratamientos y adaptarnos a las necesidades específicas de cada sujeto. Como se puede ver en la figura de arriba, dentro del DCA se definen 3 funciones cognitivas superiores (atención, memoria y funciones ejecutivas) y 11 subfunciones (dividida, selectiva, sostenida; verbal, visual, de trabajo; categorización, flexibilidad, inhibición, planificación, secuenciación; respectivamente).

A continuación, se describe el proceso de rehabilitación cognitiva de pacientes con DCA definido por el Institut Guttmann cuando se utiliza GNPT, resumido en la siguiente figura:

Figura 16. Diagrama del proceso de rehabilitación definido en GNPT

El proceso comienza con la asignación del paciente a un terapeuta, que controlará y gestionará las sesiones de rehabilitación, siendo responsable del tratamiento. En ese momento, el terapeuta realiza la exploración neuropsicológica inicial (PRE), que consiste en la aplicación de una serie de tests (pruebas neuropsicológicas) validados clínicamente. Estos tests son utilizados por los neuropsicólogos para evaluar las capacidades cognitivas del paciente (atención, memoria y

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funciones ejecutivas) antes de comenzar el tratamiento. En la Tabla 4 se muestran dichos tests, así como la función y subfunción cognitiva que pretenden evaluar. La última columna de la tabla muestra el parámetro concreto de la prueba neuropsicológica que se usa para evaluar la subfunción.

Función Subfunción _{Neuropsicológica} Prueba Parámetro

Atención Sostenida CPT Omisiones Comisiones Tiempo de reacción WAIS-III TMT-A

Selectiva Test de Stroop

Palabra Color Palabra-Color

WAIS-III Claves

Dividida Test de Stroop Interferencia Stroop

TMT TMT-B

Memoria

De trabajo WAIS-III Dígitos inversos

WAIS-III Letras y números

Verbal Visual

Inmediato WAIS-III Dígitos directos

Corto Plazo RAVLT RAVLT total

Largo Plazo RAVLT RAVLT demorado

Reconocimiento RAVLT RAVLT reconocimiento

Funciones Ejecutivas

Planificación WAIS-III Cubos

PMR Nº Total de palabras

Inhibición Test Stroop Interferencia Stroop

WAIS-III Letras y Números

Flexibilidad WCST

WCST Errores Perseverativos

PMR Nº Total de palabras

Secuenciación WAIS-III Cubos

TMT TMT-B

Categorización WCST WCST Categorías

PMR Nº Total de palabras

Tabla 4. Relación de tests utilizados para la evaluación neuropsicológica de los pacientes

Para intentar ilustrar cómo se realiza esta exploración, utilizaremos como ejemplo el test WAIS-III (Cubos), que se utiliza para evaluar la capacidad de planificación de un sujeto. En la Figura 17 se muestran los cubos utilizados en esta parte del test.

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Utilizando estos cubos, el paciente tiene que reproducir una serie de patrones que le muestra el neuropsicólogo en una plantilla, como se muestra en la Figura 18. El neuropsicólogo puntúa tanto si el paciente es capaz o no de realizarlos, como cuánto tiempo ha empleado para ello.

Figura 18. Ejemplo de composición utilizando los cubos del WAIS-III

Así pues, tenemos una serie de resultados de tests de exploración, cuyas diferentes variables son utilizadas para evaluar las capacidades cognitivas de las 11 subfunciones. Para ello, cada test ha sido traducido semánticamente en la International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF) [Cieza02], como una taxonomía común para describir la discapacidad funcional y cognitiva de los pacientes. Este proceso sirve, a su vez, para mejorar la escalabilidad del sistema, ya que permitiría la introducción de nuevas herramientas de evaluación y comparar los resultados con esta taxonomía definida, en caso de que otros centros o profesionales no usaran las mismas escalas que el Institut Guttmann.

Antes de planificar sesiones de rehabilitación para un paciente, los resultados de estos tests se almacenan en el sistema como la evaluación PRE. A continuación, se calcula el perfil cognitivo del paciente, después de un proceso de normalización que tiene en cuenta la edad del paciente y su nivel educativo, siguiendo el estándar ICF. Este perfil cognitivo del paciente aporta al terapeuta información relevante para apoyar sus decisiones de tratamiento, ya que dan una medida clara del grado de afectación de cada subfunción cognitiva y, por tanto, de las necesidades de tratamiento de cada individuo. Dado que este perfil cognitivo es la base sobre la que después se ha diseñado el sistema de ayuda a la decisión implementado en GNPT, este proceso se describe más en detalle en el Capítulo 4.

Normalmente, los tratamientos de rehabilitación cognitiva en GNPT constan de 3 a 5 sesiones a la semana, para un total de 60 sesiones (aunque esto varía dependiendo de cada caso y sus capacidades o necesidades concretas). Los terapeutas definen estas sesiones de rehabilitación mediante la asignación de una serie de tareas por ordenador a un día concreto. Además, cada tarea es configurable, mediante una serie de parámetros de entrada (por ejemplo, número de imágenes a recordar, velocidad de presentación de los estímulos, o duración de la tarea), lo que permite personalizar los tratamientos ajustándolos a las necesidades concretas de cada paciente. Una vez que la sesión de rehabilitación está definida, el paciente ejecuta las tareas asignadas al día correspondiente, monitorizando los resultados y enviándolos de vuelta al servidor. De esta manera, el terapeuta puede consultar de manera asíncrona los resultados de ejecución. Estos resultados sirven al terapeuta para seleccionar los niveles de dificultad más apropiados para las sesiones siguientes, ajustándose de esta manera a la propia evolución del paciente durante el tratamiento.

Los neuropsicólogos han definido también, para cada tarea, cómo se calcula el resultado de ejecución, en lo que se denomina puntuación de la tarea o porcentaje de aciertos (ya que va de 0 a 100). Por supuesto, dependiendo del ejercicio de cada tarea, esta puntuación se calcula de una

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u otra manera. Por ejemplo, si una tarea requiere que el paciente seleccione una serie de imágenes que le han sido presentados con anterioridad, esta puntuación se calcula como el número de aciertos, dividido del número de errores y el número de omisiones.

El sistema define tres rangos de resultados de ejecución, los denominados rangos terapéuticos, de acuerdo a la puntuación obtenida por el paciente para cada tarea de rehabilitación que realiza. Estos rangos son:

 Rango terapéutico, cuando el resultado está entre el 65% y el 85% de respuestas correctas. En este caso, se considera que el paciente ha ejecutado la tarea con una configuración de dificultad adecuada para conseguir la máxima efectividad del tratamiento.

 Rango infra-terapéutico, cuando la puntuación está por debajo del 65%. En este caso, el nivel de dificultad de la tarea es demasiado elevado para las capacidades cognitivas del paciente, pudiendo llevar a la frustración.

 Rango supra-terapéutico, cuando la puntuación es mayor del 85%. En este caso, el nivel de dificultad de la tarea ha sido demasiado bajo para las capacidades del paciente, y posiblemente la activación neurológica no ha sido suficiente. Además, podría provocar aburrimiento en el paciente.

El sistema utiliza estos tres rangos para intentar mejorar la efectividad de la rehabilitación, ya que automáticamente lanza de nuevo una misma tarea, denominada tarea de rescate, cuando el resultado de ejecución no ha estado dentro del rango terapéutico. El sistema, automáticamente reajusta el nivel de dificultad, disminuyéndolo cuando la ejecución ha estado en rango infra- terapéutico, o aumentándolo cuando ha estado en supra-terapéutico. Para ello, el terapeuta ha de seleccionar qué parámetro será el utilizado por el sistema para ajustar esta carga de trabajo, identificando aquel que resulta más determinante para el objetivo terapéutico del paciente. Como máximo, el sistema lanza dos tareas de rescate sobre una misma tarea planificada, evitando que el paciente esté ejecutando una misma tarea en un bucle infinito.

En la Figura 19 se muestra un diagrama de actividad para ilustrar el procedimiento automático de lanzamiento de tareas de rescate por el sistema cuando la ejecución está fuera del rango terapéutico. El objetivo final es tener al paciente el máximo tiempo posible ejecutando tareas dentro del rango terapéutico, intentando así evitar rangos de dificultad demasiado fáciles (supra) o demasiado difíciles (infra), que no conseguirían la activación neurológica necesaria para que la rehabilitación sea más efectiva.

Para finalizar el proceso de rehabilitación, el terapeuta realiza una nueva exploración neuropsicológica cuando el paciente ha finalizado el tratamiento, en lo que denominamos evaluación POST. Esta evaluación POST se compara con la inicial PRE para determinar las mejoras en las capacidades cognitivas del paciente, evaluando la mejora para cada una de las 11 subfunciones definidas.

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Figura 19. Diagrama que ilustra el lanzamiento automático de tareas de rescate en GNPT

3.2.

TAREAS DE REHABILITACIÓN

El contenido de rehabilitación utilizado en GNPT está formado por una serie de tareas computerizadas, programadas en Java, que pretenden crear un catálogo de ejercicios cognitivos suficiente para la rehabilitación de las funciones y subfunciones cognitivas definidas en el sistema. Como se ha adelantado anteriormente, cada una de las tareas de rehabilitación definidas en GNPT ha sido específicamente diseñada, por neuropsicólogos expertos en neurorrehabilitación del Institut Guttmann, para rehabilitar una subfunción cognitiva. Este diseño se ha basado en paradigmas cognitivos que pretenden centrar el objetivo rehabilitador en una subfunción, ya que de esta manera obtenemos una mayor personalización de los tratamientos dependiendo de las capacidades cognitivas que debamos rehabilitar para cada paciente. En total, GNPT tiene un catálogo 95 tareas diferentes diseñadas para la rehabilitación del DCA.

Veamos con unos ejemplos de tareas lo anteriormente descrito:

 Fragmentos: en esta tarea, el paciente tiene que seleccionar los fragmentos de la parte inferior y arrastrarlos para que encajen en los huecos de la parte de arriba, como se muestra en el ejemplo de la Figura 20. Esta tarea está diseñada para abordar una posible dificultad o incapacidad del paciente para organizar los pasos a seguir a la hora

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de realizar una actividad, es decir, la subfunción de secuenciación dentro de las funciones ejecutivas.

Figura 20. Ejemplo de tarea de categorización: Secuenciación

 Bingo: esta tarea simula una partida de bingo, donde el paciente ha de tachar de su cartón los números que se le van presentado en la parte superior hasta completar todos, como se muestra en la captura de pantalla de la Figura 21. Dentro de la subfunción de atención sostenida, el objetivo terapéutico sería el de rehabilitar la dificultad o incapacidad para mantener la atención en una tarea concreta durante un período de tiempo largo.

Figura 21. Ejemplo de tarea de atención sostenida: Bingo.

 Orden temporal: en esta tarea se le muestran al paciente unas imágenes en secuencia, que después (pasado un tiempo de latencia) deberá ordenar. El paciente las ordena haciendo clic en las cajitas azules que se muestran debajo de cada imagen, como se muestra en el ejemplo de la Figura 22. El objetivo terapéutico de esta tarea, perteneciente a la subfunción memoria visual, es el de rehabilitar la dificultad o incapacidad de reconocer estímulos vistos anteriormente.

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Figura 22. Ejemplo de tarea de memoria visual: Orden temporal

Como hemos explicado anteriormente, los déficits que puede presentar un paciente son muy diversos, por lo que el sistema debe ser capaz de ajustarse a las capacidades concretas de cada paciente. Es decir, cada tarea debe ser configurable en su dificultad, lo que se consigue mediante la definición de una serie de parámetros de entrada que permiten al terapeuta ajustar la dificultad presentada en cada ejercicio planificado. Por ejemplo, la tarea de atención sostenida Bingo, tiene los siguientes parámetros de entrada definidos:

 Dimensión de la matriz: este parámetro representa el tamaño del cartón, es decir, el número de filas y columnas presentado al usuario. Puede tomar uno de los siguientes valores: “4x4”, “5x5” o “6x6”. Lógicamente, cuanto mayor sea el cartón, más difícil será la tarea.

 Tiempo de presentación: este parámetro sirve para configurar cuánto tiempo permanece el número diana (el que el usuario tiene que clicar en el cartón) en la pantalla, pudiendo valer 4, 3.5, 3, 2.5 o 2 segundos. En este caso, cuanto menos sea este valor, más difícil será la tarea.

 Nivel: este parámetro puede tomar los valores “ordenado” o “desordenado”, teniendo relación con el modo en que los números son distribuidos en el cartón. En este caso, un cartón desordenado conseguirá una configuración de dificultad mayor.

Cabe destacar cómo cobran especial relevancia el hecho de conseguir interfaces accesibles en todo sistema de telemedicina [Rotondi07], más aún si tenemos en cuenta los usuarios finales de nuestro sistema: pacientes con problemas cognitivos como consecuencia de un DCA. En general, es deseable conseguir un diseño sencillo y consistente, para lograr que el paciente se sienta familiar con el entorno, provocándole la menor distorsión posible (recordar que el objetivo final es la rehabilitación, no el entretenimiento). Por tanto, en el diseño de las tareas de rehabilitación de GNPT se ha seguido un patrón común, que pretende alcanzar la máxima usabilidad basada en los déficits cognitivos más comunes que sufren estos pacientes, relacionados con la percepción, la atención, o la memoria semántica. Así, para aumentar la usabilidad lo más posible, se han aplicado patrones de coherencia y consistencia, con el objetivo de mantener uniformidad entre el diseño de todas las pantallas que se le presentan al usuario. De esta manera, se han seguido guías de usabilidad [Small05] relativas al uso de fondos o disposición de los elementos (botones, imágenes, etc.), así como el uso de los mismos colores para elementos equivalentes entre las diferentes tareas, de manera que logremos una identificación lo más fácil e intuitiva posible de los mismos. Además, los métodos de interacción utilizados (al contrario que posibles soluciones basadas en entornos 3D más complejos) son lo más simples posibles, como clics de ratón sobre botones grandes, de manera que además se permite la utilización en dispositivos táctiles de manera sencilla.

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Otro aspecto relevante de cómo han sido diseñados los contenidos de rehabilitación en GNPT, es que todas las tareas siguen una misma secuencia de estados bien definida, como se ilustra en la siguiente Figura 23:

Figura 23. Diagrama de estados seguido en todas las tareas GNPT

Por tanto, toda tarea comienza con la presentación de una pantalla de instrucciones, donde se le indica al usuario lo que deberá realizar a continuación de manera clara y concisa. A continuación, viene la pantalla de estímulos, que podría ser por ejemplo una serie de números que tiene que memorizar. Después de un período de latencia, viene la pantalla de respuesta, donde el usuario introduce sus respuestas. En todo momento el usuario puede ir a la pantalla de ayuda, donde se le recuerda lo que se espera de él en el ejercicio. Por último, toda tarea finaliza con la presentación de un resumen de los resultados obtenidos, de manera que el paciente sepa cómo de bien o mal ha realizado el ejercicio.

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3.3.

DISEÑO CENTRADO EN EL USUARIO (DCU)

La metodología utilizada para el desarrollo del sistema de tele-neurorrehabilitación se basa en un modelo centrado en usuario. El Diseño Centrado en el Usuario (DCU) [Usability13] (en inglés, User- Centered Design) es una filosofía de diseño en la que las necesidades, requerimientos y limitaciones del usuario final del producto constituyen el foco de cada etapa del proceso de diseño. De esta forma, involucrando al usuario en cada fase del proceso de desarrollo se garantiza que el producto final responda a sus necesidades y características particulares.

Existe un estándar internacional que sienta las bases para muchas metodologías DCU. Este estándar (ISO 13407: Human-centered design process) define un proceso genérico para introducir actividades centradas en el usuario a lo largo del ciclo de vida de desarrollo de un producto, pero sin especificar métodos exactos o concretos [Usability13]. En este modelo, una vez que se han especificado las necesidades del usuario, se identifican cuatro actividades principales, que se pueden ver en el siguiente diagrama del ciclo de trabajo:

Figura 24. Diagrama de Diseño Centrado en Usuario

1. Especificar el contexto de uso: identificar las personas que usarán el sistema, para qué