A conceptual parametric cognitive framework for advancing Smart Homes' interaction paradigms for people with dementia and Alzheimer's Disease

La esperanza de vida promedio de las personas en todo el mundo ha ido aumentando constantemente durante las últimas décadas. Gracias a los avances de la medicina, las poblaciones envejecidas de Europa ahora pueden llevar una vida normal o, con la ayuda de la medicación adecuada, una vida soportable. No obstante, en ocasiones, y como parte natural del proceso de envejecimiento, pueden producirse problemas como la pérdida de memoria y dificultades funcionales en la vida cotidiana. Estos problemas pueden ser el resultado de un envejecimiento normal. Cuando estos problemas parecen ser más graves que los detectados en la mayoría de las personas mayores, los médicos lo definen como una condición conocida como deterioro cognitivo leve. Este trastorno tiene el potencial de mejorar y volver a los niveles normales, o puede empeorar y eventualmente conducir a la demencia. El segundo escenario es más común entre las personas mayores que experimentan dificultades de memoria en una etapa temprana. La pérdida de memoria, la dificultad en la planificación y el lenguaje, los problemas de orientación y la falta de juicio son solo algunos de los síntomas que pueden asociarse a la demencia, que es tanto un término como un síndrome que se utiliza para caracterizar múltiples síntomas. La enfermedad de Alzheimer, la causa más común de demencia es una de un conjunto de enfermedades neurodegenerativas que aún no son completamente curables y es la principal causa de demencia. Los tratamientos disponibles actualmente solo pueden aliviar los síntomas y proporcionar cierto grado de estabilidad con respecto a la progresión de la enfermedad a lo largo del tiempo. Los problemas causados por la demencia impactan no solo a la persona mayor afectada sino también a las demás personas de su entorno inmediato. La carga de estos individuos la llevan sus familias, sus carreras y la sociedad en general, los cuales se esfuerzan por apoyarlos de diversas formas. La pérdida de memoria y la dificultad para realizar las tareas cotidianas son los dos problemas principales que surgen como resultado de la demencia y la enfermedad de Alzheimer. Puede ser bastante difícil para las personas mayores que viven con esta condición llevar a cabo las actividades de la vida diaria cuando en estas condiciones. Los principales medios a través de los cuales estas personas pueden recibir asistencia son a través de sus propios familiares y cuidadores. Sin embargo, esta situación genera varios problemas socioeconómicos, como la tensión del cuidado, el costo de la atención y otros. Esta población puede beneficiarse de las ayudas que la tecnología y los hogares inteligentes pueden brindar. Esta tesis presenta metodologías y un marco cognitivo que son capaces de comprender las dificultades que tienen las personas con demencia y la enfermedad de Alzheimer para realizar sus actividades diarias. Ofrece resultados que pueden ser utilizados por un hogar inteligente para comprender al usuario de una manera alternativa y, en última instancia, contextualizar el entorno de acuerdo con las necesidades del usuario. La predicción del comportamiento humano durante el desempeño de las tareas diarias tiene el potencial de recrear escenarios de casos de uso del mundo real, lo que a su vez tiene el potencial de reforzar la ejecución de las actividades diarias. Esta tesis comienza por comprender algunas necesidades de los usuarios y tecnológicas de estas personas y avanza entregando un marco cognitivo con modelos de actividades diarias. La principal metodología para lograrlo es siguiendo los principios fundamentales de la investigación tales como: identificación del problema, soluciones existentes, novedad, diseño de la metodología de la solución, implementación y validación. Para captar las necesidades tecnológicas y algunas necesidades de los usuarios, se han realizado entrevistas para recopilar esta información. Para diseñar el marco cognitivo, se han realizado investigaciones en diferentes dominios para identificar varios elementos tales como: trabajo existente, técnicas de modelado, tecnologías de hogar inteligente, modelado de memoria, etc. Además, al ser parte del proyecto ACROSSING ITN EU H2020, esta investigación utilizó material específico que impulsó significativamente los resultados científicos. Los resultados se presentan a través de 4 preguntas de investigación que están siendo respondidas. La primera pregunta se responde individualmente con las entrevistas como material, mientras que las preguntas de investigación 2-4 se responden a través de todo el proceso de modelado y generación de resultados en el marco cognitivo. Los principales resultados de la tesis se refieren a: a) las personas mayores pueden aceptar y explotar soluciones tecnológicas con cierta orientación, b) es posible modelar actividades de la vida diaria y generar diferentes condiciones y estados cognitivos, c) es posible estimar la cantidad de ayuda que alguien con demencia requiere de un cuidador, y d) los hogares inteligentes pueden explotar este marco y el paradigma de Internet de las cosas para proporcionar intervenciones automáticas, no intrusivas y transparentes. Los planes futuros incluyen la continuación del trabajo en este dominio y la mejora del marco con nuevas pruebas de evaluación, más actividades y una taxonomía renderizada con paradigmas de intervención e interacción adecuados según el grado de demencia. ABSTRACT The average life expectancy of people all around the world has been steadily increasing for the past few decades. The aged populations in Europe are now able, thanks to advances in medicine, to live lives that are either normal or, with the help of appropriate medication, lives that are bearable. Nevertheless, it can, on occasion, and as a natural part of the aging process, produce problems such as memory loss and functioning difficulties in day-to-day living. These issues can be a result of normal aging. When these issues appear to be more severe than the ones detected in most senior people, then it is defined as a condition known as mild cognitive impairment by the doctors. This disorder has the potential to improve and return to normal levels, or it can worsen and eventually lead to dementia. The second scenario is more common among older people who experience memory difficulties at an earlier stage. Memory loss, difficulty with planning and language, problems with orientation, and poor judgment are just some of the symptoms that can be associated with dementia, which is both a term and a syndrome used to characterize multiple symptoms. Alzheimer's disease, the most common cause of dementia, is one of a set of neurodegenerative diseases that are not yet completely curable and is the leading cause of dementia. The currently available treatments can only alleviate the symptoms and provide some degree of stability regarding the disease's progression over the course of time. The problems caused by dementia impact not only the affected elderly person but also the others in their immediate environment. The burden of these individuals is carried by their families, the careers, and the society at large, all of which make an effort to support them in a variety of ways. Memory loss and difficulty doing day-to-day tasks are the two primary issues that arise as a result of dementia and Alzheimer's disease. It can be quite difficult for elderly persons living with this condition to carry out the activities of daily living when the conditions are like this. The primary means via which these individuals can receive assistance are through their own family members and careers. However, this situation gives birth to several socioeconomic issues, such as the strain of caregiving, the cost of care, and others. This population can benefit from the assistance that technology and smart homes can provide. This thesis presents methodologies and a cognitive framework that are capable of understanding the difficulties that people with dementia and AD have in carrying out their daily activities. It delivers results that can be used by a smart home in order for it to understand the user in an alternative way, ultimately, contextualize the environment according to the user's needs. The prediction of human behavior during the performance of daily tasks has the potential to recreate real-world use case scenarios, which in turn has the potential to reinforce execution of the daily activities. This thesis starts by understanding some user needs and the technological beliefs of these people and moves forward delivering a cognitive framework with models of daily activities. The main methodology to achieve that is by following the main research principles such as: identification of the problem, existing solutions, novelty, methodology design of the solution, implementation, and validation. To capture the technological beliefs and some user needs, interviews have been realized to gather this information. To design the cognitive framework, research has been performed in different domains to identify various elements such as: existing work, modelling techniques, smart home technologies, memory modelling, etc. Furthermore, being part of the ACROSSING ITN EU H2020 project, this research utilized specific material that significantly advanced the scientific outcomes. The results are presented across 4 research questions that are being answered. The first question is answered individual with the interviews as material while the research questions 2-4 are answered through the whole process of modelling and generating outcomes on the cognitive framework. The main outcomes of the thesis refer to: a) elderly can accept and exploit technological solutions with some guidance, b) it is possible to model activities of daily living and generate different cognitive conditions and states, c) it is possible to estimate the amount of help someone with dementia requires from a caregiver, and d) smart houses can exploit this framework and the paradigm of Internet of Things to provide automatic non-intrusive and transparent interventions. Future plans include the continuation of the work in this domain and the enhancement of the framework with new assessment tests, more activities, and a rendered taxonomy with suitable intervention and interaction paradigms according to the level of dementia