Monitorización y optimización de terapias de tele-neurorrehabilitación cognitiva

El Daño Cerebral Adquirido (DCA) se define como una lesión cerebral que ocurre después del nacimiento y que no guarda relación con defectos congénitos o enfermedades degenerativas. En el cerebro, se llevan a cabo las funciones mentales superiores como la atención, la memoria, las funciones ejecutivas y el lenguaje, consideradas pre-requisitos básicos de la inteligencia. Sea cual sea su causa, todo daño cerebral puede afectar a una o varias de estas funciones, de ahí la gravedad del problema. A pesar de los avances en nuevas técnicas de intervención precoz y el desarrollo de los cuidados intensivos, las afectaciones cerebrales aún no tienen tratamiento ni quirúrgico ni farmacológico que permita una restitución de las funciones perdidas. Los tratamientos de neurorrehabilitación cognitiva y funcional pretenden, por tanto, la minimización o compensación de las alteraciones ocasionadas por una lesión en el sistema nervioso. En concreto, la rehabilitación cognitiva se define como el proceso en el que personas que han sufrido un daño cerebral trabajan de manera conjunta con profesionales de la salud para remediar o aliviar los déficits cognitivos surgidos como consecuencia de un episodio neurológico. Esto se consigue gracias a la naturaleza plástica del sistema nervioso, donde el cerebro es capaz de reconfigurar sus conexiones neuronales, tanto creando nuevas como modificando las ya existentes. Durante los últimos años hemos visto una transformación de la sociedad, en lo que se ha denominado "sociedad de la información", cuyo pilar básico son las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC). La aplicación de estas tecnologías en medicina ha revolucionado la manera en que se proveen los servicios sanitarios. Así, donde tecnología y medicina se mezclan, la telerrehabilitación se define como la rehabilitación a distancia, ayudando a extender los servicios de rehabilitación más allá de los centros hospitalarios, rompiendo las barreras geográficas, mejorando la eficiencia de los procesos y monitorizando en todo momento el estado y evolución del paciente. En este contexto, el objetivo general de la presente tesis es mejorar la rehabilitación neuropsicológica de pacientes que sufren alteraciones cognitivas, mediante el diseño, desarrollo y validación de un sistema de telemedicina que incorpora las TIC para avanzar hacia un nuevo paradigma personalizado, ubicuo y ecológico. Para conseguirlo, se han definido los siguientes objetivos específicos: • Analizar y modelar un sistema de telerrehabilitación, mediante la definición de objetivos y requisitos de usuario para diseñar las diferentes funcionalidades necesarias. • Definir una arquitectura de telerrehabilitación escalable para la prestación de diferentes servicios que agrupe las funcionalidades necesarias en módulos. • Diseñar y desarrollar la plataforma de telerrehabilitación, incluida la interfaz de usuario, creando diferentes roles de usuario con sus propias funcionalidades. • Desarrollar de un módulo de análisis de datos para extraer conocimiento basado en los resultados históricos de las sesiones de rehabilitación almacenadas en el sistema. • Evaluación de los resultados obtenidos por los pacientes después del programa de rehabilitación, obteniendo conclusiones sobre los beneficios del servicio implementado. • Evaluación técnica de la plataforma de telerrehabilitación, así como su usabilidad y la relación coste/beneficio. • Integración de un dispositivo de eye-tracking que permita la monitorización de la atención visual mientras los pacientes ejecutan tareas de neurorrehabilitación. •Diseño y desarrollo de un entorno de monitorización que permita obtener patrones de atención visual. Como resumen de los resultados obtenidos, se ha desarrollado y validado técnicamente la plataforma de telerrehabilitación cognitiva, demostrando la mejora en la eficiencia de los procesos, sin que esto resulte en una reducción de la eficacia del tratamiento. Además, se ha llevado a cabo una evaluación de la usabilidad del sistema, con muy buenos resultados. Respecto al módulo de análisis de datos, se ha diseñado y desarrollado un algoritmo que configura y planifica sesiones de rehabilitación para los pacientes, de manera automática, teniendo en cuenta las características específicas de cada paciente. Este algoritmo se ha denominado Intelligent Therapy Assistant (ITA). Los resultados obtenidos por el asistente muestran una mejora tanto en la eficiencia como en la eficacia de los procesos, comparado los resultados obtenidos con los de la planificación manual llevada a cabo por los terapeutas. Por último, se ha integrado con éxito el dispositivo de eye-tracking en la plataforma de telerrehabilitación, llevando a cabo una prueba con pacientes y sujetos control que ha demostrado la viabilidad técnica de la solución, así como la existencia de diferencias en los patrones de atención visual en pacientes con daño cerebral. ABSTRACT Acquired Brain Injury (ABI) is defined as brain damage that suddenly and unexpectedly appears in people’s life, being the main cause of disability in developed countries. The brain is responsible of the higher cognitive functions such as attention, memory, executive functions or language, which are considered basic requirements of the intelligence. Whatever its cause is, every ABI may affects one or several functions, highlighting the severity of the problem. New techniques of early intervention and the development of intensive ABI care have noticeably improved the survival rate. However, despite these advances, brain injuries still have no surgical or pharmacological treatment to re-establish lost functions. Cognitive rehabilitation is defined as a process whereby people with brain injury work together with health service professionals and others to remediate or alleviate cognitive deficits arising from a neurological insult. This is achieved by taking advantage of the plastic nature of the nervous system, where the brain can reconfigure its connections, both creating new ones, and modifying the previously existing. Neuro-rehabilitation aims to optimize the plastic nature by inducing a reorganization of the neural network, based on specific experiences. Personalized interventions from individual impairment profile will be necessary to optimize the remaining resources by potentiating adaptive responses and inhibiting maladaptive changes. In the last years, some applications and software programs have been developed to train or stimulate cognitive functions of different neuropsychological disorders, such as ABI, Alzheimer, psychiatric disorders, attention deficit or hyperactivity disorder (ADHD). The application of technologies into medicine has changed the paradigm. Telemedicine allows improving the quality of clinical services, providing better access to them and helping to break geographical barriers. Moreover, one of the main advantages of telemedicine is the possibility to extend the therapeutic processes beyond the hospital (e.g. patient's home). As a consequence, a reduction of unnecessary costs and a better costs/benefits ratio are achieved, making possible a more efficient use of the available resources In this context, the main objective of this work is to improve neuro-rehabilitation of patients suffering cognitive deficits, by designing, developing and validating a telemedicine system that incorporates ICTs to change this paradigm, making it more personalized, ubiquitous and ecologic. The following specific objectives have been defined: • To analyse and model a tele-rehabilitation system, defining objectives and user requirements to design the different needed functionalities. • To define a scalable tele-rehabilitation architecture to offer different services grouping functionalities into modules. • To design and develop the tele-rehabilitation platform, including the graphic user interface, creating different user roles and permissions. • To develop a data analysis module to extract knowledge based on the historic results from the rehabilitation sessions stored in the system. • To evaluate the obtained results by patients after the rehabilitation program, arising conclusions about the benefits of the implemented service. • To technically evaluate the tele-rehabilitation platform, and its usability and the costs/benefit ratio. • To integrate an eye-tracking device allowing the monitoring of the visual attention while patients execute rehabilitation tasks. •To design and develop a monitoring environment that allows to obtain visual attention patterns. Summarizing the obtained results, the cognitive tele-rehabilitation platform has been developed and evaluated technically, demonstrating the improvements on the efficiency without worsening the efficacy of the process. Besides, a usability evaluation has been carried out, with very good results. Regarding the data analysis module, an algorithm has been designed and developed to automatically select and configure rehabilitation sessions, taking into account the specific characteristics of each patient. This algorithm is called Intelligent Therapy Assistant (ITA). The obtained results show an improvement both in the efficiency and the efficacy of the process, comparing the results obtained by patients when they receive treatments scheduled manually by therapists. Finally, an eye-tracking device has been integrated in the tele-rehabilitation platform, carrying out a study with patients and control subjects demonstrating the technical viability of the developed monitoring environment. First results also show that there are differences between the visual attention patterns between ABI patients and control subjects.

Identidad, apropiación, sentido de comunidad y satisfacción residencial: claves de análisis para los estudios urbanos y la planificación. El caso del barrio Embajadores, Madrid

Las rápidas y continuas transformaciones urbanas que experimentan las ciudades actuales han generado importantes cambios en la forma en que se vive, experimenta y percibe la vida en ellas. Estos procesos de transformación, a veces fruto del rápido crecimiento de los entornos urbanos, de su heterogeneidad, de sus dinámicas económicas, de la confrontación de las diferencias sociales de los habitantes o simplemente producto de nuevos usos en los entornos, han propiciado un creciente interés por comprender el efecto que un determinado contexto urbano tiene sobre el individuo y viceversa. O dicho de forma más general, se ha buscado comprender la relación entre el ser humano y el entorno. Así, más recientemente, la atención de muchos estudios se ha posado también en los patrones de uso de los espacios, los cuales van acompañados de una infinidad de cogniciones y valoraciones surgidas en los residentes producto de sus experiencias con el entorno construido. Dentro del desarrollo de estas investigaciones, han surgido una gran variedad de conceptos que han sido identificados por la trascendencia que tienen sobre el vínculo entre el individuo y el contexto, entre los cuales encontramos los conceptos de Identidad, Apropiación de lugar, Sentido de Comunidad y Satisfacción residencial. Este trabajo, tomando como base estos cuatro conceptos, se ha preocupado por comprender la forma en que éstos se relacionan con una serie de variables socio-demográficas, físico-urbanas y cognitivas en la dimensión urbana, con el propósito de valorar el poder de estos constructos —y las variables vinculadas— con los procesos de transformación urbana. La finalidad de la realización de dicho análisis se sustenta en poder identificar como estos factores son tomados en consideración en el urbanismo para así poder reconocer diversas opciones para mediar o incidir sobre estas variables desde las políticas públicas, la planificación urbana o el proyecto urbano. Esto pues, se parte del entendimiento de que la práctica urbanística tiene la opción de interceder sobre una serie de cuestiones que afectan directamente el bienestar y la calidad de vida de las personas, por lo cual su absoluto entendimiento sobre los efectos que fenómenos urbanos como éstos tienen sobre los entornos, es de gran transcendencia para la disciplina. Por tanto, esta investigación ha recopilado y analizado, mediante diferentes herramientas estadísticas, gran cantidad de datos provenientes de una encuesta realizada en un barrio de la ciudad de Madrid, que le han permitido identificar las variables que más peso tienen en los procesos urbanos que desembocan en una mayor Identificación, Apropiación, Sentido de Comunidad y Satisfacción Residencial en el individuo. Esta primera etapa, permitió posteriormente indagar, con ayuda de un panel de expertos urbanistas, sobre las posibilidades de la disciplina para mediar o interceder sobre esos aspectos, lo que nos permitió finalmente alcanzar algunos resultados y conclusiones que permiten valorar las opciones de las diferentes escalas de intervención urbana y los retos de cara al futuro de trabajos sobre esta temática. ABSTRACT The fast and continuous urban transformations that current major cities experience, have generated important changes in the way in which we live, experience and perceive life in them. These transformation processes, sometimes result of rapid growth of urban environments, of their heterogeneity, of their economic dynamics, of the confrontation of social differences amongst its population or just as a product of new ways environments are used, have led to a growing interest in understanding the effect that a given urban context has on the individual and vice versa. In other words, it’s sought to understand the relationship between human beings and the environment. Thus, more recently, the attention of many studies have also focused in the patterns of use of space, which are accompanied by a multitude of cognitions and valuations arising in residents product of their experiences with the built environment. Within the development of those investigations, there have been a great variety of concepts that have been identified due to the importance they have on the relationship between the individual and the context, among which are the concepts of identity, appropriation of place, sense of community and residential satisfaction. This work, based on these four concepts, has been concerned with understanding how they relate to a series of socio-demographic, physical and cognitive variables in an urban dimension, in order to assess the power of these constructs —and related variables— with urban transformation processes. The purpose of that analysis is based on being able to identify how these factors are taken into consideration in planning, in order to recognize different options to mediate or influence on these variables from public policies, urban planning or urban project. This then, is on the understanding that the planning practice has the option to intercede on a number of issues that directly affect the welfare and quality of life of people, so the absolute understanding of the effects of urban phenomena like these have over environments, is of great importance to the discipline. Therefore, this research has collected and analyzed, using different statistical tools, lots of data obtained from a survey performed in a neighborhood of the city of Madrid, which enabled it to identify the variables that have more weight in urban processes that lead in higher identification, appropriation, sense of community and residential satisfaction in the individual. This first step, then allows investigating, with the help of a panel of expert planners, on the possibility of the discipline to mediate or intercede on these aspects, which ultimately enabled us to achieve some results and conclusions that allow evaluating the options of different scales of urban intervention and challenges for the future of work on this subject.