FORITAAL. Progetto Invecchiamento. Catania, 3 September 2014

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1 Goji An advanced virtual environment for supporting training of physical and cognitive activities for preventing the occurrence of dementia in normally living elderly with minor cognitive disorders FORITAAL Catania, 3 September 2014

2 Goji project Objectives Goal: Defini'on of a comprehensive preven1ve program of demen1a in elderlies with minor cogni've disorders probably due to neurodegenera've diseases. Methodology: Iden'fica'on of a cohort of persons impaired in one/two of four cogni've domains (memory, visuo- spa'al capaci'es, language, execu've func'ons). Tailoring a comprehensive preven've program on the individual and group characteris'cs Developing a virtual environment for cogni've s'mula'on. Project focus: Visuo- spa1al capaci1es (limits in physical ac'vity and eventually the ac'vi'es of daily living). Results: Preven1ve program defini'on Validated virtual environment (pilot study in a sample of the cohort)

3 Goji project Partners # Partners Acronym 1 Is'tuto di Tecnologie Industriali e Automazione ITIA 2 Is'tuto di Tecnologie Biomediche ITB 3 Is'tuto di Bioimmagini e Fisiologia Molecolare IBFM 4 Is'tuto per la MicroeleLronica e Microsistemi IMM

4 Goji project ITIA Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione Exper1se: Design and development of virtual and augmented reality environments in the field of Virtual Factory; Tracking systems for human- computer- interac'on; Domain Ontologies for manufacturing systems; Human Factors (Cogni've Process+Mo'va'on+Emo'on).

5 Goji project IMM Istituto per la Microelettronica e Microsistemi Exper1se à Design of Mul1- sensor System for AAL Services (covering the following topics: Sensors and Microsystems, Image & Signal Processing, Machine Learning & PaLern Recogni'on, Wireless Sensor Networks) Role in Goji à Design/implementa1on of Natural Interfaces based on contactless digital tools for visual- spa1al abili1es s1mula1on IMM as main promoter of

6 Goji project ITB Istituto di tecnologie Biomediche Cross-disciplinary biomedical research by bringing biology, engineering, medicine, and the basic sciences together achieved by means of collaborations between industry and basic scientists and clinicians. Translating fundamental discoveries into new bio-medical technologies. Research area cover several activities, including medical genomics, proteomics and nanotechnologies, molecular oncology, stem cell/cancer stem cell research, bioinformatics and system biology and comparative genomics, biology of aging and neurodegenerative disease, immune-biology and cellular differentiation, epidemiology and medical informatics. Our unit has great experience in biostatistics and epidemiology particularly in the field of neurodegenerative disorders, mainly dementia, about both natural history of disease and clinical aspects (diagnosis, pharmacological and rehabilitative interventions). Specific expertise concern study design, statistical analysis, data management and interpretation of results.

7 Goji project IBFM Istituto di Bioimmagini e Fisiologia Molecolare Muscle fisiology in healthy, sedentary, athle'c and unhealthy users Detec'on and interpreta'on of motor parameters: cardio, breath, metabolism, in daily life and in laboratory. Analysis of factors and limits of an ac've phisical exercise.

8 Goji project Structure

9 Goji project Background The incidence of dementia in populations of 65 years or over is about 9% and doubles every 5 years of age and might be higher than 50% at the older ages of human life. In Italy about one million persons suffer from dementia, accounted for 60-70% by Alzheimer s Disease. Severe deficits in different cognitive domains (memory, visuo-spatial capacities, language, executive functions) are main manifestations of dementia. Physical and leisure activities as well as a specific dietary assumptions seem to play a protective role. Many of this factors are theoretically modifiable for preventive purposes. The pathological process of disease precedes of decades the clinical severe manifestations and it suggests the possibility of early interventions in asymptomatic or early mild symptomatic individuals. Cognitive stimulation has demonstrated some preventive efficacy. In particular even simple computer based virtual environments were effective in enhancing cognition of older adults.

10 Cognitive profiles of an Alzheimer patient Background The unique pathological process of Alzheimer Disease is expected to determine almost homogeneous disease phenotypes and actually memory loss is considered to be specific to AD. However, some atypical pa'ents show variant presenta'ons where impairment, prominent over memory, in: language visuo- spa'al execu've func'ons

11 Cognitive profiles of an Alzheimer patient Method A total of 194 newly diagnosed AD pa1ents, according to NINCDS- ADRDA criteria, were enrolled by 22 Italian neurological centers. At enrollment the pa'ents underwent a neuropsychological assessment exploring the cogni've domains commonly involved in AD demen'a. Four tests, representa've of the domains of memory construc'onal and visuo- spa'al ability frontal func'oning language In order to obtain comparable indicators of severity of the impairment in the four domains the test scores were standardized with reference to the mean values and standard devia'ons of the en're group of pa'ents.

12 Cognitive profiles of an Alzheimer patient Results Memory impairment was not always prominent over the damage in the other cogni've domains. Four groups of pa'ents, with the same mean severity of global cogni've impairment and with the same mean disease dura'on, could be iden'fied according to the severity of the domain specific cogni've impairment. 60 pa'ents were more severely affected in memory, and in 49, 42 and 43 the language, frontal or visuo- spa'al were respec'vely the domains most compromised.

13 VE for training: Market Shopping

14 Storyboard Market shopping Ingresso market Lista della spesa Scelta corsie Scaffale

15 Storyboard Lista della spesa Lista della spesa Gli oggee della lista sono scel' dal sistema Lista sempre visibile a lato dello schermo Il sistema indica l elemento da prendere Il numero di elemen' da selezionare passa con il progredire del livello di difficoltà da 1 a tue quelli presen' per 'pologia indicata L ordine degli oggee della lista varierà di volta in volta

16 Storyboard Scelta della corsia Corsie il nome della corsia è la categoria a cui l oggelo appar'ene (es. FruLa) Ai livelli più complessi il numero di parole aumenta (es. Mela, Banana, Pera) Oppure il cartello è posizionato più lontano.

17 Storyboard Scaffale Scaffale Quando l utente è davan' allo scaffale sullo schermo è evidenziato il nome del singolo prodolo da toccare/indicare.

18 Storyboard Livello 1 Singolo oggelo Posizione centrale

19 Storyboard Livello 2 Singolo oggelo Posizione periferica

20 Storyboard Livello 3 Oggee mul'pli Posizione periferica

21 Storyboard Livello 4 piccolo

22 Storyboard Livello 5-20%

23 Interaction HW

24 Supporto all utente Aiuti Nel caso l utente non riuscisse ad eseguire il compito (inaevo per 20 oppure un errore di scelta) subentrano aiu' graduali: Ripe'zione del task ( devi prendere la pasta ) Un richiamo conosci'vo sull'aspelo seman'co (es. la pasta è quella cosa che si mangia condita col sugo) Ti faccio vedere un pialo di pasta, contestualizzata Fornisco verbalmente (sonoro o scrilo?) un suggerimento sull aspelo del prodolo (es la scatola della pasta è gialla). Fornisco un input visivo (' faccio vedere la pasta che è sullo scaffale).

25 Attraversamento pedonale Scenario Ambiente di sviluppo: Cara$eris(che: Riproduzione suoni Navigabile No stereoscopia Ombre in tempo reale Simulazione fisica Visione

26 Attraversamento Task Strisce pedonali Semaforo Da definire: Altri eventuali task Livelli di difficoltà

27 Attraversamento Interazione Da definire: Modalità d'interazione con l'ambiente Eventuale integrazione cycle$e o tapis roulant

28 IBFM Valutare quanto l aevità fisica influisce sui compi' cogni'vi visuo- spaziali Il paziente pedala su un cicloergometro per rendere l esperienza della spesa + vicina all esperienza reale e per valutare quanto il movimento influisce poi sui compi' cogni'vi visuo- spaziali. Il paziente pedalerebbe per 15 minu' a intensità costante indossando un cardiofrequenzimetro per monitorare la frequenza cardiaca.

29 Valutazione paziente Protocollo PRE TRAINING Ø Ques'onario autosomministrato per la s'ma della prevalenza dell aevità fisica: composto da 7 domande sull aevità fisica degli ul'mi 7 giorni Ø Test stress ossida'vo su campione di sangue: prima dell esercizio si valuta quello basale Ø Test cogni'vo visuo- spaziale POST PRIMA SESSIONE Ø Dopo l esercizio e in base ai tempi di reazione dei radicali liberi, viene nuovamente misurato il livello di stress ossida'vo ed eventuale variazione. POST TRAINING Ø Test cogni'vo visuo- spaziale

30 Valutazione paziente Protocollo PAZIENTI gruppo A: intero protocollo (aevità fisica + training VE) gruppo B: no parte motoria, solo training VE TRAINING Gruppo A TRAINING Gruppo B Periodo di washout TRAINING Gruppo B TRAINING Gruppo A

31 Sviluppi futuri Prossimi task TECNOLOGICO Sviluppo dell ambiente Scelta HW e sensorizzazione per training motorio Ulteriore design delle caraleris'che dell ambiente Validazione interfacce/interazione Test dell intero protocollo con i pazien' Possibile mappatura cerebrale tramite risonanza magne'ca funzionale f- RMA durante l esecuzione del compito cogni'vo.