Aware : mobile augmented reality psychological assessment solution

Abstract

A exposição a agressões psicológicas subsequentes do estilo de vida na sociedade atual, como o stress, trauma, ou a deslocalização constante, têm um forte impacto na condição psicológica e comportamental das pessoas, podendo mesmo conduzir a distúrbios de ansiedade. Desta forma, é imperativo que os processos de terapia recriem ambientes semelhantes aos do quotidiano do indivíduo (“contextos ecologicamente válidos”), para que este possa ser exposto aos seus receios de forma controlada. No entanto, existe alguma dificuldade em obter dados ecologicamente precisos, uma vez que as ferramentas de medição ou métodos de monitorização utilizados induzem alterações no contexto real, colocando em causa a viabilidade da execução do processo num ambiente natural para o utilizador. Nesta dissertação, propomos o sistema AWARE, uma solução que permite avaliar as condições fisiológicas e comportamentais do(s) participante(s) de uma experiência. Este sistema permite integrar o individuo num contexto ecologicamente válido (fora de laboratório), durante a execução de terapia, recorrendo aos recursos de localização, deteção de movimento e conectividade disponíveis num smartphone, bem como a dispositivos dedicados de medição de sinais vitais, de uma forma não intrusiva, abstraindo o sujeito do mesmo. A existência de uma estrutura de persistência de dados suportada na Cloud garante também um acesso remoto a estes resultados. Terapias associadas a distúrbios comportamentais têm usualmente como componente fundamental a exposição a estímulos que despoletam reações de ansiedade. Desta forma, e paralelamente à monitorização, o sistema proposto está preparado para a apresentação de estímulos, permitindo a avaliação da consequente reação do utilizador. Graças à implementação de tecnologias de realidade aumentada, torna-se possível apresentar modelos 3D virtuais, integrados na perspetiva do mundo real do sujeito. Esta proposta de solução constitui, assim, uma ferramenta flexível e de utilização intuitiva, com a qual podemos avaliar as alterações provocadas no comportamento em cada sujeito, quando confrontado com estímulos específicos. O sistema AWARE foi testado em dois contextos diferentes: 1. A componente de monitorização foi utilizada em artistas aquando da representação de variados temas de música clássica; 2. As componentes de monitorização e realidade aumentada foram aplicadas em simultâneo no contexto do estudo e tratamento de fobias. No primeiro caso de estudo, verificou-se um aumento da frequência cardíaca em momentos cruciais das peças, como a subida ao palco e o início da atuação. No segundo contexto, verificou-se que o aparecimento de um estímulo despoleta alterações fisiológicas (exemplo: alterações na frequência cardíaca). Em terapias de tratamento de fobias, os indivíduos são repetidamente sujeitos ao mesmo tipo de testes/estímulos, de forma a avaliar a reação à exposição continuada aos mesmos (cuja variação irá, em teoria, sofrer uma diminuição, caso o sujeito seja fóbico). Na nossa experiência, dois voluntários não fóbicos realizaram dois testes sucessivos, não havendo um padrão de variação da frequência cardíaca do primeiro para o segundo teste. Este valor vai de encontro ao esperado, dada a caracterização não fobica dos sujeitos. Os resultados apresentados sugerem que o sistema proposto pode revelar-se uma ferramenta útil quer na monitorização não intrusiva, quer em terapias de exposição, sendo de fácil integração num contexto real.

The exposure to psychologically hostile situations in today's society, like stress, trauma or constant life event changing have a strong negative influence on people's psychological condition and general behavior, possibly leading to anxietyrelated disorders. Therefore, it is of extreme importance that the therapy processes are able to recreate a natural and familiar ("ecological") environment, according to the individual everyday life, allowing him/her to face his/her fear in a controlled environment. However, up to this day, there are issues related to the gathering of ecologically precise data, due to the real world variations induced by the measuring tools or the viability issues related to the therapy's execution. In this dissertation, we propose the AWARE system, a solution that allows the assessment of a subject's physiological and behavioral condition in an ecologically valid context, using the location, movement description and connectivity resources available on a smartphone, as well as dedicated vital signal measuring devices. The whole process is executed outside of the lab, in a real ecosystem, while keeping the subject oblivious about the whole monitoring activity. The existence of a data persistence based on the Cloud assures the remote availability of this results. Parallel to the monitoring, the proposed solution is also ready to present stimuli, providing a means of evaluating the subject's reaction. Augmented reality technologies are employed in order to present different 3D models embedded into the subject's real world perspective. Our system establishes itself as a flexible and intuitive tool, with which we can study the behavioral changes caused by the confrontation of a person with a specific set of stimuli. AWARE was tested in two different contexts: 1. Independently, the monitoring features were used in musicians during the performance of classical plays; 2. On a different scenario, both the augmented reality and the monitoring modules were tested together in phobia analysis and treatment. In the first study case, a heart rate frequency increase was detected in crucial moments of the plays (like going to the stage, or beginning the performance). In the second study case, some physiological reactions to the presented stimuli (e.g. heart rate frequency variation) were observed. In phobia treatment therapies, subjects repeat the same series of tests multiple times, in order to evaluate the reaction to continuous exposure to the same stimuli (which will, in theory, have a progressively lower variation in phobic subjects). In our experiments, the volunteers executed two tests each, and there was not any visible heart rate standard deviation decrease, an expected result, given their non-phobic condition. The presented results suggest that the proposed system may be a useful tool in non-intrusive monitoring, and in exposure therapies, being the system integration in real contexts of straightforward use.