社交机器人(LOVOT)在痴呆患者中的应用:探索性研究

简介

全球约有5,000万人患有痴呆症[1］．痴呆症会导致记忆和语言等心理技能的退化。痴呆症患者的日常生活可能会影响患者的情绪，导致冷漠、抑郁和焦虑[1，2］．痴呆症是一种进行性疾病，因此患有严重痴呆症的人必须住在专门提供痴呆症护理的护理设施中。随着痴呆症发病率的上升，卫生保健专业人员面临着提供高质量护理和给予痴呆患者最佳关注的挑战。新的技术创新，如社交机器人，已经开发和测试，以评估它们是否可以改善痴呆症患者的生活质量[3.］．社交机器人被设计成与人类互动，以增加社交互动和改善福祉[4］．Góngora阿隆索等[5阐述了社交机器人的四种分类:宠物机器人、类人机器人、远程呈现机器人和社交辅助机器人(SAR)。目前使用的社交机器人有PARO(机器海豹)、Aibo(机器狗)、NeCoRo(机器猫)和CuDDler(机器泰迪熊)[6］．

Góngora Alonos等[5的结论是，为痴呆症患者使用社交机器人有助于提供安全感和减轻压力。一项关于社会机器人在精神健康和福祉方面的使用的系统综述发现，SAR主要用于痴呆症患者。然而，这些只是初步研究，所采用的方法存在局限性[3.］．

Ghafurian等[7]表明，在治疗或增加参与的文献中，用于照顾痴呆症患者的社交机器人受到了最多的关注，而用于协助日常活动或提供健康指导的机器人受到的关注相对有限。PARO是痴呆症护理研究中最常用的机器人[7］．对老年痴呆症患者使用PARO的综述发现了改善情绪、提高社交参与度和减少负面情绪等益处[8］．PARO的积极影响情绪的能力表现为痴呆患者变得更加活跃、放松和微笑。此外，PARO已经被证明可以提高社交互动中的语言和视觉参与。抑制使用PARO的因素包括机器人的成本、使用机器人的医护专业人员工作量增加、感染担忧以及与痴呆症护理中社交机器人相关的耻辱和伦理问题[6］．

尽管社交机器人对痴呆症患者有潜在的好处，但社交机器人的使用目前面临着一些挑战。目前评估社交机器人对痴呆症患者益处的证据基础仍处于早期阶段，研究相对较少。此外，现有的许多研究方法的特点是干预持续时间短，只有少数受试者参加试验[5，9］．此外，还发现老年人或痴呆症患者对社交机器人缺乏接受或完全抵制。这种抗拒可能是因为目前研究的机器人社交和听觉能力有限;因此，他们无法对任何情绪或对痴呆症患者做出反应，也没有充分意识到社会背景[7，10，11］．

日本制造的一种名为LOVOT的新型移动社交机器人的研发缓解了其中一些不足。LOVOT拥有人工智能和复杂的传感器技术。LOVOT有自己的个性，随着时间的推移而发展，目的是为用户或患者创造快乐[12］．在我们的研究之前，LOVOT还没有在痴呆症患者中进行测试。图1图为2个LOVOT机器人的照片。

本研究旨在探讨(1)社交机器人LOVOT如何与丹麦养老院的痴呆症患者互动;(2)卫生保健专业人员在与痴呆症患者的日常互动中使用LOVOT的经验。

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方法

LOVOT规范

社交机器人LOVOT是Groove X公司开发的。LOVOT重4.2公斤，宽28厘米，高43厘米，深26厘米。LOVOT是用人工智能构建的，它可以实时移动，像人一样行动。LOVOT在全身使用了多个传感器，包括触摸和距离传感器。触摸传感器用于让LOVOT识别身体上的刺激，可以是温暖的或寒冷的;当人刺激传感器时，它甚至可以“睡着”。使用距离传感器来确定与物体的距离，这使得LOVOT可以在不与物体或墙壁发生碰撞的情况下四处移动[12］．LOVOT的解剖可以在图2而且多媒体附录1．LOVOT被设计在头顶上有一个块状的“角”，如图所示图2．

喇叭可以用来打开和关闭LOVOT。这只喇叭装有一个360度的热成像相机，用来从物体中分辨人。喇叭还可以确定声音和声音的方向。LOVOT实现了3个轮子，可以在LOVOT想移动的时候启动。LOVOT可以激活40分钟，之后需要返回充电巢充电20分钟。LOVOT通常可以找到并连接巢穴本身，尽管有时它需要帮助定位巢穴。lovot的设计具有不同的个性。例如，它的性格可以被设定为害羞或外向。随着时间的推移，它会随着用户的熟悉而变化。Groove X还开发了一款应用程序，可以与各LOVOT合作使用。 The app enables LOVOT to access the internet. LOVOT can use the internet to navigate over distances. LOVOT can take pictures of faces and use facial recognition as part of its artificial intelligence. In this study, LOVOT was not connected to the internet due to the European General Data Protection Regulation [13]，并避免数据储存在日本Groove X的外国服务器上[12］．

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道德的考虑

已与北丹麦地区卫生研究伦理委员会取得联系，以确保伦理委员会批准该项目。由于该项目不包括一种新的治疗方法，而且由于社交机器人LOVOT不是医疗设备，该项目不需要获得伦理委员会的批准(根据2019年9月23日的邮件通信)。然而，我们遵守了《赫尔辛基宣言》。一些痴呆症患者能够自己签署知情同意书，但大多数老年人由其监护人(配偶、女儿或儿子)代表痴呆症患者签署知情同意书。项目各方已签署数据共享协议。

研究的背景和干预

这项研究在丹麦的3家养老院进行，它们都有专门为痴呆症患者服务的部门。这些疗养院位于丹麦的奥尔堡、维堡和斯基夫市。

痴呆患者与LOVOT之间的相互作用在个人和小组会议中进行了测试。痴呆患者和LOVOT机器人之间的个体互动过程持续了4周。互动会议的目的是促进痴呆患者和LOVOT患者之间的日常生活活动(如吃饭和起床)、陪伴、健康指导(如接种疫苗)和个人参与(如接受亲属探视)。个人治疗由一名保健专业人员协助进行，包括每周约两次20至30分钟的LOVOT治疗。小组会议，一组4到6人与2个机器人互动，为期12周。这些会议的目的是促进个人和lovot之间的沟通和互动。参与研究的3家疗养院各成立2个小组。在一名保健专业人员的协助下，小组会议持续30至45分钟，每周举行两次。

参与者和招聘

本研究的参与者是根据列入和排除标准招募的文本框1．

参与研究的参与者在研究之前和在他们搬进专门为痴呆症患者准备的疗养院之前都被诊断患有痴呆症。在丹麦，通过记忆测试、血液样本、大脑计算机断层扫描和对患者日常生活功能的评估，患者在医院的老年病房和与患者自己的全科医生合作，被诊断为痴呆症。研究人员没有参与这个评估过程。

在招募LOVOT研究人员之前，我们在专门的疗养院与痴呆症患者、他们的亲属和卫生保健专业人员举行了会议。会议的目的是介绍LOVOT及其功能，并提供有关审判的进一步信息。在会议上，参与者可以就审判提出问题。

图3显示了CONSORT(报告试验综合标准)图表，其中包括参加试验的人员和完成试验的人数。

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结果测量和数据收集技术

本研究的结果衡量标准如下:

• 幸福
• 对人情绪的影响
• 对人行为的影响
• 接受LOVOT
• LOVOT与痴呆症患者的互动

结果测量，数据收集技术，个人和小组会议的收集时间显示在表1而且2．数据收集过程描述如下。

幸福

使用了世界卫生组织-5问卷(WHO-5)来衡量受试者在测试期间的幸福感。问卷由5个问题组成，回答得分从1到5分，得分越高表示幸福感越强。该问卷由卫生保健专业人员根据他们对被调查者健康状况的看法进行管理。由于保健专业人员非常了解这些人，他们能够作出知情的评估。问卷在基线时进行，然后在测试期间每隔一周对个人和小组进行一次。根据世卫组织指南进行数据分析[14］．

面对规模

脸部比例[15)被用来衡量LOVOT对受试者情绪的影响。最初的面部秤，灵感来自和田等人[16，由20个面部表情组成。在我们的研究中，我们选择了7个最常见的表情，并设置了一个7分制的评分表，1分是最积极的表情，7分是最消极的表情。在测试期间，由保健专业人员每周测量一次面部量表。保健专业人员非常了解这些人，因此能够作出知情的评估。数据分析是根据Lorish和Maisiak [15］．

参与者的观察

在会议期间，医护专业人员进行了观察[17在与LOVOT互动时，人们的行为。我们设计了一个观察指南[15该研究集中于观察非语言行为、互动和与LOVOT互动的人的沟通。保健专业人员接受了进行和记录观察结果方面的培训。通过使用医疗保健专业人员作为观察员而不是外部研究人员，我们消除了在人们与机器人互动时引起他们注意的风险。此外，COVID-19的限制使研究人员无法进入养老院。研究人员使用NVivo定性数据分析软件(12.0版本;近年国际)。

半结构化焦点小组访谈

3个半结构化焦点小组访谈，受Brinkmann和Kvale的启发[18]，并与各疗养院的医护人员进行调查。第一次访谈是基线访谈，目的是了解每个人的生活史和痴呆症。从每个人收集的数据包括他们的年龄、性别、工作史、家庭信息、生活史和痴呆症状。测试结束后，我们进行了第二次跟踪面试。第二次访谈的目的是探讨每个痴呆症患者与LOVOT的互动情况。每次采访持续60至90分钟，并进行了录音和转录。访谈使用NVivo软件进行编码，并根据Brinkmann和Kvale [18］．

数据分析

使用面部量表和WHO-5收集的定量数据通过计算个人和小组会议数据的中位数和IQR进行分析。WHO-5的5个问题被总结并乘以4，得到0到100之间的值范围，0分表示可能的最差幸福，100分表示老年人可能的最佳幸福。如果我们记录到至少10%的变化，即对应于WHO-5中的10分，则评估为WHO-5评分的临床显著变化。数据以图表形式显示，显示中位数和IQR。采访和观察记录使用NVivo软件进行分析，其步骤受到了Brinkmann和Kvale [18］．

结果

基线数据

共有42名痴呆症患者被纳入研究，其中30人被分配到小组小组，12人被分配到个人小组。受试者的社会人口学和临床特征在个人和小组会议的基线显示在表3．对于不同的参数，我们要么使用人数和百分比，要么使用中位数和IQR。

在图4，给出了使用WHO-5问卷的个别会议的结果。在图5， 12周测试期间的小组会议的结果被展示。

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对情绪的影响

图6呈现从面部量表获得的结果为个别会议。分数越高，面部表情越消极。因此，根据中位数分数所示图6在美国，在LOVOT课程之前，人们的消极面部表情比LOVOT课程结束后更多。

图7呈现从小组会议的面部量表获得的结果。根据中位数分数图7在接受LOVOT训练之前，面部表情的负面程度比训练结束后要多。

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定性研究结果

焦点小组访谈

表4而且5研究人员和卫生保健专业人员对LOVOT的反应以及LOVOT对痴呆患者的影响。这些发现是基于对卫生保健专业人员的后续焦点小组访谈和专业人员在每次会议上的自己的观察。在接下来的章节中，重点小组访谈的结果被从重点小组访谈中摘录的说明性引文所补充。我们认为这些引文代表了我们的研究结果。

痴呆患者与LOVOT的交互作用

医护人员称LOVOT对痴呆症患者具有娱乐和镇静的效果。LOVOT也影响了人们彼此之间和工作人员之间更多的交流和互动。保健专业人员说，LOVOT为这些人提供了一定程度的娱乐价值。进一步描述了与LOVOT的互动如何让人有一个呼吸的空间和放松。据保健专业人员说，一些人接受了LOVOT，它唤起了积极的感觉，甚至是快乐。LOVOT还唤起了人们的关爱之情，有些人对待LOVOT就像对待孩子一样。与LOVOT在一起有时甚至对一些老年人来说是过度刺激的。并不是所有的研究参与者都接受LOVOT。一些痴呆症患者认为LOVOT完全是无稽之谈，而另一些人则认为很难与机器人联系或互动。工作人员还描述了一些人如何将LOVOT视为动物，并与LOVOT互动，就像他们与动物互动一样，比如向它撕咬或呼叫LOVOT以引起它的注意。 The health care professionals further described how this acceptance and promotion of positive feelings could be due to the residents’ perceiving LOVOT as not demanding anything other than being petted. The ability to touch and hug LOVOT has been shown to help prevent touch deprivation in some of the persons who might not have much physical contact with others.

医护人员使用LOVOT的经验

医护专业人员描述了LOVOT的人工行为是如何看起来很自然的。医护人员表示，LOVOT是工作人员与痴呆症患者之间沟通的有效工具，因为它可以创造安全感，促进沟通。LOVOT被描述为用户友好和有趣，但卫生保健专业人员表示，LOVOT也可能成为一些居民的负担。

讨论

主要研究结果

我们的研究结果显示，参加LOVOT机器人个人或小组会议的痴呆症患者的健康状况在临床上没有显著变化。面部量表结果显示，在LOVOT治疗后，痴呆患者的面部表情在个人和团体治疗中表现出更多积极的表情。换句话说，与LOVOT互动让他们更快乐。然而，在整个测试期间，对情绪的影响是不同的。结果表明，LOVOT可能对痴呆症患者当前的情绪有积极影响，但这不是一种持续的影响。关于痴呆症患者如何体验与LOVOT互动的研究结果可以总结为以下几点:机器人具有有趣或镇静的效果;促进更开放的沟通和互动;有一定的娱乐价值;创造呼吸空间;被接受并创造一定程度的幸福或良好的感觉; creates feelings of care; can even create an overstimulation of feelings at times; may not be accepted by all residents; can be perceived as an animal; is perceived as being nondemanding; and prevents touch deprivation. We emphasize that LOVOT was not intended as, nor did it prove to be, an effective tool for each person with dementia.

医护人员使用LOVOT的经验表明，他们发现LOVOT的人工行为似乎是自然的;LOVOT被视为一种可以激发、创造安全感、促进沟通的沟通工具;LOVOT被视为用户友好、有趣和积极的工具。医疗保健专业人员发现，社交机器人作为他们“护理工具箱”中的新工具，可以用于与痴呆症患者的互动。这些专业人士表示，在使用机器人方面没有道德上的困境。

在我们的研究中，我们没有发现痴呆患者在与社交机器人互动期间的幸福感有任何显著变化。我们认为，这些人在个人和小组会议中没有足够的时间与LOVOT互动，因此调整时间不足可能解释了他们的健康状况没有任何确定的变化。

LOVOT可以对人当前的情绪产生积极影响的发现，与其他研究社交机器人对痴呆症患者影响的研究结果一致。和田等人[16]还使用面部量表来评估机器人海豹PARO对人们情绪的影响，研究他们之间的互动超过3个月。和田等人[16的研究发现，实验结束后，面部量表得分比实验开始前要低。Kang等人的系统文献综述[19]描述了一项研究，该研究在为期6周的PARO小组会议中检查了人们的面部表情。在这里，显著的积极变化被注意到:在他们与PARO互动后，人们笑得更多，更快乐。这两项研究都受限于他们的低样本量的人，但他们仍然支持LOVOT对人的瞬间情绪的积极影响的发现。

LOVOT机器人是具有先进人工智能的下一代社交机器人。LOVOT此前从未在日本以外的任何临床环境中进行过测试。社交机器人LOVOT仍在开发中，可以被归类为目前国际上最先进的SAR。我们还没有找到记录这些发现的其他研究，因为这是第一个测试LOVOT与痴呆症患者相互作用的研究。然而，对其他不太先进的社交机器人与痴呆症患者互动的研究发现，社交机器人可以提供积极的结果;它们可以促进社会参与，例如促进更多的沟通和促进积极的情绪[6-8］．我们发现，LOVOT能够开放交流，增强情感、笑声和关心的表达，这是因为LOVOT具有先进的响应能力，能够以类似人类的方式与人类互动。LOVOT最先进的人工智能在这方面给了它一定的优势。Pu等人的随机对照研究的系统回顾和荟萃分析[20.的研究发现，社交机器人似乎减少了老年人的焦虑和焦虑，提高了他们的生活质量，但这些研究在统计上并不显著。蒲等人的叙事评论[20.的研究表明，社交机器人可以提高参与度，增强互动，减少孤独感，减少压力指标。

我们发现LOVOT可以对痴呆患者产生过度的情感刺激。参与者观察笔记显示，有些人要么在哭，要么在行为上变得极其外向。罗宾逊等人[10的研究发现，一些痴呆症患者可能会发现一些社交机器人的行为会引发焦虑。Hung等[8在护理环境中使用PARO的研究发现，PARO可能导致负面情绪反应，包括恐惧、愤怒和焦虑。在他们的回顾中，Hung等人[8过去与动物相处的负面经历是否会影响一个人对社交机器人的“喜欢”或“不喜欢”。需要进一步的研究来探索这一变量。

本研究中部分痴呆患者不接受LOVOT。我们的配偶图显示，70人中有7人不喜欢机器人，相当于我们样本的10%。由于社交机器人是痴呆症护理的新领域，所以并非所有老一辈人都愿意接受LOVOT，这是可以理解的。其他研究也证实了人们对社交机器人的各种态度[5，6，20.］．

医护人员认为LOVOT的人工行为在与痴呆患者的互动中显得很自然，总体而言，他们发现LOVOT是痴呆患者沟通和互动的有效工具。洪等人的评述[8的研究发现，在痴呆症护理中使用社交机器人可能会导致护理变得婴儿化和不人道的感觉。然而，在我们的研究中并没有发现这一方面。有人可能会问，这种感觉是否由于LOVOT的出现和它与痴呆症患者相互作用的潜力。这一问题需要在今后的国际研究中进一步探讨。阿卜迪等人[6]，在对SAR在老年人护理中使用的范围审查中，确定了SAR可以发挥的几个潜在作用——情感治疗、认知训练、社会促进者、陪伴和生理治疗。Ghafurian等[7]强调需要在国际背景下进行更有力的研究，以充分评估SAR在老年人护理中的价值。随着社交机器人在人工智能的辅助下变得越来越先进，有必要进一步对社交机器人在老年人护理中的作用进行全面测试，并开发一系列数据收集技术，以有效评估社交机器人的功效，并确定与使用社交机器人治疗痴呆患者有关的伦理问题。

限制

本试验的目标人群是住在疗养院的老年痴呆症患者。该研究的一个局限性是性别分布，因为我们的样本在42名受试者中只有9名男性。另一个限制是，我们无法就居民的状况直接采访他们，而不得不依赖于医护人员的观察和数据。相反，我们使用了数据收集技术的三角测量来探索我们研究中的痴呆患者(以及医护人员)是如何经历LOVOT的。然而，是卫生保健专业人员填写了关于居民的问卷。这样做有一个好处，因为工作人员对每位住院医生都了如指掌。另一个限制是我们在本研究中没有纳入居民亲属的观点，这本来可以丰富我们在老年人痴呆护理中使用SAR的数据。我们知道这是一项试点研究，需要在更长的时间和更大的规模上对LOVOT进行研究，以充分探索LOVOT对痴呆症患者的潜力和局限性。

结论

LOVOT机器人是具有先进人工智能的下一代社交机器人。绝大多数痴呆症患者接受了社交机器人LOVOT。LOVOT有积极的作用，打开了沟通，促进了人际互动。虽然LOVOT没有对社会福利产生明显的影响，但它让个人从日常生活中获得了喘息的机会。部分居民在与LOVOT互动后出现情绪过度刺激。卫生保健专业人员接受了社交机器人，并将LOVOT视为痴呆症患者工作中的一种新工具。随着社交机器人越来越先进，随着人工智能的发展，有必要在老年人护理中测试先进的社交机器人，并开发一个新的工具箱，以充分评估在医疗保健部门中针对痴呆症患者的社交机器人的价值。