Background La comunità scientifica concorda nel ritenere la compromissione qualita- tiva dell‘interazione sociale uno dei tre elementi della triade sintomatologica dello spettro autistico (Autism Spectrum Disorders, ASD), assieme a quella linguistica e a una preponderanza di comportamenti, interessi e attività ri- stretti, ripetitivi e stereotipati. La compromissione delle capacità sociali nell‘autismo riveste moltissimi aspetti dell‘intersoggettività: tra essi, uno dei più discussi è il riconoscimento facciale delle emozioni (facial emotion recognition, FER), il quale risulta funzionare in modo anomalo nei soggetti con ASD (Harms et al. 2010). Thomas et al. 2007 dimostrano che c‘è una correlazione strettissima tra l‘esperienza sociale e lo sviluppo del FER. In quest‘ottica potrebbe risultare plausibile l‘ipotesi che la minore esperienza sociale (e dunque la minore esposizione visiva alle varie espressioni facciali) del soggetto autistico ancora molto giovane comprometta il consueto sviluppo del FER. Se questa ipotesi fosse valida, riuscire a incrementare quanto prima possibile l‘esperienza so- ciale del soggetto con ASD potrebbe consentire a quest‘ultimo un migliore sviluppo del FER. Alla luce delle recenti scoperte scientifiche l‘interazione con i social ro- bot consente un rafforzamento nell‘interpretazione del mondo fisico relativo agli oggetti e al mondo sociale; essi incidono positivamente sulla responsività ai feedback, anche di tipo sociale; migliorano intrinsecamente l‘interesse al trattamento e stimolano comportamenti prosociali. La nostra ipotesi è che rinforzare l‘abilità di riconoscere le espressioni facciali a un livello più semplice –ovvero quello visivo– attraverso l‘interazione con un robot sociale, nei bambini con ASD potrebbe consentire sia un più precoce sviluppo del FER (con tutte le conseguenze positive del caso) sia la condivisione di una rappresentazione visiva dell‘esperienza emo- tiva in un contesto sociale. Questo intervento intende descrivere lo stato della nostra ricerca, ancora in corso. Metodo Il robot che intendiamo adoperare per testare la nostra ipotesi è realizzato dalla Hanson Robokind (TX, USA), modello Zeno R25. È alto 56 cm, i suoi capelli lo rendono molto simile a un eroe dei cartoni animati, ha il corpo di un robot e il viso di un bambino. La sua pelle è stata realizzata con un mate- riale chiamato Frubber (da flesh rubber, letteralmente ―carne [di] gomma‖) realizzato dalla Hanson Robotics; si tratta di un elastomero di silicone poro- so, la cui composizione consente a sua volta una gerarchica porosità della pelle. Il materiale risulta in questo modo estremamente morbido, elastico e resistente. I 10 DOF (degree of freedom) del volto simulano il muscolo zigomatico maggiore, il depressore del labbro inferiore, il mentale, il nasale, l‘orbicolare della bocca, il buccinatore, il frontale, il procero e quelli delle palpebre. Tutto ciò rende l‘umanoide capace di una vasta gamma di microe- spressioni facciali umane e soprattutto ampiamente modulabili, quest‘ultima caratteristica lo contraddistingue rispetto agli altri social robot ad oggi realizzati (Hanson et al. 2012), ed è quella che ci ha indotto a sceglierlo. Il nostro obiettivo è implementare e adoperare il robot in modo tale da ot- timizzarne al massimo le prestazioni durante la terapia e lo studio dei soggetti con ASD. A tal fine, abbiamo dato inizio a una review sistematica degli studi con- dotti negli ultimi dieci anni su autismo e social robotics. Abbiamo operato la nostra ricerca seguendo i criteri PRISMA, e da un iniziale campione di 998 risultati, abbiamo estratto circa 80 studi. Lo scopo di questa ricerca è porre a confronto i risultati ottenuti con differenti terapie robotiche al fine di poter avere un‘idea complessa di cosa sia realmente questa presunta preferenza dei soggetti con ASD per gli agenti non intenzionali, di cui si parla con maggiore insistenza da quando Temple Grandin dichiarò di preferire gli abbracci della sua macchina a quelli di sua madre (Grandin et Johnson 2007). In altre paro- le, la nostra preliminare review intende rispondere alle seguenti domande: i soggetti con ASD preferiscono davvero interagire con agenti non intenziona- li? Se si, questa assunzione può essere estesa a tutti i singoli casi, o comun- que alla maggioranza di essi? In che modo questa eventuale preferenza può essere sfruttata per ottimizzare i risultati delle sedute di terapia? O, più in ge- nerale, per migliorare la qualità della vita del soggetto e la sua crescita socia- le? Esiste un uso scorretto del robot? Se si, qual è? La capacità di evincere emozioni dalle espressioni facciali è complessa, e ne presume altre. Con la nostra ricerca speriamo di comprendere quali usi dei robot sociali hanno contribuito a migliorare le prestazioni nei soggetti ed eventualmente in quali abilità e speriamo, grazie a ciò, di poter architettare un setting che sfrutti i punti di forza del robot e che al contempo tenga conto dei risultati ottenuti dai precedenti esperimenti. Risultati Benché nell‘ultimo decennio gli studi sulle potenzialità della social robo- tics nella cura, nello studio e nella diagnosi dei disturbi dello spettro autistico siano notevolmente aumentati rispetto al precedente, la quantità complessiva di esperimenti condotti in maniera scientificamente rigorosa è tuttavia ancora esigua. Da ciò consegue che i dati sino ad ora raccolti sono tra loro molto ete- rogenei e dunque confrontabili solo con una valutazione di tipo qualitativo. Il processo cognitivo in cui la social robotics sembra essere più promet- tente è l‘attenzione. Il denominatore comune di quasi tutti gli studi posti al vaglio dalla nostra ricerca è stata la capacità del robot di attrarre su di sé l‘attenzione del soggetto con ASD molto maggiormente di quanto solitamen- te non avvenga con un agente umano o con altri tipi di stimoli (cfr. a titolo esemplificativo Damm et al. 2013; Zheng et al. 2013; Bekele et al. 2013). So- litamente ciò comporta un enorme vantaggio in termini di raggiungimento dei targets prefissati dagli sperimentatori, ma –come viene indirettamente dimo- strato in Bekele et al. 2013– conoscere bene il funzionamento di questo tipo di facilitazione evita, ad esempio, un uso scorretto del robot che al contrario rischierebbe di fuorviare il soggetto dal raggiungimento del target. Sia studi condotti attraverso l‘fMRI (Chaminade et al. 2012), sia esperi- menti su tasks di imitazione di movimenti congruenti e incongruenti rispetto a quelli di un agente (Cook et al. 2014; Pierno et al. 2008) sembrano indicare una differenza tra soggetti con ASD e soggetti a sviluppo tipico (TD) nella percezione degli agenti non intenzionali. La propensione dei soggetti con ASD a interagire con agenti non intenzionali, tuttavia, non si traduce nella ri- cerca di un agente meno intelligente di quello intenzionale: come dimostrano gli studi preliminari sui primi prototipi di robot intelligenti (in grado di inferi- re le preferenze dei bambini sulla base di studi preliminari sugli stati emotivi soggettivi dei singoli partecipanti e di dati fisiologici istantaneamente raccolti attraverso dispositivi indossabili), questi ultimi appaiono più attrattivi e sod- disfacenti per i soggetti con ASD (Conn et al. 2008). Conclusioni I dati di cui siamo attualmente in possesso non ci permettono ampie ge- neralizzazioni; tuttavia gli studi effettuati negli ultimi dieci anni ci consento- no un uso più consapevole dei robot nello studio, nella diagnosi e nell‘elaborazione di terapie più funzionali ai disordini dello spettro autistico. Al termine dell‘intervento forniremo una breve dimostrazione del funziona- mento del robot Zeno R25.

Robotica sociale e cognizione: tecnologia e autismo

PENNISI, PAOLA;PIOGGIA, GIOVANNI
2014

Abstract

Background La comunità scientifica concorda nel ritenere la compromissione qualita- tiva dell‘interazione sociale uno dei tre elementi della triade sintomatologica dello spettro autistico (Autism Spectrum Disorders, ASD), assieme a quella linguistica e a una preponderanza di comportamenti, interessi e attività ri- stretti, ripetitivi e stereotipati. La compromissione delle capacità sociali nell‘autismo riveste moltissimi aspetti dell‘intersoggettività: tra essi, uno dei più discussi è il riconoscimento facciale delle emozioni (facial emotion recognition, FER), il quale risulta funzionare in modo anomalo nei soggetti con ASD (Harms et al. 2010). Thomas et al. 2007 dimostrano che c‘è una correlazione strettissima tra l‘esperienza sociale e lo sviluppo del FER. In quest‘ottica potrebbe risultare plausibile l‘ipotesi che la minore esperienza sociale (e dunque la minore esposizione visiva alle varie espressioni facciali) del soggetto autistico ancora molto giovane comprometta il consueto sviluppo del FER. Se questa ipotesi fosse valida, riuscire a incrementare quanto prima possibile l‘esperienza so- ciale del soggetto con ASD potrebbe consentire a quest‘ultimo un migliore sviluppo del FER. Alla luce delle recenti scoperte scientifiche l‘interazione con i social ro- bot consente un rafforzamento nell‘interpretazione del mondo fisico relativo agli oggetti e al mondo sociale; essi incidono positivamente sulla responsività ai feedback, anche di tipo sociale; migliorano intrinsecamente l‘interesse al trattamento e stimolano comportamenti prosociali. La nostra ipotesi è che rinforzare l‘abilità di riconoscere le espressioni facciali a un livello più semplice –ovvero quello visivo– attraverso l‘interazione con un robot sociale, nei bambini con ASD potrebbe consentire sia un più precoce sviluppo del FER (con tutte le conseguenze positive del caso) sia la condivisione di una rappresentazione visiva dell‘esperienza emo- tiva in un contesto sociale. Questo intervento intende descrivere lo stato della nostra ricerca, ancora in corso. Metodo Il robot che intendiamo adoperare per testare la nostra ipotesi è realizzato dalla Hanson Robokind (TX, USA), modello Zeno R25. È alto 56 cm, i suoi capelli lo rendono molto simile a un eroe dei cartoni animati, ha il corpo di un robot e il viso di un bambino. La sua pelle è stata realizzata con un mate- riale chiamato Frubber (da flesh rubber, letteralmente ―carne [di] gomma‖) realizzato dalla Hanson Robotics; si tratta di un elastomero di silicone poro- so, la cui composizione consente a sua volta una gerarchica porosità della pelle. Il materiale risulta in questo modo estremamente morbido, elastico e resistente. I 10 DOF (degree of freedom) del volto simulano il muscolo zigomatico maggiore, il depressore del labbro inferiore, il mentale, il nasale, l‘orbicolare della bocca, il buccinatore, il frontale, il procero e quelli delle palpebre. Tutto ciò rende l‘umanoide capace di una vasta gamma di microe- spressioni facciali umane e soprattutto ampiamente modulabili, quest‘ultima caratteristica lo contraddistingue rispetto agli altri social robot ad oggi realizzati (Hanson et al. 2012), ed è quella che ci ha indotto a sceglierlo. Il nostro obiettivo è implementare e adoperare il robot in modo tale da ot- timizzarne al massimo le prestazioni durante la terapia e lo studio dei soggetti con ASD. A tal fine, abbiamo dato inizio a una review sistematica degli studi con- dotti negli ultimi dieci anni su autismo e social robotics. Abbiamo operato la nostra ricerca seguendo i criteri PRISMA, e da un iniziale campione di 998 risultati, abbiamo estratto circa 80 studi. Lo scopo di questa ricerca è porre a confronto i risultati ottenuti con differenti terapie robotiche al fine di poter avere un‘idea complessa di cosa sia realmente questa presunta preferenza dei soggetti con ASD per gli agenti non intenzionali, di cui si parla con maggiore insistenza da quando Temple Grandin dichiarò di preferire gli abbracci della sua macchina a quelli di sua madre (Grandin et Johnson 2007). In altre paro- le, la nostra preliminare review intende rispondere alle seguenti domande: i soggetti con ASD preferiscono davvero interagire con agenti non intenziona- li? Se si, questa assunzione può essere estesa a tutti i singoli casi, o comun- que alla maggioranza di essi? In che modo questa eventuale preferenza può essere sfruttata per ottimizzare i risultati delle sedute di terapia? O, più in ge- nerale, per migliorare la qualità della vita del soggetto e la sua crescita socia- le? Esiste un uso scorretto del robot? Se si, qual è? La capacità di evincere emozioni dalle espressioni facciali è complessa, e ne presume altre. Con la nostra ricerca speriamo di comprendere quali usi dei robot sociali hanno contribuito a migliorare le prestazioni nei soggetti ed eventualmente in quali abilità e speriamo, grazie a ciò, di poter architettare un setting che sfrutti i punti di forza del robot e che al contempo tenga conto dei risultati ottenuti dai precedenti esperimenti. Risultati Benché nell‘ultimo decennio gli studi sulle potenzialità della social robo- tics nella cura, nello studio e nella diagnosi dei disturbi dello spettro autistico siano notevolmente aumentati rispetto al precedente, la quantità complessiva di esperimenti condotti in maniera scientificamente rigorosa è tuttavia ancora esigua. Da ciò consegue che i dati sino ad ora raccolti sono tra loro molto ete- rogenei e dunque confrontabili solo con una valutazione di tipo qualitativo. Il processo cognitivo in cui la social robotics sembra essere più promet- tente è l‘attenzione. Il denominatore comune di quasi tutti gli studi posti al vaglio dalla nostra ricerca è stata la capacità del robot di attrarre su di sé l‘attenzione del soggetto con ASD molto maggiormente di quanto solitamen- te non avvenga con un agente umano o con altri tipi di stimoli (cfr. a titolo esemplificativo Damm et al. 2013; Zheng et al. 2013; Bekele et al. 2013). So- litamente ciò comporta un enorme vantaggio in termini di raggiungimento dei targets prefissati dagli sperimentatori, ma –come viene indirettamente dimo- strato in Bekele et al. 2013– conoscere bene il funzionamento di questo tipo di facilitazione evita, ad esempio, un uso scorretto del robot che al contrario rischierebbe di fuorviare il soggetto dal raggiungimento del target. Sia studi condotti attraverso l‘fMRI (Chaminade et al. 2012), sia esperi- menti su tasks di imitazione di movimenti congruenti e incongruenti rispetto a quelli di un agente (Cook et al. 2014; Pierno et al. 2008) sembrano indicare una differenza tra soggetti con ASD e soggetti a sviluppo tipico (TD) nella percezione degli agenti non intenzionali. La propensione dei soggetti con ASD a interagire con agenti non intenzionali, tuttavia, non si traduce nella ri- cerca di un agente meno intelligente di quello intenzionale: come dimostrano gli studi preliminari sui primi prototipi di robot intelligenti (in grado di inferi- re le preferenze dei bambini sulla base di studi preliminari sugli stati emotivi soggettivi dei singoli partecipanti e di dati fisiologici istantaneamente raccolti attraverso dispositivi indossabili), questi ultimi appaiono più attrattivi e sod- disfacenti per i soggetti con ASD (Conn et al. 2008). Conclusioni I dati di cui siamo attualmente in possesso non ci permettono ampie ge- neralizzazioni; tuttavia gli studi effettuati negli ultimi dieci anni ci consento- no un uso più consapevole dei robot nello studio, nella diagnosi e nell‘elaborazione di terapie più funzionali ai disordini dello spettro autistico. Al termine dell‘intervento forniremo una breve dimostrazione del funziona- mento del robot Zeno R25.
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