TITRE DE LA THÈSE : De la formalisation des actes d`assistance

THÈME DE SOUMISSION : RT(6) Santé numérique. RT(3) Contenus, connaissances,
interactions.
TITRE DE LA THÈSE : De la formalisation des actes d’assistance spécifiques aux déficits
cognitifs à leur utilisation comme support de stratégies et de métastratégies d'assistance.
RESPONSABLES DE LA THÈSE :
Directeurs :
Pierre De Loor, (Ecole Nationale d'Ingénieurs de Brest, France) ,
Sylvain Giroux (Université de Sherbrooke, Canada)
Co-encadrants :
André Thépaut (Télécom Bretagne),
Brigitte Le Pevedic (Université de Bretagne sud)
Co-financement :
Université de Sherbrooke (Canada) (50%)
Institut Mines-Télécom (Programme Futur & Ruptures) (50%)
ÉCOLE DE RATTACHEMENT DU RESPONSABLE DE LA THÈSE :
Télécom Bretagne / Ecole Nationale d'Ingénieurs de Brest
ÉQUIPE(S) D’ACCUEIL DE LA THÈSE :
-UMR 6285 Lab-STICC, équipe IHSEV (Interaction Humain-Système et
Environnements Virtuels) (IHSEV) du Lab-STICC, UMR CNRS , Action inter-pôle HAAL
(Human Ambient Assisted Living) (50%) ;
-Laboratoire Domus (Université de Sherbrooke, Canada).
REMARQUE IMPORTANTE :
Le doctorat étant réalisé en co-tutelle entre le laboratoire DOMUS de l'Université de
Sherbrooke (Canada) et le Lab-STICC, le doctorant devra passer une année à l'Université de
Sherbrooke et une année en Bretagne ; le choix pour la troisième année est libre.
MOTS CLÉS : Assistance cognitive diffuse, actes d'assistance, modèles adaptatifs
personnalisable, aide au handicap, intelligence ambiante, interface homme-machine.
RÉSUMÉ :
L’assistance cognitive diffuse (pervasive) a pour but de favoriser l'autonomie des personnes
ayant des déficits cognitifs, tout en soulageant leurs aidants. Bien que plusieurs travaux aient
prouvé la faisabilité et la pertinence de l'assistance cognitive, les recherches se sont
concentrées sur la collecte des données (réseau de capteurs) et la reconnaissance
d'activités, peu ont exploré l'assistance comme telle. Dans les prototypes, les interactions
entre l'assistant et la personne atteinte de déficits cognitifs sont ad hoc, peu complexes et
limitées. Actuellement il n'existe pas de cadre formel qui permettrait de dépasser cette
manière d'assister et de pallier les déficits cognitifs. Un tel cadre rendrait l’assistance
cognitive diffuse flexible, capable d’évoluer, cohérente tout au long des interactions,
personnalisable et robuste. Le doctorat aura comme objectif de définir une théorie des actes
d’assistance, ainsi que des stratégies et des métastratégies d’assistance spécifiques aux
déficits cognitifs. Le modèle formel sera appliqué à l'intérieur d'un prototype qui sera
expérimenté dans le laboratoire Experiment'HAAL de Télécom Bretagne puis déployé et
validé en milieu réel dans la Résidence "La Conquête" (Sherbrooke)" Cette résidence
héberge 10 traumatisés crânio-cérébraux. Ce sujet se situe au confluent de l'intelligence
ambiante, des interfaces hommes-machine, de l'ergothérapie et de la psychologie. Cette
thèse contribuera également à renforcer les collaborations initiées avec l'Université de
Sherbrooke dans le cadre de l'action HAAL (Human Assisted Living) du Lab-STICC (CNRS,
UMR 6285).
DESCRIPTIF DETAILLE
PROBLEMATIQUE. Les déficits cognitifs ont des coûts humains, sociaux et économiques
élevés. Les personnes ayant des déficits cognitifs représentent une portion non négligeable
de la population et leurs soins entraînent des coûts considérables [1]. En France, l’enquête
Handicap-Santé en ménages ordinaires (HSM), réalisée par la DREES et l’INSEE en 2008
(repris dans [28]), a permis d’évaluer que la dépendance chez les personnes âgées de 60 à
79 ans concerne environ 2,7% des personnes, soit 273 000 d’individus. Dans ce domaine,
toutes les personnes concernées déclarent avoir besoin d’être aidées par l’entourage et
solliciter des professionnels pour les tâches ménagères. Les problèmes cognitifs, tels que la
difficulté de résolution de problèmes quotidiens, touchent également 60 % de ces personnes.
De leur côté, les aidants naturels et professionnels sont confrontés à l’épuisement devant la
lourdeur de la tâche et la rareté des ressources [2]. Aussi actuellement faute de systèmes de
supervision et d’assistance, les personnes souffrant de déficits cognitifs doivent trop souvent
quitter leur domicile pour vivre en institution. L’assistance cognitive et la télévigilance
constituent une source d’espoir. Plusieurs technologies d’assistance ont été développées
pour les personnes ayant des déficits cognitifs et leurs aidants [3] [4]. Ces solutions
fournissent des fonctions de rappels d’activités [5], des informations procédurales pour la
complétion d’activités [6], du support pour la gestion du temps et de la vie quotidienne [7],
des capacités de communication avec les aidants [8] [18], des assistants pour des tâches
spécifiques comme le lavage des mains [9]. Plusieurs projets intègrent des appareils
technologiques et des systèmes automatiques dans les résidences [10]. COGKNOW [11] est
un système personnalisable pour pallier les déficits de mémoire, assister les activités de la
vie quotidienne, aider à maintenir les liens sociaux et améliorer la sécurité. Casensa permet,
dans une certaine mesure, à des personnes non familières avec la technologie de créer et
de contrôler leurs propres applications ambiantes [12]. Au fur et à mesure que des
prototypes sont réalisés, des cadriciels pour les environnements omniprésents commencent
aussi à émerger [13]. Pour les populations vieillissantes (démence, Alzheimer, ACV...), ces
solutions favorisent leur autonomie et retardent le moment où elles devront quitter leur
domicile pour aller en institution [14] [15]. Pour les jeunes populations (traumatisés crâniocérébraux (TCC), schizophrénie, déficience intellectuelle…), l’autonomie implique la
possibilité de commencer à vivre seul. Ils peuvent ainsi quitter le domicile familial ou la
résidence hospitalisée et considérer une vie pleine et entière [16]. La capacité de réaliser
ses activités de la vie quotidienne (AVQ) [17] est la clé du maintien à domicile.
PROGRES RECENTS. Depuis sa création, l'équipe IHSEV, au travers du projet transverse
HAAL (Human Ambiant Assisted Living) travaille sur une plateforme générique qui permet à
des personnes en situation de handicap, fragiles ou âgées de pallier à des dépendances ou
de renforcer leurs liens sociaux [18]. Cet objectif de recherche s’est récemment vu conforter
par des volontés politiques aux niveaux national et européen qui visent à développer les
efforts de diffusion et de déploiement de ce type d’applications. Une partie des travaux
actuels portent sur l'accompagnement des personnes dépendantes par le contrôle de
l'environnement. L'exploitation de mesures multi-sources (domotiques, multimédia,
signatures électriques, etc.), issues de capteurs placés dans l'environnement, permettra
d'offrir des services d'assistance personnalisés. Les travaux portent principalement sur le
processus de fouilles de données qui permettra d'identifier des services fréquemment,
régulièrement ou rarement utilisés [19]. Parallèlement, le laboratoire DOMUS travaille sur
l’assistance cognitive diffuse pour réaliser des assistants cognitifs s’appuyant sur un réseau
de capteurs et d’effecteurs et s’intégrant de manière transparente dans l’habitat. L’assistance
cognitive peut prendre plusieurs formes: réaliser la tâche à la place de la personne, faciliter
la réalisation d’une tâche, proposer des activités à réaliser, faciliter les relations sociales,
superviser et détecter les situations anormales, rappeler une tâche à réaliser, expliquer
comment réaliser une tâche, etc.
Archipel a d’abord été utilisé pour l’assistance à la routine du matin [20], puis pour
l’assistance à la préparation de repas [21]. Il a été validé dans l’appartement de DOMUS lors
d’une étude impliquant 12 déficients intellectuels. On a observé que les besoins en
intervention humaine diminuent de manière significative lorsqu’Archipel fournit de
l’assistance.
A partir des concepts d’Archipel, DOMUS a implémenté SemAssist pour assister les déficits
de mémoire sémantique lors de la préparation de repas [22]. Les déficits de mémoire
sémantique empêchent les personnes de nommer et de classifier les objets de la vie
courante. Grâce à SemAssist, une personne âgée atteinte de démence sémantique a
retrouvé la capacité de cuisiner de façon autonome en utilisant ingrédients et ustensiles dont
elle ne retrouvait plus l’usage. Avec SemAssist, elle ne réclamait plus l’intervention de
l’ergothérapeute pour reconnaître les objets et n’omettait plus d’étapes.
LIMITES ACTUELLES. En dépit de résultats positifs et très encourageants [21] [23] [27], les
expérimentations ont mis en évidence plusieurs limites de nos assistants cognitifs dont voici
les plus importantes:
1.
Le système de diagnostic n’est pas robuste face au bruit et n’anticipe pas les erreurs.
2.
Il est difficile d’assister plusieurs AVQ qui se déroulent en parallèle.
3.
Le contenu des messages d’assistance est statique et faiblement contextualisé.
4.
L’assistance est conçue comme une réponse ponctuelle à un évènement ponctuel.
5.
Les interventions d’assistance ne sont pas toujours cohérentes dans le temps.
6.
Le flot des interventions d’assistance n’est pas structuré. Il n’y a pas (ou très peu) de
fil conducteur qui régule et organise le flot de ses actions.
7.
La personnalisation et la contextualisation de l’assistance restent limitées.
8.
Le processus d’assistance et les règles d’assistance sont figés dans le code.
9.
L’assistant ne peut pas être configuré par les aidants et les patients.
Ces limites appellent la formalisation des interventions et des stratégies d’assistance.
OBJECTIFS. L’objectif général de ce projet de doctorat est donc de définir un modèle de
l’assistance cognitive diffuse sensible au contexte, à la fois formel et implémentable pour
obtenir des réalisations évolutives, pertinentes et cohérentes dans le temps. Les objectifs
spécifiques identifiés pour ce faire sont:
Objectif 1: Structurer, abstraire, formaliser l’assistance cognitive afin d’expliciter, organiser,
réutiliser et comparer les connaissances et algorithmes.
Objectif 2: Obtenir une implémentation capable de faire évoluer l’assistance cognitive en
synergie avec le contexte et les clientèles.
Objectif 3: Modéliser l’assistance cognitive comme un dialogue système - usager/aidants.
Objectif 4: Définir, expliciter et implémenter diverses stratégies d’assistance cognitive.
Objectif 5: Définir, expliciter et implémenter des métastratégies d’assistance cognitive pour
évaluer une stratégie, déterminer quand en changer et en changer dynamiquement.
METHODOLOGIE. Le sujet de cette thèse porte donc sur les limites 4, 5, 6 et 8. Il s'agira de 1)
développer une théorie des actes d'assistance et de l'utiliser pour la mise en place de 2)
stratégies et 3) métastratégies d'assistance. L’assistance portera sur la réalisation d’AVQ.
L’accent sera mis sur les déficits d’initiation, de mémoire, de planification et de mémoire. Un
démonstrateur sera construit et validé en milieu réel. La clientèle cible sera les TCC.
Vers une théorie des actes d’assistance. L’objectif de ce projet est de formaliser le
dialogue d’assistance en définissant et structurant ses éléments de base sous la forme
d’actes de langages. Lors des expérimentations, nous avons observé, que des messages,
qui ne sont pas en rapport avec le contexte immédiat ou qui ne tiennent pas compte des
déficits cognitifs, risquent d’être mal compris, d’augmenter la confusion chez le patient ou de
détourner malencontreusement son attention. Si le système répète à un patient Alzheimer de
prendre sa médication, il existe un risque réel que celui-ci la prenne deux fois. Les messages
d’assistance doivent donc être compris comme partie d’un dialogue sur une longue période;
ils doivent tenir compte des déficits cognitifs, des messages transmis et des réponses
explicites et implicites. De même, utiliser un message vocal pour dire à une personne
Alzheimer de prendre ses médicaments n’a pas la même force de conviction que de faire
clignoter un LED sur la porte de l’armoire où se trouve ses médicaments pour lui rappeler de
les prendre. Les actes de langages permettent d’exprimer ces subtilités [25]. Un acte de
langage est un moyen mis en œuvre par un locuteur pour agir sur son environnement par
ses mots : il cherche à informer, inciter, demander… Cette théorie insiste sur le fait qu'outre
le contenu sémantique d'une assertion, un individu peut s'adresser à un autre dans l'idée de
faire quelque chose, à savoir de transformer les représentations de choses et de buts
d'autrui, plutôt que de simplement dire quelque chose. Archipel contient les prémisses d’une
théorie des actes d’assistance, fondée sur les actes de langages [21]. Les actes d’assistance
permettront 1) de spécifier formellement l’aspect illocutoire des messages à transmettre, 2)
de réguler le flot des messages transmis et reçus, 3) d’instancier les messages à l’aide d’un
ou plusieurs effecteurs en fonction du contexte. Une théorie des actes d’assistance
permettra de formaliser le dialogue d’assistance en définissant et structurant ses éléments
de base sous la forme d’actes de langages.
Des stratégies d’assistance cognitives. Une stratégie d’assistance définit des patrons
d’assistance, ses règles, et ses principes. Un patron d’assistance spécifie les actes
d’assistance, l’ordre dans lequel les réaliser, le moment adéquat et les conditions
nécessaires pour les réaliser (ou les abandonner). Une règle d’assistance définira les
contraintes à respecter; par exemple, « pour un patient de stade 5 sur l’échelle de Reisberg
[24], ne jamais permettre plus de deux activités simultanées à cause de ses problèmes
d’attention ». Un principe guidera le choix des règles à appliquer et des actes d’assistance à
choisir; par exemple, « en vertu du principe de l’auto-détermination, privilégier les règles qui
implique directement des actions de l’usager et les actes d’assistance qui s’adressent
directement à lui plutôt qu’à un aidant ». Il n’existe à notre connaissance aucune
formalisation des stratégies d’assistance pour les personnes ayant des déficits cognitifs.
Pour définir ces stratégies, nous nous baserons en particulier sur la littérature disponible
pour les aidants, comme « Alzheimer : Comprendre pour mieux aider » [26]. Ce projet
produira plusieurs stratégies d’assistance pertinentes et rendra explicite les mécanismes
d’assistance en fonction de différents principes : auto-détermination, intervention minimale...
Des métastratégies d’assistance cognitives. Une métastratégie est une stratégie d’ordre
supérieur qui détermine quelle stratégie utiliser dans un contexte donné. L’assistant cognitif
doit pouvoir changer de stratégie en fonction de ses succès et insuccès et en fonction de
l’évolution du contexte. Sur du long terme, lorsqu’un patient TCC a récupéré une partie de
ses capacités cognitives, le niveau d’assistance doit changer de « guidage complet» à «
intermédiaire ». De même sur du court terme, en fonction de l’état de fatigue physique ou
cognitive d’un patient, il peut devenir nécessaire de changer de stratégie. Par exemple, la
fatigue peut diminuer l’attention et la mémoire, il faut donc arrêter de les solliciter si la
personne est fatiguée. Dans ce cas, il faut cesser de se centrer sur la personne et se tourner
vers une stratégie orientée vers les aidants. Les métastratégies expliciteront les critères
d’application et les mécanismes de changements de stratégies d’assistance. Pour ce faire, il
faudra journaliser et analyser les interactions, l’évolution des besoins en assistance de
l’usager, les échecs et les succès des actes d’assistance.
Qualité scientifique et technique, originalité, ruptures envisagées et vision long terme.
A notre connaissance, il n'existe pas formalisation de l'assistance aux personnes atteintes de
déficits cognitifs, ni de description formelle, organisée et implémentable de stratégies et de
métastratégies spécifiques pour ces personnes et leurs aidants. Jusqu'à présent, bien que
plusieurs travaux aient prouvé la faisabilité et la pertinence de l'assistance cognitive, les
recherches se sont concentrées sur la collecte des données (réseau de capteurs) et la
reconnaissance d'activités, peu ont exploré l'assistance comme telle.
A terme, ces travaux auront des contributions et des retombées sur plusieurs plans. Tout
d’abord au plan humain, social et économique, l’assistance cognitive s’avère un élément clé
pour le maintien à domicile des personnes ayant des déficits cognitifs. De plus, l’utilisabilité
des appareils domestiques grand public est souvent limitée pour les personnes ayant des
déficits cognitifs, leur usage étant trop complexe [27]. L’ajout d’assistants cognitifs et de
quelques capteurs et effecteurs dans une résidence permettra pour ces personnes leur
utilisation intégrée dans un environnement normal. Parmi les résultats précis attendus,
mentionnons
 Classification des actes d'assistance
 Définition de stratégies et de métastratégie d'assistance interactive temps-réel
 Application à la mise en oeuvre d'un assistant robuste et personnalisable
 Mise en place sur un scénario d'actes d'assistance
 Validation dans la Résidence "La Conquête" (Sherbrooke) auprès de 10 TCC.
Dans une perspective plus large, ces résultats serviront aussi d'assises de recherches sur
l'acceptabilité et pourront être généraliser à d'autres classes et clientèles d'actes
d'assistance.
Partenariat, notamment à l’international, avec des équipes d’excellence.
Le doctorat sera réalisé en co-tutelle entre le laboratoire DOMUS de l'Université de
Sherbrooke (Canada) et le Lab-STICC (CNRS, UMR 3285, France). Au plan international, ce
partenariat donnera un accès privilégié au laboratoire vivant implémenté par DOMUS dans la
Résidence "La Conquête". Celui-ci sera opérationnel fin 2013.
Rayonnement des équipes participantes et savoir-faire antérieur.
Le Lab-STICC (créé en 2008, évalué et noté 'A' par l'AERES en 2010) souhaite développer
fortement les actions inter-pôles. Ce projet de thèse s'inscrit pleinement dans la démarche
de l'action HAAL (Human Ambient Assisted Living) en faisant collaborer deux équipes sur
deux établissements (Télécom Bretagne et ENIB) et le laboratoire Domus de l'Université de
Sherbrooke. L’équipe IHSEV du Lab-STICC est une équipe pluridisciplinaire (informatique,
robotique et sciences humaines) de 33 permanents (et environ autant de doctorants). Elle
participe à l’action transverse HAAL qui développe une plateforme générique pour l’aide aux
personnes à situation de handicap. L’équipe a participé au projet ANR Robadom qui portait
sur l’évaluation de l’impact de compagnons artificiels sur l’état psychoaffectif et cognitif de
personnes âgées ayant des troubles cognitifs. Elle développe également des compétences
autour de la notion tuteurs intelligents adaptatifs pour la formation en environnement virtuel.
Sa composante UBS est membre fondateur du Centre d’Expertise National en Stimulation
Cognitive (http://censtimco.org/). Côté Québéquois, l’équipe DOMUS regroupe une équipe
interdisciplinaire de chercheurs (informatique, génie, ergothérapie, neuropsychologie,
psychologie, design…). Elle a réalisé plus d’une dizaine d’études impliquant plus de 130
personnes, la plupart ayant des déficits cognitifs (TCC, schizophrénie, démence, Alzheimer,
déficience intellectuelle…). En 2012, DOMUS s'est vu octroyé une subvention de $1 105 000
du Ministère de l'Enseignement Supérieur, de la recherche, de la science et de la
technologie (MERST) du Gouvernement du Québec, pour déployer un laboratoire vivant
(Living Lab) dans la Résidence "La Conquête".
REFERENCES
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RÉSULTATS, n° 718 - février 2010.