Virtual humans for ASD intervention: a brief scoping review / Humanos virtuales para la intervención en TEA: una breve revisión del alcance

Abstract Individuals with autism spectrum disorder may present social-communicative and behavioral deficits. Recently, research on treatment and diagnosis has shifted its focus to the application of new tech nologies. Among them is virtual reality, which guarantees a high sense of realism to the experience and allows the implementation of a virtual agent that facilitates the use of the application. In social skills interventions, it has been mostly chosen to implement a virtual agent with a human appearance. Virtual humans guide the user-system interaction through the use of verbal and nonverbal language. They can be equipped with responsiveness: the ability to provide responses to the user based on data recorded during the use of the technology. Responsiveness is functional when the goal is to create an interaction similar to that of everyday life, as it allows for behavioral responses and, at a more sophisticated level, vocal responses. Considering virtual agents capable of holding a conversation with the user, to date three different methods have been implemented that make communication more or less realistic. This brief review proposes a synopsis of relevant virtual humans' features and highlights some key ASD research areas wherein virtual humans are implemented for diagnosis and treatment. A total of 11 studies were selected and their analysis was summarized into 7 main categories. Finally, the clinical and technological implications of the results found were discussed.

Resumen Los individuos con trastorno del espectro autista pueden presentar déficits socio-comunicativos y conductuales. Recientemente, la investigación sobre el tratamiento y el diagnóstico se ha centrado en la aplicación de nuevas tecnologías. Entre ellas se encuentra la realidad virtual, que garantiza un alto sentido de realismo a la experiencia y permite la implementación de un agente virtual que facilite el uso de la aplicación. En las intervenciones de habilidades sociales, se ha optado mayoritariamente por implementar un agente virtual con apariencia humana. Los humanos virtuales guían la interacción usuario-sistema mediante el uso de lenguaje verbal y no verbal. Estos pueden estar dotados de responsividad: la capacidad de proporcionar respuestas al usuario basadas en los datos registrados durante el uso de la tecnología. La responsividad es funcional cuando el objetivo es crear una interacción similar a la de la vida cotidiana, ya que permite dar respuestas conductuales y, a un nivel más sofisticado, respuestas vocales. Considerando los agentes virtuales capaces de mantener una conversación con el usuario, hasta la fecha se han implementado tres métodos diferentes que hacen que la comunicación sea más o menos realista. Esta breve revisión propone una sinopsis de las características de los humanos virtuales relevantes y destaca algunas áreas de investigación clave del TEA en las que se implemen tan humanos virtuales para el diagnóstico y el tratamiento. Se seleccionó un total de 11 estudios y su análisis se resumió en 7 categorías principales. Por último, se discuten las implicaciones clínicas y tecnológicas de los resultados encontrados.

Intervenciones tecnológicas adaptativas para el trastorno del espectro autista: una revisión bibliográfica / Adaptive technological interventions for autism spectrum disorder: a literature review

Resumen Los individuos con trastornos del espectro autista suelen describirse con deficiencias comunicativas, sociales, emocionales y de comportamiento. A menudo están aislados y son pasivos, con pocas oportunidades de interacción positiva y constructiva con el mundo exterior. Por otra parte, pueden mostrar comportamientos retraídos, estereotipados y disruptivos. Estas condiciones pueden dificultar seriamente sus habilidades adaptativas al ambiente, con consecuencias negativas en su calidad de vida. La heterogeneidad fenotípica y la manifestación, así como la gravedad de los síntomas, pueden variar considerablemente según el niño. Esos determinan la necesidad de intervenciones personalizadas y adaptivas según las necesidades específicas, incluyendo factores como la edad, las habilidades intelectuales y las áreas afectadas específicas. Una intervención temprana promovería las habilidades adaptativas, la autodeterminación y la autonomía hacia el entorno. No obstante, los tiempos de esperas y los costes no permiten una evaluación temprana y como consecuencia los tiempos de intervención se retrasan afectando la cualidad de vida de los niños y de los pa dres. Además, los programas tradicionales de intervención dependen de la experiencia de los terapeutas. Una posible forma de superar este problema es el uso de tecnología adaptativa objetiva según las necesidades. El objetivo de este artículo es proporcionar una visión general de las pruebas empíricas disponible en los últimos siete años. En total, se seleccionaron 8 estudios, con 132 participantes que utilizaron 4 sistemas tecnológicos. Por último, se discuten las implicaciones tecnológicas, clínicas, psicológicas y rehabilitadoras de los hallazgos. Se esbozaron directrices prácticas dentro de esta área temática como perspectivas de investigación futuras.

Abstract Individuals with autistic spectrum disorder are often described as having communication, social, emo tional, and behavioral impairments. They are often isolated and passive, with few opportunities for positive and constructive interaction with the outside world. Moreover, they may exhibit withdrawn, stereotyped and disruptive behaviors. The aforementioned conditions can seriously hamper their ability to adapt to the environment, with negative consequences on their quality of life. Phenotypic heterogeneity and manifestation, as well as symptom severity, can vary greatly from child to child. These determine the need for individualized and adaptive interventions according to specific needs, including factors such as age, intellectual ability, and specific affected areas. Early intervention would promote adaptive skills, self-determination, and autonomy towards the environment. However, wait times and costs do not allow for early assessment, and therefore intervention times are delayed, affecting the quality of life of children and parents. In addition, traditional intervention programs depend on the expertise of the therapists. One possible way to overcome this problem is by using objective adaptive technologies based on needs. This article aims to provide an overview of the empirical evidence available over the past seven years. Overall, 8 studies were selected, with 132 participants using 4 technological systems. Finally, the technological, clinical, psychological, and rehabilitative implications of the findings are discussed. Practical guidelines within this topic area are outlined as future research perspectives.

Biomarcadores del trastorno del especto autista basados en bioseñales, realidad virtual e inteligencia artificial / Autism spectrum disorder biomarkers based on biosignals, virtual reality and artificial intelligence

Se ha observado que la estratificación de trastornos del espectro autista (TEA) generada por las escalas actuales no es efectiva para la personalización de tratamientos tempranos. La evaluación clínica de TEA requiere su consideración como un continuo de déficits, y existe la necesidad de identificar parámetros biológicamente significativos (biomarcadores) que tengan el poder de caracterizar automáticamente a cada individuo en diferentes etapas del desarrollo neurológico. El incipiente campo de la psiquiatría computacional (CP) intenta satisfacer las necesidades de diagnóstico de precisión mediante el desarrollo de potentes técnicas computacionales y matemáticas. Una creciente actividad científica propone el uso de medidas implícitas basadas en bioseñales para la clasificación de ASD. Las tecnologías de realidad virtual (VR) han demostrado potencial para las intervenciones de TEA, pero la mayoría de los trabajos han utilizado la realidad virtual para el aprendizaje / objetivo de las intervenciones. Muy pocos estudios han utilizado señales biológicas para el registro y el análisis detallado de las respuestas conductuales que se pueden utilizar para monitorear o producir cambios a lo largo del tiempo. En el presente trabajo se introduce el concepto de biomarcadores conductuales basados en VR o VRBB. Los VRBB van a permitir la clasificación de TEA utilizando un paradigma de psiquiatría computacional basado en procesos cerebrales implícitos medidos a través de señales psicofisiológicas y el comportamiento de sujetos expuestos a complejas réplicas de condiciones sociales utilizando interfaces de realidad virtual.

It has been observed that the stratification of Autism Spectrum Disorders (ASD) generated by the current scales is not effective for the personalization of early treatments. The clinical evaluation of ASD requires its consideration as a continuum of deficits, and there is a need to identify biologically significant parameters (biomarkers) that have the power to automatically characterize each individual at different stages of neurological development. The emerging field of computational psychiatry (CP) attempts to meet the needs of precision diagnosis by developing powerful computational and mathematical techniques. A growing scientific activity proposes the use of implicit measures based on biosignals for the classification of ASD. Virtual reality (VR) technologies have demonstrated potential for ASD interventions, but most of the work has used virtual reality for the learning / objective of interventions. Very few studies have used biological signals for recording and detailed analysis of behavioral responses that can be used to monitor or produce changes over time. In this paper the concept of behavioral biomarkers based on VR or VRBB is introduced. VRBB will allow the classification of ASD using a paradigm of computational psychiatry based on implicit brain processes measured through psychophysiological signals and the behavior of subjects exposed to complex replicas of social conditions using virtual reality interfaces.

Uso de entornos virtuales para trastornos del neurodesarrollo: una revisión del estado del arte y agenda futura / Use of virtual reality for neurodevelopmental disorders. A review of the state of the art and future agenda

Hasta ahora las herramientas diagnósticas de los trastornos del espectro autista (TEA) se basan mayoritariamente en criterios cualitativos de información observacional en contextos con baja validez ecológica. Una creciente actividad científica propone medidas implícitas para la evaluación y diagnóstico del TEA. Dichas medidas se basan en procesos de carácter biológico e inconsciente, subyacentes a la capacidad de cognición humana y son obtenidas a través de la adquisición y tratamiento de respuestas cerebrales, fisiológicas y comportamentales, con el objetivo de obtener la estructura comportamental del paciente TEA ante un estímulo. La compleja relación existente entre respuestas fisiológicas y la estructura comportamental del paciente TEA ante un estímulo, obliga a utilizar técnicas avanzadas de tratamiento de la señal basadas en computación cognitiva. Las técnicas de inteligencia artificial, tales como aprendizaje automático (machine learning) y neurocomputación aplicadas al análisis de señales psicofisiológicas, han demostra do su robustez para la clasificación de complejos constructos cognitivos. La realidad virtual (RV) es una herramienta que permite recrear situaciones de la vida real con una alta fidelidad sensorial, pero al mismo tiempo controlar individualmente cada una de las situaciones y estímulos que influyen en el comportamiento humano. También permite la medición en tiempo real de las reacciones humanas ante tales estímulos. Este documento analiza los últimos avances científicos y tecnológicos relevantes para sus aplicaciones en el diagnóstico del TEA. Afirmamos que la RV es una herramienta muy valiosa para la investigación del TEA, especialmente para la evaluación y diagnóstico de habilidades y competencias complejas.

To date, the diagnostic tools for autism spectrum disorder (ASD) have been mostly based on qualitative criteria from observational information in contexts with low ecological validity. We are witnessing a growing scientific activity that proposes the use of implicit measures for the evaluation and diagnosis of ASD. These measures are based on processes of a biological and unconscious nature, underlying the capacity of human cognition, and are obtained through the acquisition and treatment of brain, physiological and behavioral responses in order to obtain the behavioral structure of the ASD patient facing a stimulus. The complex relationship between physiological responses and the behavioral structure of the ASD patient requires the use of advanced techniques of signal processing based on cognitive computation. Artificial intelligence (AI) techniques, such as machine learning and neurocomputing applied to the analysis of psychophysiological signals, have demonstrated their robustness for the classification of complex cognitive constructs. Virtual reality (VR) is a tool that allows recreating real-life situations with high sensory fidelity, but at the same time individually controlling each of the situations and stimuli that influence human behavior. It also allows the measurement in real time of human reactions to such stimuli. This document analyzes the latest scientific and technological advances relevant to its applications in the diagnosis of ASD. We conclude that VR is a very valuable tool for ASD research, especially for the evaluation and diagnosis of complex skills and competencies.