Virtual reality wordt steeds vaker onderzocht als middel om pijn te verlichten zonder medicijnen. Onderzoekers van de University of East Anglia (UEA) bekijken nu of AI en oogtracking kunnen helpen om virtuele ervaringen beter af te stemmen op individuele patiënten. Hun onderzoek laat zien dat veranderingen in pupilgrootte en knipperfrequentie informatie kunnen geven over de mentale belasting van gebruikers. Daarmee zouden VR-behandelingen in de toekomst tijdens het gebruik kunnen worden aangepast.
Aan het onderzoek deden 84 mensen mee. De helft had chronische pijn aan het bewegingsapparaat, bijvoorbeeld door artritis of fibromyalgie. De deelnemers voerden steeds moeilijkere geheugentaken uit met een VR-bril die was uitgerust met oogtracking. Het onderzoek toetste niet of een adaptief VR-systeem chronische pijn daadwerkelijk vermindert. Centraal stond een belangrijke voorwaarde daarvoor: kunnen signalen van de ogen voldoende betrouwbaar aangeven hoe mentaal belastend een VR-ervaring voor een gebruiker is?
Mentale belasting meten
De deelnemers doorliepen vijf niveaus van een zogeheten N-back-taak, waarmee het werkgeheugen wordt getest. De moeilijkheid liep op van een basismeting tot een veeleisende 4-back-taak. Daarbij moeten deelnemers herkennen of een aangeboden prikkel overeenkomt met die van vier stappen eerder.
Naarmate de taken moeilijker werden, namen de prestaties af en rapporteerden deelnemers een hogere mentale belasting. De onderzoekers zagen ook dat de pupillen groter werden en deelnemers vaker knipperden. Vervolgens onderzochten zij met AI-modellen of deze oogsignalen onderscheid konden maken tussen een lagere en een hogere mentale belasting. Modellen die het verloop van de signalen analyseerden, presteerden aanzienlijk beter dan modellen die gebruikmaakten van samenvattende meetwaarden.
Bij gezonde deelnemers behaalden de beste modellen een nauwkeurigheid van 74 tot 88 procent. Bij mensen met chronische pijn waren de resultaten duidelijk minder goed: daar lag de nauwkeurigheid tussen 58 en 65 procent. Leeftijd alleen leek dit verschil niet te verklaren, al konden de onderzoekers een invloed daarvan niet uitsluiten.
Die uitkomst is relevant voor de beoogde toepassing. Een systeem voor mensen met chronische pijn kan er niet zonder meer van uitgaan dat oogreacties van gezonde gebruikers ook bij patiënten bruikbare informatie opleveren. Volgens de onderzoekers moeten toekomstige systemen daarom mogelijk individueel worden gekalibreerd. Het systeem leert dan hoe de ogen van iedere gebruiker reageren op veranderingen in mentale belasting. De VR-taken werden over het algemeen goed verdragen: deelnemers rapporteerden weinig bewegingsziekte en ongemak.
Adaptieve behandeling
VR staat al langer in de belangstelling als mogelijke ondersteuning bij pijnbehandeling. Virtuele omgevingen waarin gebruikers volledig opgaan, kunnen de aandacht afleiden van lichamelijke klachten en stress rondom pijn verminderen. Toepassingen variëren van rustgevende landschappen en ontspanningsoefeningen tot interactieve spellen en cognitieve taken.
Uit eerder onderzoek, waarover ICT&health berichtte, bleek dat ook de inrichting van zo’n virtuele omgeving invloed kan hebben op de pijnbeleving. Onderzoekers van Cornell University stelden 70 deelnemers onder gecontroleerde omstandigheden bloot aan pijn door warmte. Daarbij vergeleken zij verschillende virtuele en sociale situaties. Deelnemers verdroegen doorgaans hogere temperaturen wanneer zij een VR-omgeving met iemand anders deelden dan wanneer zij die alleen beleefden. Dat effect trad op bij zowel een bekende als een onbekende virtuele medegebruiker.
Dit onderzoek betrof experimenteel opgewekte pijn. De resultaten zijn daarom niet zonder meer te vertalen naar mensen met chronische pijn. Wel laat het zien dat het effect van VR bij pijnbehandeling van meer kan afhangen dan alleen het opgaan in een virtuele omgeving. Ook de aanwezigheid van anderen, de betrokkenheid van gebruikers en de manier waarop hun aandacht wordt gestuurd, kunnen de ervaring beïnvloeden.
Het UEA-onderzoek voegt daar mentale belasting als factor aan toe. Veel huidige VR-toepassingen bieden in essentie dezelfde ervaring, ongeacht hoe veeleisend die voor een individuele gebruiker is. Bij mentale overbelasting kan iemand afhaken, terwijl een te eenvoudige ervaring mogelijk onvoldoende betrokkenheid oproept. Hoofdonderzoeker dr. Jordan Tsigarides ziet daarom mogelijkheden voor systemen die de mentale inspanning voortdurend volgen en de virtuele ervaring daarop aanpassen. Een toekomstige VR-bril zou bijvoorbeeld taken eenvoudiger kunnen maken bij signalen van overbelasting, of juist meer uitdaging kunnen bieden wanneer een gebruiker onvoldoende betrokken is.
Persoonlijke afstemming
Met zo’n systeem ontstaat een voortdurende wisselwerking tussen de gebruiker en de VR-toepassing. Een grotendeels vooraf vastgelegde interventie kan daarmee veranderen in een behandeling die doorlopend op de gebruiker reageert. Oogtracking is hiervoor interessant omdat sommige commercieel verkrijgbare VR-brillen de benodigde sensoren al bevatten. Daardoor kan mogelijk fysiologische informatie worden verzameld zonder extra draagbare apparatuur.
De aanpak zou op termijn ook buiten pijnbehandeling kunnen worden onderzocht. De onderzoekers noemen toepassingen bij angst en depressie, maar ook onderwijs en professionele trainingen die zich aanpassen aan de gebruiker.
Voor chronische pijn maken de huidige bevindingen echter ook het belangrijkste obstakel zichtbaar. De AI-modellen presteerden het beste bij gezonde vrijwilligers, terwijl de technologie juist bedoeld is voor mensen met chronische pijn. De onderzoekers concluderen expliciet dat de prestaties bij deze patiëntengroep momenteel onvoldoende zijn om de mentale belasting op individueel niveau betrouwbaar te beoordelen. Modellen die op individuele patiënten zijn afgestemd en vervolgonderzoek waarin de werking vooraf wordt getoetst, zijn daarom nodig voordat oogtracking veilig een adaptieve behandeling kan aansturen.
Grotere studies nodig
Het onderzoek toont evenmin aan dat aanpassing van VR aan de mentale belasting leidt tot meer pijnverlichting, minder medicijngebruik of beter dagelijks functioneren. Grotere studies moeten uitwijzen of het technisch kunnen inschatten van mentale belasting ook klinisch relevante voordelen oplevert.
Voorlopig biedt het onderzoek daarmee een bouwsteen voor verdere ontwikkeling. Samen met eerdere bevindingen over de invloed van sociale interactie op pijntolerantie wijst het op een mogelijke ontwikkelrichting voor therapeutische VR: virtuele omgevingen die gebruikers niet alleen meenemen in een andere wereld, maar ook beter reageren op hun behoeften en reacties.
Referenties
Scientific Reports (VR-FOCUS studie).
Voeg ICT&health toe aan Google
Toon meer content van ICT&health in Google Zoeken.
