Il progetto

Finalità e obiettivi

Il progetto BrainHeart propone una piattaforma innovativa per prevenire l'insorgere di malattie cardiovascolari nell'anziano, attraverso un programma guidato di benessere psicofisico. Il sistema si basa su un hardware indossabile per il monitoraggio multi-parametrico della salute fisica e mentale e l'implementazione di algoritmi di supporto alle decisioni basati su intelligenza artificiale in grado di favorire un'attività fisica regolare e una sana alimentazione. Il secondo aspetto innovativo riguarda l'integrazione di una serie di esercizi, strutturati e organizzati facendo riferimento alle tecniche di natura cognitivo comportamentale (CBT) e validati dalla letteratura scientifica. In particolare, verranno proposte pratiche di Mindfulness (MCBT) con l'obiettivo di favorire il ruolo proattivo dell'anziano nella prevenzione della salute rendendolo consapevole della relazione tra pensieri, emozioni e sintomatologia del disturbo. Gli esercizi saranno utilizzati anche come strumento di lavoro motivazionale all'interno di un protocollo di Acceptance and Commitment Therapy (ACT), approccio cognitivo-comportamentale di nuova generazione, in cui alla mindfulness sono aggiunte componenti di "commitment", di impegno a modificare il proprio comportamento migliorando lo stile di vita. Insieme allo stato di salute, verrà monitorato anche lo stato psicologico e la somministrazione di esercizi cognitivo comportamentali interattivi personalizzati, basati su approcci clinici validati dalla letteratura scientifica.

Features

Tecnologie abilitanti chiave utilizzate nel progetto

Sensori indossabili

I sensori proposti sono di tipo "non invasivo" ed "indossabile", in grado di catturare la risposta fisiologica (battito cardiaco, variabilità cardiaca, frequenza respiratoria, impedenza cutanea) ed il profilo comportamentale dinamico dell'interlocutore (gestualità, dinamiche corporee). Una ulteriore novità dell'approccio risiede nel fornire un feedback immediato, percepito come significativo dall'utente, in modo totalmente non intrusivo ed integrato nell'infrastruttura hardware e software del progetto.

Sensori intelligenti

Applicati per il monitoraggio di parametri fisiologici come quelli elettrocardiografici (ECG), misurazione della frequenza respiratoria, della variabilità della frequenza cardiaca, dell'impedenza cutanea, sono stati già sviluppati e disponibili anche se ancora su base prototipale. Nel progetto verranno sviluppate soluzioni hardware innovative per il monitoraggio dello stato psico-emotivo compresa la misura dell'ansia e dello stress dell'anziano.

In particolare, attraverso una piattaforma composta da un accelerometro triassiale, un sensore integrato per monitorare l'impedenza cutanea, la temperatura corporea, la qualità del sonno e parametri legati alla variabilità cardiaca verrà tracciato lo stato psico-emotivo. L'accelerometro integrato, consentirà di caratterizzare e contestualizzare la variabilità dei parametri fisiologici identificando con accuratezza i momenti in cui lo stato psico-emotivo ha effetti negativi sul programma riabilitativo.

Deep Learning

Il deep learning è un insieme di tecniche basate su reti neurali artificiali organizzate in diversi strati, dove ogni strato calcola i valori per quello successivo affinché l'informazione venga elaborata in maniera sempre più completa. L'infrastruttura BrainHeart disporrà di un server per l'implementazione di reti neurali artificiali basate su algoritmi di Deep Learning. Il sistema sarà equipaggiato di 8 schede NVIDIA Tesla P100 con 16 GB di memoria per GPU e potenze di picco che arriveranno fino ai 170 teraflop. Inoltre essendo richiesta una comunicazione rapida tra GPU per sviluppare Deep learning, la piattaforma sfrutterà la nuova architettura GPU NVIDIA Pascal che offre una potenza di calcolo corrispondente a quella di 250 server basati su CPU, inclusi cavi, collegamenti e rack, il tutto racchiuso in un unico contenitore. L'architettura hardware sarà equipaggiata di software di gestione ottimizzato per il deep learning che permetterà ai ricercatori di velocizzare l'apprendimento delle reti neurali "Deep". Tali architetture verranno impiegate nel sistema di supporto intelligente presentato nell'OR5 e oltre a valutare le condizioni di salute fisica e mentale attraverso l'analisi dei parametri fisiologici, saranno in grado di creare dei programmi personalizzati e contestualizzati per l'utente sull'attività fisica, nutrizione e somministrazione dei farmaci.

Ad essere basato su tecniche avanzate di deep learning è anche il modello psicologico, finalizzato al raggiungimento di un equilibrato rapporto con il programma riabilitativo, che necessità di una piena consapevolezza della relazione tra corpo, emozioni e pensieri. E' necessario imparare a individuare le emozioni che elicitano una disregolazione, anche momentanea, dell'attività fisica e della condotta alimentare. Attualmente la terapia cognitivo comportamentale è considerata dalla comunità scientifica il metodo elettivo, che offre la maggior percentuale di successo nel trattamento riabilitativo: permette di operare sia interpretando e costruendo alternative alla rappresentazione di sé e della propria storia. In particolare il modello valuterà lo stato di stress, ansia e depressione attraverso l'analisi della variabilità cardiaca, l'impedenza cutanea e questionari somministrati periodicamente tramite smartphone.

Impatto socio-economico

Il progetto BrainHeart propone all'attuale sistema sanitario regionale e nazionale una soluzione di convergenza fra tecnologia e il programma di prevenzione delle malattie cardiovascolari, in grado di fornire al cittadino uno strumento dinamico per un supporto attivo e adeguato al programma di attività fisica e alimentazione corretta. Verranno inoltre esaltati aspetti come il supporto tecnologico e la personalizzazione che sono destinati a diventare particolarmente importanti nell'offerta dei servizi sanitari. Il tutto avrà un positivo impatto di tipo socio-economico per la comunità.

Il progetto ha lo scopo di evitare/ritardare l'insorgere di malattie cardiovascolari nell'anziano fornendo un indispensabile sistema di supporto medico e psicologico. Mentre le spese per trattamenti di malattie cardiovascolari fanno capo prevalentemente all'Ente Regione all'interno dell'assistenza sanitaria e socio-sanitaria, sul fronte dei Comuni, secondo le rilevazioni del Dipartimento Attività Sanitarie e Osservatorio Epidemiologico (Dasoe) dell'assessorato regionale alla Salute, nell'Isola c'è un esercito di 495 mila pazienti con una malattia cardiocircolatoria. Si tratta della diagnosi più frequente, che interessa il 9,3 per cento della popolazione. Questo numero cresce continuamente anche per l'invecchiamento della popolazione ed il miglioramento delle tecniche di diagnosi precoce e di cura che aumentano la sopravvivenza di chi va incontro ad un primo episodio acuto.

Alla luce dell'aumento progressivo dell'aspettativa di vita nella popolazione, è presumibile che i bisogni assistenziali posti da tali patologie siano destinati a crescere nei prossimi anni". Per arginare il problema, il progetto BrainHeart propone una soluzione tecnologica in grado di supportare il paziente nel programma di prevenzione di malattie cardiovascolari attraverso programmi di attività fisica e nutrizione guidati e personalizzati. Dal un punto puramente economico, la necessità di offrire soluzioni e servizi che siano personalizzati e differenziati a seconda delle caratteristiche dell'anziano rappresenta una notevole opportunità per le piccole e medie imprese del territorio. Analogamente la riduzione del "digital divide" che il progetto BrainHeart si prefigge di ottenere attraverso lo sviluppo di soluzioni molto semplici e accessibili di dispositivi informatici e di interfacce fra l'utilizzatore e i servizi Internet, aprirà il mercato delle Tecnologie Informatiche e della Comunicazione a una nuova e vasta fascia di utenti.

Cura dell'anziano

Miglioramento della qualità della vita

Il progetto BrainHeart permetterà di passare dall'attuale piattaforma mobile intelligente di supporto alla prevenzione cardiovascolare dell'anziano, costituita dalla combinazione di sensori indossabili e modelli di intelligenza artificiale e deep learning, alla realizzazione di un prototipo in ambiente industriale, che grazie all'uso di tecnologie abilitanti chiave in ambito microelettronico, consentirà ilmonitoraggio e il supporto alla decisione stimolando il ruolo pro-attivo dell'anziano con un approccio motivazionale cognitivo-comportamentale di nuova generazione (Mindfulness e ACT) per un'attività fisica regolare ed una sana alimentazione.

I servizi di supporto sviluppati grazie alla sinergia tra enti di ricerca e aziende private, porteranno a un miglioramento della qualità della vita nell'anziano. BrainHeart inoltre si presta ad un futuro sfruttamento sul territorio, proponendo all'attuale sistema sanitario siciliano una soluzione di convergenza fra tecnologia ed una rete informale di sostegno, costituita dagli stessi anziani e/o dai loro caregiver, che attraverso un approccio olistico degli aspetti non tecnologici, potrà fornire all'anziano stesso i mezzi per un supporto attivo e adeguato e favorire l'adesione al programma di prevenzione. L'anziano potrà essere coinvolto e motivato attraverso il supporto psicologico in modo permanente nel processo decisionale che riguarderà lo stato della propria salute, nel quale la prevenzione attraverso una corretta alimentazione e attività fisica e la personalizzazione del programma diventeranno elementi predominanti.

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