ARCHITECTURE FOR ALZHEIMER’S DISEASE. SMART HOUSING FOR PEOPLE WITH COGNITIVE IMPAIRMENT*

 

 

Abstract

Alzheimer’s disease (AD) is characterised by a diffuse and progressive disruption of brain function. In the population beyond the age of 65, the incidence of this disease rises exponentially. Along with the significant health issues, there are also further concerns related to safety, confusion, or ignorance of the spatial needs that will require the disorder. This illness causes significant changes in the way of life of the users, their caretakers, and their relatives.

How to design an inclusive and adaptable environment for the evolution of the disease? How to design a space for someone who wakes up every day in a different place? In order to answer these questions, it is necessary to know how the population with AD perceives life’s space and the impact it has on their behaviour, physical condition, and emotional state. The ALZARQ research project is inspired by this requirement and seeks to quantitatively identify the environmental and spatial parameters influencing these users’ daily activities. The project analyses, in a population sample, the impact of factors such as orientation, temperature, lighting, sound, or spatial dimension. The insights acquired about these environmental factors allow us to propose inclusive and non-invasive architectural solutions that improve the quality of life for this collective. This work presents one of the main knowledge transfers obtained in the project: a prototype of a smart home made in virtual reality, intended for people with cognitive impairment.

 

1. Introducción

La sociedad actual se encuentra inmersa en un proceso de transición en el que destacan dos nuevos paradigmas que están condicionando los modos de habitar contemporáneos: el envejecimiento poblacional y la revolución digital.

El significativo cambio demográfico que ha supuesto la mejora de la esperanza de vida a nivel mundial supondrá, en 2050, un incremento del 12% al 22% de las personas mayores de 65 años que, actualmente, ya superan en número a los niños menores de 5 años (World Health Organization 2022). La población adulta, lejos de ser un grupo homogéneo, está conformada por una gran diversidad de personas con necesidades específicas.

Una parte importante de ese colectivo son las personas con demencias y, en concreto, los afectados por la enfermedad de Alzheimer (EA), una de las dolencias con mayor prevalencia entre la población de la tercera y cuarta edad (Villarejo Galende et al. 2021). La demencia de Alzheimer está considerada como la ‘epidemia’ del siglo XXI en las sociedades desarrolladas. La fuerte incidencia de esta enfermedad se ha convertido en un problema no sólo sanitario, sino, fundamentalmente, social y económico.

Los usuarios con EA necesitan fortalecer sus rutinas y habilidades diarias, primero como parte de su estimulación cognitiva y después para mantener la autonomía en sus hogares. Una original forma de abordar las dificultades inherentes al anterior planteamiento es considerar que el problema no es la discapacidad, sino el entorno (Quesada-García y Valero-Flores 2017). Partiendo de esa consideración, se hace imprescindible la adaptación de espacios para que estos usuarios mantengan su actividad diaria durante el máximo tiempo posible, con la seguridad y confort requeridos. Los ambientes destinados a estos enfermos, a través de un adecuado e inteligente diseño, pueden estimularlos cognitivamente y ayudarlos en sus limitaciones espaciales y temporales (Fig. 1).

El otro paradigma viene impulsado por la silenciosa revolución digital en la que se encuentra la sociedad contemporánea desde hace tres décadas. Las omnipresentes tecnologías de la comunicación e información han transformado, de forma radical, la manera en la que las personas se relacionan e interactúan entre sí y con los entornos, ambientes y edificios que habitan. La aparición de la inteligencia artificial (IA), a finales de 2022, ha supuesto un profundo revulsivo en esta transformación digital. La paulatina integración de la IA en objetos, espacios y edificios hace posible la construcción de entornos habitacionales y de viviendas inteligentes que funcionen como una prótesis externa, no invasiva, capaz de suplir determinadas carencias y asistir e interactuar de manera proactiva con las personas con deterioro cognitivo.

La tecnología está yendo por delante de la teoría, por lo que, desde el punto de vista arquitectónico, es preciso abordar cómo se afrontan estos nuevos retos, para que su desarrollo en la edificación sea lo más sostenible, inclusivo y ético posible. Este desafío ha sido acometido en el marco del proyecto estatal de investigación ALZARQ, que ha abordado, desde la neuroarquitectura, cómo la IA puede implantarse en entornos y espacios cotidianos para adaptarlos a los requerimientos de las personas con diversidad cognitiva.

Ese proyecto es parte de los trabajos que, para promover una arquitectura saludable destinada al envejecimiento poblacional, lleva a cabo el grupo Healthy Architecture & City de la Universidad de Sevilla desde el año 2016; en concreto, en su línea de investigación «proyectar para la ausencia de memoria». La visión que guía a los diferentes proyectos del grupo es que el desarrollo e implementación de soluciones concretas, dirigidas a una población con necesidades específicas, son extrapolables y comunes al resto de la sociedad debido al confort y bienestar que conllevan, por lo que esas medidas tendrán un impacto significativo a medio plazo en el diseño de edificios y ciudades.

Este trabajo presenta una vivienda inteligente para personas con deterioro cognitivo. El prototipo, desarrollado en realidad virtual, es uno de los innovadores resultados de transferencia asociados al proyecto ALZARQ. Este modelo virtual es una potente herramienta que ha servido para validar las soluciones de accesibilidad cognitiva incorporadas a la casa y, además, para probar algunas aplicaciones de IA. La realidad virtual hace posible una comunicación interactiva entre arquitectos, familiares y los diferentes profesionales implicados en el cuidado del enfermo permitiéndoles navegar, desplazarse e interactuar por el espacio doméstico. Esto permite obtener información o visualizar, de una manera fácil y versátil, cómo poder adaptar una vivienda a las cambiantes necesidades de los usuarios con demencia de Alzheimer

 

2. IoT, SCoT, AmI, AAL son los antecedentes: al final, apareció la AI

En los últimos años se ha mejorado mucho el conocimiento del funcionamiento cognitivo de las personas mayores. Las tendencias más aceptadas son aquellas que buscan propiciar la autonomía y permanencia de la persona en su propio ambiente (Tárrega y Boada 1999). Se han desarrollado diversas tecnologías de ayuda, entre las que destacan algunos programas, especialmente diseñados para la rehabilitación de funciones cognitivas, que siguen una estrategia terapéutica basada en el concepto de neuroplasticidad cerebral[i] (Cullel y Vendrell 2008). El uso de nuevas tecnologías posibilita preservar la capacidad cognitiva en fases tempranas de la EA. A estos programas se incorpora ahora el uso de la IA, una innovadora herramienta con un potencial todavía inexplorado en lo que se refiere a la asistencia a este colectivo. El concepto de inteligencia artificial, aunque parece reciente, surge por primera vez en el año 1956, en una conferencia en Dartmouth organizada por J. McCarthy (Buchanan 2005). En 1964, las investigaciones en el área del procesamiento natural del lenguaje dieron como resultado los primeros chatbot[ii] (Flasiński 2016). Sin embargo, en aquel momento los avances fueron muy limitados e inaccesibles para la población (Fig. 2).

En 1999, nace el denominado internet de las cosas (internet of things, IoT) en el MIT Auto-ID Center (Ashton 2009). Este concepto hace referencia a una red de objetos físicos con dispositivos de comunicación integrados, que pueden ser sensores o softwares, capaces de comunicarse entre sí o interactuar con lo que le rodea. Cuando esos objetos interconectados son capaces de cambiar sus respuestas por sí solos, basándose en la información de los datos disponibles y en su propia experiencia, se llaman objetos inteligentes o cosas inteligentes conectadas (smart connected things, SCoT). Un objeto inteligente es un producto activo con una gestión interconectada que mejora su interacción con otros objetos y con las personas (Quesada-García et al. 2023a). En esta línea, Mark Zuckerberg presentó en 2016 la plataforma inteligente Jarvis, que servía para controlar los aparatos electrónicos de su hogar (Zuckerberg 2016).

 

 

La aplicación de esta tecnología de objetos inteligentes a los espacios dio lugar al concepto de inteligencia ambiental (ambient intelligence, AmI) que hace referencia al uso generalizado de sistemas inteligentes, incorporados e integrados en entornos y ambientes habitables (Zelkha et al. 1998). Estas redes o sistemas generan una capa tecnológica omnipresente, embebida y ubicua en los espacios, que son capaces de interactuar proactivamente con el usuario de forma transparente y no invasiva.

Basándose en los conceptos y procedimientos de la AmI, la Unión Europea lanzó, hace 15 años, el programa Ambient Assisted Living Joint Research and Development Programme (Cicirelli et al. 2021). Lo que comenzó siendo la denominación de un programa de investigación europeo se ha transformado en un concepto en sí mismo, llamado: active and assisted living (AAL). Un sintagma que define un nuevo modelo de asistencia para las personas mayores, basado en las ayudas que aportan productos y servicios tecnológicos. Se trata de un innovador concepto que pretende diseñar y construir entornos más saludables, seguros y cómodos para que los adultos de la tercera edad puedan llevar una vida activa, asistiéndolos a través del uso de tecnologías transparentes e interconectadas en los ambientes (Quesada-García et al. 2023a).

Hace una década es cuando el concepto de artificial intelligence (AI, por sus siglas en inglés) empieza a evolucionar y a definirse como una tecnología capaz de simular un comportamiento inteligente y crítico (Kaul et al. 2020). En 2015, S. Altman funda la empresa OpenAI como una entidad sin ánimo de lucro con el objetivo de crear una inteligencia artificial generativa capaz de razonar y comunicarse como un ser humano (Trautman 2023).

OpenAI presenta, el 1 de diciembre de 2022, sus dos aplicaciones más famosas: ChatGPT 3.5 y Dell-E. La primera genera diálogos con texto entre máquina y persona. En marzo de 2023 se comenzaron a incluir imágenes; y en mayo se introdujo el diálogo con voz. Con estos avances se rompió la barrera del test de Turing establecida en el año 1950. En un corto periodo de tiempo han surgido numerosas aplicaciones enfocadas al ámbito habitacional, además de robots y asistentes domésticos que integran la AI. Entre ellos están los robots Ballie de Samsung y Astro de Amazon o los soportes HomePod de Apple y Google Home. Estas herramientas permiten a las personas interactuar con softwares de AI a través de la voz.

El contexto previo, definido por el IoT, la AmI y la AAL, en el que el espacio puede interactuar con el usuario, crea las condiciones adecuadas para que la AI se desarrolle en los ambientes habitados. Si la AmI permitía una interacción básica basada en estímulo-respuesta, la incorporación de la AI significa una revolución absoluta: ahora el entorno físico es proactivo y capaz de asistir de forma autónoma al usuario en el desarrollo y mantenimiento de sus habilidades.

Con los chatbots y voicebots, integrados en espacios e interactuando con los usuarios, algunas aplicaciones de IA comienzan a mostrar su potencial para convertir el ambiente doméstico en un apoyo eficaz para las personas con deterioro cognitivo. A través de los dispositivos y espacios dotados con IA, el entorno habitacional se puede convertir en una prótesis externa para personas con determinadas carencias cognitivas. Por ejemplo, si no se recuerda dónde está el baño, el comedor o el dormitorio, es posible mostrar el camino por medio de itinerarios de luces leds, que se activan con sensores embebidos en paredes o suelos. También es útil para evitar accidentes o incrementos no deseados en facturas, ya que puede avisar cuando detecta que el habitante ha salido de una estancia y se ha dejado encendido algún aparato.

Con la IA es posible controlar y programar, en función de las rutinas, acciones como mover persianas, encender luces, controlar la climatización o abrir puertas. No será necesario interactuar con las instalaciones de la casa con procesos a veces poco amigables o intuitivos, como ocurre actualmente con la domótica. Es decir, en vez de programar el accionamiento de la calefacción, bastaría con decir o sugerir que «hace un poco de frio», para que el interfaz disponible oiga el comentario y active la acción de regular la temperatura de la estancia.

Otra importante funcionalidad que presenta la IA es la de detectar anomalías en el comportamiento cotidiano de las personas, ya que tiene la capacidad de aprender de su propia experiencia. Por ejemplo, si una persona se levanta todos los días sobre las nueve de la mañana, enciende las luces, abre el frigorífico, y algún día no lo hace, el entorno inteligente detecta un cambio de rutina, pregunta si todo está correcto y, si no obtiene respuesta, activa un aviso de alarma. Estas utilidades pueden estar integradas en interfaces conocidos como la TV, la radio, los espejos, u objetos familiares a los que los usuarios están acostumbrados, facilitando así su aceptación a través de procesos de interacción intuitivos.

Los avances que está generando la revolución digital y su desarrollo tecnológico, permiten diseñar y construir espacios de vida asistida que interactúan inteligentemente con los habitantes de una casa o un edificio. Con la tecnología actual, es posible construir un entorno protésico no invasivo que apoye a las personas con demencia de Alzheimer, adaptándose a la realidad de cada caso. Se puede diseñar un espacio personalizado a las necesidades del paciente en el que, tras evaluar su estado, déficits y facultades, el entorno dé una respuesta capaz de mantener sus capacidades y apoyar las que se están deteriorando. Una prótesis, proporcionalmente compleja cuanto más compleja sea la pérdida cognitiva, de forma que el espacio se constituya en una especie de exo-cerebro, que interactúe y apoye activamente a la persona afectada en su relación diaria con el ambiente físico.

 

3. Prototipo de vivienda inteligente para personas con deterioro cognitivo

El contexto y los antecedentes anteriores consideran implícitamente como hipótesis de trabajo que los entornos y los espacios físicos habitables, no están definidos sólo por parámetros visuales, compositivos, geométrics o dimensionales, sino que también engloban aspectos cognitivos, fisiológicos, psicológicos y emocionales (Quesada-García et al. 2023b). Con este enfoque, la incorporación de las nuevas tecnologías de la comunicación y los avances en IA abre un abanico de posibilidades de gran utilidad para ofrecer un sistema de estimulación, ubicuo y no invasivo, a personas que padecen determinados déficits cognitivos.

Una de las tareas, llevadas a cabo en el proyecto ALZARQ, ha sido analizar la incidencia de estos avances tecnológicos en el espacio doméstico y cómo su integración en la arquitectura da respuesta a las necesidades cambiantes de la población con EA. Para ello, se ha partido de una experiencia previa construida en el centro de recuperación de personas con discapacidad física (CRMF) del IMSERSO, existente en San Fernando (Cádiz). En esa vivienda se puso en marcha en 2002 un programa piloto que consistió en dotar a una vivienda con domótica para que personas con diversidad física aprendieran a vivir en casa de forma autónoma (Fig. 3).

 

 

A partir de los resultados obtenidos a lo largo de las dos últimas décadas por el IMSERSO en esa casa, el grupo Healthy Architecture & City, ha elaborado, con realidad virtual, un nuevo prototipo en el que se incorporan algunas de las medidas establecidas en la normativa de accesibilidad cognitiva, recogida en la Ley 6/2022, de 31 de marzo; así como en el Real Decreto 193/2023, de 21 de marzo.

El prototipo se ha diseñado con una visión holística, poniendo énfasis en soluciones que permitan el mantenimiento de la autonomía de las personas con demencia y en la necesidad de facilitar la permanencia en su propio ambiente el máximo tiempo posible. Es una vivienda proyectada teniendo presente la coexistencia de otros usuarios, como familiares y/o cuidadores, ya que las medidas implantadas para su adaptación cognitiva no limitan la utilización de la casa. Como herramienta proyectual se ha usado la realidad virtual, lo que ha permitido visualizar diferentes opciones de distribución y adaptarlas a las diversas necesidades que va teniendo el usuario conforme avanza la enfermedad. El prototipo presenta hasta tres escenarios diferentes, en función de la evolución de la EA y posibilita recorrer de manera ágil e intuitiva la vivienda, comprobando el resultado de los diferentes cambios que haya que hacer sin necesidad de realizar obras, reformas o desembolsos económicos.

 

 

 

El enfoque del proyecto ha estado centrado en personalizar las estancias en función de los requerimientos del usuario, buscando generar ambientes que lo estimulen sensorialmente. Para ello se emplean determinados parámetros arquitectónicos que atienden a la relación visual y física con el exterior, a la intensidad y temperatura lumínica, al color de paramentos, al material del pavimento, o al sonido ambiente de la vivienda.

Durante el desarrollo se han incorporado algunas soluciones técnicas como: el encendido o regulación automática de la iluminación en función de la incidencia y variación de la luz natural, bien por medio de persianas con control automatizado o con ajustes de intensidad de las luminarias; sistema de control de apertura y cierre con detección de movimiento y presencia; dispositivos de control de audios de la vivienda, de forma que ésta atienda a órdenes verbales y emita recomendaciones sobre el uso de determinadas estancias o elementos presentes en las mismas; mecanismos de control y regularización térmica en el interior de la vivienda, según las necesidades del usuario y del número de personas; la colocación de espejos inteligentes, que cambian de estado en función del usuario que los utilice, etc.

Mediante el empleo de dispositivos como lectores faciales o biométricos, control por voz, cerraduras inteligentes, sensores de localización, movimiento y presencia o sistemas de alarma, es posible ayudar en las actividades instrumentales de la vida diaria de las personas con deterioro cognitivo, mejorando su orientación, motivación o estado de ánimo. El prototipo, todavía en desarrollo, está abriendo novedosas líneas de trabajo en las complejas relaciones que existen entre comportamiento humano y espacio habitado. Son caminos que muestran las posibilidades de las nuevas metodologías de diseño arquitectónico que afrontan la problemática que presenta la integración de la IA en los entornos habitados (Fig. 4).

Este prototipo fue presentado en Málaga en la tercera edición de TECNOSOCIAL 2024, un foro permanente de innovación y nuevas tecnologías en servicios sociales, que tiene como objetivos difundir los avances tecnológicos, dar a conocer los principales proyectos que se están desarrollando y concienciar a la ciudadanía de la importancia de la investigación e innovación para contribuir a la calidad de vida de las personas más vulnerables.

Cabe concluir esta contribución con una reflexión. Desde el punto de vista arquitectónico, el ser humano debe encontrar en los entornos físicos que habita un significado con el que sentirse identificado con plena conciencia, autonomía y libertad. Las nuevas tecnologías sólo serán asumidas y aceptadas por el colectivo al que van dirigidas, si estas personas les encuentran un sentido o significado comprensible, si están incorporadas de forma arquitectónica en un espacio con el que las personas se sientan partícipes. El sentido de los edificios y espacios lo aporta el proyecto arquitectónico, que es el que posibilita una experiencia de los lugares y dota de calidad a la arquitectura. La arquitectura, con sus recursos técnicos, formales y compositivos, le da significado a los espacios del habitar, convirtiéndolos en un activo emocional para que los habitantes alcancen un mayor grado de confort, bienestar y calidad de vida. En esta dirección están orientados los trabajos de nuestro equipo.

 

5. Bibliografía

Ashton, K. 2009. “That ‘internet of things’ thing.” RFID journal 22 (7): 97-114.

Batish, R. 2018. Voicebot and Chatbot Design: Flexible Conversational Interfaces with Amazon Alexa, Google Home, and Facebook Messenger. Packt Publishing Ltd.

Buchanan, B. G. 2005. “A very brief history of artificial intelligence.” Ai Magazine 26 (4): 53-60. https://doi.org/10.1609/aimag.v26i4.1848

Cicirelli, G., Marani, R., Petitti AMilella, A., y D’Orazio, T. 2021. “Ambient Assisted Living: A Review of Technologies, Methodologies and Future Perspectives for Healthy Aging of Population.” Sensors 21 (10): 3549. https://doi.org/10.3390/s21103549

Cullel Gómez, N., y Vendrell Brucet, J. M. 2008. “Aplicación de las nuevas tecnologías en los programas de intervención cognitiva para personas con deterioro.” Alzheimer. Realidades e investigación en demencia (38): 14-20.

Flasiński, M. 2016. “History of artificial intelligence.” In Introduction to artificial intelligence, editado por Springer, Cham, 3-13. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-40022-8_1

Geschwind, N. 1985. “Mechanisms of change after brain lesions.” Annals of the New York Academy of Sciences 457: 1-12. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1985.tb20795.x

Kaul, V., Enslin, S., y Gross, S. A. 2020. “History of artificial intelligence in medicine.” Gastrointestinal endoscopy 92 (4): 807-812. https://doi.org/10.1016/j.gie.2020.06.040

Quesada-García, S., y Valero-Flores, P. 2017. “Proyectar espacios para habitantes con alzhéimer, una visión desde la arquitectura.” Arte, individuo y sociedad 29 (3): 89-108. https://doi.org/10.5209/ARIS.54602

Quesada-García, S., Valero-Flores, P., y Lozano-Gómez, M. 2023a. “Active and Assisted Living, a Practice for the Ageing Population and People with Cognitive Disabilities: An Architectural Perspective.” International Journal of Environmental Research and Public Health 20 (10): 5886. https://doi.org/10.3390/ijerph20105886

Quesada-García, S., Valero-Flores, P., y Lozano-Gómez, M. 2023b. “Towards a Healthy Architecture: A New Paradigm in the Design and Construction of Buildings.” Buildings 13 (8): 2001. https://doi.org/10.3390/buildings13082001

Tárrega, L., y Boada, M. 1999. “Terapias blandas: programa de psicoestimulación integral. Alternativa terapéutica para personas con enfermedad de Alzheimer.” Revista de neurología 27 (1): 51-61. https://doi.org/10.33588/rn.27S1.98448

Trautman, Lawrence J. 2023. “Sam Altman, OpenAI, and the Importance of Corporate Governance.” SSRN 4679613. https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4679613

Villarejo Galende, A., Eimil Ortiz, M., Llamas Velasco, S., Llanero Luque, M., López de Silanes de Miguel, C., y Prieto Jurczynska, C. 2021. “Informe de la Fundación del Cerebro. Impacto social de la enfermedad de Alzheimer y otras demencias.” Neurología, 36 (1): 39-49. https://doi.org/10.1016/j.nrl.2017.10.005

World Health Organization (WHO). 2022. “Envejecimiento y salud.” Consultado el 3 de abril de 2024. https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/ageing-and-health

Zelkha, E., Epstein, B., Birrell, S., y Dodsworth, C. 1998. “From Devices to ‘Ambient Intelligence’: The Transformation of Consumer Electronics.” Digital Living Room Conference, Philips. Consultado el 20 de diciembre de 2023. https://epstein.org/ambient-intelligence/

Zuckerberg, M., 2016. “Jarvis: Introduction.” Consultado el 15 de enero de 2024. https://epublications.marquette.edu/zuckerberg_files_videos/209

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[i] La neuroplasticidad es la respuesta que da el cerebro para adaptarse a situaciones nuevas y la capacidad de restablecer su equilibrio alterado. La base científica de las intervenciones destinadas a fomentar una acción terapéutica en el campo del envejecimiento cerebral es esta capacidad plástica del cerebro y es, por ahora, una de las formas de abordaje de las enfermedades psiquiátricas y neurológicas de origen funcional (Geschwind 1985).

[ii] Un chatbot o voicebot es un software que, mediante el uso de IA y el procesamiento natural del lenguaje, es capaz de mantener una conversación fluida con una persona (Batish 2018)

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Santiago Quesada-García. Dr. Arquitecto e Investigador Responsable del grupo HAC
Pablo J. Valero-Flores. Dr. Arquitecto e Investigador
María Lozano-Gómez. Arquitecto e Investigador