Kunstmatig Intelligente Therapie

Behandeling van depressie door modelleren van diertherapie.

Bram van den Boomen, Chris Dekker

AbstractDepressie is een steeds groter maatschappelijk probleem aan het worden. Het is bewezen dat huisdieren een relatief goedkope, niet invasieve manier zijn om depressie in elk geval ten dele te behandelen. Therapie met dieren is echter niet voor iedereen en in elke situatie wenselijk. Daarom worden in dit onderzoek inzichten uit de Cognitieve- Neurobiologische Psychologie en de Kunstmatige intelligentie gebruikt om te onderzoeken wat de eigenschappen zijn van dieren die invloed hebben op depressie en hoe deze eigenschappen zijn te modelleren in een intelligent systeem voor de behandeling van depressie. Uit onderzoek naar de effectivitiet van dieren op de behandeling van depressie blijkt dat de relatie tussen mens en dier en de invloed op depressie zeer complex is. Daarom kan worden geconcludeerd dat een mogelijk intelligent systeem voor de behandeling van depressie de onderliggende processen zoals de vorming van een band tussen mens en dier en de interne ritmes en motivaties van dieren zou moeten modelleren. Daarbij is het wenselijk om het systeem een fysieke vorm te geven die eventueel gebaseerd is op dierlijke eigenschappen, maar niet probeert een specifiek dier na te bootsen.

Inleiding

In Nederland geeft 27 procent van de bevolking aan wel eens langer dan twee weken depressieve gedachten te hebben. Ook wordt voorspeld dat depressie in 2030 een van de ziektes zal zijn met de grootste ziektelast op de wereld. Daarnaast is depressie een van de duurste ziektes in Nederland, niet alleen door de schaal van voorkomen van depressie, maar ook omdat behandelmethoden vaak langdurig zijn, gepaard gaan met veel verschillende medicijnen of met invasieve procedures in het ziekenhuis (Verweij 2013).

Een veelbelovend behandelingsmethode voor mensen die lijden aan depressie is de aanschaf van een huisdier of diertherapie gebleken. In een meta-analyse door Souter en Miller uit 2015 van meer dan 100 onderzoeken over de effecten van dieren op depressie blijkt dat "Animal Assisted Therapy" inderdaad een significante positieve invloed heeft op depressie (Souter 2007). Het gebruik van huisdieren bij het behandelen van depressie lijkt dus een makkelijke, relatief goedkope en niet-invasieve methode, zelfs al is het slechts een hulpmiddel naast een klinische behandeling. Er zijn echter tal van redenen voor mensen met een depressie om niet over te gaan tot aanschaf van een huisdier die reiken van praktische redenen zoals allergieën of woonsituatie tot problematiek van de ziekte zelf; sommige patiënten die lijden aan depressie zijn zeer ongeschikt om voor een huisdier te zorgen en daarnaast kan het verlies van het dier de depressie van de patiënt zeer negatief beïnvloeden (Walsh 2009). Daarom wordt in dit paper de mogelijkheid onderzocht van het gebruik van intelligente systemen die de rol van een huisdier kan innemen en bij kan dragen aan de behandeling van depressie. Mocht dit mogelijk zijn in de nabije toekomst, dan zijn er tal van mogelijkheden om deze systemen aan te passen om zelfs een meerwaarde te hebben boven huisdieren, door bijvoorbeeld de mogelijkheid in te bouwen om patiënten te monitoren en een nog persoonlijkere behandelmethode toe te meten. In dit onderzoek proberen we vast te stellen welke eigenschappen een dergelijk systeem zou moeten hebben om effectief te kunnen zijn in het behandelen van depressie. Het onderzoek is daartoe in twee delen opgesplitst. Eerst wordt behandeld welke fysieke eigenschappen belangrijk zijn in de behandeling van depressie en welke van deze eigenschappen van het meeste belang zullen zijn bij het ontwerpen van een "Artificial Intelligent Companion" (Hierna: AIC). Daarnaast zullen de mentale eigenschappen van dieren op de mens behandeld worden, hierbij wordt gekeken naar interactie tussen mens en dier, de effecten van de interne beweegredenen en de band tussen mens en dier. Ook wordt wederom bekeken welke van deze eigenschappen van het grootste belang zijn bij het ontwerpen van een AIC en de eventuele mogelijkheden om deze eigenschappen te modelleren in een intelligent systeem.

Om deze eigenschappen te onderzoeken is het noodzakelijk om inzichten uit de Cognitieve- en Neurobiologische Psychologie en de Kunstmatige Intelligentie te gebruiken. Van belang is namelijk om eerst in kaart te brengen welke invloed dieren precies hebben op de mens en welke aspecten van depressie beïnvloed worden door dieren. Om de mogelijkheden en onmogelijkheden van het modelleren van deze invloeden te onderzoeken is onderzoek in de Kunstmatige Intelligentie noodzakelijk. Door het combineren en integreren van deze twee vakgebieden is het mogelijk om tot een inzicht te komen wat betreft het gebruik van hard- en software om een positieve invloed te kunnen uitoefenen op de behandeling van depressie.

Common Ground

Cognitieve en Neuro-Biologische Psychologie (Hierna: CNBP) en Kunstmatige Intelligentie (Hierna: AI) gebruiken verschillende definities van de term "intelligentie". Het is dus noodzakelijk om een "common ground" te creeëren wanneer de disciplines worden samengevoegd in dit onderzoek gezien er wordt gekeken of een dergelijk intelligent systeem het “intelligente gedrag” van een dier kan nabootsen. Kunstmatige Intelligentie definieert de term intelligentie voornamelijk als rationeel denken en handelen. Intelligentie is hier doelgericht en kan gemeten worden aan het vermogen van de interne toestand om een bepaald doel te bereiken. In de CNBP is intelligentie een verzameling van ervaringen in het leven van een organisme en het vermogen om deze toe te passen. Het rationele vermogen waarin een bepaald doel bereikt kan worden is hier slechts een onderdeel van intelligentie. Intelligent geachte organismen maken vaak keuzes op basis van niet-rationele beslissingen (bv. Motivatie).

Intelligent gedrag is in de CNBP de interactie tussen organisme en omgeving. In de AI wordt intelligent gedrag vrijwel op dezelfde manier beschreven: intelligent gedrag wordt gemeten aan de mogelijkheid van een systeem om zich aan te kunnen passen aan de omgeving om zijn doel zo goed mogelijk te kunnen bereiken. Het verschil in deze aannames is het doel-georiënteerde karakter wat voor de AI een middel en een maatstaf is, terwijl het doel van gedrag niet altijd onlosmakelijk verbonden is met het gedrag. Rationaliteit speelt niet altijd de enige rol in de manier waarop mensen/dieren hun doel bereiken, terwijl dat in de AI juist altijd de hoofdrol speelt. Een groot deel van intelligent gedrag (in CNBP) wat mensen en dieren vertonen (bv. sociale interactie of zoeken naar voedsel) zou in de AI als nutteloos kunnen worden beschouwd omdat het niet altijd doelgericht en/of rationeel is.

In dit onderzoek wordt dus eigenlijk gekeken of uiteindelijk een rationeel systeem doelgericht niet-rationele taken kan uitvoeren (bv. verzorgd worden, aandacht nodig hebben, etc). Omdat intelligente systemen op dit moment slechts werken op basis van rationele regels en gedragingen is het niet van enig nut om niet-rationele systemen te onderzoeken. Wanneer in dit onderzoek wordt gesproken over intelligentie, wordt daarom de definitie van intelligentie zoals gebruikt in de AI toegepast (ofwel: rationele intelligentie).

Fysieke eigenschappen

CNBP

De fysieke aspecten van een gezelschapsdier spelen mogelijk een grote rol in de effectiviteit van de mate waarin de behandeling therapeutisch werkzaam is. Hoewel depressie een complexe aandoening is en onderzoeken op de therapeutische werking van het hebben van een gezelschapsdier vaak meer cijfers geven over de significante werking van de therapie dan over de daadwerkelijke oorzaak van de werking, worden er vaak toch interpretaties gedaan en hypotheses opgesteld voor mogelijke verklaringen van deze therapeutische werking. Er is een grote variatie aan mensen van alle leeftijden en die aan verschillende vormen van depressie lijden waardoor het vaak niet neerkomt op een alles overkoepelende verklaring/interpratie van de werking maar eerder op een mogelijke verklaring van de werking bij die specifieke groep. In dit deel van het verslag wordt voornamelijk aandacht besteed aan de fysieke aspecten van therapie met gezelschapsdieren.

Een langdurig gebrek aan sociale interactie kan leiden in een toename van cortisol (het “stress” hormoon) wat vaak wordt gelinkt aan depressie. Dit resulteert vaak onder andere in een verhoogde bloeddruk. Eenzaamheid is een bekende oorzaak van depressie en een focus op de afname van cortisol zou dus een mogelijke therapeutische werking kunnen hebben in de behandeling van depressie (Tse 2004). De Superior Temporal Sulcus (STS) is een belangrijk gedeelte van het brein wanneer het neerkomt op sociale cognitie en interactie. De STS heeft vele functies zoals het coderen van een persoon zijn bewegingen en lichaamstaal om zo de identiteit van deze persoon te kunnen waarnemen. Ook is de STS belangrijk in het coderen voor biologische bewegingen (ofwel “biological motion”) (Norris 2004). Dit houdt in dat er meer activatie optreedt in dit gedeelte van het brein voor biologische bewegingen (bv. een lopende kat) dan voor niet-biologische bewegingen (zoals een rijdende fiets of een lopende robot). Dit kan er op duiden dat natuurlijke bewegingen een belangrijk aspect zijn voor de therapeutische werking van een gezelschapsdier.

Uit meerdere onderzoeken is ook gebleken dat een dagelijkse aanraking een effect heeft op een daling van het cortisol gehalte. Zo is bij een groep ouderen tussen 71 en 84 jaar oud gebleken dat na een dagelijkse therapeutische aanraking van 10-20 minuten bij 60% van de proefpersonen een afname van het cortisol gehalte in het bloed was waargenomen (Woods 2002). De aanrakingen in deze therapie waren met warme en zachte oppervlakten (een menselijke hand). Aanrakingen met een dier leiden tot een soortgelijk therapeutisch effect (bijvoorbeeld: Een kat op schoot hebben) (Brodie 1999).

AI

Een belangrijk onderdeel van het ontwerpen van een systeem waarvoor interactie met de mens centraal staat is de fysieke vorm die het systeem zal krijgen. Op de een of andere manier zal het systeem moeten kunnen communiceren met de mens. Zelfs als het systeem hoofdzakelijk uit software bestaat zal het manieren moeten hebben om input te ontvangen en output terug te geven. Alhoewel de focus van veel onderzoek zal zijn op de interne toestanden en de verwerking van in- en output is de vormgeving en de manier waarop input wordt ontvangen en output wordt gegeven minstens zo belangrijk omdat dit de manier is waarop de mens met het systeem zal omgaan en andersom.

Veel onderzoek naar de fysieke interactie tussen mens en AIC's is er nog niet. Desalniettemin zijn er interessante fenomenen te vinden uit onderzoek naar interactie tussen robot en mens in andere situaties en relaties. Zo werd in een onderzoek uit 2005 de verschillen in de manieren waarop kinderen omgaan met een echte hond, Canis, en een robothond, AIBO, onderzocht (Melson 2005). AIBO is een robothond gemaakt door Sony in 1999. AIBO is zo ontworpen dat het de vorm heeft van een kleine hond, maar met het ontwerp is niet getracht om zo natuurgetrouw een hond na te maken. AIBO heeft bijvoorbeeld geen vacht en de hardware is duidelijk zichtbaar waardoor er geen twijfel over kan zijn dat AIBO een robot is. AIBO gedraagt zich en beweegt in grote lijnen wel als een echte hond maar met overduidelijke mechanische bewegingen (Sony 2016). In het onderzoek werden kinderen tussen 7 en 15 jaar geobserveerd terwijl zij met een AIBO en een echte hond, Canis, omgingen. Ook werden achteraf verschillende vragen gesteld over de fysieke, mentale, sociale en morele kwaliteiten van AIBO en Canis. Beide honden werden makkelijk geaccepteerd door de kinderen, maar het was duidelijk te zien dat bijna alle kinderen meer tijd door brachten met Canis, dichterbij wilden komen bij Canis dan bij AIBO en meer fysiek contact hadden met Canis. Ook uit de vragen die werden gesteld bleek dat de kinderen meer positieve kwaliteiten toekenden aan Canis. Tot slot kwalificeerden de kinderen AIBO meer als een robot dan een computer, knuffelhond of een echte hond (Melson 2005). Ondanks dat de echte hond in het onderzoek op bijna alle punten significant hoger scoorde dan de AIBO bleek dat de kinderen toch veel dierlijke eigenschappen toekenden aan AIBO. Kinderen behandelden AIBO als een hond, en ongeveer de helft van de kinderen associeerden AIBO meer met een echte hond dan een computer: "children were essentially evenly split on whether AIBO was more like a desktop computer or a live dog. Thus the children did not simply assimilate AIBO to the computational world." (Melson 2005).

Een ander onderzoek over de fysieke eigenschappen van een AIC is het ontwerp van therapeutische robot Paro. Paro is een robot met de vorm van een baby-zeehond die voornamelijk wordt ingezet bij mensen die lijden aan Altzheimer, dementie of een verstandelijke beperking. Paro kan licht, beweging, geluid en aanraking waarnemen en kan daarop reageren door te bewegen, met zijn ogen te knipperen, de patiënt aankijken en geluid te maken (Shibata 2001). In het proces van de ontwikkeling van Paro heeft het onderzoeksteam ook een robotkat en een robot zonder dierlijke vorm gemaakt met grotendeels dezelfde kwaliteiten als Paro. Geobserveerd werd dat Paro significant beter dan de andere robots geaccepteerd werd door patiënten. Shibata verklaart het verschil tussen de kat en de zeehond uit een verschil in apriori kennis over de dieren. Omdat de meeste mensen veel meer kennis en ervaring hebben met katten zijn de subjectieve verschillen tusen een echte kat en een robotkat veel duidelijker dan die tussen een echte zeehond en een robotzeehond. Omdat mensen kritischer waren op de verschillen die zij bevonden tussen hun ervaring met katten en hun omgang met de robotkat werd de ervaring met de robot minder positief gewaardeerd. Omdat de robot zonder dierlijke vorm een prototype was is door het team geen onderzoek gedaan naar de waardering van deze robot (Shibata 2001).

Integratie

Op basis van deze onderzoeken kunnen we concluderen dat mensen vrij makkelijk kwaliteiten van dieren toekennen aan robots ondanks de kennis dat de robot geen dier is. Nog een voorbeeld