ArchivDÄ-TitelSupplement: PRAXiSPraxis Computer 1/2001MEMOS – Mobile Extensible Memory System: Elektronische Gedächtnishilfe für hirngeschädigte Patienten

Supplement: Praxis Computer

MEMOS – Mobile Extensible Memory System: Elektronische Gedächtnishilfe für hirngeschädigte Patienten

Dtsch Arztebl 2001; 98(11): [14]

Thöne-Otto, Angelika; Schulze, Hendrik; Irmscher, Klaus; Cramon, D. Yves von

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LNSLNS Im Rahmen des Verbundprojektes MOBTEL („Mobile Einsatzszenarien von Telemedizin bei der neuropsychologischen Therapie hirngeschädigter Patienten mit Gedächtnis- und Exekutivfunktionsstörungen“) wird eine interaktive elektronische Gedächtnishilfe für hirngeschädigte Patienten entwickelt. Das System dient dem Ziel, die Selbstständigkeit und somit die Lebensqualität der Patienten zu erhöhen und den Betreuungsaufwand zu verringern.
Gedächtnisstörungen sind eine der häufigsten Folgen von Hirnschädigungen, über die Patienten noch Jahre nach einer Hirnschädigung klagen. Der Schweregrad der Gedächtnisstörung ist ein wesentlicher Prädiktor für die Frage, ob die Patienten nach einer Hirnschädigung ihren Alltag wieder weitgehend selbstständig bewältigen können, oder ob sie auf Hilfe Dritter, in der Regel Eltern oder Ehepartner und -partnerinnen, angewiesen sind (3). Hieraus ergibt sich für diese Personen eine erhebliche Belastung.
Als besonders relevant für die Auswirkungen der Gedächtnisstörungen im Alltag haben sich so genannte prospektive Gedächtnisleistungen erwiesen. Darunter versteht man die Fähigkeit, eine einmal gefasste Handlungsabsicht (zum Beispiel um 15.00 Uhr zur Physiotherapie zu gehen), zum richtigen Zeitpunkt oder bei Eintreten der richtigen Situation (zum Beispiel dem Freund bei der nächsten Begegnung etwas ausrichten) in der Zukunft abzurufen und in die Tat umzusetzen.
Damit dies gelingt, ist ein komplexes Zusammenspiel unterschiedlicher kognitiver Prozesse erforderlich. Dabei sind Gedächtnis- und Aufmerksamkeitsfunktionen sowie Prozesse der Handlungssteuerung beteiligt. Eine Handlungsabsicht muss zunächst gefasst, enkodiert und mit der Abrufsituation assoziiert werden. Über ein Intervall, das von wenigen Minuten bis zu Monaten oder Jahren dauern kann, muss die Information dann gespeichert werden. Die kritische Abrufsituation oder der Zeitpunkt müssen als solche identifiziert und der Inhalt der geplanten Aufgabe erinnert werden.
Hierzu sind selbstinitiierte Abrufprozesse erforderlich, da die kritischen Stimuli für den Abruf häufig sehr diskret sind. So macht nichts den Patienten um 15.00 Uhr darauf aufmerksam, dass er jetzt zur Physiotherapie sollte. Schließlich ist eine Evaluation erforderlich, ob die Absicht erfolgreich zu Ende geführt werden konnte. Gelang dies nicht – beispielsweise wenn jemand, der zu einem bestimmten Zeitpunkt angerufen werden soll, nicht erreichbar ist –, muss eine neue Handlungsabsicht mit Ausführungszeitpunkt oder -situation enkodiert werden. War die Durchführung erfolgreich, so muss die Zielintention gelöscht werden, um bei Eintreten der kritischen Situation nicht erneut aktiviert zu werden. Bei hirngeschädigten Patienten finden sich häufig Störungen in den unterschiedlichen Phasen dieses komplexen kognitiven Prozesses, die die Reintegration in das gesellschaftliche Leben erheblich einschränken.
Da die Möglichkeiten, mit Hilfe therapeutischer Verfahren die Gedächtnisstörung selbst zu beeinflussen, vor allem in der chronischen Phase gering sind (6), liegt das Ziel neuropsychologischer Therapie vor allem darin, die Patienten in der Kompensation der Gedächtnisprobleme im Alltag zu unterstützen und ihnen hierzu verschiedene externe Gedächtnishilfen an die Hand zu geben.
In einer Studie (3) konnte gezeigt werden, dass der Einsatz konventioneller Gedächtnishilfen, wie Merkzettel, Notizbücher oder Kalender, ein Mindestmaß an kognitiver Leistungsfähigkeit voraussetzt und so von schwer gestörten Patienten häufig nicht genutzt werden kann. So muss der Patient daran denken, wichtige Informationen zu notieren. Er muss, etwa während eines Telefonats, in der Lage sein, alle relevanten Informationen schnell genug aufzunehmen, und er muss daran denken, zum richtigen Zeitpunkt in den Kalender zu schauen. Gerade die schwierige Funktion des selbstinitiierten Abrufs zum kritischen Zeitpunkt wird von traditionellen Hilfen nicht übernommen.
Moderne Telekommunikationsmedien, wie beispielsweise elektronische Organizer, Palmtops oder die Erinnerungsfunktion von Handys, sind in der Handhabung für Patienten oft schwer erlernbar. Auch ist das Display häufig unübersichtlich oder zu klein. Daher werden elektronische Erinnerungshilfen bislang von hirngeschädigten Patienten spontan kaum genutzt. In neueren Studien wurde allerdings zunehmend der Einsatz solcher Hilfen in der Behandlung hirngeschädigter Patienten untersucht. Beispiele sind NeuroPage (4) und Voice Organizer (1).
Ziel unseres Projektes ist es, eine mobile elektronische Gedächtnishilfe zu entwickeln, die folgende Eigenschaften aufweist:
M sie kann für die Enkodierung und Speicherung von Information genutzt werden,
M sie unterstützt die Patienten bei der zeitgerechten Initiierung von Handlungen,
M sie ermöglicht über eine interaktive Verbindung zwischen Patientengerät und Basisstation eine Evaluation der Handlungsdurchführung.
Dabei fanden neuropsychologische und ingenieurpsychologische Aspekte Berücksichtigung, sodass das Geräte-Interface auf die spezifischen perzeptuellen, sensomotorischen und kognitiven Defizite der Patienten abgestimmt ist. Insbesondere wurden die von Cole (2) aufgestellten Anforderungen an „kognitive Prothesen“ einbezogen, sodass jedes System an die Bedürfnisse und Prioritäten des einzelnen Patienten angepasst werden kann. Nicht benötigte Funktionen sind unsichtbar. Bei Bedarf kann jedoch zusätzlich Information zur Verfügung gestellt werden. Von besonderer Bedeutung für
die spezifische Klientel ist, dass der Umgang mit dem Gerät auf der Basis sehr geringer kognitiver Ressourcen erlernbar sein soll.
MEMOS – Systemüberblick
Das interaktive Gedächtnishilfesystem MEMOS (Mobile Extensible Memory System) besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem tragbaren Handheld Computer, dem Personal Memory Assistant (PMA), sowie einer Basisstation. Der PMA, den der Patient ständig bei sich trägt, erinnert ihn an bevorstehende Termine und Aufgaben und kann bei Bedarf notwendige Detailinformationen zur Verfügung stellen.
Das Basissystem ist die Kernkomponente in der heterogenen Betreuungsregion. Es erzeugt aus Eingaben des Patienten sowie seiner Angehörigen oder Betreuer (zum Beispiel Therapeuten, Ärzte) Informationen, die auf dem PMA des Patienten angezeigt werden. PMA und Basissystem kommunizieren über ein integriertes Mobilfunksystem. Das System kann die Eingaben verschiedener Betreuer koordinieren und so verhindern, dass sich beispielsweise zwei Arzttermine überschneiden.
Neu erzeugte Informationen werden per Mobilfunk zu dem jeweiligen PMA übertragen. Gleichzeitig wird der Status von bereits angezeigten Informationen auf das Basissystem geladen. Dieses wertet sämtliche Aktionen aus und benachrichtigt in kritischen Situationen – etwa wenn die Einnahme eines wichtigen Medikamentes nicht bestätigt wird – den Betreuer.
Der Betreuer hat die Möglichkeit, den Patienten anzurufen und die Ursachen für das Scheitern einer Aufgabe sowie mögliche Lösungen dafür zu besprechen. Im Notfall kann auch
der Patient seinen
Betreuer anrufen und Hilfe anfordern.
Das Betreuungssystem MEMOS ist in dieser interaktiven Form einmalig. Es trägt dazu bei, die Selbstständigkeit und somit die Lebensqualität der Patienten zu erhöhen. Weiterhin werden Familienmitglieder und andere Betreuungspersonen entlastet sowie Betreuungsaufwand und -kosten gesenkt.
Das Mobilgerät
Der Personal Memory Assistant (PMA) arbeitet unter dem Betriebssystem Windows CE. Der Betreuer des Patienten gibt die von diesem gewünschten Termine und Aufgaben über die Betreuerschnittstelle der Basisstation ein. Dabei werden Aufgaben bei Bedarf in einzelne Handlungsschritte untergliedert, durch die der Patient schrittweise hindurchgeführt wird. Via GSM-Netzwerk wird die Aufgabe an den PMA übermittelt, sodass der Patient zum relevanten Zeitpunkt informiert wird. Der Patient kommuniziert mit dem PMA über ein 3,8-Zoll VGA-Display mit Touchpanel. Abläufe und Aktionen werden vom PMA kontrolliert, indem relevante Aktionen durch den Patienten bestätigt werden müssen. Nicht bestätigte Aktionen können automatisch zur Basisstation zurückgemeldet werden. Neue Termine und Mitteilungen können per Spracheingabe an eine Voice-Mailbox übertragen werden. Der Betreuer kann dadurch diese Informationen in einen zukünftigen Ablaufplan einbinden.
Durch die flexible grafische Gestaltungsmöglichkeit des Displays (Abbildung 1) ist jederzeit eine Anpassung entsprechend der Schwere der Hirnschädigung beziehungsweise des therapeutischen Fortschrittes möglich. Bei der Entwicklung des PMA wurden die eingeschränkten kognitiven Fähigkeiten der Patienten besonders berücksichtigt. So wird das Gerät über hinreichend große und robuste „Softbuttons“ auf dem Touchscreen bedient. Für eine Orientierungs- und eine Notfallfunktion werden fest eingebaute Knöpfe (Hardbuttons) benutzt.
Über die Notfallfunktion kann der Patient in kritischen Situationen oder in Fällen von Orientierungslosigkeit den Betreuer direkt anrufen.
MEMOS – Basissystem
Das Basissystem von MEMOS ist für die Koordination und Kontrolle sämtlicher Aktionen zwischen Betreuer und Patient verantwortlich. Um die Betreuung der Patienten flexibel zu gestalten, ist es als verteiltes System realisiert, in dem die Kompetenz des Gesamtsystems konzentriert ist (Abbildung 2). Kern des Basissystems ist ein Applikationsserver, in dem die Geschäftslogik als Enterprise Java Beans implementiert ist (JavaBeans ist eine objektorientierte Schnittstelle für die Programmiersprache Java; Java Beans sind Programmbausteine, die Web-Seiten oder andere in Java geschriebene Anwendungen mit interaktiven Funktionen ausstatten können). Somit kann ein fehlertolerantes und skalierbares System realisiert werden, das einfach erweiterbar ist, um MEMOS an neue Herausforderungen anzupassen oder ganz neue Teletherapieszenarien zu realisieren. Die Kommunikation zwischen PMA und Basissystem wird von einem PMA-Gateway für das Basissystem übersetzt, um die unzuverlässige Verfügbarkeit von Mobilfunkverbindungen zu kompensieren. Erst wenn der PMA eines Patienten über längere Zeit nicht erreichbar ist, wird das System benachrichtigt, das daraufhin entscheidet, welcher Betreuer alarmiert werden soll.
Auf das verteilte Betreuungssystem wird über gängige Internet-Browser, wie Internet Explorer oder Netscape, zugegriffen. Dies hat den Vorteil, dass jeder Computer mit Internet-Verbindung als Betreuungsstation benutzt werden kann, ohne dass zusätzliche Software zu installieren oder zu warten ist. Kritische Daten werden geschützt, und der Zugriff darauf ist nur durch autorisierte Personen möglich. Für verschiedene Betreuerklassen, wie Angehörige, Therapeuten oder Ärzte, gibt es verschiedene WWW-Portale als Zugang zum Basissystem. Somit ist sichergestellt, dass dem jeweiligen Betreuer nur die Informationen angezeigt werden und er nur solche Aktionen vornehmen kann, für die er autorisiert ist.
Das Basissystem koordiniert die Arbeit sämtlicher Betreuer und verhindert Terminkollisionen. Um eine neue Aufgabe zu starten, wählt der Betreuer eine Aufgabenschablone aus. Dabei kann er die für diese Schablone relevanten Parameter an den Patienten anpassen. Für die Schablone „Medikamenteneinnahme“ wären dies zum Beispiel Name und Dosis des Arzneimittels, die Uhrzeit und das Intervall zwischen den Einnahmen (Abbildung 3).
Nach dem Start einer solchen Aufgabe erzeugt das Basissystem eine Instanz (Task-Instanz), um den Ablauf dieser Aufgabe zu überwachen und in kritischen Zuständen einen Alarm auszulösen, der von einem anderen Teil des Basissystems an den verantwortlichen Betreuer gesendet wird. Vorher generiert jede Task-Instanz eine Art Programmbeschreibung von sich selbst, die auf den PMA geladen und dort ausgeführt wird. Die Überwachung erfolgt über die Log-Einträge des PMA. Die Architektur von MEMOS ist so gewählt, dass sich durch klar gewählte und spezifizierte Schnitt-stellen einzelne Komponenten einfach austauschen lassen. Dadurch ist das System flexibel, sodass es an neue Anforderungen in der Patientenbetreuung einerseits und neue Technologie-Entwicklungen andererseits schnell angepasst werden kann.
Perspektive
Der PMA-Prototyp wird ab Frühjahr 2001 in Betrieb genommen und an ehemaligen Patienten der Tagesklinik für kognitive Neurologie des Universitätsklinikums Leipzig evaluiert. In einem beantragten Folgeprojekt sollen weitere Einsatzmöglichkeiten vor allem für Dienste bei gesunden älteren Menschen entwickelt werden.
Angelika Thöne-Otto1, Hendrik Schulze2
Klaus Irmscher2, D. Yves von Cramon1
1 Universität Leipzig, Tagesklinik für kognitive Neurologie
2 Universität Leipzig, Institut für Informatik
Anschrift für die Verfasser: Hendrik Schulze, Universität Leipzig, Institut für Informatik, Augustusplatz 10/11, 04109 Leipzig; E-Mail: hendrik@uni-leipzig.de

MOBTEL
Das Projekt MOBTEL wurde als Verbundprojekt vom Sächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) sowie vom Sächsischen Mi-nisterium für Wirtschaft und Arbeit (SMWA) gefördert. Projektpartner sind :
M Universität Leipzig, Institut für Informatik
M Universität Leipzig, Tagesklinik für kognitive Neurologie
M Max-Planck-Institut für neuropsychologische Forschung, Leipzig
M RBM-electronic-automation GmbH Leipzig
Weitere Informationen auf der MOBTEL-Webseite: www.informatik.uni-leipzig.de/~mobtel


Literatur
1 Broek van den et al: Evaluation of an electronic memory aid in the neuropsychological rehabilitation of prospective memory deficits. Brain Injury, 14, 455-462, 2000.
2 Cole E: Cognitive prosthetics: an overview to
a method of treatment. Neurorehabilitation,
12, 39-51, 1999
3 Schulze H, Irmscher K: Mobtel – A mobile Distributed Telemedical System for Application
in the Neurospychological Therapy. Lecture
Notes in Computer Science, 1890, 176 ff., 2000.
4 Thöne A I T, Walther K: Neuropsychologische
Funktionen als Prädiktoren von Selbstständigkeit im Alter. Zeitschrift für Neuropsycho-
logie (in press)
5 Wilson B A et al: Evaluation of Neuro-
Page. A new Memory Aid. Journal of Neuro-
logy, Neurosurgery, and Psychiatry, 63, 113-
115, 1997.
6 Wilson B A: Recovery of cognitive functions
following nonprogressive brain injury. Cur-
rent Opinion in Neurobiology, 8, 281-287,
1998.
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