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Les dernières tendances de la robotique par SoftBank Robotics Europe

NAO et l'autisme - Préface par David Cohen MD, PhD

Image header NAO et l'autisme chez les enfants

Au cours des dernières décennies, la robotique s’est imposée comme un champ de recherche spécifique dans le domaine des soins de santé et de l’éducation. C’est aussi le cas pour les enfants atteints de troubles du neuro-développement. L’expansion de la robotique sociale est motivée par le fait qu’elle a le potentiel de dépasser les limites des activités thérapeutiques classiques, en surmontant notamment leur manque d’intensité, qu’elle peut être proposée en contexte naturel malgré son caractère artificiel, ce qui pourrait aider à la généralisation des performances entraînées.

De nombreuses recherches ont été menées autour de la robotique et des troubles du neuro-développement depuis près d’une décennie, créant un domaine d’étude émergeant qui ne fait que prendre de l’ampleur. Actuellement, il existe de nombreux robots sur le marché qui promettent d’aider les enfants atteints de troubles du spectre autistique et d’autre troubles du neuro-développement, à développer leurs compétences sociales, leurs apprentissages et à les soutenir dans leur éducation; une perspective qui pourrait fondamentalement changer les prises en charge. En tant que professeur à Sorbonne Université, chef du service de psychiatrie de l’Enfant et de l’Adolescent Psychiatrie de l’Enfant et de l’Adolescent du groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière de l’APHP, et membre de l’équipe Perception, Interactions et Robotique Sociale (PIRoS) de l’Institut des Systèmes Intelligents et Robotique (ISIR) du CNRS, j’ai moi-même contribué à ce champ émergeant parmi les pionniers du domaine avec mes compères ingénieurs, Mohamed Chetouani (1), Sofiane Boucenna (2) et Salvatore Anzalone (3). Les progrès technologiques ont permis des innovations dans une multitude d’interventions pour les enfants atteints de troubles du spectre autistique et d’autres troubles du neuro-développement. Un domaine particulier est la robotique sociale qui s’articule autour de l’évaluation des relations entre les humains et les robots.

Dans le domaine des troubles du neuro-développement, les robots ont été utilisés à la fois dans des contextes cliniques et éducatifs. La robotique éducative désigne des robots spécialement conçus pour interagir avec les enfants dans leurs activités éducatives. Dans le domaine de l’éducation, les enfants avec troubles du neuro-développement sont considérés comme des enfants à besoins spécifiques. Traditionnellement, les approches de la robotique éducative sont divisées en apprentissages des robots d’une part et apprentissage avec les robots d’autre part. En d’autres termes, entre éducation robotique et robotique pour l’éducation. La première approche concerne l’enseignement technique axé sur la robotique tandis que la seconde consiste à enseigner différentes matières (techniques et autres) à travers la robotique. L’utilisation de la robotique éducative peut être inscrite dans le cursus scolaire ou en extrascolaire (4).

Malgré les nombreuses recherches conduites, il n’existe aucune preuve claire dans la littérature que les robots puissent être utilisés efficacement pour traiter les enfants atteints de troubles du spectre autistique, et soutenir leur processus d’apprentissage en tant qu’enfant à besoins spécifiques (5). A cette fin, il est d’une importance fondamentale de faire la distinction entre robots utilisés pour les enfants à besoins spécifiques et robots utilisés par les enfants à besoins spécifiques. Par exemple, par robot utilisé pour les enfants à besoins spécifiques, on entend des robots utilisés pour améliorer l’attention des enfants avec troubles du neuro-développement lors du diagnostic et/ou du traitement. Dans ce cas les robots ne sont que des outils auxiliaires pour intervenir lors de ces temps cliniques autant que tout autre dispositif technologique. A l’inverse, pour les robots utilisés par les enfants à besoins spécifiques, les robots sont considérés comme des outils utilisés pour enseigner des matières du cursus scolaire en s’appuyant sur des activités orientées à la pensée computationnelle pour promouvoir l’apprentissage actif.

Lorsqu’Alexandre Mazel de SoftBbank Robotics Europe m’a proposé de préfacer le livre blanc sur NAO et les troubles du spectre autistique, j’ai un temps hésité. Primo, SoftBbank Robotics est une entreprise commerciale avec laquelle je ne suis pas particulièrement lié. Secondo, le livre blanc sur l’utilisation de NAO avec les enfants autistes n’est pas une revue de la littérature à proprement parler ni même un panorama exhaustif de la question. Il s’agit plutôt d’un retour d’expérience d’usagers qui ont utilisé NAO avec des patients présentant un trouble du spectre autistique. Les usagers sont des enseignants, des psychologues ou des éducateurs (donc des soignants) ou des ingénieurs ou des chercheurs en sciences computationnelles. Certains utilisent NAO quasiment comme tel que livré par SoftBank Robotics, d’autres lui adjoignent des fonctionnalités nouvelles.

En même temps, je dois reconnaître que NAO demeure une des plateformes robotiques les plus utilisées. Lors d’une étude relativement récente de la littérature scientifique conduite par l’une de mes collaboratrices, Charline Grossard, nous avions colligé près de 14 études scientifiques utilisant NAO avec des objectifs thérapeutiques, 4 utilisant Kaspar, alors que toutes les autres plateformes robotiques décrites (Charlie, THEO4, QT robot, Ribit, Caro, ...) n’avaient été utilisés que dans des études ponctuellement (5). Au demeurant, j’ai moi-même utilisé NAO dans plusieurs projets, jusque tout récemment dans un travail sur la rééducation de l’écriture (6) (une vidéo est disponible sur le lien suivant*. D’autre part, en tant que psychiatre d’enfants et d’adolescents, je trouvais intéressant l’idée de donner la parole à des remontées de terrain d’usagers, qui pour certains se positionnaient hors du formatage d’équipes de recherche scientifique.

Du coup, cher lecteur, que trouverez-vous dans ce livre blanc ? Je propose de m’affranchir du plan pour introduire le livre en fonction du type d’utilisation réalisée avec NAO.

Je commencerai d’abord par l’utilisation proposée par des enseignants spécialisés. Le premier retour est celui de Thierry Le Buhé, un enseignant spécialisé travaillant en hôpital de jour, qui nous fait une description ethnographique de l’investissement de NAO par les enfants pris en charge. L’enseignant contrôle lui-même NAO et a proposé 4 types d’activités, de dictée, de lecture, de jeu d’imitation et de prise de risque en termes d’équilibre. Il constate dans l’ensemble un bon investissement des enfants, souvent une meilleure attention et trouve que NAO constitue un bon complément en termes d’outil d’enseignement.

La seconde expérience est d’une certaine manière plus riche car conduite à l’échelle d’une académie entière en l’occurrence l’académie de Dijon. Elle cible des enfants en école maternelle, sachant que les enseignants ont été formés à l’utilisation de NAO avec l’idée de l’utiliser pour des activités de groupe, comme dire bonjour, ou chanter des comptines, mais également des activités individuelles, à type de dénomination lexicale, d’activités motrices type yoga. De manière tout à fait intéressante, l’équipe avait intégré un certain nombre d’informations sur l’éducation des enfants à troubles du neuro-développement à destination des enseignants, qui du coup pouvaient aussi poser des questions à NAO qui avait la possibilité de leur répondre. Deux chercheurs de l’INSHEA ont assisté aux différentes expérimentations dans les classes et doivent faire une analyse qualitative et quantitative de toutes ces expériences. Néanmoins, la quantité des activités proposées et l’échelle de cette expérimentation, montrent déjà la facilité d’utilisation de NAO et son bon investissement par les enfants.

Le dernier projet en termes de robotique éducative, associe une équipe d’ingénieurs support (Movia) et l’association des écoles publiques de West Hartford, dans le Connecticut. NAO dans cette proposition est utilisé en forme Wizard of Oz, c’est-à-dire sous contrôle d’un opérateur. L’expérience inclut une douzaine d’enfants pendant 6 à 8 semaines à raison de 2 séances par semaine, le robot étant contrôlé par un ingénieur et l’enseignant spécialisé étant présent en séance. Le programme d’activités a été individualisé en fonction des aptitudes particulières des enfants mais on ne dispose pas du détail des activités réalisées, ni même des scores utilisés. Les auteurs décrivent néanmoins 4 individus montrant des améliorations quantifiables, mais également dans la description qualitative signale un élève qui a désinvesti le robot.

Le second usage qui est décrit dans ce livre blanc est un usage en contexte clinique. Nous en avons essentiellement deux, le premier est l’usage de NAO par un psychologue clinicien Olivier Duris, travaillant dans un hôpital de jour. Il a constitué deux groupes de 6 enfants, à qui il a proposé 50 séances en hôpital de jour de groupes contes avec ou sans NAO. Sur le plan qualitatif, il montre que la présence de NAO améliore la compréhension et la participation des enfants du groupe contes auquel NAO est intégré. Les aspects quantitatifs ne sont pas réellement décrits mais ont été mesurés et feront l’objet de probables publications futures. La seconde utilisation clinique décrite dans le livre blanc a associé le CHU de Nantes et une équipe support d’ingénierie dirigée par Sophie Sakka. Cette fois, l’utilisation de NAO est proposée en groupe, il s’agit de programmer un ou plusieurs robots, en vue d’une activité théâtre intégrant un robot. Là encore, l’équipe décrit des progrès qualitatifs individuels mais également dans la dynamique de groupe lorsque les enfants avec trouble du neuro-développement sont intégrés dans des groupes avec un ou plusieurs robots.

Les trois dernières contributions du livre blanc sont toutes des contributions issues d’équipes d’ingénieurs intégrant ou non des cliniciens et qui proposent un certain nombre de solutions adaptables permettant de travailler différentes activités. Pour l’équipe de HERO où je me réjouis de retrouver Guiseppe Palestra, un ancien de l’ISIR, il propose 18 exercices différents possibles grâce au développement d’une interface qui permet de lancer les différentes activités chez NAO. L’équipe du Dr Fady Al Najjar propose des dialogues, des activités motrices et des jeux de rôle grâce à une solution combinant NAO et un téléphone mobile avec pictogrammes émotionnels. Et enfin l’équipe du projet DREAM propose des activités d’imitation, d’attention conjointe et de tour de parole. Dans la plupart des cas ces équipes travaillent également sur la production de métriques à partir de capteurs issus de la bande audio, mais aussi des vidéos conduisant à disposer de variables quantitatives concernant les contacts oculaires, l’attention conjointe, l’expression faciale, les tours de parole, etc. Toutes ces solutions doivent néanmoins être validées cliniquement pour montrer la précision des métriques mais également leur pertinence, ce qui n’est pas forcément disponible en l’état. Néanmoins le projet DREAM annonce une importante étude contrôlée randomisée avec l’inclusion de 69 enfants sur 8 sessions, dont les résultats pourraient faire date.

Au total, je crois que ce livre blanc montrera bien au lecteur la vitalité du domaine de la robotique sociale dans les troubles du spectre autistique, comment NAO depuis maintenant de nombreuses années a contribué à cette vitalité, par sa facilité d’utilisation par des cliniciens ou des enseignants pas forcément spécialistes de la robotique, mais aussi pour sa simplicité à accepter des algorithmes et solutions nouvelles créés par des ingénieurs qui souhaiteraient augmenter les capacités interactives de la plateforme robotique NAO. C’est probablement ce design et cette facilité d’utilisation qui en ont fait le succès dont témoignent ces nombreux retours de terrain.

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David Cohen MD, PhD

Professeur, Sorbonne Université, Chef de Service, Département de Psychiatrie de l’Enfant et de l’Adolescent, CNRS UMR 7222, Institut des Systèmes Intelligents et Robotiques, Groupe Hospitalier Pitié-Salpêtrière, APHP, Paris, France.

1. Boucenna S, Cohen D, Meltzoff A, Gaussier P, Chetouani M. Cognitive developmental robotics: How robots learn to recognize individuals from imitating children with autism and other agents. Scientific Report 2016; 6: e19908; doi: 10.1038/ srep19908

2. Boucenna S, Anzalone S, Tilmont E, Cohen D, Chetouani M and the Michelangelo Study Group. Extraction of social signatures through imitation learning between a robot and a human partner. IEEE Transactions on Autonomous Mental Development 2014; 99: DOI: 10.1109/TAMD.2014.2319861

3. Anzalone SM, Tilmont E, Boucenna S, Xavier J, Maharatna K, Chetouani M, Cohen D, and the Michelangelo Study Group. How children with autism spectrum disorder explore the 4-dimension (spatial 3D+time) environment during a joint attention induction task. Research in Autism Spectrum Disorders 2014; 8: 814–826.

4. Pivetti M, Di Battista S, Agatolio F, et al. Educational robotics for children with eurodevelopmental disorders: a systematic review. Heliyon 6 2020; 10: e05160.

5. Grossard C, Palestra G, Xavier J, Chetouani M, Grynszpan O, Cohen D. ICT and autism care: state of the art. Curr Opin Psychiatry. 2018; 31: 474-483.

6. Gargot T, Asselborn T, Zammouri I, Brunelle J, Johal W, Dillenbourg P, Archambault D, Chetouani M, Cohen D, Anzalone SM. «It is not the robot who learns, it is me» Treating severe dysgraphia using Child-Robot Interaction. Frontiers in Psychiatry 2021; 12: e5. doi: 10.3389/fpsyt.2021.596055

 

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