System development guidelines from a review of motion-based technology for people with MCI or dementia

As the population ages and the number of people living with dementia or mild cognitive impairment (MCI) continues to increase, it is critical to identify creative and innovative ways to support and improve their quality of life. Motion-based technology has shown significant potential for people living with dementia or MCI by providing opportunities for cognitive stimulation, physical activity and participation in meaningful leisure activities, while simultaneously functioning as a useful tool for research and development of interventions. However, many of the current systems created using motion-based technology have not been designed specifically for people with dementia or MCI. Additionally, the usability and accessibility of these systems for these populations has not been thoroughly considered. This paper presents a set of system development guidelines derived from a review of the state of the art of motion-based technologies for people with dementia or MCI. These guidelines highlight three overarching domains of consideration for systems targeting people with dementia or MCI: (i) cognitive, (ii) physical, and (iii) social. We present the guidelines in terms of relevant design and use considerations within these domains and the emergent design themes within each domain. Our hope is that these guidelines will aid in designing motion-based software to meet the needs of people with dementia or MCI such that the potential of these technologies can be realized

Recommendations for the Use of Serious Games in Neurodegenerative Disorders: 2016 Delphi Panel

International audienceThe use of Serious Games (SG) in the health domain is expanding. In the field of neurodegenerative disorders (ND) such as Alzheimer’s disease, SG are currently employed both to support and improve the assessment of different functional and cognitive abilities, and to provide alternative solutions for patients’ treatment, stimulation, and rehabilitation. As the field is quite young, recommendations on the use of SG in people with ND are still rare. In 2014 we proposed some initial recommendations (Robert et al., 2014). The aim of the present work was to update them, thanks to opinions gathered by experts in the field during an expert Delphi panel. Results confirmed that SG are adapted to elderly people with mild cognitive impairment (MCI) and dementia, and can be employed for several purposes, including assessment, stimulation, and improving wellbeing, with some differences depending on the population (e.g., physical stimulation may be better suited for people with MCI). SG are more adapted for use with trained caregivers (both at home and in clinical settings), with a frequency ranging from 2 to 4 times a week. Importantly, the target of SG, their frequency of use and the context in which they are played depend on the SG typology (e.g., Exergame, cognitive game), and should be personalized with the help of a clinician

A Systematic Review of the Prevalence of Schizophrenia

BACKGROUND: Understanding the prevalence of schizophrenia has important implications for both health service planning and risk factor epidemiology. The aims of this review are to systematically identify and collate studies describing the prevalence of schizophrenia, to summarize the findings of these studies, and to explore selected factors that may influence prevalence estimates. METHODS AND FINDINGS: Studies with original data related to the prevalence of schizophrenia (published 1965–2002) were identified via searching electronic databases, reviewing citations, and writing to authors. These studies were divided into “core” studies, “migrant” studies, and studies based on “other special groups.” Between- and within-study filters were applied in order to identify discrete prevalence estimates. Cumulative plots of prevalence estimates were made and the distributions described when the underlying estimates were sorted according to prevalence type (point, period, lifetime, and lifetime morbid risk). Based on combined prevalence estimates, the influence of selected key variables was examined (sex, urbanicity, migrant status, country economic index, and study quality). A total of 1,721 prevalence estimates from 188 studies were identified. These estimates were drawn from 46 countries, and were based on an estimated 154,140 potentially overlapping prevalent cases. We identified 132 core studies, 15 migrant studies, and 41 studies based on other special groups. The median values per 1,000 persons (10%–90% quantiles) for the distributions for point, period, lifetime, and lifetime morbid risk were 4.6 (1.9–10.0), 3.3 (1.3–8.2), 4.0 (1.6–12.1), and 7.2 (3.1–27.1), respectively. Based on combined prevalence estimates, we found no significant difference (a) between males and females, or (b) between urban, rural, and mixed sites. The prevalence of schizophrenia in migrants was higher compared to native-born individuals: the migrant-to-native-born ratio median (10%–90% quantile) was 1.8 (0.9–6.4). When sites were grouped by economic status, prevalence estimates from “least developed” countries were significantly lower than those from both “emerging” and “developed” sites (p = 0.04). Studies that scored higher on a quality score had significantly higher prevalence estimates (p = 0.02). CONCLUSIONS: There is a wealth of data about the prevalence of schizophrenia. These gradients, and the variability found in prevalence estimate distributions, can provide direction for future hypothesis-driven research

Recommendations for the Use of Serious Games in Neurodegenerative Disorders: 2016 Delphi Panel

The use of Serious Games (SG) in the health domain is expanding. In the field of neurodegenerative disorders (ND) such as Alzheimer’s disease, SG are currently employed both to support and improve the assessment of different functional and cognitive abilities, and to provide alternative solutions for patients’ treatment, stimulation, and rehabilitation. As the field is quite young, recommendations on the use of SG in people with ND are still rare. In 2014 we proposed some initial recommendations (Robert et al., 2014). The aim of the present work was to update them, thanks to opinions gathered by experts in the field during an expert Delphi panel. Results confirmed that SG are adapted to elderly people with mild cognitive impairment (MCI) and dementia, and can be employed for several purposes, including assessment, stimulation, and improving wellbeing, with some differences depending on the population (e.g., physical stimulation may be better suited for people with MCI). SG are more adapted for use with trained caregivers (both at home and in clinical settings), with a frequency ranging from 2 to 4 times a week. Importantly, the target of SG, their frequency of use and the context in which they are played depend on the SG typology (e.g., Exergame, cognitive game), and should be personalized with the help of a clinician

Développement d'un serious game portant sur l'activité physique et les fonctions exécutives pour l'évaluation et la stimulation des patients présentant une maladie d’Alzheimer ou une pathologie associée

The care of elderly people affected by neurodegenerative diseases leading to cognitive impairment and dementia represents a major challenge in the healthcare domain. It is important to design tools that can help clinicians to better treat these patients through stimulation. Enriched Environments - which favor cognitive and physical stimulations in a positive emotional context – look like a powerful non-pharmacological strategy to reduce or delay the evolution of neurodegenerative processes, and the consequent cognitive disorders. Based on this approach, the Enriched Environment hypothesis states that the behavior of an individual during the lifetime, even during old age, affect his brain functioning. Video Games and Serious Games implying physical activity are used in this context. X-Torp is an action Serious Game conceived to be usable and stimulating for healthy elderly people and people with neurodegenerative disorders leading to Mild Cognitive Impairment or to Alzheimer’s’ dementia. The player takes the command of a submarine and is immersed in a sea-world where only a few islands appear on the surface. The player needs to advance in the game scenario to improve his grade position accomplishing missions and battling over the sea. X-Torp is played with Microsoft® Kinect™ for PC. The aim of this thesis is to present the scientific work undergone to (1) conceive and design the first game version; (2) test this version on the target populations, and (3) based on the results, design a second game version ready to be commercializedLa prise en charge des personnes âgées présentant une maladie neurodégénérative aboutissant à des troubles cognitifs et une démence représente un enjeu majeur de santé. Il est important de concevoir des outils pour aider les cliniciens à mieux prendre en charge les patients par la stimulation. L’Environnement Enrichi – favorisant les stimulations cognitives, physiques et sociales dans un contexte émotionnel positif – apparait être une puissante stratégie non-médicamenteuse pour réduire ou retarder les évolutions des processus neurodégénératifs et les pertes cognitives. Dans cette approche, l’hypothèse de l’Enrichissement Cognitif stipule que les comportements qu’adopte un individu tout au long de sa vie vont avoir un impact sur le fonctionnement de son cerveau, même à l’âge avancé. C’est dans cette idée que les Jeux Vidéo et les Serious Games à activité physique sont utilisés. X-Torp est un Serious Game d’action conçu pour être accessible et stimulant pour les sujets âgés en bonne santé et présentant une Maladie Neurodégénérative due à un trouble cognitif léger ou une démence de type Alzheimer. Le joueur incarne un sous-marin et est plongé dans un monde quasi maritime où seules quelques îles sont en surface. Il doit ainsi évoluer dans un scénario pour monter en grade à travers la réalisation de missions et d’affrontements en mer. X-Torp est jouable sur Microsoft® Kinect™ pour PC. L’objectif de cette thèse est de présenter l’ensemble des travaux scientifiques entrepris pour (1) concevoir une première version du jeu ; (2) la tester chez les populations cibles et (3) concevoir en conséquence une seconde version commercialisabl

Optimization of wheat breeding schemes : contribution of genomic predictions and correlated traits

La sélection variétale consiste à créer de nouvelles variétés répondant aux exigences du marché pour plusieurs caractères d’intérêt agronomique. L’objectif de la thèse était d’étudier l’apport des prédictions génomiques pour optimiser les programmes de sélection chez le blé tendre. Dans un premier chapitre, nous avons testé des méthodes visant à améliorer la précision les prédictions génomiques d’un caractère cher à mesurer en utilisant un caractère corrélé moins cher à mesurer, sans augmenter le budget alloué au phénotypage. Nous avons utilisé un modèle de prédiction génomique multi-caractère. Nous avons développé un indice appelé CDmulti permettant d’optimiser le choix d’un sous-ensemble de lignées à phénotyper pour deux caractères corrélés. Nous avons montré que les prédictions génomiques multi-caractères étaient particulièrement intéressantes lorsque les lignées de la population de validation, ou au moins une partie d’entre elles, pouvaient être phénotypées pour la force boulangère, caractère corrélé à la note de panification et dont le phénotypage est moins coûteux. En effet, cette approche permettait de réduire le budget alloué au phénotypage sans diminuer la précision des prédictions de la qualité boulangère. Dans un deuxième chapitre, nous avons développé un pipeline de simulations stochastiques pour comparer des schémas de sélection produits in silico à partir du génotypage et du phénotypage d’une population de référence. Un cycle dure cinq ans, comprenant un an pour les croisements, un an pour la production d’haploïdes doublés, un an de multiplication, une étape de sélection qui peut être basée soit sur les valeurs phénotypiques (stratégie PS) soit sur les prédictions génomiques (stratégie GPS), et une dernière année de sélection phénotypique. Pour la stratégie GPS, nous avons la possibilité de faire les croisements au hasard parmi les meilleurs descendants du cycle précédent, ou d’optimiser les croisements grâce aux prédictions génomiques. Nous montrons que la stratégie GPS avec optimisation des croisements est systématiquement significativement supérieure aux autres pour tous les paramètres testés (héritabilité du caractère, budget, intensité de sélection relative à deux étapes clé). L’efficacité de la stratégie GPS sans optimisation de croisement est similaire à PS. En revanche, la perte de diversité génétique était plus rapide pour GPS avec ou sans prédiction de croisement. Des modules complémentaires seront ajoutés à cet outil d’aide à la décision pour lui permettre de simuler des schémas de sélection plus réalistes.Breeding consists in creating new varieties which combine qualities for several traits of agronomic interest to answer to the market demand. The objective of the phD was to propose strategies using genomic predictions to optimize bread wheat breeding programs in terms of genetic gain under economic constraint. In a first chapter, we tested methods aiming at improving genomic prediction accuracy of a trait that is expensive to measure using a correlated cheap trait, without increasing the budget allocated to phenotyping. We used a multi-trait genomic prediction models. We also developed an index called CDmulti to optimize the choice of a subset of lines to phenotype for two different correlated traits. We showed that multi-trait genomic predictions could be particularly interesting when lines of the validation set, or at least part of them, could be phenotyped for dough strength, which is correlated to bread-making quality and which is cheaper to phenotype. Indeed, this approach allowed to reduce the budget allocated to phenotyping without decreasing the genomic prediction accuracy of bread-making quality. In a second chapter, we developed a stochastic simulation pipeline to compare breeding scheme produce in silico, using genotyping and phenotyping of a reference population. One cycle lasts five years, including one year for crossing, one year for double haploids production, one year for seed multiplication, one year of selection based on either phenotypic value (PS strategy) or genomic predictions (GPS strategy), and one last year of phenotypic selection. For GPS strategy, we can mate the best lines of previous cycle at random or optimise mating using genomic predictions. We showed that GPS strategy with mating optimization is systematically significantly superior to other strategies for all tested parameters (trait heritability, budget, relative intensity of selection at two key steps). The efficiency of GPS strategy without mating optimization was similar to PS. However, the loss of genetic diversity was more intense for GPS strategies, with or without mating optimization. Some complementary modules will be added to this decision tool to simulate more realistic breeding schemes

Optimisation du schéma de sélection chez le blé tendre : apport des prédictions génomiques et des caractères corrélés

Breeding consists in creating new varieties which combine qualities for several traits of agronomic interest to answer to the market demand. The objective of the phD was to propose strategies using genomic predictions to optimize bread wheat breeding programs in terms of genetic gain under economic constraint. In a first chapter, we tested methods aiming at improving genomic prediction accuracy of a trait that is expensive to measure using a correlated cheap trait, without increasing the budget allocated to phenotyping. We used a multi-trait genomic prediction models. We also developed an index called CDmulti to optimize the choice of a subset of lines to phenotype for two different correlated traits. We showed that multi-trait genomic predictions could be particularly interesting when lines of the validation set, or at least part of them, could be phenotyped for dough strength, which is correlated to bread-making quality and which is cheaper to phenotype. Indeed, this approach allowed to reduce the budget allocated to phenotyping without decreasing the genomic prediction accuracy of bread-making quality. In a second chapter, we developed a stochastic simulation pipeline to compare breeding scheme produce in silico, using genotyping and phenotyping of a reference population. One cycle lasts five years, including one year for crossing, one year for double haploids production, one year for seed multiplication, one year of selection based on either phenotypic value (PS strategy) or genomic predictions (GPS strategy), and one last year of phenotypic selection. For GPS strategy, we can mate the best lines of previous cycle at random or optimise mating using genomic predictions. We showed that GPS strategy with mating optimization is systematically significantly superior to other strategies for all tested parameters (trait heritability, budget, relative intensity of selection at two key steps). The efficiency of GPS strategy without mating optimization was similar to PS. However, the loss of genetic diversity was more intense for GPS strategies, with or without mating optimization. Some complementary modules will be added to this decision tool to simulate more realistic breeding schemes.La sélection variétale consiste à créer de nouvelles variétés répondant aux exigences du marché pour plusieurs caractères d’intérêt agronomique. L’objectif de la thèse était d’étudier l’apport des prédictions génomiques pour optimiser les programmes de sélection chez le blé tendre. Dans un premier chapitre, nous avons testé des méthodes visant à améliorer la précision les prédictions génomiques d’un caractère cher à mesurer en utilisant un caractère corrélé moins cher à mesurer, sans augmenter le budget alloué au phénotypage. Nous avons utilisé un modèle de prédiction génomique multi-caractère. Nous avons développé un indice appelé CDmulti permettant d’optimiser le choix d’un sous-ensemble de lignées à phénotyper pour deux caractères corrélés. Nous avons montré que les prédictions génomiques multi-caractères étaient particulièrement intéressantes lorsque les lignées de la population de validation, ou au moins une partie d’entre elles, pouvaient être phénotypées pour la force boulangère, caractère corrélé à la note de panification et dont le phénotypage est moins coûteux. En effet, cette approche permettait de réduire le budget alloué au phénotypage sans diminuer la précision des prédictions de la qualité boulangère. Dans un deuxième chapitre, nous avons développé un pipeline de simulations stochastiques pour comparer des schémas de sélection produits in silico à partir du génotypage et du phénotypage d’une population de référence. Un cycle dure cinq ans, comprenant un an pour les croisements, un an pour la production d’haploïdes doublés, un an de multiplication, une étape de sélection qui peut être basée soit sur les valeurs phénotypiques (stratégie PS) soit sur les prédictions génomiques (stratégie GPS), et une dernière année de sélection phénotypique. Pour la stratégie GPS, nous avons la possibilité de faire les croisements au hasard parmi les meilleurs descendants du cycle précédent, ou d’optimiser les croisements grâce aux prédictions génomiques. Nous montrons que la stratégie GPS avec optimisation des croisements est systématiquement significativement supérieure aux autres pour tous les paramètres testés (héritabilité du caractère, budget, intensité de sélection relative à deux étapes clé). L’efficacité de la stratégie GPS sans optimisation de croisement est similaire à PS. En revanche, la perte de diversité génétique était plus rapide pour GPS avec ou sans prédiction de croisement. Des modules complémentaires seront ajoutés à cet outil d’aide à la décision pour lui permettre de simuler des schémas de sélection plus réalistes

Development of a serious game that focuses on physical activity and executive functions for the evaluation and stimulation of patients with Alzheimer’s disease or associated pathology (AD)

La prise en charge des personnes âgées présentant une maladie neurodégénérative aboutissant à des troubles cognitifs et une démence représente un enjeu majeur de santé. Il est important de concevoir des outils pour aider les cliniciens à mieux prendre en charge les patients par la stimulation. L’Environnement Enrichi – favorisant les stimulations cognitives, physiques et sociales dans un contexte émotionnel positif – apparait être une puissante stratégie non-médicamenteuse pour réduire ou retarder les évolutions des processus neurodégénératifs et les pertes cognitives. Dans cette approche, l’hypothèse de l’Enrichissement Cognitif stipule que les comportements qu’adopte un individu tout au long de sa vie vont avoir un impact sur le fonctionnement de son cerveau, même à l’âge avancé. C’est dans cette idée que les Jeux Vidéo et les Serious Games à activité physique sont utilisés. X-Torp est un Serious Game d’action conçu pour être accessible et stimulant pour les sujets âgés en bonne santé et présentant une Maladie Neurodégénérative due à un trouble cognitif léger ou une démence de type Alzheimer. Le joueur incarne un sous-marin et est plongé dans un monde quasi maritime où seules quelques îles sont en surface. Il doit ainsi évoluer dans un scénario pour monter en grade à travers la réalisation de missions et d’affrontements en mer. X-Torp est jouable sur Microsoft® Kinect™ pour PC. L’objectif de cette thèse est de présenter l’ensemble des travaux scientifiques entrepris pour (1) concevoir une première version du jeu ; (2) la tester chez les populations cibles et (3) concevoir en conséquence une seconde version commercialisableThe care of elderly people affected by neurodegenerative diseases leading to cognitive impairment and dementia represents a major challenge in the healthcare domain. It is important to design tools that can help clinicians to better treat these patients through stimulation. Enriched Environments - which favor cognitive and physical stimulations in a positive emotional context – look like a powerful non-pharmacological strategy to reduce or delay the evolution of neurodegenerative processes, and the consequent cognitive disorders. Based on this approach, the Enriched Environment hypothesis states that the behavior of an individual during the lifetime, even during old age, affect his brain functioning. Video Games and Serious Games implying physical activity are used in this context. X-Torp is an action Serious Game conceived to be usable and stimulating for healthy elderly people and people with neurodegenerative disorders leading to Mild Cognitive Impairment or to Alzheimer’s’ dementia. The player takes the command of a submarine and is immersed in a sea-world where only a few islands appear on the surface. The player needs to advance in the game scenario to improve his grade position accomplishing missions and battling over the sea. X-Torp is played with Microsoft® Kinect™ for PC. The aim of this thesis is to present the scientific work undergone to (1) conceive and design the first game version; (2) test this version on the target populations, and (3) based on the results, design a second game version ready to be commercialize