Construction and technological development of immersive virtual reality for pain therapy

Abstract

(English) Virtual reality (VR) allows not only to easily change the perceived scenario but also to control several factors associated with the sense of being in an embodied virtual avatar that would not be achievable in physical reality. The study of internal body representation through embodiment in a virtual avatar has enabled the study of several aspects, including brain representation of the body and its plasticity, the study and implementation of brain computer interfaces for interacting with the virtual body and the virtual world, physical and cognitive rehabilitation for the study and treatment of pain, and psychological and behavioral rehabilitation.

We have focused on the use of virtual reality as an alternative rehabilitation therapy, particularly in the field of chronic pain, since we believe it has the potential to benefit a significant number of people in today's society.

We carried out a series of virtual experiments in the fields of psychotherapy and physical rehabilitation in which the experience of embodiment was found to be an important factor in the efficiency of the virtual reality tool in treating specific disorders. On patients with chronic pain, we examine how diverse elements such as the embodiment and presence impact the application's effectiveness to not only reduce but also modulate pain, that is, modifying the onset of pain in patients.

In parallel to the experiment design and implementation, we worked on technical aspects of the applications, such as the development of an automatic pipeline that allows us to obtain personalized look-alike avatars, where we found that the virtual avatar's clothing is an important aspect of patient self-identification. In addition to recording and implementing physical rehabilitation exercises through motion capture to increase the realism of the applications and consequently their effectiveness.

(Català) La realitat virtual (VR) no només permet canviar fàcilment l'escenari percebut, sinó també controlar diversos factors associats amb la sensació de ser en un avatar virtual encarnat que no seria possible en la realitat física. L'estudi de la representació interna del cos a través de l'encarnació en un avatar virtual ha permès l'estudi de diversos aspectes, com la representació cerebral del cos i la seva plasticitat, l'estudi i la implementació d'interfaces cervell-ordinador per interactuar amb el cos virtual i el món virtual, la rehabilitació física i cognitiva per a l'estudi i el tractament del dolor, i la rehabilitació psicològica i conductual.

Ens hem centrat en l'ús de la realitat virtual com a teràpia de rehabilitació alternativa, especialment en el camp del dolor crònic, ja que creiem que té el potencial de beneficiar un nombre significatiu de persones en la societat actual.

Hem realitzat una sèrie d'experiments virtuals en els camps de la psicoteràpia i la rehabilitació física en els quals es va descobrir que l'experiència d'encarnació era un factor important en l'eficàcia de l'eina de realitat virtual en el tractament de trastorns específics. En pacients amb dolor crònic, examinem com diversos elements com l'encarnació i la presència impacten l'efectivitat de l'aplicació no només per reduir, sinó també per modular l'aparició del dolor en els pacients.

En paral·lel al disseny i la implementació d'experiments, hem treballat en aspectes tècnics de les aplicacions, com el desenvolupament d'un pipeline automàtic que ens permet obtenir avatars semblants a l'usuari, on vam descobrir que la roba de l'avatar virtual és un aspecte important de l’auto-identificació del pacient. A més de gravar i implementar exercicis de rehabilitació física a través de la captura de moviment per augmentar el realisme de les aplicacions i, per tant, la seva eficàcia.

(Español) La realidad virtual (VR) permite no solo cambiar fácilmente el escenario percibido, sino también controlar varios factores asociados con la sensación de estar en un avatar virtual encarnado que no sería posible en la realidad física. El estudio de la representación interna del cuerpo a través de la encarnación en un avatar virtual ha permitido el estudio de varios aspectos, incluida la representación cerebral del cuerpo y su plasticidad, el estudio y la implementación de interfaces cerebro-computadora para interactuar con el cuerpo virtual y el mundo virtual, la rehabilitación física y cognitiva para el estudio y tratamiento del dolor, y la rehabilitación psicológica y conductual.

Nos hemos centrado en el uso de la realidad virtual como terapia de rehabilitación alternativa, especialmente en el campo del dolor crónico, ya que creemos que tiene el potencial de beneficiar a un número significativo de personas en la sociedad actual.

Realizamos una serie de experimentos virtuales en los campos de la psicoterapia y la rehabilitación física en los que se encontró que la experiencia de la encarnación era un factor importante en la eficacia de la herramienta de realidad virtual en el tratamiento de trastornos específicos. En pacientes con dolor crónico, examinamos cómo diversos elementos como la encarnación y la presencia impactan la efectividad de la aplicación para no solo reducir, sino también modular el inicio del dolor en los pacientes.

En paralelo al diseño e implementación de los experimentos, trabajamos en aspectos técnicos de las aplicaciones, como el desarrollo de un pipeline automático que nos permite obtener avatares personalizados parecidos a la apariencia del paciente, donde encontramos que la ropa del avatar virtual es un aspecto importante de la auto-identificación del paciente. Además de grabar e implementar ejercicios de rehabilitación física a través de la captura de movimiento para aumentar la realismo de las aplicaciones y, en consecuencia, su efectividad.