Analysis, design and prototypical implementation of a serious game to aid in speech rehabilitation

Abstract

Die Fähigkeit zu sprechen ist ein essentieller Bestandteil der zwischen menschlichen Kommunikation im Alltag. Obwohl die meisten Menschen diese Fähigkeit für selbstverständlich halten, so wird ihre Wichtigkeit erst wirklich klar, sobald sie beeinträchtig oder sogar verloren ist. Menschen mit Sprachbeeinträchtigungen haben oft mit erschwerten Bedingungen im Alltag zu kämpfen. Abhängig von der Art und Grad der Beeinträchtigungen leiden solche Menschen mehr oder weniger unter den folgen von sozialer Ausgeschlossenheit,erhöhtem Pflegebedarf oder psychischen Krankheiten wie Depression.Die Logopädie ist eine medizinische Disziplin, welche genau solchen Menschen zu helfen versucht. Ähnlich wie bei einer Physiotherapie müssen Patienten verschiedene Übungen mit der LogopädIn bzw. alleine zu hause regelmäßig durchführen, um ihre sprachlichen Fähigkeiten langfristig zu verbessern. Dieser Prozess ist jedoch vor allem für Kinder, aber auch für erwachsene Patienten, mit sehr viel Arbeit und Disziplin verbunden, wodurch es oftmals zu Frequenzeinbußen der Therapiezeit kommt. Um dem entgegenzuwirken gibt es bereits einige Serious Games, welche den Therapieinhalt auf spielerische Weise präsentieren und somit ein Gefühl der Langeweile und Monotonie entgegenwirken. In den meisten Fällen müssen Patienten bei diesen Serious Games Wörter richtig aussprechen,um Fortschritte zu machen. Derzeitige Serious Games in diesem Bereich zeigen aber jedoch zumindest zwei große Lücken auf: Die Serious Games decken nur einen kleinenTeil des Rehabilitationsprozesses ab und die integrierte Spracherkennungskomponente ist darauf trainiert worden, ganze Wörter anstatt einzelne Laute oder Silben zu erkennen.Gerade in der Sprachtherapie steht dies aber oftmals am Beginn der Therapie.Diese Arbeit untersucht, welche Anforderungen ein Serious Game, welches für einen längeren Zeitraum im Therapieprozess eingesetzt werden kann, wichtig sind. Im Zuge der Arbeit wird ein solches Serious Game nicht nur theoretisch konzipiert, sondern auch gemeinsam mit einer Logopädin in einem User-Centered-Design (UCD) prototypisch umgesetzt. Ein weiterer Teil der Arbeit umfasst die Analyse, welche Metriken ein solches Serious Game einer LogopädIn liefern kann, damit Fortschritt des Patienten messbar gemacht werden kann. Dies ist gerade in der Logopädie nicht immer eindeutig zu beantworten.Im Anschluss wird das Serious Game insgesamt 19 Teilnehmern, worunter drei LogopädInnen und eine PatientIn ist, zur Evaluation zur Verfügung gestellt. Das Ergebnis:Das entwickelte Serious Game bringt den gleichen subjektiven Lernerfolg, aber wirkt motivierender als reguläre Übungen.

The ability to speak is an essential part of daily human communication. While most people perceive this ability to be given at any times, its importance becomes truly visible once it is impeded or even lost. Speech impeded patients are often faced with additional difficulties in their daily lives and, depending on the severity of the impediment,might even face social exclusion, need additional care or develop mental illnesses such as depression.The field of speech therapy aims to aid precisely those people in improving their daily lives. Similar to physical therapy, patients have to exercise with the therapist and often also on their own at home to ensure significant progress. However, this constant exercise can often times be a daunting task and require strict discipline, especially for children.To some what mitigate this issue, Serious Games, which aim to provide speech exercises in a more engaging way, have been introduced. Players of those games have to often voice a certain word correctly in order to advance and thus practice while they play. However, research has concluded that all current Serious Games have at least two major issues that need addressing: For once, most Serious Games only tackle the word plane of the therapy process, meaning patients only have to issue whole words. Typically, however, therapy starts at correctly pronouncing single sounds before continuing to syllables andfinally arriving at words. Thus, such Serious Games are only valid for a fracture of the therapy process. The second issue is that the voice recognition component used excels in detecting whole words, but has issues in correctly detecting single sounds or syllables which again makes the game unsuitable for most of the therapy process.This thesis analyzes which requirements are necessary for developing a Serious Game that fills these two issues. During this thesis, a working prototype of such a Serious Game is implemented with the help of a local therapist’s input. For that, a User-Centered-Design(UCD) approach is used to ensure high stakeholder satisfaction. Furthermore, this thesis also analyses whether and which data such a Serious Game can produce that can possibly aid the therapist in measuring patient progress or adapting the therapy process.Last but not least, the prototypical Serious Game is distributed and evaluated regarding both subjective progress and subjective entertainment compared to classical therapy exercises. A total of 19 volunteers, three of which are therapists and one a patient, have been asked to play the Serious Game and afterwards provide feedback on it. As a result,the Serious Game scored similar regarding perceived subjective progress but exceeded regular exercises in terms of subjective entertainment value.