Estimulación multisensorial para niños con discapacidad: una plataforma basada en sistemas expertos y módulos educativos sensorizados

Abstract

For these reasons, this paper presents a system that uses rule-based expert systems, mobile applications, and electronic educational modules that incorporate several sensors to provide multisensory stimulation for children with different types of disabilities. The preliminary results show high acceptance levels by experts, children, and teachers. Se desarrolló un prototipo de juego Arcade conformado por botones, un joystick ergonómico y una Raspberry Pi 4 que funciona con el sistema operativo RetroPie, mismo que actúa como emulador de videojuegos utilizados para trabajar en el desarrollo la motricidad fina de tres niños de siete años dos de ellos presentan discapacidad intelectual leve y moderada respectivamente y el tercero sin discapacidad, estimulando el movimiento y control de los dedos, manos y brazos, mejorando la coordinación ojomano, agarre digital y coordinación corporal. Existen muchos beneficios de la estimulación sensorial infantil entre los más importantes se encuentran que: aumenta la curiosidad, concentración y atención, estimula la comunicación no verbal, permite tener un conocimiento del propio cuerpo y las relaciones personales con los adultos, otros niños y animales (UNIR, 2022). Con lo antes expuesto se puede concluir que cuando un humano recibe una educación sensorial adecuada, es capaz de desarrollar sus capacidades sensoriales y potenciar su desarrollo cognitivo al máximo. 3.2.Módulos de estimulación de sensopercepciones Cómo se indica en la Figura 1, los módulos servirán como herramientas para que los terapistas, estimuladores, docentes y psicólogos las apliquen como parte de sus sesiones de terapia, para trabajar con niños, niñas y adolescentes con discapacidad desarrollando sus estímulos visuales, intelectuales, motrices y auditivos.

Resumen: En los países en desarrollo existe falta de personal y herramientas tecnológicas de apoyo para la educación especial. En Ecuador, los enfoques de estimulación multisensorial son escasamente aplicados en el área de educación especial. Por estas razones, este artículo presenta una herramienta que utiliza sistemas expertos basados en reglas, aplicaciones móviles y módulos educativos electrónicos que incorporan varios sensores para brindar estimulación multisensorial a niños con diferentes tipos de discapacidad. Nuestra propuesta fue puesta a prueba con dos grupos de voluntarios: un equipo de cinco expertos en Psicología y Educación Especial y un grupo de cuatro niños con discapacidad con el apoyo de siete docentes. Los resultados preliminares muestran altos niveles de aceptación por parte de expertos, niños y docentes.

Palabras-clave: estimulación multisensorial; discapacidad; módulos multisensoriales; sistema experto.

Abstract: In developing countries, there is a lack of personnel and technological support tools for special education. In Ecuador, multisensory stimulation approaches are scarcely applied in the area of special education. For these reasons, this paper presents a system that uses rule-based expert systems, mobile applications, and electronic educational modules that incorporate several sensors to provide multisensory stimulation for children with different types of disabilities. We tested our proposal with two groups of volunteers: a team of five experts in Psychology and Special Education and a group of four children with disabilities with the support of seven teachers. The preliminary results show high acceptance levels by experts, children, and teachers.

Keywords: multisensory stimulation; disability; multisensory modules; expert system.

1. Introducción

En Ecuador las personas con discapacidad registradas son 471.205, de las cuales 47603 son estudiantes de educación básica, media y bachillerato. La discapacidad prevalente es la intelectual, solamente el 19,21% recibe una educación en escuelas de educación especial, como indica el Consejo Nacional para la Igualdad de Discapacidades (CONADIS, 2022).

En la provincia de Cañar, específicamente en los cantones Cañar, Suscal y El Tambo, el número de personas con discapacidad en edad escolar asciende a 228 personas y solo el 14,04% acuden a la única escuela especializada en múltiple discapacidad denominada «Jesús para los Niños». A ella asisten niños de los tres cantones antes mencionados y sus parroquias urbanas y rurales. Para el periodo lectivo 2022-2023 se encuentran matriculados 38 niños, niñas y adolescentes con diferentes discapacidades, todos los estudiantes presentan discapacidad intelectual. Estos datos fueron entregados por los docentes de la institución, para el proyecto que se está desarrollando. En esta institución educativa se puso en funcionamiento un aula destinada para el desarrollo de estimulación multisensorial para que accedan todos los niños, niñas y adolescentes con discapacidad, acompañados y guiados por sus docentes. Para la primera etapa del proyecto se prepararon tres módulos de estimulación sensorial: visual, auditiva, motriz e intelectual y un sistema experto recomendador, determinados según las necesidades de los niños, niñas, adolescentes y docentes beneficiados. Con esta propuesta se busca transformar los procesos de intervención, mediante la utilización de los módulos en diferentes sesiones de terapia, demostrando a los docentes, terapistas y psicólogos el uso de la tecnología aplicada a la inclusión, además de favorecer espacios de transformación institucional para fortalecer el fin educativo de la Escuela Jesús para los Niños.

2. Trabajos relacionados

El espacio multisensorial surgió en Holanda en 1987 para el tratamiento de Alzheimer, con el uso de diferentes actividades, mismas que se difundieron por todo el mundo, para después utilizar en el tratamiento de personas con discapacidad (González, 2020). Así es como en la actualidad se utilizan en la intervención en diferentes enfermedades y discapacidades como: enfermedades mentales, problemas de conducta, niveles elevados de estrés, discapacidad intelectual, auditiva, física, parálisis cerebral, entre otros. El principal objetivo de estos espacios es estimular los cinco sentidos que posee un humano, mismos que nos permiten interactuar con el medio en el que vivimos (Liza, 2022).

A través de diferentes investigaciones acerca de los beneficios del uso de los espacios multisensoriales en enfermedades y discapacidades se concluyó que existe una mejora en las capacidades de los usuarios. Los procesos se comprobaron con diferentes técnicas cualitativas y cuantitativas como puntuaciones obtenidas durante el periodo de sesiones de trabajo. Además, demuestra que los usuarios disfrutan y se relajan al momento de usar estos espacios. Se ha verificado que, al trabajar con los módulos de un aula multisensorial, mejoró la calidad de vida tanto de los usuarios como de los docentes, pues estos no deberán realizar una planificación rígida para ejecutar sus clases. Por parte de los usuarios desarrollaron diferentes capacidades en cuanto respecta al nivel psicomotor, habilidades sociales y sensoriales, también se mejoró la conducta y atención del 100% de los usuarios (González, 2020).

Una de las instituciones enfocadas en el avance de las TIC para beneficio de las personas con discapacidad es la Cátedra UNESCO Tecnologías de apoyo para la Inclusión Educativa de la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca junto con el Grupo de Investigación Artificial y Tecnologías de Asistencia (GIATAa). Durante todo este tiempo, sus investigadores trabajaron con diferentes prototipos que se explican a continuación.

Se desarrolló un prototipo de juego Arcade conformado por botones, un joystick ergonómico y una Raspberry Pi 4 que funciona con el sistema operativo RetroPie, mismo que actúa como emulador de videojuegos utilizados para trabajar en el desarrollo la motricidad fina de tres niños de siete años dos de ellos presentan discapacidad intelectual leve y moderada respectivamente y el tercero sin discapacidad, estimulando el movimiento y control de los dedos, manos y brazos, mejorando la coordinación ojomano, agarre digital y coordinación corporal. Antes de usar la terapia y luego de esta se aplicó el test TEPSI a los tres niños, obteniendo como resultado una mejora significativa en su motricidad fina (Merchán-García et al., 2020). Para la coordinación viso motora y las habilidades viso espaciales en niños de 3 a 6 años, se creó una caja de colores interactiva controlada mediante una aplicación móvil, que genera una retroalimentación instantánea al finalizar el juego mediante el uso de lógica difusa. Lo que se pretende es demostrar que gracias a este dispositivo con indicadores luminosos se han fomentado aprendizajes significativos, además de la estimulación sensorial, la atención y concentración. Para esto se realizaron pruebas con 45 niños de 4 a 6 años, quienes indicaron que el sistema propuesto en esta investigación generó una percepción altamente positiva en ellos (Parra-Astudillo et al., 2020). Para el desarrollo de estímulos sensoriales, kinestésicos, la motricidad fina y la lateralidad en niños de 3 a 5 años regulares o con síndrome de Down, los investigadores de la Universidad Politécnica Salesiana realizaron un sistema compuesto por un asistente robótico de bajo coste y una aplicación móvil, mismo que fue probado con 21 niños de una unidad educativa especializada pública. El asistente robótico cuenta con cuatro grados de libertad distribuidos en los brazos y en las ruedas, deslizándose para adelante y para atrás y de izquierda a derecha, además, dispone de una pantalla donde presenta diferentes expresiones faciales que servirán para dar una retroalimentación por cada actividad que el usuario realice. Por su parte la aplicación móvil fue desarrolla en el SO Android cuenta con un sistema recomendador encargado de almacenar datos personales de los usuarios, determinar su edad de desarrollo y su nivel educativo (Robles-Bykbaev et al., 2018).

3.Metodología

3.1.Estimulación sensorial

El desarrollo cognitivo en un humano ocurre en los tres primeros años de vida mediante la aplicación de diferentes técnicas, siendo la estimulación sensorial una de las más utilizadas, la cual busca trabajar en cada uno de los sentidos de la persona. Existen muchos beneficios de la estimulación sensorial infantil entre los más importantes se encuentran que: aumenta la curiosidad, concentración y atención, estimula la comunicación no verbal, permite tener un conocimiento del propio cuerpo y las relaciones personales con los adultos, otros niños y animales (UNIR, 2022). El aprendizaje de los niños depende de las sensaciones y percepciones a los que se enfrentan en el entorno en el que se desenvuelven. Estas permiten el desarrollo de las funciones cognitivas básicas como la atención y la memoria, que darán paso después al desarrollo de las funciones cognitivas superiores como el razonamiento, resolución de problemas, la creatividad entre otros (ENESO, 2020; UNIR, 2022). A lo largo de la vida del niño, desde su nacimiento hasta los tres años, debe desarrollar algunas capacidades como la «noción del espacio, formación del símbolo, descubrir el mundo interior y exterior, desarrollo de la competencia cognitiva, lingüística y social» (González, 2020). Con lo antes expuesto se puede concluir que cuando un humano recibe una educación sensorial adecuada, es capaz de desarrollar sus capacidades sensoriales y potenciar su desarrollo cognitivo al máximo.

3.2.Módulos de estimulación de sensopercepciones

Cómo se indica en la Figura 1, los módulos servirán como herramientas para que los terapistas, estimuladores, docentes y psicólogos las apliquen como parte de sus sesiones de terapia, para trabajar con niños, niñas y adolescentes con discapacidad desarrollando sus estímulos visuales, intelectuales, motrices y auditivos. La información sobre la interacción del usuario con los módulos se envía a una base de datos, lo que permite generar informes reales sobre el progreso y desarrollo de las habilidades de cada uno de los usuarios, que son accesibles para los docentes de la institución educativa.

3.2.1. Módulo deformas, colores, animales y texturas

Este módulo permite a los niños y niñas trabajar en el ámbito de grafomotricidad. Se pretende incrementar sus habilidades en el área del lenguaje y la comunicación verbal y no verbal básica, mismas que favorecen la interacción social con sus pares. Así también ampliar su vocabulario y el uso de conceptos de nociones básicas como arribaabajo, adentro-afuera, grande-pequeño, espacialidad derecha-izquierda, colores, formas, texturas, tamaños, relaciones lógicas como secuenciación y clasificación, que fortalecerán el desarrollo cognitivo y psicomotor. Se conjuga aprendizajes significativos en el aprender haciendo o aprender construyendo, fundamento básico para una correcta enseñanza-aprendizaje en la primera infancia, ámbitos descritos en (Espinosa-Andrade, 2016), como se puede apreciar en la Figura 2. En cuanto a la parte tecnológica del módulo, el usuario debe trabajar directamente con las piezas de madera al colocar cada una de las figuras en los espacios designados. Una vez sensados se emite una señal sonora de la figura correspondiente. Estos datos son procesados por un microcontrolador (Arduino MEGA 2560) que nos permitirá conocer el número de interacciones de cada una de estas piezas.

3.2.2. Módulo de iluminación RGB y dado de colores

Fue creado para mejorar periodos de atención y concentración a través del uso de la luz. Ayuda al incremento de las capacidades cognitivas de resolución de problemas, uso de secuencias, tiempos y ritmos a seguir, logrando una relajación muscular y una correcta coordinación viso-percepción e incremento óculo-manual. Al realizar sesiones de relajación se podrá asociar el conocimiento de su entorno con lo vivido en cada terapia ayudando a reconocer habilidades y destrezas como figuras geométricas en 2D y 3D, colores primarios, secundarios, luces, formas y órdenes en primero y segundo plano de aprendizaje, desarrollando un entrenamiento de sus funciones ejecutivas, ámbitos desarrollados en (Espinosa-Andrade, 2016). Para su correcto uso el usuario deberá jugar con el dado y esperar a que caiga, el color de su cara superior será el mismo con el cual se enciende la cinta led de colores RGB colocados en la parte superior de la habitación. Para su funcionamiento los microcontroladores del dado y la cinta de colores se comunican mediante un protocolo de comunicación Bluetooth, siendo el dado, el que trabaja en modo maestro y determina el color de encendido, mientras que la cinta RGB trabaja de modo esclavo y recibe la orden de qué color encender.

3.2.3. Módulo de pictogramas

Dará mayor énfasis al área de lenguaje mediante el incremento y discriminación del vocabulario por campo semántico, la representación animal, acciones diarias, alimentos, personas, prendas de vestir, colores, útiles escolares, partes de la casa y transporte. El juego simbólico favorecerá a los usuarios verbales y no verbales para que puedan participar activamente en conversaciones mediante preguntas, oraciones, conversaciones simples y complejas con su entorno inmediato, a partir de la observación directa de objetos, logrando así una fluidez verbal, como se menciona en (Espinosa-Andrade, 2016). El software de este módulo se encuentra desarrollado en el lenguaje de programación JAVA e implementado en el computador personal de placa única Raspberry Pi 4, visualizado en una pantalla de 50 pulgadas, encapsulada dentro de un mueble de madera con un marco con tecnología infrarroja para lograr que la pantalla o cualquier superficie se torne táctil y así facilitar su usabilidad. El sistema consta de dieciséis campos semánticos con una cantidad aproximada de 192 imágenes y audios correspondientes a cada categoría. Para su uso la docente debe escoger la categoría, la cantidad de imágenes con la que va a trabajar según la sesión y el usuario, al seleccionar el menú «Nuevo ejercicio», como se indica en la Figura 2.

3.3.Sistema experto

Esta propuesta incorpora un sistema experto que cuenta con una base de conocimiento y reglas definidas para cada uno de los módulos. El mismo que ha sido definido junto a un grupo de expertos en el área de Educación y Psicología, quienes determinaron las diferentes configuraciones y/o ejercicios por módulo, acorde con las distintas características de los niños, niñas y adolescentes asistentes a la institución educativa, Estas son por el tipo de discapacidad (intelectual y física), edad cronológica y edad de desarrollo. Para establecer dichas actividades, los expertos se basaron en el desarrollo de destrezas indicadas en el Currículo de Educación Inicial ecuatoriano, modelos de intervención para niños con discapacidad: modelo Denver de atención temprana como tratamiento para los trastornos del espectro autista (TEA), ABA, terapia cognitivo-conductual y modelos sensoperceptivos, entre otros descritos en (Rogers & Dawson, 2017). La aplicación de este sistema experto tiene como finalidad recomendar a los docentes, las mejores combinaciones de ejercicios y actividades para cada módulo de acuerdo con el perfil de los usuarios. Estas actividades y frecuencias pueden ampliarse, dependiendo de las necesidades y avances de cada estudiante.

En razón de lo antes mencionado, el sistema consta de varios componentes para que los docentes tengan acceso a la información de manera idónea. El sistema está integrado por tres componentes: 1) Módulo de microservicios encargado de gestionar las solicitudes y devolver las recomendaciones. 2) Una aplicación móvil que permite ingresar las características de los niños y solicitar una recomendación y 3) Módulos electrónicos descritos previamente, que usan los terapistas o docentes con los niños, según la configuración recomendada del sistema experto.

El sistema tiene como finalidad generar una recomendación de combinación de actividades y ejercicios para cada módulo, ver Figura 3, según los parámetros de edades y discapacidad antes mencionadas. Para que el sistema cumpla con su objetivo se han empleado dos herramientas principales para lograr un funcionamiento idóneo. La herramienta CLIPS para la generación del SE, en donde se ha definido las reglas y hechos solicitados por el docente y Python, como herramienta base que genera un API Rest y el uso del SE generado con CLIPS.

Los hechos iniciales, edadCronologica, edadDesarrollo y discapacidad, son la base para cada una de las reglas que definen las recomendaciones para los módulos, por medio de todas las combinaciones posibles de los hechos. La estructura del hecho resultante de la regla define características como:

* Figuras. Define el número de figuras que muestra el módulo de pictogramas.

* SigFase. Define el número de figuras que muestra el módulo de pictogramas, mismo que es trabajado por el niño, una vez complete con éxito el número indicado en el atributo previo.

* Frases. Número de frases que se trabaja con los pictogramas ya conocidos.

* Secuencias. Indica el número de pictogramas usados para generar secuencias de temáticas definidas.

Las 84 reglas siguen la misma estructura indicada previamente y permiten abordar los demás parámetros para brindar una recomendación apropiada.

Se desarrolló una aplicación móvil destinada para docentes y terapistas de la institución educativa. La aplicación tiene como finalidad identificar las actividades y ejercicios a realizar por cada usuario al usar los distintos módulos, mediante una interfaz intuitiva y sencilla, la cual podemos apreciar en la Figura 4.

* Interfaz de ingreso de datos del niño. Con esta función los docentes escogen los perfiles de los usuarios, mismos que han sido definidos como parámetros de entrada necesarios para el sistema experto.

* Interfaz de opciones de módulos. En este apartado aparecen listados los tres módulos disponibles. El docente debe escoger cuál de estos va a utilizar en la sesión de trabajo; dicha elección permite navegar a la última pantalla de resultado de la recomendación.

* Pantalla de resultado de la recomendación. En esta pantalla se visualiza el resultado del sistema experto, el cual indica al docente, la configuración idónea de actividades y ejercicios para el uso del módulo seleccionado.

4.Resultados

Con el objetivo de realizar un proceso inicial de evaluación de los módulos de formas, colores, animales y texturas, iluminación RGB y dado de colores y pictogramas, se aplicaron dos encuestas a dos grupos de voluntarios. En el primer caso, se trabajó con un grupo de expertos de las áreas de Educación y Psicología, con los perfiles que se describen en la Tabla 1:

Como se puede apreciar, los expertos tienen un apropiado nivel de experiencia tanto como profesionales (media de 18 años, DS de 8,57) como con el trabajo con niños con discapacidad (media de 3,3 años, DS de 5,77). A fin de analizar las valoraciones de los expertos en relación con los módulos de estimulación de sensopercepciones se aplicó una encuesta organizada en dos grandes bloques.

En el primero se incluyeron once preguntas de carácter demográfico (nombres y apellidos, género, edad, lugar de trabajo, estado civil, profesión, años de experiencia como profesional, años de experiencia en el trabajo con niños con discapacidad, si ha trabajado en el área de terapia y área de intervención terapéutica donde desempeña su labor), mientras que en el segundo bloque se plantearon veintidós preguntas (escala de Likert) para determinar diversos aspectos de los módulos de estimulación de sensopercepciones.

* Facilidad de manejo de cada módulo

* Factibilidad de que los niños con discapacidad aprendan sobre colores, formas, tamaños y texturas a través del módulo de grafomotricidad

* Factibilidad de que los módulos permitan a los niños con discapacidad desarrollar los siguientes aspectos:

â-¦ Ámbito relación lógico-matemático, la motricidad, la orientación espacial y lateralidad, y el desarrollo intelectual

* Apoyo que brinda el módulo de grafomotricidad para que los niños reciban y ejecuten consignas

* Posibilidad de que el módulo de iluminación ayude en el aprendizaje de colores primarios y sus combinaciones a los niños

* Factibilidad de que los niños aprendan la relación entre el pictograma y la onomatopeya con el módulo de pictogramas.

Con este fin, se realizaron varias sesiones demostrativas donde los expertos pudieron interactuar con los módulos y observar todas las funcionalidades y estímulos que presentan durante la sesión de trabajo.

Una vez aplicadas las encuestas, se procedió a generar un diagrama de cajas y bigotes a fin de determinar los patrones de evaluación de los expertos. Es importante destacar que los expertos realizaron cuatro veces la valoración, considerando que los módulos se usarán con niños con cuatro tipos de discapacidad (en general): visual, intelectual, auditiva y física.

Como se puede apreciar en la Figura 5 las medias de las votaciones de los expertos para el caso de discapacidad visual son de 4.13, 3.72, 4.18, 4.81 y 3.45 para cada experto V1, V2, V3, V4 y V5, respectivamente.

Para los casos de discapacidad intelectual, auditiva y visual se tienen los siguientes valores de las medias en las valoraciones, respectivamente: 4.13, 4.09, 4.5, 4.77 y 4.40, 4-13; 3.95, 4.09, 4.81 y 3.81; 4.09, 3.81, 3.77, 4.81 y 4.54. Como se puede apreciar existe variabilidad entre las medias, y en el caso del experto 5 (V5) las valoraciones presentan una importante dispersión para los casos de discapacidad visual y auditiva. También se puede observar la presencia de outliers para los expertos 3, 4 y 5, lo que indica que se tienen patrones de valoración similares para los criterios descritos anteriormente, y algunas valoraciones que contrastan con dichos patrones.

Por otra parte, el segundo grupo de voluntarios se conformó por siete docentes de la Escuela de Educación Básica Especial Jesús para los Niños, ubicada en la ciudad de Cañar (provincia del Cañar).

En este caso, un grupo de cuatro niños interactuaron realizando diversos ejercicios con los módulos con el apoyo y la observación de los siete docentes. Luego de ello, se aplicó la encuesta descrita anteriormente a los docentes, a fin de conocer cómo fue la percepción de los criterios antes señalados considerando la observación realizada por el grupo de voluntarios que se describen en la Tabla 2.

Como se puede apreciar en la Figura 6 las medias de las votaciones de los docentes para el caso de discapacidad visual son 3.86, 3.95, 3.95, 4.04, 3.77, 4.04 y 3.86 para cada docente Vi, V2, V3, V4 y V5, respectivamente. Para los casos de discapacidad intelectual, auditiva y visual se tienen los siguientes valores de las medias en las valoraciones, respectivamente: 4.31, 3.95, 4.18, 4.04, 4.0, 4.81 y 4.18; 4.40, 3.95, 4.22, 4.04, 3.81, 4.77 y 4.31; 4.5, 3.86, 4.22, 4.0, 4.0, 4.54 y 4.09. Como se puede apreciar existe variabilidad entre las medias, sin embargo, dicha variabilidad es menor que en el caso de los expertos. También se puede observar la presencia de outliers para todos los docentes, y en los valores de los docentes en todos los casos no se aprecia variación y un rango intercuartil 3 marcado.

5.Conclusiones

Con el análisis estadístico aplicado en este proyecto se pudo demostrar que hay un consenso preliminar entre expertos y docentes, quienes han experimentado el uso de estas herramientas con niños con discapacidad. Dicho análisis ha permitido constatar que estos módulos multisensoriales ayudan en el proceso educativo y con la intervención de los niños, niñas y adolescentes con discapacidad. Por otra parte, se puede indicar que los módulos que conforman la plataforma constituyen una herramienta innovadora que responde a las realidades reales que tienen los niños con discapacidad que son atendidos en la Escuela de Educación Básica Especial Jesús para los Niños, ya que se adaptan a sus necesidades e incorporan sistemas de monitoreo y de soporte a la toma de decisiones a través del sistema experto basado en reglas. Asimismo, su estructura y sistema de comunicación permite que se puedan desarrollar nuevas funcionalidades para ampliar el servicio y responder a los requerimientos de la población que se vaya incorporando a le escuela.

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References

Referencias

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