Multi-sensory environments adaptation for the relaxation of children with neurodevelopmental disorders

Neurodevelopmental disorders are a group of conditions that can arise in the early stages of the development of a child and, depending on the degree of severity, these disorders can affect multiple aspects of the entire life of an individual. Early therapy interventions are fundamental to cure, if possible, the disorders or at least alleviate the consequences. Relaxation can be beneficial to reduce anxiety, tension, potential aggression and improve concentration; it can be achieved using relaxation techniques, requiring in some cases some form of training, or simply listening to music. Relaxing music has been suggested by research studies to have a greater effect if it is not familiar to the patient and if it contains changes in tempo and a limited presence of high frequencies. The objective of this thesis is to investigate the potentialities of these notions adapting a multisensory environment, created by music and lighting, to the child's state for one of the following goals: relaxation enhancement, training of the child's relaxation abilities, training to handle more musical stimuli. The developed Chrome application is controlled by the relaxation level of the child measured by a cheap MindFlex EEG headset, that also permits to collect data during sessions. The music, programmed by a composer on a separate audio environment implemented using the Web Audio API, uses the concepts of algorithmic music so it can vary, slightly or considerably, at every session. In response to the relaxation value, depending on the definition of adaptation for the goal of the session, the software modifies in real-time some combination of global or instrument-specific characteristics of the played music: volume, tempo and frequency content. Philips Hue lights are used to create an immersive environment expressing the link between sound and color, varying the brightness of the lights to reflect the volume or frequency content of the music through the concepts of chromestesia, a type of synesthetic experience.

I disturbi dello sviluppo neurologico sono un gruppo di disturbi che possono comparire nei primi anni dello sviluppo del bambino e, in base al grado di severità, possono condizionare vari aspetti della sua vita intera. E' importante che le terapie per curare, se possibile, questi disturbi o almeno alleviarne le conseguenze siano messe in atto il prima possibile per avere maggiori probabilità di successo. Il rilassamento è un aspetto che può portare benefici riducendo ansia, stati di tensione, aggressività e migliorando la concentrazione; può essere raggiunto tramite l'utilizzo di tecniche di rilassamento convenzionali che possono richiedere una prima fase di training, oppure tramite il semplice ascolto di musica. Studi scientifici hanno suggerito che la musica rilassante abbia un effetto maggiore se questa non è conosciuta dall'ascoltatore e se contiene cambiamenti di tempo (inteso come bpm) e una presenza limitata di alte frequenze. L'obiettivo di questa tesi è quello di studiare le potenzialità di questi concetti adattando un ambiente multisensoriale, costituito da musica e illuminazione, allo stato del bambino per uno dei seguenti scopi: miglioramento del rilassamento, miglioramento delle abilità di rilassamento, miglioramento della gestione di vari stimoli musicali. La Chrome application sviluppata è controllata dal livello di rilassamento del bambino misurato da un MindFlex EEG headset che permette anche di raccogliere dati durante le sessioni. La musica, programmata da un compositore in un ambiente audio separato implementato tramite l'utilizzo di Web Audio API, fa uso dei concetti di musica algoritmica per variare, di poco o di molto, ad ogni sessione. In risposta al livello di rilassamento, a seconda di come l'adattamento è stato definito per lo scopo della sessione, il software modifica in tempo reale una combinazione di caratteristiche, globali o specifiche di uno strumento, della musica suonata: volume, tempo e contenuto frequenziale. Un sistema di luci Philips Hue è utilizzato per creare un ambiente immersivo esprimendo la correlazione tra suono e colore, variando la luminosità delle luci per riflettere il volume o il contenuto frequenziale della musica implementando i concetti della cromestesia, un tipo di esperienza sinestetica.