Entwicklung eines Expertensystems zur Zuordnung von Assistierenden Technologien für körperbehinderte Jugendliche im Virtual Office des FAB

Kreutzer, Siegfried

Titel: Entwicklung eines Expertensystems zur Zuordnung von Assistierenden Technologien für körperbehinderte Jugendliche im Virtual Office des FAB

Entwicklung eines Expertensystems zur Zuordnung von Assistierenden Technologien für körperbehinderte Jugendliche im Virtual Office des FAB

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
Bei der 4. Tagung des Österreichischen Arbeitskreises für Transpersonale Psychologie und Psychotherapie (ÖATP) Von Herz zu Herz, hielt Leo Prothmann einen Vortrag mit dem Thema Leben heißt sich mitteilen. Dieser Titel sei Inspiration, um darüber nachzudenken, dass es ein wichtiges Bedürfnis des Menschen ist, sich mitzuteilen. Körperbehinderten Menschen ist dies durch ihre oftmals multiplen Einschränkungen nicht möglich. Einerseits sind sie vielfach in ihrer Mobilität beschränkt und können in den seltensten Fällen selbständig weite Distanzen mittels Auto oder Zug zurücklegen, um Freunde zu treffen oder neue Kulturen kennen zu lernen. Andererseits sind nicht selten nur mangelhafte Ausdrucksmöglichkeiten durch sprachliche Behinderung oder Einschränkung der Gestik gegeben.
Moderne Kommunikationsmittel wie Computer und Internet sind daher häufig die einzige Möglichkeit für diese Menschen, sich aktiv ihrer Umwelt mitzuteilen. Spezielle Hilfsmittel, sogenannte Assistierende Technologien (AT), helfen diesen Menschen bei der Bedienung des Computers. Das Virtual Office des Vereins zur Förderung von Arbeit und Beschäftigung (FAB) ist eine Einrichtung für körperbehinderte Jugendliche, welche den Schwerpunkt auf Computerarbeit legt und in Kapitel 1.1 vorgestellt wird.
Das Virtual Office des FAB:
Im Virtual Office des FAB werden Jugendliche mit mehrfachen Beeinträchtigungen im Umgang mit dem Computer geschult. Mit dem Einsatz individuell angepasster Hilfsmittel erhalten die Jugendlichen im IT-Bereich eine weitere schulische Förderung und eine berufliche Qualifizierung. Das Ziel der dreijährigen Ausbildung ist es, die Jugendlichen auf den ersten Arbeitsmarkt vorzubereiten und nach Möglichkeit auch eine geeignete Arbeitsstelle zu finden. Den Jugendlichen eröffnen sich neue Möglichkeiten, ihre Gedanken und Ideen zu konkretisieren, umzusetzen und mit anderen zu kommunizieren. Mit dem Computer können Potentiale geweckt und gefördert werden, weshalb Computer und Assistierende Technologien zentrale Werkzeuge darstellen. Im Virtual Office stehen 24 Ausbildungsplätze sowie drei weitere Plätze für Jugendliche aus anderen Bundesländern zur Verfügung. Derzeit betreuen zehn hauptberufliche Mitarbeiter, sowie ca. acht nebenberufliche Trainer die Jugendlichen. Das Ausbildungsspektrum umfasst:
fachliche Schwerpunkte wie:
Textverarbeitung, Präsentationen, Tabellenkalkulation,
Bild-, Audio- und Videobearbeitung,
Internet,
Erstellen von […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Siegfried Kreutzer

Entwicklung eines Expertensystems zur Zuordnung von Assistierenden Technologien

für körperbehinderte Jugendliche im Virtual Office des FAB

ISBN: 978-3-8428-2392-1

Herstellung: Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2012

Zugl. UMIT - Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik

und Technik, Hall in Tirol, Österreich, Magisterarbeit, 2011

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http://www.diplomica.de, Hamburg 2012

Kurzfassung

Einschränkungen in Mobilität und Ausdrucksmöglichkeit sind für körperbehinderte

Menschen ein Bestandteil des täglichen Lebens. Für diese Menschen ist der Compu-

ter vielfach die einzige Möglichkeit sich ihrer Umwelt mitzuteilen. Die Benutzung ei-

nes Computers ist meist nur mit entsprechenden Hilfsmitteln, sogenannten Assistie-

renden Technologien, und deren individueller Anpassung möglich. Bis dato war dies

zumeist ein langwieriger Anpassungsprozess, welcher sich über Monate hinziehen

konnte. In einer Arbeit von Frydyada de Piotrowski wurde 2008 die theoretische Ba-

sis geschaffen, um einen strukturierten und effektiven Anpassungsprozess zu ermög-

lichen. Dabei wurden die notwendigen Daten für ein Userprofil ermittelt, Mindestan-

forderungen an Assistierende Technologien festgelegt, sowie Regeln und Heuristiken

geschaffen um diesen Anpassungsprozess zu beschleunigen. Praktikabel kann die

Arbeit von Frydyada de Piotrowski jedoch nur eingesetzt werden, wenn sie automa-

tionsunterstützt erfolgt.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Prototyp eines Expertensystems entwickelt, der

die Voraussetzungen schafft, um Frydyada de Piotrowskis theoretische Basis zu

überprüfen und in praktikabler Form einzusetzen. Die Entwicklung des Expertensys-

tems erfolgte mittels der Expertensystem-Shell d3web. Ein semantisches Wiki na-

mens KnowWE wurde benutzt um die Wissensbasis zu entwickeln, wodurch ein

webbasiertes Expertensystem für Assistierende Technologien (ESAT) entstand.

Durch die Verwendung von Continuous-Integration (CI) konnte eine dauerhafte

Überprüfung der Wissensbasis auch bei Regeländerungen etabliert werden. Retro-

spektive Tests und eine Zeitmessung ermöglichen es, Aussagen in Bezug auf Rich-

tigkeit der Heuristiken, Praktikabilität und Effizienz zu treffen. Die Darstellung der Er-

gebnisse, eine kritische Diskussion und ein Ausblick über mögliche weiterführende

Tätigkeiten runden diese Arbeit ab.

Schlüsselwörter: d3web, Expertensystem, Assistierende Technologien,

Künstliche Intelligenz, continuous integration

Abstract

Limitations in mobility and the handicaps to express themselves are for disabled

people a part of everyday life. For these people the computer is often the only way to

communicate with their environment. Usually the appropriate use of a computer is

only possible with customized "assistive technologies". Until today this was usually a

long process of adjustment which could take months. In a study in 2008 by Frydyada

de Piotrowski, the theoretical basis has been created to allow a structured and effec-

tive process of adjustment. In his research the necessary data for a user profile have

been obtained, a set of minimum requirements for assistive technologies have been

determinated, and rules and heuristics have been created to support and accelerate

this process of adjustment. But the practical use of Frydyada de Piotrowskis work

can only be transposed if it is supported by automation.

In this work a prototype of an expert system has been developed which creates the

conditions to check Frydyada de Piotrowskis theoretical basis to use it in a practical

way. The development of the expert system was carried out using the expert system

shell d3web. A semantic wiki called KnowWE was used to develop the knowledge

base. The result was a web-based expert system for assistive technologies (ESAT).

The use of continuous integration (CI) enables a permanent checking of the know-

ledge base, even if someone would maintain the rules. Retrospective testing and

measuring the time allows to give statements regarding accuracy of the heuristics,

practicality and efficiency. The presentation of the results, a critical discussion, and

an outlook on possible further activities will finish this work.

keywords: d3web, expert system, assistive technologies, artificial intelligence,

continuous integration

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 UML Use-Case-Diagramm eines ersten groben Ablaufs des Expertensystems ESAT ... 4

Abbildung 2 Braille-Tastatur ,,Braillkey" der Firma Sensotec ... 19

Abbildung 3 Großfeldtastatur mit Abdeckplatte zur Fingerführung ... 20

Abbildung 4 Kleinfeldtastatur (Linkshänder) mit separatem Nummernblock ... 20

Abbildung 5 ,,WordQ" in einem Microsoft Word-Dokument (Mair [11], S. 17) ... 22

Abbildung 6 Bildschirmtastatur ,,WiVik" mit Sprachausgabe (Mair [11], S. 18) ... 22

Abbildung 7 Unterschiedlichste Sensoren und Taster (Frydyada de Piotrowski [1], S. 133) ... 24

Abbildung 8 Hardwarebasierter Mausscanner ,,MauSi Scan" ... 25

Abbildung 9 Trackball (optional mit externen Tasten) ... 26

Abbildung 10 Joystickmaus mit einstellbarer Grundgeschwindigkeit ... 27

Abbildung 11 Mundjoystick ,,Integramouse" (Frydyada de Piotrowski [1], S. 154)... 28

Abbildung 12 Tastenmaus ,,Jumbomaus" ... 29

Abbildung 13 Bildschirmlupen mit und ohne Kantenglättung (Frydyada de Piotrowski [1], S. 175) 30

Abbildung 14 Große 8-Punkt-Braillezeile (Frydyada de Piotrowski [1], S. 182)... 31

Abbildung 15 Der Turing Test ... 34

Abbildung 16 Vorgehen bei einer Problemlösung (Lämmel und Cleve [6], S. 31) ... 38

Abbildung 17 Struktur eines Expertensystems (Lämmel und Cleve [6], S. 31) ... 39

Abbildung 18 Ein einfaches semantisches Netz (Cawsey [4], S. 29) ... 41

Abbildung 19 Zugehörigkeitsfunktion für groß (Lämmel und Cleve [6], S. 100) ... 48

Abbildung 20 Breiten- und Tiefensuche (vgl. Lämmel und Cleve [6], S. 123) ... 50

Abbildung 21 Expertensystemarchitektur (Cawsey [4], S. 64) ... 53

Abbildung 22 Regelverarbeitung mit Vorwärtsverkettung (Lämmel und Cleve [6], S. 72) ... 56

Abbildung 23 Monitorfläche vs. Sichtfläche (Frydyada de Piotrowski [1], S. 84) ... 100

Abbildung 24 Ausschnitt aus der Startseite von ESAT ... 114

Abbildung 25 Hierarchische Anordnung der ESAT-Seiten (1. Teil) ... 115

Abbildung 26 Hierarchische Anordnung der ESAT-Seiten (2. Teil) ... 116

Abbildung 27 Parameterdefinition des Sehsinns von ESAT ... 117

Abbildung 28 Teil des ESAT Frageformulars mit den Rubriken Sehsinn und Gehörsinn ... 119

Abbildung 29 Definition der Diagnose "Augensteuerung" in ESAT... 120

Abbildung 30 Definition der Tastaturvariationen in ESAT ... 121

Abbildung 31 Die Definition der Heuristiken H01 und H11 von ESAT ... 123

Abbildung 32 Heuristik H03 in ESAT (Berechnung von Sehfläche und Quotienten) ... 124

Abbildung 33 Heuristik H03 in ESAT (Regeln für den Monitor 19") ... 125

Abbildung 34 ESAT CI-Dashboard ... 130

Abbildung 35 Testfälle für Technologien zur Ausgabe für den Sehsinn ... 132

Abbildung 36 Manuelle Ausführmöglichkeit der Testfälle ... 132

Abbildung 37 Ergebnis der manuellen Ausführung der Testfälle ... 133

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Aussagenlogisches Beispiel ... 42

Tabelle 2 Aussagenlogische Verknüpfungen (Lämmel und Cleve [6], S. 36) ... 43

Tabelle 3 Wahrheitswerttabelle aussagenlogischer Verknüpfungen (Lämmel und Cleve [6], S. 36) 43

Tabelle 4 Definition der Zustände von aussagelogischen Formeln (Lämmel und Cleve [6], S. 39) .. 44

Tabelle 5 Modus ponens und Modus tollens (Lämmel und Cleve [6], S. 43ff) ... 44

Tabelle 6 Schlussfolgerung mittels aussagelogischer Formeln ... 45

Tabelle 7 Zusammenfassung der Anforderungen an die Expertensystem-Shell ... 61

Tabelle 8 Bewertung der Entwicklungs-Tools zu den Anforderungen ... 68

Tabelle 9 Parameter für Anatomie und Motorik ... 72

Tabelle 10 Parameter für den Sehsinn ... 76

Tabelle 11 Parameter für den Gehörsinn ... 78

Tabelle 12 Parameter für die haptische Wahrnehmung ... 78

Tabelle 13 Parameter für Fertigkeiten und Vorlieben ... 79

Tabelle 14 AT-Objekt ,,standardtastatur" ... 82

Tabelle 15 AT-Objekt ,,grossfeldtastatur" ... 82

Tabelle 16 AT-Objekt ,,akkordtastatur" ... 83

Tabelle 17 AT-Objekt ,,half_qwerty_tastatur"... 83

Tabelle 18 AT-Objekt ,,brailletastatur" ... 84

Tabelle 19 AT-Objekte ,,Miniaturtastaturen" ... 84

Tabelle 20 AT-Objekte ,,Tastaturvariationen" ... 85

Tabelle 21 AT-Objekt ,,spracherkennung" ... 86

Tabelle 22 AT-Objekt ,,bildschirmtastatur" ... 87

Tabelle 23 AT-Objekt ,,einrastfunktion" ... 87

Tabelle 24 AT-Objekt ,,einrastfunktion" neu definiert ... 88

Tabelle 25 AT-Objekt ,,tastatur-wiederholparameter" ... 88

Tabelle 26 AT-Objekt ,,bmb_sensor" ... 89

Tabelle 27 AT-Objekt ,,daumen_grifftaster" ... 90

Tabelle 28 AT-Objekte ,,Drucktaster" ... 90

Tabelle 29 AT-Objekt ,,noisesensor" ... 91

Tabelle 30 AT-Objekt ,,kopf_kinntaster" ... 91

Tabelle 31 AT-Objekt ,,saug_blassensor" ... 92

Tabelle 32 AT-Objekt ,,scansystem" ... 92

Tabelle 33 AT-Objekte ,,Joysticks" ... 93

Tabelle 34 AT-Objekte ,,Mäuse" ... 94

Tabelle 35 AT-Objekte ,,Kopfjoystick" ... 95

Tabelle 36 AT-Objekte ,,Tastenmäuse" ... 96

Tabelle 37 AT-Objekte ,,Trackballs" ... 97

Tabelle 38 AT-Objekt ,,augensteuerung" ... 98

Tabelle 39 AT-Objekt ,,kopfsteuerung" ... 98

Tabelle 40 Heuristik H 02 ... 99

Tabelle 41 Hilfsmittel zur Ausgabe für den Sehsinn ... 100

Tabelle 42 Hilfsmittel zur Ausgabe für den Gehörsinn ... 102

Tabelle 43 AT-Objekte ,,Braillezeilen" ... 104

Tabelle 44 Heuristik H 01 ... 107

Tabelle 45 Eingabeparameter für das Userprofil von Herrn Huber ... 134

Tabelle 46 Eingabeparameter für das Userprofil von Frau Mayr ... 136

Abkürzungsverzeichnis

API

Application

Programming

Interface

Assistierende

Technologien

BMB-Sensor Bewegungs-,

Muskelspannungs-

und

berührungsempfindlicher

Sensor

bzw.

beziehungsweise

CDSS

clinical decision support system

Continuous

Integration

CLIPS

C Language Integrated Production System

d.h.

das

heißt

DMD

Duchenne

Muskeldystrophie

ESAT

Expertensystem

für

Assistierende

Technologien

ESS

Expert

System

Shell

etc.

cetera

FAB

Verein zur Förderung von Arbeit und Beschäftigung

GUI

Graphical

User

Interface

i.d.R.

der

Regel

IKT

Informations-

und

Kommunikationstechnologie

ITS

Integriertes Therapiesystem

JESS

Java Expert System Shell

KAT

knowledge

acquisition

tool

knowledge

base

Künstliche

Intelligenz

o.ä.

oder

ähnliches

SchwbG Schwerbehindertengesetz

usw.

und

weiter

v.a.

vor

allem

vs.

Versus

WHO

World

Health

Organization

Wissensrepräsentation

Wissensverarbeitung

z.B.

zum

Beispiel

zit.

zitiert

Inhaltsverzeichnis

Einleitung ... 1

1.1

Das Virtual Office des FAB ... 1

1.2

Relevanz der Thematik ... 2

1.3

Problemstellung ... 3

1.4

Ziele und Teilziele ... 4

1.4.1

Programmierung ... 5

1.4.2

Wartung ... 5

1.4.3

Reihenfolge von Vorschlägen ... 6

1.4.4

Begründete Auswahl und Erklärungssystem ... 6

1.4.5

Abspeichern von Falldaten ... 6

1.5

Aufbau der Arbeit ... 7

Hintergrund ... 9

2.1

Einschränkungen durch Krankheit und Behinderung ... 9

2.1.1

Was ist eine Behinderung ... 9

2.1.2

Welche Auswirkungen haben Behinderungen ... 10

2.1.3

Behinderungen von Klienten im Virtual Office ... 12

2.1.3.1

Körperliche Beeinträchtigungen im Virtual Office ... 13

2.1.3.2

Geistige Beeinträchtigung im Virtual Office ... 15

2.2

Assistierende Technologien ... 17

2.2.1

Technologien zur Zeicheneingabe... 19

2.2.2

Sensoren ... 23

2.2.3

Technologien zur Positionseingabe ... 26

2.2.4

Technologien zur Ausgabe ... 29

2.2.5

Förderung kognitiver Fähigkeiten ... 32

2.3

Künstliche Intelligenz ... 33

2.3.1

Definition des Begriffs ,,Künstliche Intelligenz (KI)"... 35

2.3.2

Wissensrepräsentation und Verarbeitung von Wissen ... 37

2.3.2.1

Wissensdarstellung durch Logik ... 42

2.3.2.2

Darstellung von vagem Wissen ... 46

2.3.3

Suchstrategien zur Problemlösung ... 48

2.4

Expertensysteme ... 52

2.4.1

Regelbasierte Wissensdarstellung ... 55

2.4.1.1

Vorwärtsverkettung ... 56

2.4.1.2

Rückwärtsverkettung ... 57

2.4.1.3

Vorwärts- oder Rückwärtsverkettung ... 57

2.4.2

Beispiele von Expertensystemen... 58

2.4.3

Auswahl einer Expertensystem-Shell ... 60

2.4.3.1

Zusammenfassung der Anforderungen ... 60

2.4.3.2

Welche Expertensystem-Shells wurden geprüft ... 61

2.4.3.3

Begründung für die Auswahl ... 67

2.5

Forschungsfrage ... 69

Methoden ... 70

3.1

Parameter für das Userprofil (Symptome) ... 71

3.1.1

Anatomie und Motorik ... 72

3.1.2

Sehsinn ... 76

3.1.3

Gehörsinn ... 77

3.1.4

Haptik ... 78

3.1.5

Fertigkeiten, Vorlieben und Hilfsparameter ... 79

3.2

Parameter für Mindestanforderungen von ATs (Diagnosen) ... 80

3.2.1

Eingabe ... 81

3.2.1.1

Technologien zur Zeicheneingabe ... 81

3.2.1.2

Sensoren ... 89

3.2.1.3

Technologien zur Positionseingabe ... 92

3.2.2

Ausgabe ... 98

3.2.2.1

Sehsinn ... 99

3.2.2.2

Gehörsinn ... 102

3.2.2.3

Haptische Wahrnehmung... 103

3.3

Regeln, Heuristiken und Metaheuristiken ... 105

3.3.1

Heuristiken ... 106

3.3.2

Metaheuristiken... 107

3.3.2.1

Erfassen des Userprofils ... 107

3.3.2.2

Auswählen der Ausgabemöglichkeit ... 108

3.3.2.3

Auswählen der Eingabemöglichkeit ... 109

Implementierung ... 113

4.1

Implementierung der Symptome ... 116

4.2

Implementierung der Diagnosen ... 119

4.3

Implementierung der Heuristiken ... 122

Test und Validierung ... 127

5.1

Test auf Funktionalität ... 128

5.2

Test auf Praktikabilität der Heuristiken ... 133

5.2.1

Fall 1 Herr Huber ... 133

5.2.2

Fall 2 Frau Mayr ... 135

5.3

Test des Handlings und der Zeit ... 138

Ergebnis ... 139

6.1

Ergebnis Fall 1 Herr Huber ... 139

6.2

Ergebnis Fall 2 Frau Mayr ... 139

6.3

Ergebnis des Handlings und der Zeitmessung ... 140

6.4

Ergebnis der Forschungsfrage ... 140

Diskussion ... 142

7.1

Ergebnisinterpretation der retrospektiven Testfälle ... 142

7.2

Ergebnisinterpretation von Zeitmessung und Handling ... 142

7.3

Diskussion über die erreichten Ziele und Teilziele ... 143

7.3.1

Programmierung ... 143

7.3.2

Wartung ... 143

7.3.3

Reihenfolge der Vorschläge ... 144

7.3.4

Erklärungssystem ... 144

7.3.5

Abspeichern von Fällen ... 145

7.4

Diskussion über die Entwicklung ... 145

7.4.1

Gründe für die Verwendung von d3web als Shell ... 145

7.4.2

Gründe gegen die Verwendung von d3web als Shell... 146

7.4.3

Auswahl der Methoden ... 146

7.4.4

Test des Prototyps ... 147

7.5

Allgemeine Diskussion der Arbeit ... 147

Ausblick ... 148

Literaturverzeichnis ... 149

1 Einleitung

Bei der 4. Tagung des Österreichischen Arbeitskreises für Transpersonale Psy-

chologie und Psychotherapie (ÖATP) "Von Herz zu Herz", hielt Leo Prothmann

einen Vortrag mit dem Thema ,,Leben heißt sich mitteilen". Dieser Titel sei Inspira-

tion, um darüber nachzudenken, dass es ein wichtiges Bedürfnis des Menschen

ist, sich mitzuteilen. Körperbehinderten Menschen ist dies durch ihre oftmals mul-

tiplen Einschränkungen nicht möglich. Einerseits sind sie vielfach in ihrer Mobilität

beschränkt und können in den seltensten Fällen selbständig weite Distanzen mit-

tels Auto oder Zug zurücklegen, um Freunde zu treffen oder neue Kulturen kennen

zu lernen. Andererseits sind nicht selten nur mangelhafte Ausdrucksmöglichkeiten

durch sprachliche Behinderung oder Einschränkung der Gestik gegeben.

Moderne Kommunikationsmittel wie Computer und Internet sind daher häufig die

einzige Möglichkeit für diese Menschen, sich aktiv ihrer Umwelt mitzuteilen. Spe-

zielle Hilfsmittel, sogenannte ,,Assistierende Technologien" (AT), helfen diesen

Menschen bei der Bedienung des Computers. Das Virtual Office des Vereins zur

Förderung von Arbeit und Beschäftigung (FAB) ist eine Einrichtung für körperbe-

hinderte Jugendliche, welche den Schwerpunkt auf Computerarbeit legt und in

Kapitel 1.1 vorgestellt wird.

1.1 Das Virtual Office des FAB

Im Virtual Office des FAB werden Jugendliche mit mehrfachen Beeinträchtigungen

im Umgang mit dem Computer geschult. Mit dem Einsatz individuell angepasster

Hilfsmittel erhalten die Jugendlichen im IT-Bereich eine weitere schulische Förde-

rung und eine berufliche Qualifizierung. Das Ziel der dreijährigen Ausbildung ist

es, die Jugendlichen auf den ersten Arbeitsmarkt vorzubereiten und nach Mög-

lichkeit auch eine geeignete Arbeitsstelle zu finden. Den Jugendlichen eröffnen

sich neue Möglichkeiten, ihre Gedanken und Ideen zu konkretisieren, umzusetzen

Als inhaltliche Grundlage dienten:

Das Curriculum des Virtual Office [12], ein Gespräch mit dem Leiter des Virtual Office, Harald Bjelik

sowie die Webseiten des FAB und des Virtual Office

http://www.fab.at/Arbeit_Beschaeftigung_Geschaeftsfelder_ProWork_1257.htm

http://www.vo-fab.at/

1 Einleitung

und mit anderen zu kommunizieren. Mit dem Computer können Potentiale ge-

weckt und gefördert werden, weshalb Computer und Assistierende Technologien

zentrale Werkzeuge darstellen. Im Virtual Office stehen 24 Ausbildungsplätze so-

wie drei weitere Plätze für Jugendliche aus anderen Bundesländern zur Verfü-

gung. Derzeit betreuen zehn hauptberufliche Mitarbeiter, sowie ca. acht nebenbe-

rufliche Trainer die Jugendlichen. Das Ausbildungsspektrum umfasst

x fachliche Schwerpunkte wie

Textverarbeitung,

Präsentationen,

Tabellenkalkulation

Bild-,

Audio-

und

Videobearbeitung

Internet

Erstellen

von

Websites

Digitalisierung

von

Dokumenten

Bürotätigkeiten

x allgemeinbildende Schwerpunkte wie

Alltagsmathematik

Deutsch

und

Schriftverkehr

Kulturtechniken

x individuelle Förderungen im Bereich

Selbstkompetenz

Soziale

Kompetenz

Teamfähigkeit

Kognitiver

Leistung

Die Finanzierung wird durch die Sozialabteilung des Landes Oberösterreich si-

chergestellt.

1.2 Relevanz der Thematik

Die Anpassung und Auswahl von Assistierenden Technologien an Menschen mit

körperlichen Einschränkungen ist ein langwieriger Prozess. Eine Vielzahl von Ge-

rätschaften muss am Klienten ,,erprobt" werden. Dieser iterative Prozess aus Ver-

such und Irrtum kann sich über Monate des Beobachtens hinziehen und benötigt

viel Erfahrung [1]. Es wäre daher im Interesse aller Betroffenen diesen Prozess zu

1 Einleitung

beschleunigen und damit nicht nur Geld und Zeit zu sparen, sondern vor allem die

Nerven der beteiligten Personen zu schonen. Die Notwendigkeit eines solchen

Systems wäre nicht nur für das Virtual Office gegeben, sondern auch für alle Or-

ganisationen die sich mit dem Problemfeld körperbehinderter Menschen und IT

beschäftigen. Die Recherchen des Autors ergaben, dass eine geeignete Möglich-

keit, diesen Prozess automationsunterstützt zu beschleunigen, derzeit nicht exis-

tiert.

1.3 Problemstellung

Die Ende 2008 erstellte Diplomarbeit von Arkadiusz Marcin Frydyada de Piotrows-

ki mit dem Titel ,,Heuristik zur Anpassung der Ein- und Ausgabeschnittstellen für

Menschen mit Einschränkungen" [1] stellt den theoretischen Hintergrund für die

aktuelle Arbeit dar.

Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt in seiner Arbeit, wie die Fähigkeiten und

Unfähigkeiten betroffener Personen die Mensch-Computer-Interaktion beeinflus-

sen. Die Einschränkungen der Betroffenen reichen ,,[...] von Behinderungen der

Sinnesorgane oder der Motorik über kognitive und psychologische Einschränkun-

gen bis hin zu Sprachbehinderungen" [1]. Einschränkungen weisen unterschiedli-

che Ausprägungen und Schweregrade auf und die Auswahl einer guten Kombina-

tion an Assistierenden Technologien ist oft ein langwieriger Prozess des Beobach-

tens und Probierens [1]. Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt nicht nur die ein-

zelnen Ausprägungen von Behinderungen und die Mindestanforderungen von As-

sistierenden Technologien, sondern auch Heuristiken zur Verwendung dieser

Technologien für körperbehinderte Menschen mit bestimmten Fähigkeiten, basie-

rend auf systematischen Beobachtungen, Forschungsergebnissen und Befragun-

gen von Experten. Er hat zudem einen Entscheidungsprozess entwickelt, welcher

zu einem auf den Benutzer zugeschnittenen Vorschlag von Assistierenden Tech-

nologien führt [1]. Mit diesem Entscheidungsprozess soll es gelingen, die oft lang-

wierigen Anpassungen, welche Erfahrung und Expertise voraussetzt, zu verkürzen

und eine systematische Vorgehensweise zu etablieren. Profile, Mindestanforde-

1 Einleitung

rungen, Regeln und Heuristiken wurden von Frydyada de Piotrowski theoretisch

beschrieben, jedoch keine Informationstechnologische Umsetzung durchgeführt.

1.4 Ziele und Teilziele

Ziel dieser Arbeit ist, den in Kapitel 1.3 beschriebenen Gap zwischen theoretischer

Beschreibung und automatisierter Anwendung zu schließen und aufbauend auf

Frydyada de Piotrowskis Arbeit [1] eine informationstechnologische Umsetzung in

Form eines Expertensystems zu entwickeln. Dieses Expertensystem soll die Mit-

arbeiter des Virtual Office bei der Auswahl von ATs für betroffene Klienten unter-

stützen.

UML Use-Case-Diagramme dienen als Visualisierungstechnik in der Systemana-

lyse und wurden Anfang der 90er Jahre von Ivar Jacobson eingeführt (vgl. [2]).

Einen ersten groben Ablauf des Expertensystems skizziert nachfolgendes Use-

Case-Diagramm:

Abbildung 1 UML Use-Case-Diagramm eines ersten groben Ablaufs des Expertensystems ESAT

1 Einleitung

Die erste Notwendigkeit ist, eine geeignete Expertensystem-Shell auszuwählen,

welche die Umsetzung nach den in folgenden Kapiteln beschriebenen Teilzielen

unterstützt.

1.4.1 Programmierung

Der Autor besitzt zwar eine fundierte Programmierausbildung, jedoch hat eine Ab-

schätzung des Aufwandes ergeben, dass eine Programmierung von Grund auf

den vorgegebenen Zeitrahmen drastisch sprengen würde. Neben dem Program-

mieren gibt es am Markt verfügbare Baukastensysteme und Expertensystem-

Shells, welche in der Art der Benutzung mit einem Wiki, Content-Management-

System (CMS) oder Autoren-System verglichen werden können. Dabei wird in ei-

ner Arbeitsumgebung (Shell) ein Expertensystem ohne programmieren, sondern

durch die zur Verfügung gestellten Werkzeuge, wie z.B. einem grafischen Regel-

editor für den Aufbau der Wissensbasis, erstellt. Auch bei Wikis, Lernmanage-

ment-Systemen (LMS), CMS oder Autorenwerkzeugen ist das Ziel eine rasche

Umsetzung der gewünschten Anforderungen, ohne Programmierkenntnisse zu

erreichen [3]. Cawsey [4] schreibt dazu, dass die Verwendung von Shells zum

Erstellen von Expertensystemen im Allgemeinen die Kosten und die Zeit für die

Entwicklung, im Vergleich zu herkömmlicher Programmierung, reduziert. Zudem

beherbergen Individualentwicklungen anfänglich meist mehr Fehler als bewährte

Standardsoftware [5]. Standardsoftware aber auch Baukastensysteme oder Shells

haben häufig durch zahlreiche Anwendungen und Installationen bereits Praxis-

tauglichkeit bewiesen. Deshalb soll nach einem Werkzeug gesucht werden, das

die Umsetzung ohne vertiefte Programmierkenntnisse ermöglicht.

1.4.2 Wartung

Änderungen der Wissensbasis durch Regelanpassungen sowie Erweiterung der

Wissensbasis durch Hinzufügen von neuen ATs sollen durch Mitarbeiter des Vir-

tual Office ebenfalls ohne Programmierkenntnisse möglich sein. Dadurch soll der

Einsatz und der Lebenszyklus des Expertensystems verlängert werden, da ein

Experte, der Änderungen und Wartungen durchführt, nicht immer verfügbar sein

1 Einleitung

kann und die Akzeptanz des Expertensystems stark von der Aktualität der Wis-

sensbasis abhängig ist.

1.4.3 Reihenfolge von Vorschlägen

Wenn mehrere Hilfsmittel eingesetzt werden können, soll das Expertensystem

eine Anzahl an ATs in entsprechender Reihenfolge liefern. Dazu ist es notwendig

die Hilfsmittel zu bewerten und Heuristiken zu implementieren, welche eine Rei-

henfolge festlegen. Als Beispiel sei an dieser Stelle angeführt, dass ein Klient eher

mit den Fingern eine Tastatur bedienen wird als mit einem Kopfstab, auch wenn er

sowohl Extremitäten als auch den Kopf benutzen kann. Daher wäre es sinnvoll,

eine Tastatur für die Bedienung mit den Fingern vor eine Eingabemöglichkeit mit

dem Kopf zu reihen.

1.4.4 Begründete Auswahl und Erklärungssystem

Nicht nur die Reihenfolge soll festgelegt werden. Wichtig ist, eine nachvollziehbare

Begründung für Vorschläge von ATs zu erhalten. Dazu enthalten die meisten Ex-

pertensystem-Shells sogenannte Erklärungskomponenten, welche eine Folgerung

begründen (vgl. [4]). Vor allem bei vagem Wissen ist eine Erklärung nötig, um die

Folgerungen für den Benutzer nachvollziehbar zu machen. Vages Wissen unter-

scheidet sich von der klassischen zweiwertigen Logik, in welcher es nur wahr und

falsch gibt, dadurch, dass ,,[...] deren Wahrheitswert nicht klar zu bestimmen ist

oder deren Wahrheitswert noch nicht bekannt ist" [6]. Eine nähere Erläuterung

über vages Wissen ist in Kapitel 2.3.2.2 zu finden.

1.4.5 Abspeichern von Falldaten

Es scheint sinnvoll, die Daten eines Falles abzuspeichern. Sollte sich die Behinde-

rung eines Klienten ändern (verbessern oder verschlechtern), wäre es durch La-

den des Falles und Anpassung weniger Parameter möglich, neue Vorschläge für

einzusetzende ATs zu generieren. Es soll also nach einer Expertensystem-Shell

1 Einleitung

gesucht werden, welche ein Abspeichern und erneutes Laden von Falldaten er-

möglicht.

1.5 Aufbau

der

Arbeit

Bei der Arbeit handelt es sich um die Entwicklung eines Expertensystems nach

den in Kapitel 1.4 beschriebenen Anforderungen. In der Arbeit von Frydyada de

Piotrowski [1] sind bereits die theoretischen Grundlagen für die funktionale Prob-

lemstellung abgedeckt. Darin sind alle relevanten Parameter für die Bildung eines

Userprofils (Fall) beschrieben. Eine Vielzahl von ATs wurde bereits von Frydyada

de Piotrowski mit den zu erfüllenden Voraussetzungen erfasst. Darüber hinaus

sind durch Tests, Messungen, Heuristiken und Best Practice zu verschiedenen

Einschränkungen und Krankheitsbildern sowie Parametern des Userprofils Regeln

aufgestellt worden, welche eine Zuordnung der ATs erlauben.

Die Problemstellung bzw. Aufgabe beschäftigt sich daher nicht mehr damit, he-

rauszufinden welche ATs für welchen Benutzer mit welchen Symptomen bzw. Fer-

tigkeiten geeignet sind, sondern vielmehr mit der Implementierung eines Exper-

tensystems, welches den Benutzer aktiv bei der Auswahl von ATs unterstützt.

In Kapitel 2 wird dazu der theoretische Hintergrund geliefert. Es werden Krankhei-

ten und Behinderungen sowie exemplarisch Assistierende Technologien zur Un-

terstützung beschrieben. Expertensysteme sind Teil der ,,Künstlichen Intelligenz"

(KI) um menschliche Argumentationen und gesammeltes Fachwissen in Entschei-

dungsprozessen zu imitieren [7]. Deshalb erfolgt eine theoretische Abhandlung

über KI ebenso in Kapitel 2. Es werden relevante Publikationen und weitere Ein-

flussfaktoren herangezogen, um eine passende Entwicklungsumgebung zu be-

gründen. Schlussendlich erfolgt die Formulierung der Forschungsfragen.

Kapitel 3 beschreibt die Methoden, wie die notwendigen Daten (Parameter des

Benutzerprofils und Diagnosen bzw. ATs) über Regeln und Heuristiken zusam-

mengeführt werden.

Kapitel 4 beschreibt die konkrete Implementierung in der ausgewählten Entwick-

lungsumgebung. Die große Herausforderung dabei ist, festzustellen, ob die ge-

1 Einleitung

wünschten Anforderungen auch tatsächlich mit den vorhandenen Mitteln umge-

setzt werden können. Hierbei soll mittels Werkzeugen der Expertensystem-Shell

die Entscheidungslogik als Wissensbasis implementiert werden. Die Implementie-

rung des Expertensystems kann grob in folgende Aufgaben gefasst werden:

x Erfassen und abbilden der notwendigen Parameter bzw. Fähigkeiten der

Klienten durch geeignete Fragestellungen

x Erfassen

der

ATs

x Abbilden einer Wissensbasis bestehend aus Regeln und Heuristiken die auf

den Ergebnissen der Arbeit von Frydyada de Piotrowski [1] beruht und eine

Zuordnung von ATs zu den jeweiligen Benutzerprofilen ermöglicht

In Kapitel 5 wird der fertige Prototyp auf Funktionsweise getestet und in Kapitel 6

das Ergebnis der Arbeit dargestellt sowie die Forschungsfrage beantwortet.

In Kapitel 7 wird die Arbeit im Allgemeinen diskutiert und Kapitel 8 gibt schließlich

einen Ausblick über Weiterentwicklung und Einsatz des Prototyps sowie über Fra-

gestellungen, welche in weiterführenden Arbeiten abzuhandeln wären.

Aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung sind alle Aussagen in diesem Do-

kument als geschlechtsneutral zu verstehen.

Es werden eingetragene Warenzeichen, Handelsnamen und Gebrauchsnamen

verwendet. Auch wenn diese nicht als solche gekennzeichnet sind, gelten die ent-

sprechenden Schutzbestimmungen.

2 Hintergrund

2.1 Einschränkungen durch Krankheit und Behinderung

Buchhas [8] schreibt, dass Menschen in allen Lebensphasen vor Entwicklungs-

aufgaben stehen. Menschen müssen, nach Oerter und Montada [9], bestimmte

Aufgaben im Laufe ihres Lebens bewältigen, um glücklich zu sein. Dabei unter-

scheiden Oerter und Montada [9] zwischen Entwicklungsaufgaben welche obliga-

torisch zu erfüllen sind und kritische Lebensereignisse, welche optional Chancen

bieten aber auch Traumata und Störungen verursachen können. In unserer Ge-

sellschaft ist es für Jugendliche mit körperlichen Beeinträchtigungen zum Teil

schwer, diese Entwicklungsaufgaben zu bearbeiten [8]. Einen Grund dafür sieht

Buchhas [8] darin, dass ihnen die Teilhabe an der alltäglichen sozialen Welt we-

gen ihrer eingeschränkten Mobilität oft nur erschwert möglich ist.

2.1.1 Was ist eine Behinderung

Der Begriff ,,Behinderung" im Sinne von ,,anormal" wird in der Heilpädagogik seit

fast 50 Jahren verwendet [8].

,,Eine Person gilt als behindert, wenn sie wegen einer Schädigung im

körperlichen, geistigen oder seelischen Bereich soweit eingeschränkt

ist, dass die Teilhabe am Leben der Gesellschaft oder die Entwick-

lung zur selbstständigen Lebensführung erschwert wird" (Schmutzler,

2002 zit. aus Buchhas [8], S. 105).

Nach Goll [10] werden unter dem Begriff ,,Behinderung" in der amtlichen Statistik

Deutschlands eine Vielzahl unterschiedlichster Beeinträchtigungen, wie dauerhaf-

te körperliche, geistige und seelische Schädigungen, zusammengefasst.

,,Als Schwerbehinderte werden Personen mit einem gemäß Schwer-

behindertengesetz (SchwbG) anerkannten Grad der Behinderung

von mindestens 50 % ausgewiesen. Am Ende des Jahres 1993 leb-

ten in Deutschland ca. 6,4 Millionen Schwerbehinderte, das waren

2 Hintergrund

8,3 % der Gesamtbevölkerung. Knapp die Hälfte dieses Personen-

kreises, insgesamt ca. drei Millionen Personen, befand sich im er-

werbsfähigen Alter" (Goll et al. [10], S. 12).

In der Pressemitteilung

Nr. 325 des Statistischen Bundesamtes Deutschland vom

14. September 2010 waren zum Jahresende 2009 in Deutschland 7,1 Millionen

Menschen, das sind 8,7 % der Gesamtbevölkerung Deutschlands, schwerbehin-

dert (2,7 % mehr als zum Jahresende 2007). Anhand dieser Zahlen lässt sich ab-

leiten, dass diese Bevölkerungsgruppe nicht nur einen wichtigen Faktor in der Ge-

sellschaft darstellt, sondern auch wächst. Für eine detailliertere Ausdifferenzierung

und mögliche Gründe dieser Entwicklung verweist der Autor auf die entsprechen-

de Literatur z.B. vom Statistischen Bundesamt.

2.1.2 Welche Auswirkungen haben Behinderungen

Im Speziellen soll auf Behinderungen, die sich körperlich auswirken, eingegangen

werden. Körperbehinderungen haben immer eine motorische Einschränkung zur

Folge, da diese motorischen Fähigkeiten nur teilweise ausgebildet sind [11]. Mair

[11] betont, dass gerade bei Körperbehinderungen die Ausbildung am Computer

eine essentielle Rolle spielt, da aufgrund der fehlenden feinmotorischen Fähigkei-

ten die Ausübung handwerklicher Berufe fast nicht möglich ist. Im Gegenzug wei-

sen Tauber et al. [12] darauf hin, dass die Menschen, abhängig von der Art der

Einschränkung, Probleme bei der Interaktion mit dem Computer haben. Diese

Einschränkungen erschweren die Bedienung der Geräte und damit die Erledigung

gewisser Aufgaben im Rahmen einer Beschäftigung oder machen diese gar un-

möglich [12].

Goll et al. [10] führen eine Reihe an Beispielen von möglicherweise problemati-

schen Tätigkeiten an:

x Lesen von gedrucktem Material

x Wahrnehmen akustischer Signale

URL: http://www.destatis.de/jetspeed/portal/cms/Sites/destatis/Internet/DE/Presse/pm/2010/09/

PD10__325__227.psml

2 Hintergrund

x Verstehen von auditiven Informationen

x Nutzung

des

Telefons

x Umgang mit (Hand-)Büchern

x Betätigung von Schaltern

x Bedienung der Tastatur, des Druckers, Faxgeräts

x Einschieben von Disketten, CD-Roms etc.

x Bedienung graphischer Oberflächen

Menschen mit Sehbehinderungen haben bei der Eingabe zwar meist keine

Schwierigkeiten, jedoch ist für sie der Bildschirm als zentrales Ausgabemedium oft

nur eingeschränkt oder gar nicht zu benutzen [10]. Gehörlose und schwerhörige

Personen können mit dem Computer weitgehend problemlos arbeiten, abgesehen

von Sprach- und Telefonkommunikation [10]. Bei Körperbehinderten führen Ein-

schränkungen im Arm- und Handbereich sowie Koordinationsschwächen zu

Schwierigkeiten bei der Eingabe [10]. Goll et al. [10] weisen darauf hin, dass je

nach Art und Intensität dieser Einschränkungen eine Vielzahl von Hilfsmitteln zur

Verfügung stehen, die das Arbeiten mit Tastatur und Maus unterstützen oder dem

Körperbehinderten andere Formen der Kommunikation mit dem Computer eröff-

nen. Allerdings erfordert die Bedienung dieser Hilfsmittel ein spezielles Training,

sie können aber bei entsprechender Einarbeitung schnell bedient werden und bie-

ten somit eine besondere Chance für diese Menschen [10].

Im Regelfall weisen betroffene Personen eine Mehrfachbehinderung auf [8]. Dabei

treffen mehrere Behinderungen zusammen, wie z.B. eine Beeinträchtigung der

Sprache in Folge von Gehörlosigkeit oder eine Leseschwäche in Folge einer Seh-

beeinträchtigung [8]. Behinderungen sind subjektiv und werden von den Men-

schen unterschiedlich wahrgenommen. Für Betroffene ist es von Bedeutung, mit

der Behinderung umgehen zu lernen [8]. Goll et al. [10] sehen Behinderungen als

das Ergebnis des Zusammentreffens von Funktionsbeeinträchtigungen und Anfor-

derungssituationen. Ob z.B. Computertastaturen benutzt werden können, ist nicht

allein von der der Art und Intensität der Beeinträchtigung abhängig, sondern auch

davon, wie entsprechende Computertastaturen gestaltet sind. Größe, Anordnung

der Tasten und deren Druckwiderstand seien als Beispiel dafür aufgezählt [10].

2 Hintergrund

2.1.3 Behinderungen von Klienten im Virtual Office

Welche Behinderungen sind nun vornehmlich bei Klienten des Virtual Office anzu-

treffen? Tauber et al. [12] und Frydyada de Piotrowski [1] sprechen dabei von Be-

hinderungen aus dem spastischen Formenkreis, aber auch Menschen welche an

Muskeldystrophie leiden oder Menschen mit genetisch bedingten neurologischen

Störungen, die sich in motorischen Einschränkungen äußern, zählen dazu. Ein-

gangsvoraussetzung für die Maßnahme Virtual Office sind Beeinträchtigungen,

welche eine Beschäftigung unmöglich machen, in der manuelle Fertigkeiten erwar-

tet werden [8]. Die auftretenden Einschränkungen sind in ihrem Schweregrad äu-

ßerst unterschiedlich und reichen von leichten bis schweren Einschränkungen in

den Bereichen Motorik, Wahrnehmung und Kognition [8, 12]. Defizite im kognitiven

Bereich werden bereits beim Aufnahmegespräch (Screening) identifiziert, während

der dreimonatigen Orientierungsphase im Detail festgestellt und in einem ersten

Profil festgehalten [12]. Tauber et al. [12] weisen darauf hin, dass die Klienten im

Virtual Office Entwicklungsverzögerungen verschiedenen Grades aufweisen und

z.B. signifikante Sehbehinderungen eine Barriere darstellen, die schwer zu über-

winden ist. Massive Lese- und Rechtschreibschwächen sind nur eine von vielen

möglichen Folgeerscheinungen [12].

Buchhas [8] führt in ihrer Arbeit viele Beispiele von Klienten des Virtual Office an.

Diese sind zumeist Elektro-Rollstuhlfahrer oder haben einen mechanischen Roll-

stuhl, weisen Bewegungsstörungen der Arme und Beine auf, besitzen zum Teil

eine Fehlstellung der Augen oder haben Schwierigkeiten sich sprachlich auszu-

drücken [8]. Außerdem weist sie auf Querschnittlähmung nach Unfällen, verlang-

samte Motorik, Einschränkung der Feinmotorik oder eine deformierte Wirbelsäule

hin [8].

Mair [11] beschreibt im Detail die wichtigsten Krankheitsbilder, welche bei Klienten

im Virtual Office vorkommen. Nachfolgend sind einige dieser Krankheitsbilder zu-

sammengefasst.

2 Hintergrund

2.1.3.1 Körperliche Beeinträchtigungen im Virtual Office

Da vor allem körperliche Beeinträchtigungen den Umgang mit dem Computer be-

einflussen, soll zunächst auf die Krankheitsbilder, welche sich auf den Körper

auswirken, eingegangen werden.

x Infantile Zerebralparese ist die allgemeine Bezeichnung für Folgen eines

frühkindlichen Hirnschadens (Pschyrembel, zit. aus Mair [11], S. 5). Ihre

Merkmale sind ungewöhnliche Muskelspannungen, eine gestörte Koordina-

tion von Bewegungsabläufen, Lähmungen und Sprachstörungen [11]. Auf

den Seiten der Charité Universitätsmedizin Berlin

ist zu entnehmen, dass

hierbei auch die Bezeichnung ,,Spastiker" verwendet wird. Der Zusatz ,,in-

fantil" bedeutet eine Schädigung zwischen Schwangerschaftsbeginn und

dem zweiten Lebensjahr, wobei auch im späteren Lebensalter Zerebralpa-

resen, z.B. durch Schädel-Hirn-Traumata oder Schlaganfälle, erworben

werden können [11]. Die Prävalenz gibt Mair [11] mit ein bis drei Fällen pro

1000 Neugeborene an. Kallenbach (Kallenbach, 2002 zit. aus Mair [11],

S. 5) unterscheidet bei der Zerebralparese drei Störungsbilder:

Spastizität

(erhöhte

Muskelspannung)

Athetose (schwankende Muskelspannung)

Ataxie (niedrige Muskelspannung, Gleichgewichtsstörung)

Durch krankhafte Bewegungsabläufe und unwillkürliche Zuckungen sind

Arbeiten, die Feinmotorik voraussetzen, fast nicht durchführbar [11]. So

können Eingaben über die Tastatur nur erschwert durchgeführt werden

[11].

x Spastische Tetraparese ist die häufigst vorkommende Form der Parese

im Virtual Office. Sie ist eine Erscheinungsform der Infantilen Zerebralpare-

se, bei der die Patienten unter einer Störung der Muskelspannung und Be-

wegung leiden [11]. Mair [11] weist darauf hin, dass diese Körperbehinde-

rung nicht selten auch Seh- und Hörschädigungen zur Folge hat. Mair [11]

sieht auch einen problematischen Zusammenhang mit der kognitiven Ent-

wicklung und den Entwicklungsaufgaben. Dadurch, dass es bereits in der

URL: http://kinderneurochirurgie.charite.de/patienten/krankheitsbilder/spastik/

selektive_dorsale_rhizotomie/

2 Hintergrund

frühen Kindheit zu erheblichen Bewegungsbeeinträchtigungen kommt, kön-

nen viele (Bewegungs-) Erfahrungen nicht gemacht werden, welche aber

zur geistigen Entwicklung beitragen [11].

x Spina bifida ist ein mangelhafter Verschluss des Rückenmarkkanals, der

bereits im ersten Schwangerschaftsmonat auftritt [11]. Steinbrück et al. [13]

unterscheiden zwischen ,,Spina bifida occulta", bei der der Rückenmarks-

kanal von außen nicht zu sehen ist, da er mit Haut bedeckt ist und ,,Spina

bifida aperta", bei der die Rückenmarkshäute herausquellen. Diese

schwerste Form dieser Krankheit erfordert eine umgehende Operation, da-

mit es nicht zu Entzündungen des Gehirns oder anderen Komplikationen

kommt [11]. Trotz einer Operation kann es zu Lähmungen der Beine sowie

des Blasen- und Darmbereichs kommen, sowie zu unterschiedlichsten Ein-

schränkungen des Bewegungsapparates, was eine ständige orthopädische

und krankengymnastische Behandlung erfordert [11]. Die Prävalenz gibt

Mair [11] mit einem Fall pro 1000 bis 2000 Kindern an. Mair [11] betont je-

doch, dass bei Kindern die an dieser Krankheit leiden, alle Intelligenzgrade

vorkommen können und der Computer für sie als echte Chance zu sehen

ist. Eine gestörte Bewegungskoordination und Feinmotorik lässt diese Kin-

der kaum handwerkliche Arbeiten verrichten aber die Bedienung eines

Computers ist mit den entsprechenden Hilfsmitteln sehr häufig möglich [11].

x Skoliose ist eine seitliche Krümmung der Wirbelsäule, welche nach

Steinbrück et al. [13] immer anormal ist. Steffers (Steffers, 2002 zit. aus

Mair [11], S. 7) unterscheidet je nach Erkrankungsbeginn folgende Typen:

Infantile Skoliosen (bis 4 Jahre)

Juvenile Skoliosen (bis 10 Jahre)

Adoleszente

Skoliosen

Mair [11] beschreibt mehrere Probleme, welche sich dadurch für Patienten

ergeben:

Durch Fehlstellung werden weitere degenerative Prozesse der Wir-

belsäule begünstigt.

Es kann zu einer Einschränkung der Herz- und Lungentätigkeit

kommen, wenn die Deformität den Brustkorb beeinträchtigt.

2 Hintergrund

Die sitzende Arbeit am Computer wird erschwert durch einen Schul-

terhochstand und einen Beckentiefstand.

Konzentrationsstörungen und länger andauernde Pausen können die

Folge sein.

x Duchenne Muskeldystrophie (DMD) ist eine schwere Form des Muskel-

schwundes und äußert sich im Abbau der Skelettmuskulatur (Ortmann,

2006 zit. aus Mair [11], S. 8). Die Prävalenz liegt bei einem Fall pro 3000

Neugeborenen [11]. Mair [11] spricht von einer schleichenden Krankheit,

bei der die Kinder im Alter von 8 bis 12 Jahren gehunfähig werden und fort-

an auf den Rollstuhl angewiesen sind. Im weiteren Verlauf kommt es zum

Abbau der Muskulatur an Schultergürtel und Rumpf bis schlussendlich ein

Abbau der Atem- und Herzmuskulatur zum Tode führt [11]. Die durch-

schnittliche Lebenserwartung eines Menschen mit Duchenne Muskeldys-

trophie gibt Mair [11] mit ca. 20 Jahren an. Da sich die Krankheit erst zwi-

schen 3 und 6 Jahren manifestiert, können sich sensomotorische Fähigkei-

ten, sprachliche und soziale Verhaltensweisen normal ausbilden [11]. Auch

die normale Intelligenz bleibt während der Krankheit erhalten, aber der zu-

nehmende Muskelabbau schwächt die Menschen körperlich und führt dazu,

dass sie keine anstrengenden Arbeiten ausführen können [11]. Die Feinmo-

torik bleibt während des gesamten Krankheitsverlaufs erhalten und lässt

somit die Bedienung eines Computers ohne große Schwierigkeiten zu [11].

2.1.3.2 Geistige Beeinträchtigung im Virtual Office

Geistige Defizite können selbstverständlich auch ohne körperliche Einschränkun-

gen auftreten, aber laut Mair [11] wird in der Literatur vielfach darauf hingewiesen,

dass Körperbehinderungen eine enorme Auswirkung auf die kognitiven Fähigkei-

ten, Wahrnehmung und Intelligenz haben können.

Eine geistige Behinderung kann während der Embryonalzeit durch schädigende

Einflüsse von biologischer, physikalischer oder chemischer Natur sein [11]. Auch

eine genetische Vorbelastung oder ein Sauerstoffmangel während der Geburt

kann eine geistige Einschränkung bewirken [11]. Leyendecker (Leyendecker, 2006

2 Hintergrund

zit. aus Mair [11], S. 9) beschreibt den Zusammenhang zwischen körperlichen und

geistigen Einschränkungen sinngemäß wie folgt:

Körperliche Einschränkungen können den Erfahrungsraum und die

Möglichkeit, Dinge zu erforschen, einschränken. Durch Spastizität

bzw. Bewegungseinschränkung können diese Menschen Dinge nur

schwer anfassen, nur bedingt ihr Gewicht erfassen, sie können nicht

so viel Krabbeln und dadurch Entfernungen und Höhenunterschiede

schlechter beurteilen. Dadurch fällt ihnen später die Aufnahme und

Integration von neuen Erfahrungen schwerer.

Neumann, Schmidt und Piaget (Neumann, 1977, Schmidt, 1976, Piaget, 1973 zit.

aus Mair [11], S. 9ff) sprechen von Wahrnehmungseinschränkungen, welche in

Folge auch die kognitiven Fähigkeiten einschränken. Mair [11] weist darauf hin wie

wichtig Bewegung ist, um kognitive Reife zu erlangen. Diese Erkenntnisse lassen

nicht den Schluss zu, dass alle Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen

auch gleichzeitig kognitive Defizite und Einschränkungen ihrer Intelligenz aufwei-

sen (Leyendecker, 2005 zit. aus Mair [11], S. 10). Es gibt verschiedene Theorien

wie die Entwicklungs- und Defekt- bzw. Differenztheorie, welche folgendes sinn-

gemäß besagen (Kirstein, 2007 zit. aus Mair [11], S. 11):

x Die Entwicklungstheorie geht davon aus, dass geistig beeinträchtigte Kin-

der die gleichen Entwicklungsschritte durchlaufen, wie völlig gesunde Kin-

der, nur eben viel langsamer. Das bedeutet, dass geistig beeinträchtigte

Kinder die gleichen Verhaltensweisen zeigen wie gesunde Kinder, wenn sie

sich im gleichen ,,Intelligenzalter", welches nicht dem gleichen Lebensalter

entsprechen muss, befinden.

x Die Defekttheorie hingegen besagt, dass gewisse Entwicklungsschritte

nicht durchlaufen werden und somit Defizite in der geistigen Entwicklung

entstehen.

Welche dieser Theorien in welchem Ausmaß zutrifft, ist nach Mair [11], wegen der

hohen Komplexität der menschlichen Entwicklung, noch nicht näher erforscht.

2 Hintergrund

2.2 Assistierende

Technologien

Die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) ist für viele Bereiche der

heutigen Arbeitswelt bestimmend [11]. Mair schreibt hierzu:

,,In vielen Bereichen entlasten neue Technologien, wie Roboter und

Automaten, den Menschen. Die Tendenz geht weg von anstrengen-

der körperlicher Arbeit, hin zu geistiger, kommunikativer, vernetzter,

wissensbasierter und vor allem virtueller Arbeit" ([11], S. 11).

Um behinderten Menschen den Umgang mit einer sie eigentlich ausschließenden

Umwelt zu ermöglichen, gibt es verschiedenste technische Hilfen und Anpassun-

gen des Arbeitsplatzes [10]. Für all diese Personen eröffnet der Computer Chan-

cen, die sie aufgrund ihrer Einschränkungen sonst nicht hätten [12]. Tauber et al.

[12] schreiben hierzu, dass Personen die nicht mit der Hand schreiben können

oder bei denen die Sprechmotorik versagt, den Computer als kognitives Werkzeug

zum Ausdrücken von Gedanken und zur Kommunikation mit ihrer Umwelt verwen-

den können. Somit erhöht der Computer nicht nur die Lebensqualität, sondern be-

fähigt diese Menschen zu einer sinnvollen Beschäftigung [12].

Die Voraussetzung, um mit dem Computer arbeiten zu können ist einerseits die

Anpassung des Arbeitsplatzes und andererseits die Versorgung mit Hilfsmitteln

bzw. Assistierenden Technologien, welche je nach Einschränkung individuell an-

gepasst werden müssen (vgl. [1, 11, 12]). Die Auswahl und Einrichtung dieser

Hilfsmittel ist ein individueller und iterativer Anpassungsprozess, welcher durch

laufende Beobachtung, Feedback, Beratung und Dokumentation optimale Ergeb-

nisse erzielen soll [1, 10]. Dabei soll nach Goll et al. [10] der beeinträchtigte Ar-

beitnehmer mit seinen persönlichen Anforderungen, aber auch Vorlieben, im Zent-

rum stehen: Welche Einschränkungen sind zu kompensieren? Falls es mehrere

Hilfsmittel mit gleicher Funktion gibt, welches wird individuell bevorzugt? Welche

Kenntnisse am Computer sind vorhanden und welcher Schulungsbedarf ist not-

wendig? Spezielle Hilfsmittel werden sowohl von Personen benötigt, die im Arm-

und Handbereich motorisch eingeschränkt sind, als auch von blinden und sehbe-

hinderten Personen [10]. Auch Mair [11] weist darauf hin, dass Defizite in der

2 Hintergrund

Feinmotorik zu einem großen Teil durch Assistierende Technologien kompensiert

werden können. Goll et al. [10] betonen zwar, dass auch schwerhörige und taube

Menschen Hilfsmittel benötigen, diese jedoch meist keine Schwierigkeiten mit der

Benutzung von Computern haben.

Im Virtual Office werden bei einem Zielfindungs- bzw. Zielvereinbarungsprozess

die notwendigen unterstützenden Maßnahmen mit den Teilnehmern vereinbart,

fortlaufend evaluiert und entsprechend angepasst [12]. Ein- und Ausgabekanäle

können behinderungsspezifisch durch entsprechende technologische Hilfsmittel

unterstützt werden [12]. Einen wesentlichen Bestandteil der Ausbildung im Virtual

Office stellt auch die Versorgung der Klienten mit Assistierenden Technologien dar

[12]. Hilfsmittel können bei Einschränkungen der Motorik unterstützend eingreifen

und Texteingabe oder Maussteuerung unterstützen [11, 12]. Wortvorhersagepro-

gramme und Bildschirmvergrößerungen können z.B. bei Sehbeeinträchtigungen

helfen [11]. Tauber et al. [12] weisen darauf hin, dass der optimale Umgang mit

den Hilfsmitteln nicht nur einer sorgfältigen Einschulung der Teilnehmer bedarf,

sondern auch ein umfassendes Wissen der Trainer über die Art der Einschrän-

kungen und der zur Verfügung stehenden Hilfsmittel erfordert.

Wie wichtig das Thema Assistierende Technologien ist, zeigt sich auch daran,

dass es an der Uni Linz einen eigenen 4-semestrigen Universitätslehrgang

diesem Thema gibt.

Frydyada de Piotrowski [1] stellt in seiner Arbeit sehr detailliert die verschiedenen

Assistierenden Technologien vor. Dabei unterscheidet er zwischen direkter und

indirekter Eingabe, absoluter und relativer Positionierung sowie mechanischer,

optischer oder akustischer Sensorik [1]. Im Speziellen beschreibt er die Fähigkei-

ten, welche ein Benutzer als Mindestanforderungen mitbringen muss, um mit dem

entsprechenden Hilfsmittel adäquat umzugehen [1]. Für eine ausführliche Be-

schreibung der unterschiedlichsten Assistierenden Technologien verweist der Au-

tor auf die Arbeit von Frydyada de Piotrowski [1]. An dieser Stelle soll ein Über-

blick über die wichtigsten im Virtual Office verwendeten Hilfsmitteln, angelehnt an

Mair [11], beschrieben werden.

URL: http://www.assistec.at/

2 Hintergrund

2.2.1 Technologien zur Zeicheneingabe

Zur Zeicheneingabe kommen vor allem Tastaturen in unterschiedlichen Größen,

mit unterschiedlichen Tastenabständen und unterschiedlichem Layout zum Ein-

satz (vgl. [1, 11]). Auch der Tastenwiderstand und eine optionale Fingerführung

spielen eine große Rolle (vgl. [1]). Goll et al. [10] weisen darauf hin, dass z.B. eine

Tastatur für sehbehinderte Nutzer einen deutlich spürbaren Druckpunkt besitzen

soll, um Mehrfachauslösungen zu vermeiden. Außerdem sollten einige Tasten

über tastbare Orientierungspunkte verfügen [10].

Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt unter anderem ,,Braille-Tastaturen", welche

die Punkte der Blindenschrift simulieren und damit besonders für sehbehinderte

oder blinde Personen geeignet sind. Jede der sechs oder acht Tasten entspricht

einem Punkt eines Braille-Zeichens, wobei ein Zeichen durch gleichzeitiges Drü-

cken einer Tastenkombination geschrieben wird [1]. Abbildung 2 zeigt eine Braille-

Tastatur.

Abbildung 2 Braille-Tastatur ,,Braillkey" der Firma Sensotec

Die ,,Großfeldtastatur" zeichnet sich durch eine größere Tastaturfläche aus und

eignet sich für Personen mit stark gestörter Feinmotorik und Menschen mit Seh-

störungen [11]. Sie besitzt eine spezielle Tastenanordnung, welche die häufigsten

Tasten in der Mitte der Tastatur anordnet [11]. Dies verkürzt, nach Mair [11], die

Wege der Finger beim Schreiben und erhöht das Schreibtempo. Zusätzliche

Farbmarkierungen und eine optionale Abdeckplatte erleichtern die Orientierung

Bildquelle: http://www.barrierefrei-kommunizieren.de/datenbank/

2 Hintergrund

und verhindern das Abrutschen der Finger [11]. Abbildung 3 zeigt eine Großfeld-

tastatur mit einer Abdeckplatte zur Fingerführung.

Abbildung 3 Großfeldtastatur mit Abdeckplatte zur Fingerführung

Die ,,Kleinfeldtastatur" besitzt eine engere Anordnung der Tasten als bei normalen

Tastaturen [11]. Der Nummernblock ist meist separat um eine individuelle Positio-

nierung zu ermöglichen. Zielgruppe für Kleinfeldtastaturen sind Menschen mit ge-

ringem Bewegungsradius, Lähmungen oder Muskelschwäche [11]. Abbildung 4

zeigt eine Kleinfeldtastatur mit separatem Nummernblock.

Abbildung 4 Kleinfeldtastatur (Linkshänder) mit separatem Nummernblock

Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt unterschiedliche Tastaturlayouts wie z.B.

,,QWERTY"-, ,,alphabetisches"-, ,,DVORAK"- und ,,Akkord"-Layout. Das bekanntes-

te und am weitest verbreitete Layout ist das QWERTY, da alle normalen Tastatu-

ren dieses Layout besitzen. Die Bezeichnung QWERTY leitet sich aus den ersten

Bildquelle: http://www.barrierefrei-kommunizieren.de/datenbank/

2 Hintergrund

sechs Buchstaben der obersten Buchstabenreihe ab (im Englischen im Deut-

schen wäre es QWERTZ) [1]. All diese Layouts haben Stärken und Schwächen.

Praktikabilität und Performance wurden wissenschaftlich untersucht und unter-

schiedlichen Anforderungen und Krankheitsbildern bzw. Fähigkeiten zugeordnet

(vgl. [1]).

Daneben gibt es noch weitere spezielle Tastaturen, wie z.B. einhändige Akkord-

tastaturen oder Half-QWERTY-Tastaturen [1]. Goll et al. [10] erwähnen darüber

hinaus noch ,,Fußtastaturen" und Vorrichtungen, welche diese Tastaturen mit

Mund-, Kopf- oder Stirnstäben bedienen lassen.

Die Zeicheneingabe kann, je nach Vorliebe oder Fähigkeit des Benutzers, über die

Software individuell unterstützt werden. Wiederholfrequenz, Wiederholverzöge-

rungszeit und Anschlagdauer seien hier genannt (vgl. [1]). Das gleichzeitige Betä-

tigen mehrerer Tasten kann z.B. durch drücken der Tasten hintereinander erfolgen

[10]. Eine programmgesteuerte Verzögerung der Tastaturreaktion ermöglicht

Spastikern deren Bedienung, da es diesen Menschen häufig nicht möglich ist, die

Tasten auf Anhieb ,,eindeutig" zu betätigen [10].

Sollte die Bedienung einer Tastatur zur Gänze ausgeschlossen sein, können

,,Bildschirmtastaturen" helfen. Dabei wird die Tastatur im Bildschirm eingeblendet

und kann entweder mit einem Zeigegerät oder einem Drucktaster bedient werden

(vgl. [1, 10, 11]). Im sogenannten ,,Scan-Modus" werden die Tasten nacheinander

markiert und können anschließend durch drücken eines Tasters ins Textfeld über-

nommen werden [1]. Das Layout und die Größe der Tasten können individuell an-

gepasst werden und in Kombination mit einem Wortvorhersageprogramm ergibt

sich die Möglichkeit eines effizienten Einsatzes (vgl. [1, 11]). Ein ,,Wortvorhersa-

geprogramm" ist eine Eingabehilfe, welche nachdem der erste Buchstabe einge-

geben wurde, eine Reihe von wahrscheinlichen Vorschlägen an zu schreibenden

Wörtern liefert [1, 11]. Diese Wörter sind nach einem Häufigkeitsalgorithmus sor-

tiert und können durch drücken einer vorangestellten Nummer (1-9) ins Textfeld

übernommen werden [11]. Die Technologie ist auch als T9 bei den Mobiltelefonen

bekannt [1].

2 Hintergrund

Abbildung 5 ,,WordQ" in einem Microsoft Word-Dokument (Mair [11], S. 17)

Abbildung 6 Bildschirmtastatur ,,WiVik" mit Sprachausgabe (Mair [11], S. 18)

2 Hintergrund

Abbildung 5 zeigt ,,WordQ" ein Wortvorhersageprogramm und Abbildung 6 zeigt

die Bildschirmtastatur ,,WiVik".

2.2.2 Sensoren

Im Kontext von Assistierenden Technologien sind mit Sensoren akustische, opti-

sche und berührungsempfindliche Bauelemente, sowie alle Formen von Tastern

gemeint, welche einen Maus- oder Tastaturklick auslösen können [1]. Frydyada de

Piotrowski ([1], S. 132) bezeichnet Sensoren als ,,[...] letzten Rettungsanker [...],

um Computereingaben tätigen zu können [...]" und sieht deren Verwendung vor

allem dann indiziert, ,,[...] wenn Mausklicks bei Technologien zur Positionseingabe

nicht ausgelöst werden können oder wenn kein sonstiges Eingabegerät bedient

werden kann". Frydyada de Piotrowski [1] klassifiziert Sensoren vor allem nach

deren Größe, mit welchem Körperteil sie bedient und wo sie montiert werden. Tas-

ter werden üblicherweise auf der Arbeitsfläche montiert und differieren nicht nur

stark in ihrer Größe, sondern auch in ihrer Druckempfindlichkeit [1]. Taster werden

vor allem dann eingesetzt, wenn Reichweite, Zielgenauigkeit oder Kraft nicht aus-

reichen um andere Geräte zu bedienen [1].

Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt das Bewegungs-, Muskelspannungs- und

berührungsempfindliche Sensoren nur minimalste Anforderungen an die motori-

sche Leistung stellen:

x ,,Bewegungssensoren" arbeiten völlig berührungslos und reagieren auf

kleinste Bewegungen wie z.B. einen Liedschlag [1].

x ,,Berührungsempfindliche Sensoren" lösen bei Kontakt aus und erfordern,

dass sich entsprechende Körperteile zumindest ein paar Millimeter bewe-

gen können [1].

x ,,Muskelspannungssensoren" werden zum Unterschied zu berührungsemp-

findlichen Sensoren direkt auf die Haut aufgebracht und sind sehr druck-

empfindlich [1].

Von links oben nach rechts unten sind in Abbildung 7 Muskelspannungssensor,

Daumentaster, Wobble Switch, Zugtaster, Grifftaster und Blatttaster abgebildet.

2 Hintergrund

Abbildung 7 Unterschiedlichste Sensoren und Taster (Frydyada de Piotrowski [1], S. 133)

,,Daumen- und Grifftaster" sind griffförmige Geräte, welche durch Drücken eines

Tasters am Ende des Griffs oder durch Handballen betätigt werden [1]. Sie sind

nur für die Bedienung mit den Händen gedacht und benötigen keine Reichweite

der Extremitäten [1].

Neben allen Arten von ,,Drucktastern", welche auf der Arbeitsfläche aufgestellt

werden, gibt es noch Geräuschsensoren, Kopf-/Kinntaster, sowie Saug- und

Blassensoren [1]:

x ,,Geräuschsensoren" werden durch definierbare Laute oder Töne aller Art

aktiviert und sind vor allem für Personen geeignet, die andere Sensoren

nicht effizient bedienen können, aber dennoch eine geeignete Lautartikula-

tion zustande bringen [1].

x ,,Kopf-/Kinntaster" reagieren auf kleinste Berührungen mittels Kopf oder

Kinn und werden entweder auf einem Stativ oder an der Kleidung befestigt

[1].

Details

Seiten
Erscheinungsform: Originalausgabe
Erscheinungsjahr: 2011
ISBN (eBook): 9783842823921
DOI: 10.3239/9783842823921
Dateigröße: 1.7 MB
Sprache: Deutsch
Institution / Hochschule: UMIT Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik – Biomedizinische Informatik und Mechatronik
Erscheinungsdatum: 2011 (Dezember)
Note: 1,0
Schlagworte: expertensystem körperbehinderung virtual office assistierende technologien künstliche intelligenz
Produktsicherheit: Diplom.de

Autor

Siegfried Kreutzer (Autor:in)

Entwicklung eines Expertensystems zur Zuordnung von Assistierenden Technologien für körperbehinderte Jugendliche im Virtual Office des FAB

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Autor

Siegfried Kreutzer (Autor:in)