An Empathetic Conversational Agent for Pain Self-Management and Well-Being
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Chronic pain is highly prevalent and persistent, affecting a significant portion of the global population and causing reduced quality of life. Its complex nature requires a multifaceted, multidisciplinary approach that integrates medical, physical, psychological, and social interventions to achieve the best outcomes for patients. In recent years, digital health interventions have emerged as promising tools to support chronic pain management, aiming to enhance self-management. However, despite their potential, a major challenge for digital health interventions remains long-term user engagement and adherence, which can limit the effectiveness of these tools and undermine their benefits for chronic pain management. Among emerging digital health technologies, conversational agents represent a particularly underexplored yet promising avenue for chronic pain management. This study explores how an empathetic conversational agent, named Lindra (meaning ”Relief” in Swedish), can provide support and evidence-based interventions that complement existing pain management approaches. The research follows an iterative and user-centered methodology based on the Information Systems Research (ISR) framework, utilizing Hume AI’s Empathic Voice Interface (EVI) and Claude Sonnet 3.5 for developing an empathetic conversational agent that integrates cognitive behavioral therapy techniques, empathy-driven dialogue, and personalization. The pilot study employs mixed methods, including quantitative analysis through the Bot Usability Scale (BUS) and Motivation, Engagement, Thriving in User Experience (METUX) scales measuring psychological need satisfaction based on Self-Determination Theory, alongside qualitative analysis via think-aloud and semi-structured interviews with 9 adults with self-reported chronic pain. Participants reported multiple perceived benefits including 24/7 accessibility, non-judgmental support, emotional validation, practical guidance, and companionship, with the agent’s empathetic voice delivery being particularly valued. Preliminary results demonstrate that Lindra successfully supported users’ psychological needs, with participants reporting excellent autonomy support and competence support for pain self-management tasks. Cognitive Behavioral Therapy (CBT) techniques were effectively integrated, with cognitive restructuring, behavioral activation, and relaxation techniques providing immediate stress relief and emotional regulation support. Personalization emerged as a critical factor, with user profiles containing preferences and personality traits enhancing all three psychological needs and contributing to sustained engagement. In summary, this pilot study offers a user-centered framework for developing empathetic conversational agents, provides insights into the integration of CBT techniques, and reveals how personalization can enhance user motivation and engagement through the fulfillment of fundamental psychological needs. These preliminary findings inform future development of complementary digital health solutions that can support sustained user engagement and treatment adherence in chronic pain management.
Abstract [sv]
Kronisk smärta är mycket utbredd och ihållande, och påverkar en betydande del av den globala befolkningen samt orsakar försämrad livskvalitet. Dess komplexa natur kräver en mångfacetterad, tvärvetenskaplig strategi som integrerar medicinska, fysiska, psykologiska och sociala interventioner för att uppnå bästa möjliga resultat för patienter. Under de senaste åren har digitala hälsointerventioner framträtt som lovande verktyg för att stödja kronisk smärthantering, med syfte att förbättra självhantering. Trots deras potential kvarstår dock en stor utmaning för digitala hälsointerventioner i form av långsiktigt användarengagemang och uppföljning, vilket kan begränsa effektiviteten av dessa verktyg och undergräva deras fördelar för kronisk smärthantering. Bland framväxande digitala hälsotekniker representerar konversationsagenter en särskilt outforskad men ändå lovande väg för kronisk smärthantering. Denna studie undersöker hur en empatisk konversationsagent, som heter Lindra, kan ge stöd och empiriskt bevisade interventioner som kompletterar befintliga smärthanteringsmetoder. Forskningen följer en iterativ och användarcentrerad metodik baserad på Information Systems Research (ISR)-ramverket, Hume AI:s Empathic Voice Interface (EVI) och Claude Sonnet 3.5 för att utveckla en empatisk konversationsagent som integrerar kognitiv beteendeterapi-tekniker, empatidriven dialog och personalisering. Pilotstudien använder blandade metoder, inklusive kvantitativ analys genom Bot Usability Scale (BUS) och Motivation, Engagement, Thriving in User Experience (METUX)-skalor som mäter psykologisk behovstillfredsställelse baserat på självbestämmandeteori, tillsammans med kvalitativ analys via think-aloud och semistrukturerade intervjuer med nio vuxna med självrapporterad kronisk smärta. Deltagarna rapporterade flera upplevda fördelar inklusive 24/7-tillgänglighet, icke-dömande stöd, emotionell validering, praktisk vägledning och sällskap, där agentens empatiska röstleverans särskilt värderades. Preliminära resultat visar att Lindra framgångsrikt stödde användarnas psykologiska behov, med deltagare som rapporterade utmärkt autonomistöd och kompetensstöd för självhantering av smärta. Kognitiv beteendeterapi (KBT)-tekniker integrerades effektivt, där kognitiv omstrukturering, beteendeaktivering och avslappningstekniker gav omedelbar stresslindring och emotionell regleringsstöd. Personalisering framträdde som en kritisk faktor, där användarprofiler innehållande preferenser och personlighetsdrag förstärkte alla tre psykologiska behov och bidrog till hållbart engagemang. Sammanfattningsvis erbjuder denna pilotstudie ett användarcentrerat ramverk för utveckling av empatiska konversationsagenter, ger insikter i integrationen av KBT-tekniker, och avslöjar hur personalisering kan förbättra användarmotivation och engagemang genom uppfyllandet av grundläggande psykologiska behov. Dessa preliminära insikter informerar framtida utveckling av kompletterande digitala hälsolösningar som kan stödja hållbart användarengagemang och uppföljning av behandling inom kronisk smärthantering.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 146
Series
TRITA-EECS-EX ; 2025:462
Keywords [en]
Human-Computer Interaction (HCI), Conversational Agent, Voice Interface, Digital Health, mHealth, Chronic Pain Management, Prompt Engineering, Large Language Models, Multimodal Interaction, Emotion Recognition, User-Centered Design, Personalization
Keywords [sv]
Människa-datorinteraktion, Konversationsagent, Röstgränssnitt, Digital hälsa, mHälsa, Kronisk smärthantering, Prompt-teknik, Stora språkmodeller, Multimodal interaktion, Känsloigenkänning, Användarcentrerad design, Personalisering
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-368030OAI: oai:DiVA.org:kth-368030DiVA, id: diva2:1986691
Supervisors
Examiners
2025-08-102025-08-012025-08-10Bibliographically approved