Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/169640
Author(s): João Luís Pimenta da Silva Oliveira
Title: Federated Reinforcement Learning for Personalised Mental Health Interventions
Issue Date: 2025-09-18
Abstract: Depression and anxiety are among the leading causes of disability worldwide, placing a heavy burden on individuals, families, and healthcare systems. Although awareness and resources for mental health care have grown, access to effective and personalized treatment remains limited. Digital micro-interventions provide short, targeted, and accessible support, yet their effectiveness depends on tailoring them to individual needs. Machine learning methods, particularly Reinforcement Learning, can deliver such personalization by adapting to user behaviors and responses over time. However, these approaches depend on large and diverse datasets, which are becoming increasingly difficult to access, especially in healthcare, where strict privacy regulations are enforced due to the sensitive nature of the data. This creates a central challenge: how to design adaptive and effective Artificial Intelligence systems for mental health while safeguarding privacy. This dissertation explores Federated Reinforcement Learning as a solution to this challenge. Federated Learning enables models to be trained across distributed data sources without transferring raw patient information, while Reinforcement Learning adapts interventions dynamically through user interactions. The integration of these two methods provides a framework for secure, scalable, and personalized digital mental health support. The proposed system was implemented on the Moodbuster platform and evaluated through simulated experiments and a pilot study with actual participants. Results show that the federated approach achieved performance comparable to that of centralized models while preserving privacy, and the reinforcement learning component supported personalized intervention delivery, contributing to user engagement and effectiveness.
Description: A depressão e a ansiedade estão entre as principais causas de incapacidade a nível mundial, afetando profundamente indivíduos, famílias e sistemas de saúde. Embora se tenha verificado um aumento da sensibilização e dos recursos destinados à saúde mental, o acesso a tratamentos eficazes e personalizados permanece limitado. As microintervenções digitais oferecem apoio breve, específico e acessível, mas a sua eficácia depende da capacidade de adaptação às necessidades individuais de cada pessoa. Os métodos de machine learning, em particular o Reinforcement Learning, podem contribuir para a personalização destas intervenções, ajustando-se aos comportamentos e às respostas dos utilizadores ao longo do tempo. Contudo, estas abordagens dependem de conjuntos de dados extensos e diversificados, que estão a tornar-se cada vez mais difíceis de aceder, sobretudo na área da saúde, onde existem regras rigorosas de privacidade devido à natureza sensível dos dados. Surge, assim, um desafio fundamental: como desenvolver sistemas que aproveitem a Inteligência Artificial para serem eficazes na área da saúde mental, garantindo simultaneamente a privacidade dos utilizadores. Esta dissertação explora o Federated Reinforcement Learning como solução para este desafio. O paradigma Federated Learning permite treinar modelos em diferentes fontes de dados sem necessidade de centralização da informação dos pacientes, enquanto o Reinforcement Learning adapta as intervenções de forma dinâmica com base nas interações dos utilizadores. A combinação destas abordagens estabelece uma base para o apoio digital à saúde mental que é seguro, escalável e personalizado. O sistema proposto foi implementado na plataforma Moodbuster e avaliado através de experiências simuladas e um estudo-piloto com participantes reais. Os resultados demonstram que a abordagem federada alcançou um desempenho comparável ao dos modelos centralizados, preservando a privacidade e que o Reinforcement Learning permitiu fornecer intervenções mais personalizadas, aumentando o envolvimento dos utilizadores e a eficácia do apoio prestado.
Subject: Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
Scientific areas: Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
TID identifier: 204114896
URI: https://hdl.handle.net/10216/169640
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
Appears in Collections:FEUP - Dissertação

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