בדיקות ביצועים של מעגלי האדם בעולם האמיתי

Elise R. Facer-Childs; Benita Middleton; Andrew  P. Bagshaw; Debra  J. Skene

doi:10.3791/60448

Summary

כאן, אנו מציגים שיטה לחקור מקצבים יומי בביצועים בעקבות סיווג מדויק של המשתתפים לתוך הקבוצות מעגליות פניטיפ מבוסס על שאלון ChronoType מינכן, מעגלי הזהב בשלב ביולוגי הפאזה ואמצעים האקטגרפיים.

Abstract

במהלך הפיתוח התמידי שלנו בחברת השעון, יש צורך להגדיל את ההבנה שלנו כיצד שינויים בביולוגיה, פיזיולוגיה ופסיכולוגיה משפיעים על הבריאות והביצועים שלנו. מוטבע בתוך אתגר זה, הוא הצורך הגובר לחשבון על הבדלים בודדים בקצב שינה ומעגליות, כמו גם לחקור את ההשפעה של הזמן של היום על הביצועים בעולם האמיתי. ישנן מספר דרכים למדוד שינה ומקצבים מעגליות מתוך שיטות סובייקטיבית מבוססי שאלון לפיקוח על שינה/התעוררות אובייקטיבי, וניתוח של דגימות ביולוגיות. נייר זה מציע פרוטוקול המשלב טכניקות מרובות כדי לסווג אנשים לקטגוריות מוקדמות, ביניים או מאוחר באופן מעגלי (ecps/icps/lcps) וממליץ כיצד לבצע בדיקות ביצועים יומי בתחום. התוצאות הייצוגיות מציגות הבדלים גדולים בדפוסי פעילות המנוחה הנגזרים מהאקטגרפיה, שלב האחראי (עמום אור מלטונין וזמן שיא של תגובה להתעוררות הקורטיזול) בין פנוטיפים מעגליות. בנוסף, הבדלים משמעותיים בקצב הביצועים יומי בין ecps ו-lcps מדגיש את הצורך לחשבון עבור מעגליות פנוטיפים. לסיכום, למרות הקשיים בשליטה על גורמים המשפיעים, פרוטוקול זה מאפשר הערכה של העולם האמיתי של ההשפעה של מעגליות פנוטיפ ביצועים. נייר זה מציג שיטה פשוטה להעריך את הפנטיפים בתחום ותומך בצורך לשקול את הזמן של היום בעת עיצוב לימודי ביצועים.

Introduction

ברמה התנהגותית, הערכת דפוסי מנוחה בודדים/פעילות ניתן לעשות באמצעות שיטות סובייקטיבית מבוססי שאלון או ניטור אובייקטיבי באמצעות אקטגרפיה פרק כף היד. נתונים actigraphic אומתו נגד פוליסומגרפיה (PSG) עבור פרמטרי שינה שונים כולל: זמן השינה הכולל, יעילות השינה והתעוררות לאחר תחילת השינה¹. למרות PSG ידוע כתקן הזהב למדידת שינה, הוא מאתגר להשתמש לתקופות ממושכות מחוץ המעבדה לשינה². לכן, האקטגרפים נועדו לספק חלופה פשוטה, חסכונית יותר PSG ולאפשר ניטור של 24 h מנוחה/פעילות דפוס. סובייקטיבית מדדים בדוח עצמי יכולים להגדיר את ' chronotype ' באמצעות שאלון מינכן chronotype (mctq)³, או יומי העדפה באמצעות שאלון מבוקר-Eveningness (meq)⁴. הקבוצות בשני הצדדים של הספקטרום הזה ניתן להתייחס כפנוטיפים מוקדמים (ECPs) ופנוטיפים של מעגלי מאוחר (LCPs) עם אלה הנמצאים בין הפנוטיפים בתחום הביניים (ICPs).

למרות ecps ו-lcps ברור להבדיל באמצעות התנהגותם (כלומר, דפוסי לישון/התעוררות), הבדלים אלה בודדים מונעים גם על ידי וריאציות בפיזיולוגיה⁵ ו גנטי נטייה⁶^,⁷. בסמנים פיזיולוגיים משמשים לעתים קרובות כדי לקבוע את השלב החוגה/עיתוי של אדם. שניים מההורמונים העיקריים המעידים על עיתוי מעגלי הם מלטונין, העולים בשעות הערב כדי להגיע לפסגה באמצע הלילה, וקורטיזול, הפסגות בבוקר⁸. באמצעות סמנים מעגליות בשלב זה, הבדלים אישיים בתבניות התעוררות לשינה יכולים להיות מזוהים. לדוגמה, עמעם אור התחלה מלטונין (dlmo)⁹^,¹⁰ ואת הזמן של התעוררות התגובה של^{הקורטיזול 11,}¹² שיא מוקדם יותר ecps, אשר משתקף על ידי הקצב אחראי של טמפרטורת הגוף הליבה¹³.¹¹ הרוק מאפשר קל, בטוח ולא פולשני אוסף שממנו הורמונים אלה יכולים להיות מנותח על ידי שיטת הרדיוחיסוני (RIA) או האנזים מקושרים הקשורות האנזימים (אליסה) ללא צורך לחלץ כל חומר הסלולר. RIA ו-אליסה הם רגישים וספציפיים מאמר כי לזהות ריכוזים של אנטיגנים בדגימות ביולוגיות (למשל, דם, פלזמה או רוק), דרך תגובות אנטיגן-נוגדן מעורבים איזוטופים רדיויניום (g., יוד (¹²⁵I) או נוגדנים מקושרים האנזים¹⁴).

פרוטוקולי מעבדה מבוקרים לחלוטין כגון שגרת מתמדת (CR) וdesynchrony בכפייה (FD) הם תקן הזהב בתחום הכרונוביולוגיה לחקר המקצבים האנדוגניים¹⁵. עם זאת, יש צורך הולך וגובר ללמוד אנשים בסביבה הביתית שלהם מחוץ הגדרות מעבדה מלאכותית לאסוף נתונים הקשריים ולהגדיל את התקפות החיצוני של תוצאות. מכאן, אנו דורשים דרכים טובות יותר לסווג, למדוד ולהעריך את ההבדלים האישיים בתחום. בנוסף, וריאציות יומי באמצעים שונים של הפיזי (הקיבולת האירובית, חוזק השריר) וקוגניטיבי (זמן תגובה, תשומת לב מתמשכת, תפקוד ההנהלה) ביצועים נחשפו עם ecps ביצוע טוב יותר ביום ו-lcps בערב¹⁶^,¹⁷. זה מדגיש כי השעה של היום ומעגליות פנוטיפ צריך להיות גורמים שנחשבים כאשר ביצוע בדיקות ביצועים במחקרי מחקר.

מספר האמצעים והפרוטוקולים השונים המשמשים במחקרי מעבדה מאפשרים ליישם תנאים מאוד מבוקרים. מחקרי שטח נוטים להיות מאתגרים יותר בשל מספר הגורמים המשפיעים. לכן, באמצעות גישה הוליסטית יותר על ידי שילוב טכניקות מרובות עשוי לספק דיוק יותר בעת ניטור התנהגות של אדם, פסיכולוגיה וביצועים בסביבה הביתית שלהם¹⁸. כאן, אנו דנים בשיטה שיכולה בקלות להיות מיושמת בשדה כדי לזהות הבדלים בודדים בפנוטיפים מעגליות באמצעות MCTQ, האקטגרפיה והסמנים הפיסיולוגיים. ההשערה שמשתנים אלה ישתנו באופן משמעותי בין קבוצות מעגליות ויהיו מתואמים באופן משמעותי עם chronotype (= תוקן באמצע השינה בימים חופשיים (MSF_sc) התאספו מ MCTQ). יתר על כן, אנו מציעים דרכים למדוד ביצועים יומי, הדגשת הצורך לנתח נתונים בנפרד עבור כל מעגלי הקבוצה. אנו מגדלים את ההשערה כי הבדלים בקצב הביצועים יומי יהיו מטושטשים אם הנתונים נותחו רק ברמת האוכלוסיה כולה.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי ועדת האתיקה למחקר של אוניברסיטת ברמינגהאם.

1. הקרנת משתתפים ותכנון ניסיוני

בצע את כל השיטות בעקבות האישורים האתיים המתאימים, בהתאם להכרזת הלסינקי ולקבל הסכמה מושכלת בכתב מכל המשתתפים לפני כל מעורבות.
גייס את המשתתפים ללא אבחנות קודמות של הפרעות שינה, נוירולוגיות או פסיכיאטריות, וללא נטילת תרופות המשפיעות על שינה, מלטונין או מקצבים קורטיזול.
ודא כי לא משתתפים הם עובדי משמרת, המשתתפים לא נסעו יותר משני אזורי זמן בחודש האחרון והם חופשיים לקחת חלק במחקר (כלומר, מסוגל להתחייב ללבוש את המשחק, לתת דגימות רוק על "יום חופשי" ולהיות נוכח בדיקות ביצועים במועדים ספציפיים (ראה סעיף 2.1)).
הזמן את המשתתפים שעוברים את קריטריוני ההכללה כדי להשתתף בפגישה ראשונית כדי לקבל הסכמה, לאסוף את נתוני השאלון, לקבל הכשרה באיסוף דגימות רוק בבית ולהיות מוגדר עם התקן גרפי ויומן שינה. בפגישה זו, הכר את המשתתפים בפרוטוקולי הדגימה הפיסיולוגיים כדי לוודא שהם מבינים מה נדרש (ראה סעיף 3).
בקש מהמשתתפים להשלים את שאלון הChronoType של מינכן (MCTQ), הבודק הבדלים בודדים במשתני שינה/התעוררות וחשיפה קלה בעבודה ובימים חופשיים³. הדבר מאפשר חישוב של זמני השינה המתוקן בימים חופשיים (MSF_sc), המשמש כסמן של chronotype.

2. הקטיגרפיה ויומני שינה

עבור לפחות שבועיים¹⁹ (יכול להיות תקופות זמן ארוכות יותר בהתאם למטרות המחקר), לבקש מהמשתתפים ללבוש צג פעילות בפרק היד או ' actigraph ', כדי לאסוף דפוסי השאר/פעילות, אור (1-32000 lux) נתונים לאורך תקופת המחקר.
ניתן לכל פרטי המשתתפים להשתמש בגרפים, כולל הסרה לרחצה/מקלחת (אם לא חסין למים) ומניעת שרוולים המכסים אותם כדי לאפשר איסוף של נתוני אור. ודא שהמגרפים מחוקים על פרק כף היד הלא דומיננטי.
בשילוב עם האקטגרפיה וכלה לסייע לניתוח שינה/התעוררות הנגזר מהנתונים הגרפיים, תן לכל משתתף יומן שינה להשלים על בסיס יומי. ודא שהשאלות שנשאלו כוללות שאלות, זמני שינה, זמן לילה, התעוררות, שעות השכמה, איכות שינה, תנומות ושעות כאשר הוסרו מהגרפים.
איסוף נתונים באקטגרפיה עבור ניתוח מנוחה/פעילות מקליטה את הפרמטרים לפי מה שנדרש (מחקר זה בשימוש תדר דגימה 30Hz והגדרת רגישות בינונית). להוציא את פרטי השינה היומית ולקבל את הזמנים מיומני שינה וקלט לתוכנה או לאלטרנטיבה של היצרן (למשל, קוד פתוח לאימות מקור על מנת להשיג משתנים הקשורים למחקר).

3. דגימה פיזיולוגית

טרום ההכנה חבילות דגימה על ידי תיוג צינורות פוליפרופילן או salivettes (שימוש 7 מ"ל פלסטיק bijous במחקר זה). סמן את הצינורות באמצעות מספר זיהוי משתתף, בוקר או ערב ומספרי דגימה בודדים. כלול שפופרת רזרבי לשימוש במקרה של טעויות.
הכנת גיליון רשומות אוסף לדוגמה עבור פרוטוקולי הבוקר והערב כדי לאפשר למשתתפים חותמת זמן כאשר לוקחים דגימות (למשל, בוקר לדוגמה 1, זמן שנלקח = hh: mm, מדגם בוקר 2, זמן נלקח = hh: mm). כלול מספר מזהה משתתף, תאריך עבור מידע עונתי ומיקום לחישוב photoperiod.
הערה: חשוב להשתמש בזמן צבאי כדי להבטיח שאין בעיות עם AM/PM. תוויות צבעוניות שונות לעומת צינורות בוקר בשעות הערב יכולים לשמש גם כדי להבדיל בין דגימות.
תן למשתתפים את הפרוטוקולים הרלוונטיים לדיגום פיזיולוגי ולחבילות טרום-מעשה במהלך אימון כיצד לקחת דגימות רוק בסביבת הבית/העבודה שלהם.
הודע למשתתף כי יש לאסוף דגימות ביום חופשי כאשר המשתתפים מסוגלים ללכת למיטה ולהתעורר בזמנים המועדפים (כלומר, ללא צורך באזעקה). כדי להבטיח חישוב אמין של DLMO, המשתתפים לא צריך לבצע את הפרוטוקול הערב רוק לדיגום יום לפני בדיקות הביצועים בשל הצורך להישאר ער בעבר הזמן השינה הרגיל.
בקשו מהמשתתפים להקצות בוקר אחד וערב אחד (באותו יום) במהלך השבוע השני של המחקר כאשר הם מסוגלים להתחייב לתת את דגימות רוק. המליצו למשתתפים לאסוף דגימות בוקר ולאחריהן דגימות ערב באותו יום.
הערה: סדר הדגימה (בבוקר ואז ערב) חייב להיות במעקב כדי להבטיח שינויים בעיתוי השינה אינם משפיעים על התוצאות (אם מדובר בדגימות ערב הדורשות תחילה להישאר ער בזמן השינה הרגיל, זה יכול להשפיע על דגימות הבוקר אם נלקח למחרת).
פרוטוקול דיגום בוקר לתגובת התעוררות של קורטיזול
1. ודא כי דגימות רוק נאספים בנקודה של התעוררות הראשון (בעוד עדיין במיטה), כל 15 דקות בשעה הראשונה ולאחר מכן כל 30 דקות עבור הבא 1 כדי 2 h. לאסוף דגימות רוק על ידי יריקה לתוך בקבוקון המסומנת כראוי (החל עם מס ' 1, 2, 3, וכו ').
2. במהלך תקופה זו, יש לוודא כי המשתתפים: נמנעים ממשקאות אלכוהוליים, משקאות המכילים צביעה מלאכותית ומזון לתקופה של בדיקות ולהימנע מניקוי שיניים, עם או בלי משחת שיניים במהלך תקופת הדגימה.
3. לאחר שסופקו כל הדגימות, ודא כי המשתתפים מאחסנים את הדגימות שלהם במקפיא שלהם ב-20 ° c עד לאיסוף על ידי צוות המחקר.
  הערה: מומלץ לאחסן את הדגימות הקפואות במידת האפשר, אך הן יישארו מיובחנות אם יאוחסנו במקרר עד לאיסוף היום הבא. תחת חוק רקמת האדם (HTA) 2004, יש לאסוף דגימות ולעבד בתוך שבעה ימים של איסוף כדי להפוך אותם acellular, אלא אם כן רישיון HTA מוחזק על ידי המוסד ביצוע הניתוח.
פרוטוקול דגימת ערב לתחילת אור עמום מלטונין
1. ודא כי דגימות רוק נאספים כל 30 דקות מ 3 כדי 4 לפני השינה העות עד 1 עד 2 h לאחר השינה העות (למשל, אם השינה הרגיל הוא 22:00 h, המשתתף יתחיל ב 18:00/19:00 h עד 23:00/00:00 h). לאסוף דגימות רוק על ידי יריקה לתוך בקבוקון המסומנת כראוי (החל מס ' 1 אז 2, 3, וכו ').
2. במהלך תקופה זו, להבטיח כי המשתתפים: להימנע ממשקאות קפאין (למשל, תה, קפה, קוקה קולה) מ 6 h לפני השינה הזמני (למשל, אם השינה הרגיל הוא 22:00 h, צריכת הקפאין צריך לעצור ב 16:00 h ביום האיסוף).
3. ודא כי המשתתפים נשארים בתוך הבית באור עמום (< 10 לוקס, למשל, מנורת שולחן בודדת רצוי אור אדום, בצד השני של החדר, אין אורות תקורה, לא מסכי אלקטרוניים, וילונות סגורים). ודא כי המשתתפים להימנע משתיית שתייה המכילים אלכוהול או צביעה מלאכותית ולהימנע ניקוי שיניים, עם או בלי משחת שיניים, במהלך תקופת הדגימה.
4. אם המשתתפים רוצים לאכול משהו, ללכת לשירותים או לעשות משקה ללא קפאין, לוודא שהם עושים זאת מיד לאחר אוסף של מדגם ולנסות לשבת שוב במשך 15 דקות לפני המדגם הבא יש לאסוף. אם המזון נצרך בין הדגימות, ודא כי המשתתפים רוחצים את פיהם במים 15 דקות לפני איסוף המדגם הבא.
5. ודא שלכל החדרים האחרים יש את אותם תנאים קלים, כך שמשתתף נשאר באור עמום (רצוי באור אדום) למשך תקופת הדגימה.
6. לאחר שסופקו כל הדגימות, ודא כי המשתתפים מאחסנים את הדגימות שלהם במקפיא שלהם ב-20 ° c עד לאיסוף על ידי צוות המחקר.
  הערה: קריטי שהמשתתפים נצמדים לפרוטוקול אור עמום. במידת האפשר, החוקרים צריכים למדוד את תנאי האור כדי לפקח על העוצמה ואת הרכב ספקטרלי.

4. שיטת הרדיו החיסוני

לבצע RIA או אליסה של מלטונין ו קורטיזול ברוק האדם כדי לקבוע ריכוזים יחסיים בכל נקודה.
הערה: ההליך בתוצאות הנציגים הללו השתמש ב-RIA עם יוד (¹²⁵I) רדיואקטיבי מעקב והפרדה מוצקה של הפאזה. פרוטוקול זה מועסק באופן שגרתי ב כרונוביולוגיה המעבדה, אוניברסיטת סארי, בריטניה²⁰.
חישוב DLMOs בודדים כנקודת הזמן שבה ריכוז מלטונין חורג משתי סטיות סטנדרטיות של שלוש המידות הבסיסיות (שלושת הדגימות הראשונות).
הערה: שיטה זו מתאימה להבדלי בסיס בודדים לעומת שימוש בריכוז תעריף שטוח¹⁴. ניתן להשתמש בשיטות אחרות בהתאם לנקודות הזמן המשמשות לדגימה (למשל, במשך 24 שעות לפרופיל מלא¹⁴).
לחשב את הפסגה קורטיזול כמו הזמן של ריכוז הקורטיזול הגבוה ביותר במהלך בוקר התעוררות קורטיזול תגובה.

5. בדיקת ביצועים diurnal

הערה: האמצעים ששימשו בפרוטוקול זה הם משימות הדריכות הפסיכומוטורי (PVT)²¹, וסולם הישנוניות של קראולנסקה (kss)²². עם זאת, בדיקות אחרות יכול לשמש שמירה על העיצוב זהה בהתאם למטרת המחקר (למשל, אם המחקר היה חקירת ההשפעה של מעגליות פנוטיפ על הזיכרון התקין, משימת זיכרון נדרש).

בקשו מהמשתתפים לבצע לפחות אחד (בהתאם לפעילות) ניסיון במהלך השבוע לפני בדיקה כדי להכיר את הקבוצה.
הערה: ניתן לבצע ניסויים בתרגול מרחוק במקרה של פיקוח. יש להתאים את מספר בדיקות התרגול בהתאם לפעילויות שנמצאות בשימוש במחקר. לדוגמה, משימה מורכבת יותר של פונקציות בהנהלה עשויה לדרוש מספר בדיקות תרגול כדי להגיע לרמה בהשוואה לפעילות פשוטה יותר.
ארגן הפעלות בדיקה בהתאם להשערות המחקר המבוססות על מספר נקודות הזמן שנחקרו בזמני שעון ספציפיים.
הערה: בהתאם לעיצוב הלמידה, ניתן לנהל את בדיקות הביצועים בבית או במעבדה. בשל הזמן הרגיש של הפרוטוקול, אם בדיקת ביצועים נעשית בסביבת הבית, יש לנטר את התאימות כדי להבטיח שהמשתתפים מנהלים אותו בעצמם, כמו גם את הזמן והתאריך המוטבעים.
התנהלות בדיקות על המכשיר הרלוונטי (מחקר זה השתמשו DQ67OW, i7-2600 מעבד, 4GB זיכרון RAM, 32-סיבית שולחן עבודה עם מקלדת ועכבר רגיל).
הערה: אם המחשב הנייד, iPad או התקן אחר נדרש לבדיקה, להבטיח את אותו התקן והגדרות משמשים לאורך כל המחקר עבור כל המשתתפים וכל הפעלה בדיקה עקב שינויים פוטנציאליים בתגובות של העכבר לעומת משטח הרצועה לעומת מסך מגע.

6. אנליזה

לסווג קבוצות מעגליות בהתאם לערכם עבור חמשת המשתנים שנאספו: MSF_sc, התעוררות זמן, שיא הזמן של תגובת התעוררות קורטיזול, dlmo והתפרצות שינה (המראות מקבלים בטבלה 1).
הקצה ציון לכל משתנה עבור כל משתתף. משתנה מוקצה 0 אם הוא בקטגוריית ECP, 1 אם הוא ממוקם בקטגוריית התחום הקאמרי הראשון ו-2 אם הוא בקטגוריית LCP. לדוגמה, אם משתתף נמצא בקטגוריית LCP עבור כל המשתנים, הם יצטברו תוצאה של 10. מתוך ציון כולל מ 0-10 לזהות משתתפים כמו ECPs (0-3), ICPs (4-6) ו-LCPs (7-10).
מתוך הציון הכולל, קטגוריות משנה של הפנוטיפים מעגליות ניתן לקבוע כדלקמן: 0 = ecp קיצוני, 1 = ecp מובהק, 2 = ecp מתון, 3 = ecp מתון, 4 = מוקדם באופן מבוקר, 5 = הקאמרי האחרון, 6 = מאוחר הקאמרי הראשון, 7 = בטוח lcp, 8 = l
הערה: יש לקבוע ניתוח סטטיסטי על בסיס שאלות המחקר למחקרים אישיים. יש להשתמש במבחנים שאינם פרמטרית כאשר הנתונים אינם עוקבים אחר התפלגות נורמלית. יש להפעיל בדיקות שלאחר הוק כדי לקבוע את הזמן של אפקטי היום. בעת מדידת מספר פרמטרים, יש לבצע תיקונים נוספים של השוואות מרובות (לדוגמה, תיקון רוזוולט של ערכי p).

תוצאות

תוצאות אלה ב ECPs ו-LCPs פורסמו בעבר על ידי Facer-צ'ילדס, קמפוס, ואח '²³. כל ההרשאות התקבלו מהמפרסם. למחקרים המחייבים חקירה של כל שלוש הקבוצות (מוקדם, בינוני ומאוחר), ניתן להשתמש באותן שיטות והמראות.

פנוקהקלדה (טבלה 1, שולחן 2 ואיור 1)
ההשערה הראשונה שהוצגה במאמר זה היא שהקבוצות יהיו שונות באופן משמעותי במשתנים שינה ומעגליות. מן המשתתפים (n = 22) כי נטלו חלק במחקר זה, אלה שהיו מסווגים כמו ECPs היה ציון בין 0-1 לבין כל LCPs בין 8-10 (קיצוץ נתון בטבלה 1). כדי לאשר תוצאות אלה, הושוו קבוצות ממוצעים עבור כל משתנה. MSF_sc היה 02:24 ± 00:10 h עבור ecps לעומת 06:52 ± 00:17 h ב lcps (t (36) = 12.2, p < 0.0001). גם סמנים פיזיולוגיים שונים באופן משמעותי בין שתי הקבוצות. DLMO אירע ב 20:27 ± 00:16 h ב ECPs ו ב 23:55 ± 00:26 h ב LCPS (t (30) = 6.8, p < 0.0001). שיא הזמן של תגובת התעוררות קורטיזול התרחשה ב 07:04 ± 00:16 h ב ECPs ו 11:13 ± 00:23 h ב LCPs (t (36) = 8.0, p < 0.0001). קשרים אלה נצפו עם משתנים actigraphic לתחילת שינה להתעורר תזמוני עם התפרצות שינה ממוצעת המתרחשים ב 22:57 ± 00:10 h ב ECPs ו 02:27 ± 00:19 h ב LCPs (34) = 8.9, p < 0.0001) ואת הזמן להתעורר המתרחשים 06:33 ± 0.10 h ב ECPs ו 10:13 ± 00:18 h ב LCPs (t (34) = 9.9, p < 0.0001). משתני שינה אחרים, כולל משך, יעילות והשהיה לא שונים באופן משמעותי בין הקבוצות (טבלה 2).

ההשערה השנייה היא כי MSF_sc התאספו מ MCTQ יהיה מתואם באופן משמעותי עם העתק התקן הזהב בשלב השני סמנים ביולוגי. איור 1 מראה כי msf_sc היה מתואם באופן משמעותי עם dlmo (R² = 0.65, p < 0.0001), שיא הזמן של תגובת התעוררות קורטיזול (r² = 0.75, p < 0.0001), התפתחות השינה (r² = 0.80, p < 0.0001) ו להתעורר זמן (r² = 0.86, p < 0.0001).

תוצאות מייצגים אלה מראים כי הקבוצות השונות האחראי שונים יש הבדלים ברורים בתחילת השינה/היסט (כלומר, התעוררות זמן), כמו גם במשתנים פיזיולוגיים (dlmo וזמן שיא של קורטיזול בוקר).

בדיקת diurnal (איור 2)
זה היה שיערו כי על ידי בדיקת מספר פעמים במהלך היום, מקצבים יומי בישנוניות סובייקטיבית וביצועים יוכלו להיות מזוהים בכל קבוצה (ecps/lcps). בנוסף, היה שיערו כי אם הפנוטיפים מעגליות לא נחשבו והנתונים נותחו ברמה קבוצה שלמה בלבד, אז וריאציות יומי יהיה מיוצג.

וריאציות יומי משמעותיות נמצאו ברמת הקבוצה כולה עבור PVT ו-kss. הביצועים PVT במפגש בדיקות 08:00 h היה איטי באופן משמעותי יותר מאשר 14:00 h מבחן (p = 0.027), כמו גם הישנוניות סובייקטיבית (p = 0.024). ביצועים איטיים יותר באופן משמעותי PVT נמצא גם בין 08:00 h ו 20:00 h (p = 0.041).

כאשר כל קבוצה נותחו בנפרד, וריאציות יומי משמעותי בביצועים PVT נמצאו ב-lcps אבל לא ב ecps. LCPs היו גרועים באופן משמעותי ב 08:00 h לעומת 14:00 h (p = 0.0079) וטוב יותר ב 20:00 h לעומת 08:00 h (p = 0.0006). ישנוניות סובייקטיבית הראו וריאציות משמעותיות בתוך כל קבוצה. ECPs דיווחה על שינה גבוהה יותר ב 20:00 h לעומת 08:00 h (p = 0.0054). ההפך נצפה ב-LCPs אשר דיווח על שינה הגבוהה ביותר ב 08:00 h והנמוך ביותר ב 20:00 h. ישנוניות ב 08:00 h היה גבוה באופן משמעותי מאשר 14:00 h ו-20:00 h ב LCPs (הן p < 0.0001).

figure-results-3654
איור 1: ניתוח רגרסיה ליניארית כדי להציג קשרי גומלין בין משתני שינה/התעוררות באמצעות הקטיגרפיה והסמנים הפיזיולוגיים. תיקון אמצע השינה בימים חופשיים (MSF_sc) מוצג כשעה ביום (h) על ציר x. הפנוטיפים המוקדמים (ECPs) מוצגים בתיבה הכחולה, פנוטיפים של מעגליות מאוחרים (LCPs) בתיבה האדומה. (א) שיא זמן התעוררות התגובה של קורטיזול (h), (ב) להתעורר זמן (h), (ג) עמעם אור מלטונין התפרצות (dlmo) (h), (ד) התפרצות השינה זמן (h). ערך R² מוצג בפינה הימנית התחתונה עם רמת המובהקות המוצגת ב * * * * = p < 0.0001. דמות זו השתנתה, עם רשות, מן Facer-צ'ילדס, ואח^'. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-4626
איור 2: וריאציות Diurnal בתוך Karolinska בקנה מידה משימות הדריכות ומניע משימה פסיכומוטורי (PVT) ביצועים. שעת היום (h) מוצגת על ציר ה-x. תוצאות הקבוצה השלמה מוצגות בעמודה הראשונה, פנוטיפים לאחראי מוקדמים (ecps) בעמודה השניה ובפנוטיפים מאוחרים (lcps) בעמודה השלישית. (א) התוצאה הסובייקטיבית (kss) הציון, (ב) זמן התגובה מ-PVT (s). הזמנה שניה עקומות רגרסיה לא ליניארית מותאמת. רמת המובהקות מוצגת כ-ns (לא משמעותי), * (p < 0.05), * * (p < 0.01), * * * (p < 0.001) ו * * * * (p < 0.0001). דמות זו השתנתה, עם רשות, מן Facer-צ'ילדס, ואח^'. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

נמדד משתנה	קטגוריית ECP בקטגוריה	הקאמרי ה, קטגוריות	קטגוריית LCP
זמן התעוררות אקטגרפי	< 07:30 h	07:31-08:29 h	> 08:30 h
זמן שיא של קורטיזול בוקר	< 08:00	08:01-08:59 h	> 09:00 h
אור עמום מלטונין התחלה (DLMO)	< 21:30 h	21:31-22:29 h	> 22.30 h
התפרצות שינה אקאקטגרפית	< 23:30 h	23:31-00:29 h	> 00:30 h
תיקון אמצע השינה בימים חופשיים (MSF_sc)	< 04:00 h	04:01-04:59 h	> 05:00 h
ציון לכל משתנה	0	1	2
ניקוד כולל	0 - 3	4 - 6	7 - 10

קטגוריות	0 = ECP קיצוני 1 = ECP בהחלט 2 = ECP בינונית 3 = ECP מתון	4 = הקאמרי המוקדם 5 = היכל הקאמרי 6 = מועד הקאמרי האחרון	7 = LCP מתון 8 = LCP מתון 9 = LCP בהחלט 10 = LCP קיצוניים

טבלה 1: סיווג לקטגוריות המראות עבור הפנוטיפים מעגלי הקלדה לקבוצות מוקדמות (ECP), ביניים (באמצעות הקאמרי) ומאוחר (LCP). לכל משתנה מוקצה ציון לכל משתתף בהתאם לתוצאה שלהם ולניקוד הכולל (0-10) לאפשר חלוקה לקטגוריות לכל קבוצה ולכל משנה.

נמדד משתנה	מיכל הטלפון	מיכל שלמה	שמעות
גודל לדוגמה	N = 16	N = 22	n/a
מספר הזכרים/הנקבות	M = 7	M = 7	p = 0.51^c
מספר הזכרים/הנקבות	F = 9	F = 15	p = 0.51^c
גיל (שנים)	24.69 ± 4.60	21.32 ± 3.27 שנים	p = 0.028^a
גובה (cm)	171.30 ± 1.97	171.10 ± 2.38	p = 0.97^a
משקל (ק"ג)	66.44 ± 2.78	67.05 ± 2.10	p = 0.88^a
Msfsc (hh: mm)	02:24 ± 00:10	06:52 ± 00:17	p < 0.0001^a
הופעת שינה (hh: mm)	22:57 ± 00:10	02:27 ± 00:19	p < 0.0001^a
זמן התעוררות (hh: mm)	06:33 ± 0.10	10:13 ± 00:18	p < 0.0001^a
משך השינה (h)	7.59 ± 0.18	7.70 ± 0.14	p = 0.72^a
יעילות שינה (%)	79.29 ± 1.96	77.23 ± 1.14	p = 0.46^a
השהיית שינה (hh: mm)	00:25 ± 00:06	00:25 ± 00:03	p = 0.30^b
זווית פאזה (hh: mm)	02:28 ± 00:16	02:34 ± 00:18	p = 0.84^a
אור עמום התחלה מלטונין (hh: mm)	20:27 ± 00:16	23:55 ± 00:26	p < 0.0001^a
זמן השיא של הקורטיזול (hh: mm)	07:04 ± 00:16	11:13 ± 00:23	p < 0.0001^a

טבלה 2: משתני מחקר לקבוצות מעגליות; מוקדם (ECPs) ומאוחר (LCPs). ערכים מוצגים כממוצע ± SEM מלבד גיל אשר מוצג כממוצע ± SD. תיקון אמצע השינה בימים חופשיים (MSFsc) מחושב מ-MCTQ. סוג המבחנים הסטטיסטיים בהם נעשה שימוש מוצגים בכתב עילי; ^{בדיקות פרמטרית, בדיקות}לא פרמטרית^b והמבחן המדויק של פישר^c. זווית הפאזה נקבעת לפי ההבדל (ח) בין אור עמום התפרצות מלטונין (DLMO) והתפתחות השינה. כל ערכי p^{מתוקנים על}-ידי רוזוולט. הטבלה הזאת השתנתה, עם הרשאה, מ-Facer-צ'ילדס, ואח '²³.

Discussion

בשל האינטראקציה המורכבת של השפעות מעגליות ותלויות-שינה על התנהגות, חקר התרומות היחסיות של כל אחד מהם הוא אתגר. פרוטוקולים מבוססי מעבדה הם בעיקר לא מציאותי ויקר, ובכך להחזיק בתוקף החיצוני עניים כאשר התייחסות תוצאות התפקוד היומיומי²⁵. לכן, יש צורך הולך וגובר ללמוד אנשים בסביבה הביתית שלהם כדי לקדם את היכולת הגנריות להקשרים בעולם האמיתי. למרות שמחקרים בשטח אינם מאפשרים את השליטה בהשפעות אקסודוגני, גישה משולבת עשויה לסייע לשפוך אור על האופן בו גורמים ביולוגיים וסביבתיים משפיעים על בריאות, פיזיולוגיה וביצועים²³^,²⁶^,²⁷. פרוטוקול זה תוכנן במיוחד כדי להיות מסוגל לפקח על אנשים בסביבה הביתית שלהם תוך כדי לאחר השגרה הרגילות שלהם. אלו פרוטוקולים לדיגום רוק שבוצעו בהצלחה בהגדרות מאתגרות כגון אמזון²⁸ ו אנטארקטיקה²⁹ לתמוך בקלות של ניהול פרוטוקול זה.

שאלונים הם כלי שימושי בלימודי שינה ומעגליות כשהם מאפשרים דרך מהירה ופשוטה לאיסוף מגוון רחב של מידע. עם זאת, סתירות בין אמצעים סובייקטיביים ואובייקטיביים יכולים ליצור קשיים כאשר מנסים ללמוד הבדלים בודדים. לכן, להיות מסוגל לאסוף מספר צעדים סובייקטיבית ואובייקטיבית יכול לחזק את הסיווג של קבוצות מעגליות פנוטיפ. שילוב זה של שיטות-mctq, actigraphy, בדיקות פיסיולוגיים וביצועים-הדגיש כיצד התוצאות יכול להתפרש שלא כהלכה אם הבדלים בודדים בפנוטיפים אחראי אינם נחשבים. עם זאת, מדידת כל המשתנים האלה מספקת את הסיווג המהימן ביותר של קבוצות מעגליות, עם זאת, יש פוטנציאל לפתח את השיטה עוד יותר כדי לאפשר פחות דרישות. למשל, למרות המהימנות נשאר להיחקר, כדי להפחית את העלות, החוקרים יכולים להסיר את השלב הדגימה קורטיזול או להשתמש בשאלון אחר. זה יהיה שווה לציין, עם זאת, כי מאז dlmo הוא סמן תקן זהב הנוכחי עבור העיתוי אחראי ו actigraphy היא שיטה סטנדרטית לניטור דפוסי השאר/פעילות, זה יהיה משתנים חיוניים לכלול הערכות.

תזמון בדיקות ביצועים המבוססות על זמני שעון במקום תזמוני בסיס יחסית לפרט (זמן פנימי ביולוגי) מגביר את הכדאיות ומאפשר ליישם את הפרוטוקול בהגדרות העולם האמיתי. עם זאת, הגבלה של עיצוב זה היא חוסר יכולת לקבוע את ההשפעה של המערכת האחראי לעומת הומאוסטטי השפעות. זה הופך לאתגר כי אין דרך לאשר מנגנונים ספציפיים לתרום את התוצאות. עם זאת, מאחר שמטרת פרוטוקול זה היא לחקור קבוצות אלה בתרחיש של העולם האמיתי, הפחתת המנגנון התלוי בשינה תצמצם את תוקפו החיצוני של התוצאות. זה יכול להיות טען, לכן, כי באמצעות שיטה משולבת הוא ישים יותר וניתן יותר ללימודי שדה.

צעדים ישירים של הביצועים הם רלוונטיים ביותר לחברה, אבל נראה כי מבלי לקחת בחשבון את הגורמים המשפיעים מרובים, במיוחד את הצורך לקבץ אנשים על פי המעגל שלהם פנוטיפים ולחץ לישון, מחקרים יכולים להיות חסרים תוצאות מפתח.

כפי שנאמר, PVT ו-KSS היו בשימוש נרחב בתחומים רבים של מחקר. הפשטות של PVT וגמישות במשך הפעילות עושה את זה מבחן אטרקטיבי להשתמש אחראי מחקרים הגבלת שינה הדורשים פעמים בדיקה מרובות, והוכח להיות סמן רגיש של מניעת שינה³⁰^,³¹. למרות דיוק בדיקה וזמני התגובה הכוללת להגדיל עם משך הפעילות, 2 דקות, 5 דקות ו 10 דקות PVT משימות כל להראות זמן דומה של יחסים ביום³².

ניתן ליישם את עיצוב הפרוטוקול שלנו באמצעות מגוון של משימות ביצועים שונות ובנקודות זמן תכופות יותר במידת הצורך. מחקרים קודמים הראו זמן השפעות היום הן מדדי ביצועים פיזיים וקוגניטיביים כגון קיבולת אירובית¹⁵ הפונקציה המבצעת²⁵. יישום פרוטוקול זה וחשבונאות עבור הבדלים בודדים יגדיל את ההבנה של אופן הלימוד של המנגנון התורם לביצועים, במיוחד בהגדרות נישה נוספות כגון ספורט האליטה. לסיכום, פרוטוקול זה מאפשר הערכה בעולם האמיתי של אחראי פנוטיפ ומספק תובנה כיצד למדוד את ההשפעה של הזמן ביום על הביצועים.

Disclosures

בע מ ו D.J.S. הם מנהלים משותפים של Stockgrand בע. המחברים לא מצהירים על אינטרסים פיננסיים מתחרים אחרים.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכת על ידי מימון של המועצה למחקר ביוטכנולוגיה ומדעי ביולוגי (BBSRC, BB/J014532/1) ואת המועצה למחקר הנדסה פיזית מדעי (EPSRC, EP/J002909/1). E. R. F. C נתמכת על ידי קרן נאמנות מוסדית לתמיכה אסטרטגית (יצחק) ערכת מאיץ המאיץ (ברוכים 204846/Z/16/Z) וממשלה אוסטרלית, המחלקה לתעשייה, חדשנות והמדע מענק (ICG000899/19/0602). תודה כנה שלנו הן על כל המשתתפים Stockgrand בע מ עבור הצורך והחומרים.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Actiwatch Light	Cambridge Neurotech Ltd		Various different validated actigraph devices can be used depending on what is required
Sleep Analysis 7 Software	Cambridge Neurotech Ltd		Various different validated software can be used depending on what is required
7 ml plastic bijous			Various different tubes or salivettes can be used depending on what is required
DQ67OW, Intel Core i7-2600 processor, 4GB RAM, 32-bit Windows 7			Various different devices can be used depending on what is required

References

de Souza, L., et al. Further Validation of Actigraphy for Sleep Studies. Sleep. 26 (1), 81-85 (2003).
Kushida, C. A., et al. Comparison of actigraphic, polysomnographic, and subjective assessment of sleep parameters in sleep-disordered patients. Sleep Medicine. 2 (5), 389-396 (2001).
Roenneberg, T., Wirz-Justice, A., Merrow, M. Life between clocks: daily temporal patterns of human chronotypes. Journal of Biological Rhythms. 18 (1), 80-90 (2003).
Horne, J. A., Ostberg, O. A self-assessment questionnaire to determine morningness-eveningness in human circadian rhythms. International Journal of Chronobiology. 4 (2), 97-110 (1976).
Brown, S. A., et al. Molecular insights into human daily behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (5), 1602-1607 (2008).
Allebrandt, K., Roenneberg, T. The search for circadian clock components in humans: new perspectives for association studies. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 41 (8), 716-721 (2008).
Lane, J. M., et al. Genome-wide association analysis identifies novel loci for chronotype in 100,420 individuals from the UK Biobank. Nature Communications. 7, 10889 (2016).
Gunn, P. J., Middleton, B., Davies, S. K., Revell, V. L., Skene, D. J. Sex differences in the circadian profiles of melatonin and cortisol in plasma and urine matrices under constant routine conditions. Chronobiology International. 33 (1), 39-50 (2016).
Burgess, H. J., Fogg, L. F. Individual differences in the amount and timing of salivary melatonin secretion. PLoS One. 3 (8), e3055 (2008).
Voultsios, A., Kennaway, D. J., Dawson, D. Salivary melatonin as a circadian phase marker: validation and comparison to plasma melatonin. Journal of Biological Rhythms. 12 (5), 457-466 (1997).
Bailey, S. L., Heitkemper, M. M. Circadian rhythmicity of cortisol and body temperature: morningness-eveningness effects. Chronobiology International. 18 (2), 249-261 (2001).
Kudielka, B. M., Federenko, I. S., Hellhammer, D. H., Wüst, S. Morningness and eveningness: the free cortisol rise after awakening in "early birds" and "night owls". Biological psychology. 72 (2), 141-146 (2006).
Baehr, E. K., Revelle, W., Eastman, C. I. Individual differences in the phase and amplitude of the human circadian temperature rhythm: with an emphasis on morningness-eveningness. Journal of sleep research. 9 (2), 117-127 (2000).
Benloucif, S., et al. Measuring melatonin in humans. Journal of Clinical Sleep Medicine. 4 (1), 66-69 (2008).
Blatter, K., Cajochen, C. Circadian rhythms in cognitive performance: Methodological constraints, protocols, theoretical underpinnings. Physiology & behavior. 90 (2-3), 196-208 (2007).
Facer-Childs, E., Brandstaetter, R. The Impact of Circadian Phenotype and Time since Awakening on Diurnal Performance in Athletes. Current Biology. 25 (4), 518-522 (2015).
Schmidt, C., et al. Circadian preference modulates the neural substrate of conflict processing across the day. PLoS One. 7 (1), e29658 (2012).
Hofstra, W. A., de Weerd, A. W. How to assess circadian rhythm in humans: a review of literature. Epilepsy & Behavior. 13 (3), 438-444 (2008).
Van Someren, E. J. Improving actigraphic sleep estimates in insomnia and dementia: how many nights?. Journal of sleep research. 16 (3), 269-275 (2007).
Moreno, C., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analyses of performance on a portable, simple visual RT task during sustained operations. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 17 (6), 652-655 (1985).
Åkerstedt, T., Gillberg, M. Subjective and objective sleepiness in the active individual. International Journal of Neuroscience. 52 (1-2), 29-37 (1990).
Facer-Childs, E. R., Campos, B. M., Middleton, B., Skene, D. J., Bagshaw, A. P. Circadian phenotype impacts the brain's resting-state functional connectivity, attentional performance, and sleepiness. Sleep. 42 (5), (2019).
Benjamini, Y., Hochberg, Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the royal statistical society. Series B (Methodological). , 289-300 (1995).
Zee, P. C., et al. Strategic Opportunities in Sleep and Circadian Research: Report of the Joint Task Force of the Sleep Research Society and American Academy of Sleep Medicine. Sleep. 37 (2), 219-227 (2014).
Facer-Childs, E. R., Boiling, S., Balanos, G. M. The effects of time of day and chronotype on cognitive and physical performance in healthy volunteers. Sports Medicine Open. 4 (1), 47 (2018).
Facer-Childs, E. R., Middleton, B., Skene, D. J., Bagshaw, A. P. Resetting the late timing of 'night owls' has a positive impact on mental health and performance. Sleep Medicine. , (2019).
Moreno, C. R., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
Arendt, J., Middleton, B. Human seasonal and circadian studies in Antarctica (Halley, 75 degrees S)). General and Comparative Endocrinology. 258, 250-258 (2018).
Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34 (5), 581-591 (2011).
Basner, M., Mollicone, D., Dinges, D. F. Validity and Sensitivity of a Brief Psychomotor Vigilance Test (PVT-B) to Total and Partial Sleep Deprivation. Acta Astronautica. 69 (11-12), 949-959 (2011).
Loh, S., Lamond, N., Dorrian, J., Roach, G., Dawson, D. The validity of psychomotor vigilance tasks of less than 10-minute duration. Behaviour research methods instruments and computers. 36 (2), 339-346 (2004).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

158 actigraphy chronotype

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: