著者
お問い合わせ

サインイン

この記事について

  • 要約
  • 要約
  • 概要
  • プロトコル
  • 結果
  • ディスカッション
  • 開示事項
  • 謝辞
  • 資料
  • 参考文献
  • 転載および許可

要約

ここでは、ミュンヘンChronoTypeアンケート、金標準概日相バイオマーカー、アクティグラフィ対策に基づいて、参加者を概日表現型群に正確に分類した後のパフォーマンスにおける日当リズムを調べる方法を紹介する。

要約

私たちの継続的に発展している「24時間体制」社会では、生物学、生理学、心理学の変化が私たちの健康とパフォーマンスにどのような影響を与えるかについての理解を深める必要があります。この課題の中に埋め込まれ、睡眠と概日リズムの個々の違いを考慮し、現実世界でのパフォーマンスに対する時間帯の影響を探求する必要性が高まっています。主観的なアンケートベースの方法から、客観的な睡眠/覚醒モニタリング、アクティグラフィー、生物学的サンプルの分析まで、睡眠と概日リズムを測定する方法はたくさんあります。本論文では、複数の技術を組み合わせて、早期、中級、後期の概日表現型グループ(EPC/ISP/LMP)に個人を分類するプロトコルを提案し、現場での日次性能試験の実施方法を推奨する。代表的な結果は、概日型の異型間の活性パターン、概日相(薄暗いメラトニン発症およびコルチゾール覚醒応答のピーク時間)に大きな違いを示す。さらに、EッペルとLMPの間の日系のリズムの有意な違いは概日表現型を考慮する必要性を強調する。要約すると、影響因子の制御が困難であるにもかかわらず、このプロトコルは、概日表現型がパフォーマンスに及ぼす影響を実際に評価することを可能にする。本論文では、現場で概日表現型を評価する簡単な方法を紹介し、パフォーマンス研究を設計する際に時間を考慮する必要性をサポートする。

概要

行動レベルでは、個々の休息/活動パターンの評価は、主観的なアンケートベースの方法または手首の活動を通じて客観的な監視を使用して行うことができます。作動データは、睡眠時間の合計、睡眠効率、睡眠発症後の覚醒など、さまざまな睡眠パラメータに対してポリソムノグラフィー(PSG)に対して検証されています。PSGは睡眠測定のゴールドスタンダードとして知られているが、睡眠実験室2の外で長期間使用することは困難である。したがって、アクチグラフは、PSGに対してシンプルでコスト効率の高い代替手段を提供し、24時間の休息/活動パターンのモニタリングを可能にすることを意図しています。主観的自己申告措置は、ミュンヘンChronoTypeアンケート(MCTQ)3を用いて、または朝夕型アンケート(MEQ)4を用いて日単位の好みを使用して、自分の「クロ4ノタイプ」を定義することができる。3このスペクトルの両端のグループは、中間概日表現型(IMP)と呼ばれる初期概日表現型(EEC)および後期概日表現型(LMP)と呼ぶことができます。

EMPとLMPは、その行動(すなわち、睡眠/覚醒パターン)を通じて明確に区別できるが、これらの個人差はまた、生理学5および遺伝的素因66、77の変動によっても部分的に駆動される。生理学的バイオマーカーは、多くの場合、個人の概日段階/タイミングを決定するために使用されます。概日のタイミングを示す主なホルモンの2つは、夜中にピークに達するために夕方に上昇するメラトニンと、朝8にピークを迎えるコルチゾールである。これらの概日相マーカーを使用して、睡眠覚醒パターンの個人差を特定することができる。例えば、薄暗いメラトニン発症(DLMO)9、10およびコルチゾール覚醒応答9,1011,12,12の時間は、EPSにおけるピークの早い段階で、これはコア体温13の概日リズムによってミラーリングされる。唾液は、これらのホルモンを任意の細胞材料を抽出する必要なしに、放射性免疫アッセイ(RIA)または酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)によって分析することができる、簡単で安全で非侵襲的な収集を可能にします。RIAおよびELISAは、生体試料中の抗原の濃度(例えば、血液、血漿または唾液)を検出する感受性および特異的アッセイであり、放射性標識同位体(例えば、ヨウ素(125I)または酵素結合抗体14を含む抗原抗体反応を介する。

定常ルーチン(CR)や強制脱同期(FD)などの厳密に制御された実験室プロトコルは、内因性概日リズム15を研究するためのクロノバイオロジーの分野におけるゴールドスタンダードである。しかし、文脈データを収集し、結果の外部の有効性を高めるために、人工実験室の設定の外で自分の家庭環境で個人を研究する必要性が高まっています。したがって、フィールドの個人差を分類、測定、評価するためのより良い方法が必要です。また、身体的な様々な尺度(有酸素能力、筋力)や認知(反応時間、持続的注意、執行機能)の各種尺度の日経変化が明らかになっており、夕方16、17,17日のEMPは早い段階でより良い性能を発揮する。これは、研究でパフォーマンステストを実施する際に考慮すべき要因である一日の時間と概日表現型を強調しています。

実験室での研究で使用されるさまざまな手段およびプロトコルの数は高度に制御された条件を実施することを可能にする。フィールドスタディは、影響を与える要因の数のためにより困難になる傾向があります。したがって、複数の手法を組み合わせてより全体的なアプローチを使用すると、家庭環境18における個人の行動、心理および性能を監視する際に、より正確性を提供する可能性がある。ここでは、MCTQ、アクチグラフ、生理学的バイオマーカーを用いた概日型の個人差を特定する分野で容易に実装できる方法について議論する。我々は、これらの変数が概日表現型群間で有意に異なり、MCTQから収集された自由日の中眠(MSFsc)のクロノタイプと有意に相関すると仮定する。さらに、日系性能を測定する方法を提案し、各概日表現型グループについてデータを個別に分析する必要性を強調する。データが全人口レベルでしか分析されない場合、日のリズムの違いは隠されると仮定します。

プロトコル

ここに記載されているすべての方法は、バーミンガム大学研究倫理委員会によって承認されています.

1. 参加者のスクリーニングと実験計画

  1. ヘルシンキ宣言に従って、適切な倫理的承認に従ってすべての方法を実行し、関与する前にすべての参加者から書面によるインフォームド・コンセントを得る。
  2. 睡眠、神経疾患または精神疾患の事前診断を持たない参加者を募集し、睡眠、メラトニンまたはコルチゾールリズムに影響を与える薬を服用せずに。
  3. 参加者がシフトワーカーでなく、参加者が過去1ヶ月以内に2つ以上のタイムゾーンを移動しておらず、研究に参加することができます(つまり、アクティウォッチの着用にコミットし、「自由な日」に唾液サンプルを提供し、特定の時間にパフォーマンステストのために出席することができます(セクション2.1を参照)。
  4. 同意を得るために最初の設定の会議に出席する参加条件を通過した参加者を招待し、アンケートデータを収集し、自宅で唾液サンプルを収集する訓練を受け、アクティグラフィーデバイスと睡眠日記を設定します。この会議では、参加者に生理学的サンプリングプロトコルを理解し、必要な内容を理解してもらいます(セクション3を参照)。
  5. 参加者に、睡眠/覚醒変数の個人差と仕事と自由日3の光暴露を評価するミュンヘンChronoTypeアンケート(MCTQ)を完了するように依頼します。これにより、クロノタイプのマーカーとして使用される空き日(MSFsc)での修正されたミッドスリープ時間の計算が可能になります。

2. アクティグラフィーと睡眠日記

  1. 少なくとも2週間19(研究の目的に応じて長い期間を取ることができる)は、参加者に手首活動モニターまたは「アクティグラフ」を着用し、休息/活動パターンを収集し、研究期間を通じて光(1〜32,000ルクス)データを収集するよう依頼する。
  2. 入浴/シャワー(防水ではない場合)の取り外しや、光データを収集できるようにそれらを覆う袖を防ぐなど、アクティグラフの使用方法の詳細を各参加者に提供します。非支配的な手首にアクティグラフが着用されていることを確認します。
  3. アクティグラフィーと組み合わせて、アクティグラフィーデータから得られた睡眠/覚醒分析を容易にするために、各参加者に毎日完了する睡眠日記を与えます。就寝時間、睡眠時間、夜間の目覚め、目覚めの時間、睡眠の質、昼寝、アクティグラフが取り除かれた時間など、質問が寄せられることを確認してください。
  4. 必要に応じてパラメータを返す休息/活動分析のための活動データを収集します(この研究では、30Hzサンプリング周波数と中感度設定を使用)。毎日の就寝時間の詳細を抽出し、睡眠日記から起き上がる時間とメーカーのソフトウェアまたは代替手段への入力(例えば、研究に関連するアクティグラフィ変数を得るためにオープンソース検証コード)。

3. 生理的サンプリング

  1. ポリプロピレンコレクションチューブまたはサリベットにラベルを付けてサンプリングパックを事前準備します(この研究では7 mLプラスチックビジョを使用してください)。参加者ID番号、朝または夕方、および個々のサンプリング番号でチューブにラベルを付けます。間違いの場合に使用する「予備の」チューブを含めます。
  2. 朝と夕方の両方のプロトコルのサンプル収集レコード シートを準備して、サンプルが採取されたときに参加者がタイムスタンプを取得できるようにします (たとえば、朝のサンプル 1、所要時間 = hh:mm、朝のサンプル 2、所要時間 = hh:mm)。参加者ID番号、季節情報の日付、およびフォト期間を計算するための場所を含めます。
    注:午前/午後に問題がないことを確認するために軍事時間を使用することが重要です。
  3. 自宅/職場環境で唾液サンプルを採取する方法のトレーニング中に、参加者に生理学的サンプリングと事前に作られたパックの関連プロトコルを与えます。
  4. 参加者が希望の時間(アラームを必要とせずに)寝て目を覚ますことができる自由な日にサンプルを収集する必要があることを参加者に知らせます。DLMOの信頼性の高い計算を確実にするために、参加者は習慣的な就寝時間を過ぎて目を覚まし続ける必要があるため、パフォーマンステストの前日に夕方の唾液サンプリングプロトコルを実行しないでください。
  5. 参加者に、唾液サンプルを与えることにコミットできる調査の第2週の間に、ある朝と1晩(同じ日に)を割り当てるように頼みます。同じ日に朝のサンプルを収集し、その後に夕方のサンプルを収集するように参加者にアドバイスします。
    注:睡眠時間の変化が結果に影響を与えないように、サンプリング(朝と夕方)の順序に従う必要があります(夕方のサンプルが最初に習慣的な就寝時間を過ぎて目を覚ます必要がある場合、翌日に採取した場合、朝のサンプルに影響を与える可能性があります)。
  6. コルチゾール覚醒応答のための朝のサンプリングプロトコル
    1. 唾液サンプルが最初の目覚めの時点(ベッドにいる間)、最初の1時間ごとに15分ごとに収集され、次の1〜2時間は30分ごとに、適切にラベル付けされたバイアル(No.1、2、3など)に唾液サンプルを吸い込んで採取します。
    2. この期間中、参加者は、アルコール飲料、人工着色料と食品を含む飲み物をテスト期間中は控え、サンプリング期間中は歯磨き粉の有無にかかわらず歯磨き粉の有無を控えます。
    3. すべてのサンプルが提供されたら、参加者が研究チームによって収集されるまで-20°Cで自分のサンプルを冷凍庫に保管することを確認してください。
      注:可能であれば冷凍サンプルを保存することをお勧めしますが、翌日収集されるまで冷蔵庫に保管すると、そのまま残ります。ヒト組織法(HTA)2004では、分析を行う機関がHTAライセンスを保有していない限り、収集後7日以内にサンプルを収集して処理して細胞を失う必要があります。
  7. 薄暗いメラトニン発症のための夜のサンプリングプロトコル
    1. 唾液サンプルは、習慣的就寝時間の3~4時間前から、習慣的就寝時間の1~2時間後まで30分ごとに採取されるようにします(例えば、習慣的就寝時間が22:00の場合、参加者は18:00/19:00 hから23:00/00:00まで開始します)。適切にラベル付けされたバイアル(1から始まり、2、3など)に唾液サンプルを入れて採取します。
    2. この期間中、参加者は、習慣的な就寝時間の6時間前からカフェイン入りの飲み物(例えば、紅茶、コーヒー、コカコーラ)を控えるようにしてください(例えば、習慣的な就寝時間が22:00時間の場合、カフェインの消費量は収集日の16:00時間に停止する必要があります)。
    3. 参加者が薄暗い光の中で屋内に座っていることを確認してください(<10ルクス、例えば、単一のテーブルランプが好ましくは赤い光で、部屋の反対側に、オーバーヘッドライトなし、電子スクリーンなし、カーテンが閉まっています)。参加者は、アルコールや人工着色料を含む飲料を飲むことを避け、サンプリング期間中に歯磨き粉の有無にかかわらず歯を掃除することを控えるようにしてください。
    4. 参加者が何かを食べたい場合は、トイレに行くか、カフェインのない飲み物を作り、サンプルの採取直後に行い、次のサンプルが採取される前に15分間再び着席してみてください。サンプル間で食品が消費される場合は、参加者が次のサンプルの収集の15分前に水で口を洗い流すことを確認してください。
    5. 他のすべての部屋が同じ光条件を持っていることを確認して、参加者がサンプリング期間の間薄暗い光(できれば赤色の光)にとどまるようにします。
    6. すべてのサンプルが提供されたら、参加者が研究チームによって収集されるまで-20°Cで自分のサンプルを冷凍庫に保管することを確認してください。
      注: 参加者が薄暗い光のプロトコルに従うことは重要です。可能な場合、研究者は強度とスペクトル組成を監視するために光の状態を測定する必要があります。

4. 放射免疫測定

  1. ヒト唾液中のメラトニンおよびコルチゾールのRIAまたはELISAを実行し、各時点で相対濃度を決定する。
    注:これらの代表的な結果の手順は、ヨウ素(125I)放射性標識トレーサーと固相分離とRIAを使用しました。このプロトコルは、英国サリー大学クロノバイオロジー研究所で日常的に採用されています。
  2. メラトニン濃度が 3 つの基準メジャー (最初の 3 つのサンプル) の 2 つの標準偏差を超える時点として、個々の DLMO を計算します。
    注: この方法は、定格濃度14を使用する場合と比較して、個々のベースラインの違いを調整します。他の方法は、サンプリングで使用される時間ポイントに応じて使用することができる(例えば、完全プロファイル14のための24時間の期間にわたって)。
  3. 朝コルチゾール覚醒応答中に記録された最高のコルチゾール濃度の時間としてコルチゾールピークを計算します。.

5. 日系性能試験

注:このプロトコルで使用された措置は、精神運動警戒タスク(PVT)21、およびカロリンスカ眠気スケール(KSS)22です。22しかし、研究の目的に応じて同じ設計を維持する他のテストを使用することができます(例えば、研究が概日表現型が作業記憶に及ぼす影響を調査していた場合、メモリタスクが必要になります)。

  1. セットアップに慣れるテストの前の週に、少なくとも 1 つの (タスクに応じて) 練習試用を実行するように参加者に依頼します。
    注: 監視されている場合は、練習トライアルをリモートで実行できます。模擬試験の数は、スタディで使用されているタスクに基づいて調整する必要があります。たとえば、より複雑なエグゼクティブ機能タスクでは、単純なタスクに比べて、いくつかの練習テストが必要になることがあります。
  2. 特定のクロックタイムで調査されているタイム ポイントの数に基づいて、調査の仮説に従ってテスト セッションを配置します。
    注: 研究の設計に応じて、パフォーマンステストは家庭または研究室で行うことができます。プロトコルの時間に敏感な性質上、家庭環境でパフォーマンステストを行う場合、コンプライアンスを監視して、参加者が自分で実施していることを確認し、日時にスタンプを押す必要があります。
  3. 関連するデバイスでテストを実施します(この調査では、DQ67OW、i7-2600プロセッサ、4GB RAM、標準キーボードとマウスを備えた32ビットデスクトップを使用)。
    注:ラップトップ、iPad、またはその他のデバイスがテストに必要な場合は、マウスとトラックパッドとタッチスクリーンからの応答の変動の可能性があるため、すべての参加者と各テストセッションで同じデバイスと設定が使用されていることを確認してください。

6. 分析

  1. 収集された5つの変数の値に基づいて概日表現型グループを分類する:MSFsc、起目時間、コルチゾール覚醒応答のピーク時間、DLMOおよび睡眠発症(カットオフは表1に示される)。
  2. 各参加者に対して、変数ごとにスコアを割り当てます。変数は、ECP カテゴリー内にある場合は 0、ICP カテゴリー内にある場合は 1、LCP カテゴリー内にある場合は 2 が割り振られます。たとえば、参加者がすべての変数の LCP カテゴリに属している場合、10 のスコアが蓄積されます。0-10の合計スコアのうち、参加者はEPS(0-3)、ISP(4-6)、LMP(7-10)として識別されます。
  3. 総スコアから、概日表現型のサブカテゴリは、0 = 極端な ECP、1 = 明確な ECP、2 = 中程度の ECP、3 = 軽度の ECP、4 = 初期 ICP、5 = ICP、6 = 後期 ICP、7 = 軽度の LCP、8 = 中程度の LCP、9 = 明確なように決定できます。
    注:統計分析は、個々の研究のための研究の質問に基づいて決定する必要があります。非パラメトリック検定は、データが正規分布に従わない場合に使用する必要があります。一日の効果の時間を決定するために、後の一時的なテストを実行する必要があります。多くのパラメータを測定する場合、複数比較のさらなる補正(例えば、p値のFDR補正)を行う必要があります。

結果

これらの結果は、以前にFacer-Childs、Campos、他の人らによって公開されています。すべてのアクセス許可は、発行元から取得されました。3つのグループ(早期、中級、後期)の調査を必要とする研究では、同じ方法とカットオフを使用できます。

概日のフェノタイピング(表1、表2、図1)
この論文で提示された最初の仮説は、グループが睡眠と概日変数で大きく異なるであろうということです。この研究に参加した参加者(n = 22)から、EPSとして分類された参加者は、0-1と8-10の間のすべてのLMPの間のスコアを有していた(表1で示したカットオフ)。これらの結果を確認するために、各変数についてグループ平均を比較した。MSFscは、EMP の 06:52 ± 00:17 h (t(36) = 12.2, p < 0.0001 と比較して、02:24 ± 00:10 h でした。生理学的マーカーも2つの群の間で有意に異なった。DLMOは、ECPsで20:27 ± 00:16 h、LCPS(t(30)= 6.8、p <0.0001で23:55 ± 00:26 hで発生しました。コルチゾール覚醒応答のピーク時間は、EMPで07:04 ± 00:16 h、LMP(t(36)=8.0、p < 0.0001で11:13 ± 00:23 hで発生しました。同じ関係は、ERPで22:57 ± 00:10 h、LMP(t(34)=8.9で02:27 ±00:19 hで起こる平均睡眠発症と睡眠発症と目覚めのタイミングのためのアクティグラフィック変数で観察されました。 p < 0.0001) および EMP で 06:33 ± 0.10 h で起こる起きている起きている時間を起こして、LMP で 10:13 ± 00:18 h (t(34) = 9.9, p < 0.0001)。期間、効率、待ち時間を含む他のスリープ変数は、グループ間で有意に異なっていなかった (表 2)。

第2の仮説は、MCTQから集められたMSFscが金標準アクティグラフィックおよび概日相バイオマーカーと有意に相関するであろうということです。図 1は、MSFsc pが DLMO と有意に相関していることを示しています (R2 = 0.65、 p < 0.0001), コルチゾール覚醒応答のピーク時間 (R2 = 0.75, p < 0.0001), 睡眠発症 (R2 = 0.80, p < 0.0001) および起き上げ時間 (R2 = 0.lt; 0.0001).

これらの代表的な結果は、異なる概日表現型群が睡眠発症/オフセット(すなわち、覚醒時間)および生理学的変数(DLMOおよび朝コルチゾールのピーク時間)において明確な違いを有することを示している。

ディウナルテスト (図 2)
1日の間に何度もテストすることで、主観的な眠気とパフォーマンスの日経リズムを各グループ(EMP/LMP)で識別できると仮定されました。さらに、概日表現型を考慮せず、データをグループ全体のレベルでのみ分析すると、日経変化が誤って表現されると仮定されました。

PVTおよびKSSのグループレベル全体で有意な日次変動が見られた。08:00 hテストセッションでのPVT性能は、主観的な眠気(p = 0.024)と同様に、14:00 hテスト(p = 0.027)よりも大幅に遅かった。08:00 h と 20:00 h(p = 0.041) の間で、PVT のパフォーマンスが著しく低下した。

各グループを別々に分析したところ、PSPではPVT性能の大きな日次変動が見られたが、ECUでは見つからなかった。LMP は、14:00 h(p = 0.0079) と比較して 08:00 h で著しく悪化し、08:00 h(p = 0.0006) と比較して 20:00 h で優れています。主観的な眠気は、各群内で有意な日の変動を示した。EMPは、08:00h(p = 0.0054)と比較して20:00 hで高い眠気を報告しました。その反対は、08:00 hで最も高い眠気を報告し、20:00時間で最低を報告したLMPで観察されました。 p

figure-results-2611
図1:行動学と生理学的バイオマーカーを用いた睡眠/覚醒変数の関係を示す線形回帰分析空き日 (MSF sc) の睡眠中に修正された時間 (MSFsc)は、x 軸上に時刻 (h) として表示されます。初期の概日型(EMP)は、赤いボックスの青いボックス、後期概日型(LMP)に示されています。(a)コルチゾール覚醒応答のピーク時間 (h), (b) 起きている時間 (h), (c) 薄暗い光メラトニン発症 (DLMO) (h), (d) 睡眠発症時間 (h).R2の値は、右下隅に表示され、有意水準は ****= p < 0.0001 に表示されます。この図は、許可を得て、フェイサー・チャイルズら23.この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

figure-results-3326
図2:カロリンスカ眠気スケールと精神運動警戒タスク(PVT)性能における日の変化曲線。時刻 (h) は x 軸に表示されます。グループ全体の結果は、第1列、第2列の初期概日型(EPC)、第3列の後期概日型(LMP)に示されている。()主観的眠気 (KSS) スコア、 (b) PVT からの反応時間 ( s)2次多項式非線形回帰曲線が適合している。有意水準は、ns (有意ではない)、*(p < 0.05)、**(p < 0.01)、***(p <0.001)、****(p<0.0001)として示されます。p p pこの図は、許可を得て、フェイサー・チャイルズら23.この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

可変測定ECP カテゴリICP カテゴリLCP カテゴリ
アクティグラフィックウェイクアップ時間< 07:30 h07:31 - 08:29 h> 08:30 h
朝コルチゾールのピーク時間< 08:0008:01 - 08:59 h> 09:00 h
薄暗い光メラトニン発症 (DLMO)< 21:30 h21:31 - 22:29 h> 22.30 h
アクティグラフィック睡眠発症< 23:30 h23:31 - 00:29 h> 00:30 h
空き日に睡眠中に修正 (MSFsc)< 04:00 h04:01 - 04:59 h> 05:00 h
変数ごとのスコア012
合計スコア0 - 34 - 67 - 10
サブカテゴリ0 = 極端な ECP
1 = 明確な ECP
2 = 中程度の ECP
3 = 軽度の ECP		4 = 初期 ICP
5 = ICP
6 = 後期 ICP		7 = 軽度の LCP
8 = 中程度の LCP
9 = 明確な LCP
10 = 極端な LCP

表1:早期(ECP)、中間(ICP)および後期(LCP)群への概日定型化の分類断定。各変数には、結果に応じて参加者ごとにスコアが割り当てられ、合計スコア(0-10)では、各グループと各サブカテゴリに分類できます。

可変測定EPSLRP意義
サンプルサイズN = 16N = 22N/a
男性/女性の数M = 7M = 7p = 0.51c
F = 9F = 15
年齢(年)24.69 ± 4.6021.32 ± 3.27年p = 0.028a
高さ(cm)171.30 ± 1.97171.10 ± 2.38p = 0.97a
重量 (kg)66.44 ± 2.7867.05 ± 2.10p = 0.88a
MSFsc (hh:mm) 02:24 ± 00:1006:52 ± 00:17p < 0.0001a
睡眠発症 (hh:mm)22:57 ± 00:1002:27 ± 00:19p < 0.0001a
ウェイクアップ時間 (hh:mm)06:33 ± 0.1010:13 ± 00:18p < 0.0001a
睡眠時間 (h)7.59 ± 0.187.70 ± 0.14p = 0.72a
睡眠効率 (%)79.29 ± 1.9677.23 ± 1.14p = 0.46a
スリープオンセット遅延 (hh:mm)00:25 ± 00:0600:25 ± 00:03p = 0.30b
位相角度 (hh:mm)02:28 ± 00:1602:34 ± 00:18p = 0.84a
薄暗い光メラトニンの発症 (hh:mm)20:27 ± 00:1623:55 ± 00:26p < 0.0001a
コルチゾールピーク時 (hh:mm)07:04 ± 00:1611:13 ± 00:23p < 0.0001a

表2:概日表現型群の研究変数早期 (EPS) およびレイト (LRP)。値は、平均値±SDとして示される年齢とは別に平均±SEMとして示され、フリーデー(MSFsc)の中眠補正はMCTQから計算される。使用される統計検定の種類は上付き文字で示されています。パラメトリック検定a、非パラメトリック検定bおよびフィッシャーの正確な検定c.位相角は、薄暗いメラトニン発症(DLMO)と睡眠発症の差(h)によって決定される。すべての p 値は FDR 補正24です。このテーブルは、パーシサー・チャイルズら23から、許可を得て変更されました。

ディスカッション

概日と睡眠に依存する行動への複雑な相互作用のために、それぞれの相対的な貢献を探求することは困難です。実験室ベースのプロトコルは、ほとんど非現実的で高価であり、したがって、日常の機能25に結果を関連付ける際に、より悪い外部の有効性を保持します。したがって、現実世界の文脈に一般化を促進するために、家庭環境で個人を研究する必要性が高まっています。フィールドスタディでは外因性の影響を制御することはできませんが、統合されたアプローチは、生物学的および環境的要因の両方が健康、生理学およびパフォーマンス23、26、27,26,27にどのような影響を与えるかに光を当てるのに役立つかもしれません。このプロトコルは、習慣的なルーチンに従いながら、家庭環境の個人を監視できるように特別に設計されました。これらの唾液サンプリングプロトコルは、このプロトコルの実施の容易さをサポートするAmazon28や南極29などの困難な設定で成功裏に行われてきました。

アンケートは睡眠や概日研究に役立つツールであり、幅広い情報を迅速かつ簡単に収集できます。しかし、主観的な対策と客観的な対策の間の不一致は、個人差を研究しようとするときに困難を生み出す可能性があります。したがって、複数の主観的かつ客観的な手段を収集することができることは、概日表現型群の分類を強化することができる。この方法の組み合わせ (MCTQ、アクティグラフィー、生理学的サンプリング、パフォーマンステスト) は、概日表現型の個人差が考慮されない場合に結果を誤って解釈する方法を強調しています。これらの変数をすべて測定すると、概日表現型群の最も信頼性の高い分類が可能になりますが、要件を少なくするためにこの方法をさらに開発する可能性があります。例えば、信頼性はまだ調査される予定ですが、コストを削減するために、研究者はコルチゾールサンプリングステップを取り除くか、別のアンケートを使用することができます。しかし、DLMOは概日タイミングの現在のゴールドスタンダードマーカーであり、活動は休息/活動パターンを監視するための標準的な方法であるため、これは評価に含める必要不可欠な変数となるでしょう。

個々のタイミング(内部生物学的時間)に基づくタイミングではなく時計時間に基づいてパフォーマンステストをスケジュールすると、実現可能性が高まり、プロトコルを現実の設定で適用できます。しかし、この設計の制限は、概日系の影響とホメオスタティックな影響を判断できないことです。結果に寄与する特定のメカニズムを確認する方法がないため、これは課題となります。しかし、このプロトコルの目的は、実際のシナリオでこれらのグループを調査することなので、スリープ依存メカニズムを減らすことは、結果の外部の有効性を最小限に抑えるであろう。したがって、統合された方法を使用することは、フィールドスタディにとってより適用可能であり、より実現可能であると主張することができます。

直接的なパフォーマンスの尺度は社会に非常に関連していますが、複数の影響要因、特に概日表現型や睡眠圧に従って個人をグループ化する必要性を考慮せずに、研究が重要な結果を欠く可能性があるようです。

議論したように、PVTとKSSは多くの研究分野で広く使用されてきました。PVTのシンプルさとタスク期間の柔軟性は、複数回の試験時間を必要とする概日および睡眠制限研究で使用する魅力的な試験となり、睡眠剥奪30、31,31の敏感なマーカーであることが示されている。テスト精度と全体的な反応時間はタスクの期間とともに増加しますが、2分、5分および10分のPVTタスクはすべて、同じような日の関係の時間を示します32.

プロトコル設計は、さまざまなパフォーマンスタスクを使用して、必要に応じてより頻繁な時点で実装できます。これまでの研究では、有酸素能力15や執行機能25などの身体的および認知的パフォーマンス指標の両方で一日の効果の時間が示されています。このプロトコルを実装し、個人差を考慮すると、特にエリートスポーツなどのよりニッチな設定で、パフォーマンスに寄与するメカニズムを研究する方法の理解が高まります。要約すると、このプロトコルは概日表現型の実世界評価を可能にし、一日の時間がパフォーマンスに与える影響を測定する方法についての洞察を提供する。

開示事項

B.M.とD.J.S.はストックグランド株式会社の共同取締役です。著者らは、他の競合する財政的利益を宣言しない。

謝辞

この研究は、バイオテクノロジー・生物科学研究評議会(BBSRC、BB/J014532/1)と工学物理科学研究評議会(EPSRC、EP/J002909/1)からの資金提供によって支えられました。E.R.F.Cは、ウェルカムトラスト制度戦略支援基金(ISSF)スキームアクセラレータフェローシップ(ウェルカム204846/Z/16/Z)とオーストラリア政府、産業イノベーション省助成金(ICG000899/19/0602)によって支援されました。私たちの心から感謝は、アッセイ試薬のためのすべての参加者とストックグランド株式会社に感謝します。

資料

NameCompanyCatalog NumberComments
Actiwatch LightCambridge Neurotech LtdVarious different validated actigraph devices can be used depending on what is required
Sleep Analysis 7 SoftwareCambridge Neurotech LtdVarious different validated software can be used depending on what is required
7 ml plastic bijousVarious different tubes or salivettes can be used depending on what is required
DQ67OW, Intel Core i7-2600 processor, 4GB RAM, 32-bit Windows 7Various different devices can be used depending on what is required

参考文献

  1. de Souza, L., et al. Further Validation of Actigraphy for Sleep Studies. Sleep. 26 (1), 81-85 (2003).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Brown, S. A., et al. Molecular insights into human daily behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (5), 1602-1607 (2008).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Burgess, H. J., Fogg, L. F. Individual differences in the amount and timing of salivary melatonin secretion. PLoS One. 3 (8), e3055 (2008).
  10. 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).
  11. Bailey, S. L., Heitkemper, M. M. Circadian rhythmicity of cortisol and body temperature: morningness-eveningness effects. Chronobiology International. 18 (2), 249-261 (2001).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Benloucif, S., et al. Measuring melatonin in humans. Journal of Clinical Sleep Medicine. 4 (1), 66-69 (2008).
  15. Blatter, K., Cajochen, C. Circadian rhythms in cognitive performance: Methodological constraints, protocols, theoretical underpinnings. Physiology & behavior. 90 (2-3), 196-208 (2007).
  16. 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).
  17. Schmidt, C., et al. Circadian preference modulates the neural substrate of conflict processing across the day. PLoS One. 7 (1), e29658 (2012).
  18. 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).
  19. Van Someren, E. J. Improving actigraphic sleep estimates in insomnia and dementia: how many nights?. Journal of sleep research. 16 (3), 269-275 (2007).
  20. Moreno, C., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
  21. 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).
  22. Åkerstedt, T., Gillberg, M. Subjective and objective sleepiness in the active individual. International Journal of Neuroscience. 52 (1-2), 29-37 (1990).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Moreno, C. R., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
  29. Arendt, J., Middleton, B. Human seasonal and circadian studies in Antarctica (Halley, 75 degrees S)). General and Comparative Endocrinology. 258, 250-258 (2018).
  30. Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34 (5), 581-591 (2011).
  31. 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).
  32. 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).

転載および許可

このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します

許可を申請

さらに記事を探す

158

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

個人情報保護方針

利用規約

一般データ保護規則

お問い合わせ

図書館への推薦

JoVE ニュースレター

研究

教育

著者

図書館員

JoVEについて

Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved