Name: collecting sleep, circadian, fatigue, and performance data in complex operational environments
Uploaded: 2019-08-08T14:30:00
Duration: 8 min 36 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Collecting Sleep, Circadian, Fatigue, and Performance Data in Complex Operational Environments at JoVE.com

研究参加者と航空会社のスタッフがデータ収集をサポートしてくれたことに感謝します。また、NASAエイムズ研究センターの疲労対策研究所のメンバーの皆様のご支援に感謝申し上げます。この研究は、NASAシステム全体の安全プログラムによって支援されました。

EEFEはベビースリープサイエンスのコンサルタントであり、ワシントン州立大学、シカゴ大学、プゲット・サウンド・パイロット、国家安全評議会、米国睡眠医学・睡眠研究会から旅行資金を受け取っています。他の著者は報告する開示を持っていません。

この原稿に記載されている方法は、睡眠パターン、概日相、疲労評価、および早期開始、高いワークロードの昼間のフライト、および遅い終わりを含む昼間のフライト中のパイロットのパフォーマンスに関する洞察を提供します。これらの方法の組み合わせは、これらの要因はすべて、作業開始時間とワークロードのわずかな変化の影響を受けることがわかります。体系的な研究スケジュールを評価し、これらの対策を使いやすいタッチスクリーンアプリケーションに統合することで、困難な環境で大量のデータを収集しました。この方法の組み合わせを使用すると、従来の昼間の勤務シフト時の覚醒とパフォーマンスの変化をより明確に解釈できます。
客観的な睡眠、概日、疲労、およびパフォーマンスデータを測定する方法の設計と実装は、時差ぼけがない日中の飛行中に作業開始時間がパイロットに与える影響を判断する上で重要でした。このプロトコルは、条件間の体系的な比較を可能にすると同時に、参加者の不便を最小限に抑え、運用上関連するタイムポイントでのデータ収集を最大化するように設計されています。これらは、運用環境で意味のあるデータを収集するための重要な手順です。この対策は、研究室とフィールドスタディの両方で検証されており、結果を解釈するために重要です。この研究は、参加者が独立して学習手順を完了できるように設計されましたが、事前学習説明会は、ボランティアが学習手順を理解し、完了時に一貫性を維持することの重要性を確実に理解するために重要でした。特にPVTのテストと質問を研究します。
睡眠時間とタイミングが仕事の開始時間に応じて変化するという知見は、PSGを使用して睡眠タイミング59、60を評価した個人の小さなサンプルにおける以前の研究と一致している。早期開始と遅い終了は、睡眠のタイミングを侵害することが予想される場合がありますが、運用環境で収集されたデータの大規模なサンプルは、参加者が睡眠を失う予期しない方法に関する洞察を提供します。例えば、覚醒する最強のドライブを表すウェイクメンテナンスゾーンは、習慣的な就寝時間の直前に発生します。実験室の研究では、参加者は覚醒維持ゾーン61、62、63の間に睡眠困難を持つことが示されている。参加者は早起けに備えるために、通常より数時間早く寝ようとすることが期待された。また、覚醒維持ゾーン中に睡眠を開始しようとした結果、参加者は早期開始前の睡眠中に長い睡眠遅延を示す可能性があることも期待された。しかし、これはそうではありませんでした。これらのデータは、実験室と現場の重要な違いを浮き彫りにし、運用環境で睡眠データを収集する必要性を示しています。
概日相情報は個人のサブセットで得られたが、各スケジュールタイプで観察された概日相変化は、睡眠タイミングで観察された変化を反映した。このプロトコルに概日相を追加することで、疲労評価とパフォーマンスが作業開始時刻によって変化した理由を理解する機能が強化されました。覚醒とパフォーマンスは概日リズムに従い、最も低い覚醒と最も低いパフォーマンスは、通常、aMT6sアクロフェイズのタイミングと一致します。ほとんどの参加者の概日リズムは、課せられた作業スケジュールに対して期待される方向にシフトすることが判明したが、このシフトは個人間で変動することがわかった。これは、一部の個人が早期または遅いスケジュールに適応するのがより困難で、控えめな概日不整列を引き起こす可能性があることを示唆しています。これらの方法の組み合わせは、これらの結論の解釈を強化しました。
また、収集された睡眠データは、疲労評価とパフォーマンスが異なる作業スケジュールに対して変化した理由をより深く理解することができました。例えば、初期の開始と遅い終了の間に、サム・ペレリの評価とPVTのパフォーマンスは、これらのスケジュールのそれぞれに日ごとに悪いことがわかりました。これは、パイロットがベースラインに対して初期の開始時と遅い終了時に睡眠を得る時間が少ないため、これらのスケジュールで毎日睡眠負債を発生させていたので、理にかなっています。対照的に、PVTのパフォーマンスは、高いワークロードの昼間の開始スケジュールの間も日中に悪かった。昼間のスケジュールでは、パイロットが得た睡眠時間は、ベースラインデータ収集中の睡眠時間と変わらなかった。その結果、この知見は、昼間の作業スケジュールで観察されたパフォーマンスの低下が急性睡眠制限によって駆動される可能性が低いことを示唆している。睡眠データなしで疲労度とパフォーマンスデータを解釈することは非常に困難であり、これらの方法の組み合わせは重要です。
これらのメソッドは正常に設計および実装されましたが、この方法にはいくつかの課題が伴う場合があります。たとえば、参加者が一部の手順を完了するタイミングや方法を忘れる可能性があります。特に尿採取の第1段階では、プロトコルに従ってタスクを完了していることを確認するために、定期的にボランティアと連絡を取るのに役立ちます。さらに、個人が研究デバイスを紛失したり損傷したりする可能性があるため、研究期間が長くなるにつれてデータ損失のリスクが高まります。この調査の場合と同様に、数週間の研究が予定されている場合は、潜在的なデータ損失を減らし、プロトコルのコンプライアンスを確認するために、研究の中間点でデータをダウンロードすることが望ましい場合があります。データが不十分であったり欠落したりすると、結果の解釈が低下する可能性があるため、個人がデータを適切に収集できるように注意が必要です。
これらのメソッドには、他の操作設定で多くのアプリケーションが考えられます。これらの方法は、宇宙飛行や軍事作戦中など、異常なスケジューリング慣行や環境上の考慮事項を持つ職業における睡眠、概日相、疲労、およびパフォーマンスを特徴付けるために使用できます。さらに、概日相シフトを加速する青色光の使用、戦略的なオンザジョブ昼寝、睡眠を最大化するための催眠術など、実験室環境で評価される多くの有望な介入と対策があります。覚醒を改善するためにカフェインなどの覚醒剤を使用する機会。このようなアプローチは、制御された実験室条件下で有効であることが示されるかもしれませんが、運用環境でのそのようなツールや技術の導入は、現実世界の疲労を軽減する効果を確認するために評価されなければなりません。アクティグラフィー、睡眠日記、概日位相情報、疲労評価、PVTコレクションの組み合わせは、タスクの管理を容易にする使いやすいソフトウェアアプリケーションと組み合わせることで、有効性を評価するための十分なデータを提供します。介入の。これらの方法を組み合わせると、他の複雑な運用環境に対して大きな翻訳の可能性があり、より侵略的なデータ収集の取り組みを展開することが困難になる可能性があります。

睡眠不足と概日不整列に起因する疲労は、24時間の操作、不規則なスケジュール、および長時間労働を必要とする職業の安全性に対する深刻な脅威です。実験室の研究は、睡眠時間とタイミングの変化が、その後の覚醒とパフォーマンス3、4、5にどのように影響するかを特徴付けるのに役立ちました。これらの研究は、運用環境における疲労リスク管理の推奨事項と作業スケジューリングプラクティスの基礎を形成します 6.
この原稿では、航空運用のフィールドスタディを使用して、複雑な運用設定7で睡眠、概日、疲労、およびパフォーマンスデータを収集するためのアプローチを実証します。34日間にわたり44人の航空会社のパイロットを調査し、午前中のフライト、早期フライト、高い作業負荷の高い昼間のフライト、真夜中以降に着陸した遅延便を含むスケジュールを飛行しました。各作業ブロックは、3-4日間の休息によって分離された。パイロットは、飛行義務と休息日の両方を含む研究期間全体にわたって客観的かつ主観的なデータを収集しました。
実験室環境と実世界環境の違いを考えると、研究室で開発された戦略や対策の実施は、必ずしも期待どおりに運用に変換されるとは限りません。個人差、幅広い業務スケジュール、不規則で予測不可能な業務、組織の慣行と文化、労働協定は、科学の実用化を複雑にする要因の一部です。運用上の使用。その結果、睡眠、概日リズム、疲労または覚醒、およびパフォーマンスを評価するために一貫性のある信頼性の高い方法を使用して、このような介入の影響を評価することが重要です。監視とデータ収集のレベルは、予想される疲労レベルと、操作8内の安全性に関連するリスクに比例して維持する必要があります。さらに、安全に敏感な環境では、安全な操作を維持することは調査プロトコルにとって最も重要です。
睡眠時間と品質を評価するためのゴールドスタンダード方法は、頭皮、顔に置かれた電極とセンサーのコレクションを通じて脳活動、心拍数、眼球運動、筋肉活動を測定することを含むポリソムノグラフィー(PSG)を通じて、そして胸。堅牢ですが、PSG はほとんどの運用環境で睡眠情報を収集する実用的ではありません。多くのウェアラブルデバイスは、睡眠のタイミング、持続時間、および品質を推定するために開発されていますが、9、10の検証が行われているものはほとんどありません。手首を着用したアクティグラフィーと毎日の睡眠日記の組み合わせは、幅広い職業11、12、13、14の分野研究で睡眠を推定するために使用され、検証されていますPSGに対して、睡眠時間15の一致を示す。さらに、フィールドスタディにアクティグラフィーと睡眠日記を使用すると、ほとんどのアクティグラフィーデバイスは非支配的な手首に着用され、腕時計のようにシャワーや水泳のためにのみ取り外されるため、研究参加者の労力は低くなります。同様に、電話やタッチスクリーンデバイスに表示される適切に設計された睡眠日記は、通常、2分未満で参加者によって完了することができます。
睡眠覚醒サイクルは視床下部16の上皮核に位置する概日ペースメーカーによって調整される。このペースメーカーはまた、体温やホルモンのリズム(例えば、メラトニンやコルチゾール)などの生物学的機能の多くの他の側面を同期させます。内因性概日リズムは24時間に近いが、正確には24時間ではない。したがって、24 時間の日に安定した同期 (つまり、エントレインメント) を可能にするために、毎日リセットする必要があります。概日ペースメーカーの主なリセット剤は軽いです。非標準スケジュールと 24 時間の操作を必要とする運用環境では、概日上のミスアライメントが発生する可能性があり、その中で、眠る概日ドライブはスケジュールされた作業11と一致します。概日ペースメーカーが睡眠と覚醒を促進している時期は、概日リズムによって制御される生体信号のピークタイミング(概日相)を測定することによって決定することができる。
このような技術が課せられた作業スケジュールに概念ペースメーカーを合わせるために成功しているかどうかをよりよく理解するためには、対策の実施後の概日相を測定することが重要です。実験室の設定の位相を決定するために使用される概日系の出力の多くはマスキングを起こしやすく、フィールド環境での使用には適していません。例えば、体温の概日変化は、体温を変化させる運動などの活動に従事する自由な生活者では検出が困難である。メラトニンは光暴露によって急激に抑制され、血液中のメラトニンや唾液の採取は、光を制御できない状況では不可能になります。しかし、メラトニンの主要代謝産物である6-スルファトキシメラトニン(aMT6s)は尿中に排泄され、光のマスキング効果の影響を受けにくく、運用環境における概日相を測定するための理想的な候補である17、 18.
生理学の変化を測定するだけでなく、主観的な疲労や覚醒に対する作業スケジュールの変化の影響を測定することも重要です。覚醒と疲労の異なる側面を測定するために利用可能ないくつかのスケールがありますが、航空で最も一般的に使用される7点サムンペレリ疲労スケール(SP)19と9ポイントカロリンスカ眠気スケール(KSS)20です。SPはまた、職業21、22、23、24の広い範囲にわたるシフト労働者のフィールドスタディで一般的に使用されています。KSSは、脳波検査(EEG)や遅い転がり目の動き20、25、ならびに性能25などの眠気の客観的な尺度に対して検証されています。このスケールは、研究室とフィールド24、26の両方の研究で一般的に使用されます。異なるシフトワークや職業環境に適した他の主観的なスケールがあるかもしれません。検証済みのスケールを選択し、理想的には「許容可能な」覚醒レベルの有意義なしきい値を持つスケールを選択することが重要です。例えば、7以上のKSSスコアは、眠気および運転性能の障害の高レベルの徴候に関連しており、Samn-Perelliの評価は飛行任務28に直接関連する。この原稿に記載されている研究のために、Samn-Perelliは、もともとパイロットからなる研究集団の主観的疲労対策として開発されたので、使用されました。28歳
睡眠と概日相の測定は介入を評価する上で重要な要素ですが、フィールドスタディに関心のある主な結果は、通常客観的なパフォーマンスです。認知能力を評価するために開発された様々なテストがありますが、睡眠喪失と概日不整列の影響を測定するための最も敏感で信頼性の高いテストは、精神運動警戒タスク(PVT)です。元のPVT(PVT-192)は、個人が刺激を与えられ、可能な限り迅速にボタンを押すことによって刺激に応答するように指示される単純な反応時間テストです29。PVTは急性および慢性睡眠喪失および概日不整列4、5、30の条件の下で証明された。タスクの期間は、研究31、32の設計に基づいて変更することができます。しかし、従来の10分の持続時間は、実験室研究33、34で好ましい。5分の持続時間PVTは、通常、運用上の要求がテスト35の管理を妨げる可能性のあるフィールドスタディでより現実的です。
さらに、PVTは学習効果がほとんどなく、使い方も簡単で、テスト36中に研究参加者が観察されないフィールド環境に展開するための実用的なテストとなっています。タッチスクリーンデバイスのユビキタスは、PVTの簡単な展開を可能にしますが、PVTデータの収集にエラーを引き起こす可能性のあるタッチスクリーンデバイスの多くの側面があるので、研究者は、PVTを実装する際に注意する必要があります37 、38.たとえば、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによってシステムの遅延が異なり、バックグラウンドで実行されている他のアプリケーションでは、記録された反応時間に未知のエラーが発生する可能性があります。その結果、検証済みの PVT を使用して、一貫性のあるハードウェアとソフトウェア、WiFi、および他のすべてのアプリケーションをオフにして PVT データを収集することが重要です。また、運用環境でのテスト中に研究参加者を観察することは実用的ではないことを考えると、参加者が同じ指38を使用して、同じ向きでデバイスで各PVTを完了するように訓練することが重要です。 39.
データ収集のこれらの要素のそれぞれは重要であり、これらのツールは、過去40、41、42、43の他の運用研究で使用されてきました。ただし、上記の課題に加えて、参加者が独立してタスクを完了する必要がある場合、特に時間に敏感なコンポーネントが含まれている場合は、学習手順の遵守を達成することが困難な場合があります。運用環境でのデータ収集で重要な最後の要素は、個人が時間通りにタスクを完了しやすいように情報を編成することです。タッチスクリーンデバイス用のNASA PVT+アプリケーションは、作業手順を通じてそれらを導く、順番に参加者にタスクを提示するためにカスタマイズすることができます。たとえば、ここで示された研究では、航空会社のパイロットには、毎朝と夕方に睡眠日記を完成させるために使用されるアプリケーションがプリロードされたタッチスクリーンデバイスが提供されています。また、PVTテストや疲労定格を完了するためにも使用され、午前中、各フライトの最上方降下(TOD)、飛行後、および就寝前の夕方に使用されます。この情報のプレゼンテーションにより、パイロットは作業に関連する作業に最小限の不便を伴って学習手順を完了することができました。
パイロット間でデータを収集することは非常に困難です。パイロット疲労は安全な航空作戦40、44、45への脅威であるため、これらの課題にもかかわらず、この集団のデータを収集することが重要です。航空会社の運用の高強度は、乗組員のパフォーマンスの低下を助長し、疲労関連のインシデントのリスクを増加させます 46,47,48,49,50.上記の方法の組み合わせを使用して、34日間にわたり44人の短距離航空会社のパイロットの睡眠、概日リズム、疲労、パフォーマンスを測定しました。調査の間、パイロットは、5日間の午前中のフライト、4つの早期フライト、4つの高い作業負荷の高い昼間のフライト、および真夜中以降に着陸する4つの遅いフライトを含むベースラインデータ収集を含む固定スケジュールを飛びました。各作業ブロックは、3-4日間の休息によって分離された。これらの知見は、睡眠、概日リズム、疲労、パフォーマンスの尺測定を含む包括的なデータ収集が、運用環境でどのように使用できるかを示しています。
この場合、研究の目的は、睡眠、概日リズム、疲労、およびパフォーマンスをデューティ開始時間によって以下のように評価することにした。1)ベースライン:最初のデューティブロックの間、すべてのパイロットは、適切な夜間睡眠エピソードを可能にするために、午前中に始まり、それぞれ約2時間の2つのフライトを含む5日間働きました。このブロックの後に4日間の休息日が続いた。2)早期開始:早期勤務ブロックの間、すべてのパイロットは、それぞれ約5:00 AMと8:00 AMの間に始まる約2時間の2つのフライトを含む5日間働きました。このブロックの後に3日間の休息日が続いた。3)高いワークロードシフトは、昼間のデューティブロックの間、すべてのパイロットが5日間働き、それぞれ約2〜6時間の2〜4便を含み、ほぼ昼頃から始まりました。このブロックの後に3日間の休息日が続いた。4)遅い終わり:遅いデューティブロックの間に、すべてのパイロットは、午後4:00頃に始まり、真夜中頃に終わる、約3時間の2つのフライトを含む5日間働きました。このブロックの後に3日間の休息日が続いた。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Actiwatch Spectrum Pro</td>
			<td>Philips Respironics, Bend OR, USA</td>
			<td>1099351</td>
			<td>The number listed in the Catalog Number section is the Reference number for Actiwatch Spectrum Pro.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>iPod Touch 5Th gen</td>
			<td>Apple Inc., Cupertino CA, USA</td>
			<td>A1509</td>
			<td>The number listed in the Catalog Number section is the Model number. Newer generations of iPods can be used for data collection.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medline DYND30261 Zip-Style Biohazard Specimen Bags, Plastic, Latex Free, 9&#34; Length, 6&#34; Width, Clear</td>
			<td>Medline Industries, Inc., Northfield IL</td>
			<td>DYND30261</td>
			<td>The number listed in the catalog Number section is the Part number</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medline DYND80024 24 hours Urine Collection Bottle, 3000 mL</td>
			<td>Medline Industries, Inc., Northfield IL</td>
			<td>DYND80024</td>
			<td>The number listed in the catalog Number section is the Part number</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Moveland 3ml Disposable Plastic Transfer Pipettes</td>
			<td>Moveland</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nordic Ice NOR1038 No-Sweat Reusable Long-Lasting Gel Pack, 16 oz. (Pack of 3)</td>
			<td>Nordic Cold Chain Solutions</td>
			<td>0858687005050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Office Depot Brand Print-Or-Write Color Permanent Inkjet/Laser File Folder Labels, OD98817, 5/8&#34; x 3 1/2&#34;, Dark Blue</td>
			<td>Office Depot, Inc.Boca Raton FL, USA</td>
			<td>660-426</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Philips Actiware 6.0.9</td>
			<td>Respironics, Inc., Murrysville PA, USA</td>
			<td>1104776</td>
			<td>This software is used to analyze sleep recorded through Actiwatch Spectrum Pro</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Push cap, neutral for 7 mL tubes</td>
			<td>Sarstedt, Numbrecht, Germany</td>
			<td>65.793</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SAS software 9.4</td>
			<td>SAS Institute, Cary, NC</td>
			<td>https://www.sas.com/en_us/software/visual-statistics.html</td>
			<td>This software is used to analyze the data. Any statistical software (e.g., SPSS, R) can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shipping material</td>
			<td>FedEx, USPS, UPS</td>
			<td></td>
			<td>Any company can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Specimen Collector Urine/Stool White 26 oz.</td>
			<td>McKesson Corporation, San Francisco CA</td>
			<td>16-9522</td>
			<td>The number listed in the catalog Number section is the Part number</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube 7 mL, 50x16mm, PS</td>
			<td>Sarstedt, Numbrecht, Germany</td>
			<td>58.485</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

collecting sleep, circadian, fatigue, and performance data in complex operational environments

睡眠喪失と概日ミスアライメントは、運用上の事故やインシデントの有意な割合に寄与します。疲労軽減を目的とした対策や作業スケジューリング設計は、通常、制御された実験室環境で評価されますが、そのような戦略を運用環境に変換する有効性を評価することは困難な場合があります。この原稿は、複雑な運用環境で睡眠、概日、疲労、およびパフォーマンスデータを収集するためのアプローチをまとめた。34日間にわたり44人の航空会社のパイロットを対象に、5日間の午前中のフライト、4つの早期フライト、4つの高い作業負荷の高い昼間のフライト、真夜中以降に着陸した4つの遅延フライトを含む、固定されたスケジュールを飛行しながら調査しました。各作業ブロックは、3-4日間の休息によって分離された。睡眠を評価するために、参加者は手首を着用した研究検証済みの活動モニターを継続的に着用し、毎日の睡眠日記を完成させた。概日相を評価するために、パイロットは、概日リズムのバイオマーカーである6-スルファトキシメラトニン(aMT6s)の評価のために、各デュートブロックの後の24時間の間に4または8時間のビンで生成されたすべての尿を収集するように求められました。主観的な疲労と客観的なパフォーマンスを評価するために、参加者は、各フライト中および飛行中、およびウェイクタイム、昼間、およびウェイクタイムでSamn-Perelli疲労スケールと精神運動警戒タスク(PVT)を完了するために使用されるタッチスクリーンデバイスを提供されました。就寝。これらの方法を用いて、睡眠時間がベースラインに対して早期開始および遅い終了の間に減少したことがわかった。概日相は任務スケジュールに応じてシフトしたが、aMT6sのピークは各スケジュールで個人間で広い範囲であった。PVT のパフォーマンスは、ベースラインに対する初期、高ワークロード、および遅延スケジュールで悪化しました。全体的に、これらの方法の組み合わせは、複雑な運用環境における疲労とパフォーマンスに対する睡眠喪失および概日相の影響を評価するために実用的かつ効果的であった。

記載の方法を使用して、我々は44短距離パイロット7の間で700日以上のデータと3,000 PVTと疲労評価を収集することができました。本研究の目的は、就業開始時刻と日中の作業負荷によって、短距離パイロットの睡眠、概日相、疲労評価、およびパフォーマンスの変化を特徴付けることを目的としていた。
被験者内研究設計を考慮して、参加者を繰り返し因子として使用して、非構造化共分散との分散の繰り返し測定分析を用いて、睡眠およびパフォーマンス結果に対するすべての条件効果を評価した。特定のスケジュールで睡眠とパフォーマンスの結果が日によって変化するかどうかを評価するために、線形混合効果モデルを睡眠およびパフォーマンスの変化に適用した。所定のスケジュールへの適応の個々の違いを考慮するために、インターセプトと傾斜は個人によって異なることを許された。
これらの方法で最初に取り上げられた目的は、義務開始時間が睡眠に与える影響を調べることでした。睡眠時間、就寝時間、起床時間、睡眠の質は、睡眠日記と行動性を用いて計算した。アクティビティ モニタから派生したアクトグラムの例を図7に示します。混合効果回帰分析を用いた作業開始時間の関数として、睡眠のタイミングと持続時間が有意に変化することが実証された。表1は、睡眠日記の参加者によって報告されたスケジュールタイプ別の就寝時間、起床時間、睡眠時間および睡眠の質を示す。参加者はベースラインブロックで平均23:10(SD=1:41)に就寝しました。早期勤務スケジュールブロックの就寝時間はベースライン(p<0.01)と大きく異なり、参加者は早めの就寝時間を報告しました。昼間と遅い勤務スケジュールの就寝時間もベースライン(p<0.01)と大きく異なり、参加者は後の就寝時間を報告しました。参加者は、ベースラインと比較して休息日に大幅に後に寝ました(p < 0.01)。
図 8は、各スケジュール タイプの日ごとの平均アクティグラフ派生睡眠時間を示しています。参加者は、ベースラインと比較して早期開始で有意に少ない睡眠(p < 0.01)を得た。他のスケジュールタイプの睡眠時間はベースラインと変わらなかった。アクティグラフィーから得られた睡眠遅延および睡眠効率は、どのスケジュールタイプのベースラインとも有意に異なっていなかった。睡眠発症後の覚醒(WASO)は、ベースライン(p<0.05)と比較して早期開始で有意に異なり、パイロットは初期開始時により多くの目を覚ましたと報告した。ベースラインと他のスケジュールタイプに違いはありませんでした。休息日とベースラインの間に有意な差はなかった。
これらの方法で取り上げられた第2の目的は、aMT6sによって測定された概日相に対するデューティ開始時間の影響を調べることであった。aMT6sリズムのピークタイミング(アクロフェーズ)は、概日相58の信頼できるマーカーである。図9は、1人の個人に対して24時間を超えるaMT6sの概日リズムの例を示し、図10は、研究ブロックによる尿採取手順に参加した各個人のaMT6sアクロフェーズを示す。睡眠に関する所見と一致して、作業開始時間に応じて概日期が有意にシフトしていることが判明した。図 10に示されているデータ収集情報に注意することが重要です。一部の個人は、いくつかのブロックの尿収集手順に問題があったか、彼らは彼らのサンプル収集のタイミングを記録するのを忘れていました。このような場合、aMT6s濃度から概日相の信頼性の高い推定値を生成すできず、その結果、一部のデータが欠落しています。概日相情報の収集が重要な場合は、各尿収集の前に参加者に電話して、手順が適切に従っていることを確認するのが賢明な場合があります。
これらの方法で取り上げられた第3の目的は、SPによって測定された自己報告疲労に対するデューティ開始時間の影響と、PVTによって測定された客観的な性能を調べることであった。睡眠に関する調査結果と一致して、混合効果回帰分析を用いて、疲労(表2)とPVT反応時間(図11)の両方が、早期開始時、高いワークロードの昼間シフト、および遅い終わりの間に悪化していることがわかりました。ベースライン データ収集 (p < 0.001 SP; p < 0.01 PVT RT) に対する相対的な情報です。参加者は、ベースライン(p< 0.01早期;p<0.05正午;p< 0.01遅れ)と比較して、各スケジュールタイプの経過が大幅に増加したことを示しました。休息日のパフォーマンスはベースラインのパフォーマンスと同様でした。これらの結果は表3にも記載されています。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig01.jpg"> 図1:研究の各日の時刻による研究プロトコル。濃い灰色のバーは飛行前のレポート時間(オープンバー)を含む飛行期間を表し、薄い灰色のバーは睡眠期間を表します。1 日から 5 日はベースラインデューティ ブロックを表し、日は 10 ~ 14 日が早期関税開始を表し、18 ~22 日は昼間の関税開始を表し、26 ~ 30 日は遅延開始を表します。シェードバーは、尿が収集されたときに最初の休息日のポストデューティブロックを表します。●このフィギュアはフリン・エヴァンスら7.から再現。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig01large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig02.jpg"> 図2:非支配的な手の手首に装着された活動モニター/加速度計装置。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig02large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig03.jpg"> 図 3: タッチスクリーン アプリケーションを使用して休憩日に行ったテストの例。左から右へ:(A) アプリのメインページには 2 つのリンクが表示されます。(B) 残りの日には、朝、昼、夕方の3つのリンクが表示されます。(C) 朝のリンクには、午前中に行われたテストが表示されます。(D) 昼間のリンクには午後に行われたテストが表示され、夕方のリンクには夕方に行われたテストが表示されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig03large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig04.jpg"> 図4:尿キット。キットには、(A)尿帽または尿回収容器、(B)ピペット、(C)尿採取管、(D)白いステッカーラベル、(E)バイオハザードバッグ、(F)アイスパック、および(G)出荷が含まれています。材料。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig04large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig05.jpg"> 図5:尿採取ログの例。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig06.jpg"> 図6:精神運動警戒タスク(PVT)。(A) タッチスクリーンデバイスは横向きで、テストの開始時に親指が画面に表示されます。(B) 反応時間は、画面の中央上部の長方形のボックスに表示されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig06large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig07.jpg"> 図7:14日間24時間にわたる睡眠覚醒サイクルのアクトグラム。濃い青色は睡眠期間を表します。水色は残りの期間を表します。黒い色は動きを表します。黄色はライトを表します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig07large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig08.jpg"> 図8:各スケジュールタイプの日別平均アクチグラフィー由来睡眠時間。1 日目は、特定のブロックの最初の作業期間の前の睡眠の夜を表します。アスタリスクは、ベースライン条件と早期開始ブロックの間の平均値に有意な差 (*p < 0.05、 **p < 0.01) を指定します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig08large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig09.jpg"> 図9:単一の参加者に対する各データ収集エピソードに対する5つの尿収集ビンのaMT6プロファイル。データは二重プロットされます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig09large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig10.jpg"> 図10:6-スルファトキシメラトニン(aMT6)アクロフェイズ(ピーク)による概日ナディールの時間(24時間クロック)および各個体のスケジュールタイプ。塗りつぶされた開かれた円、三角形、正方形は個々の参加者を表します。この図はフリン・エヴァンスら7から再現されています<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig10large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを見るにはここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59851/59851fig11.jpg"> 図11:精神運動警戒タスク(PVT)は、各スケジュールタイプでの反応時間(RT)、経過数(RT>500ms)、および応答速度(平均1/RT)を各スケジュールタイプで1日ずつ平均します。各勾配に続くアスタリスクは、その状態での日ごとのパフォーマンスの変化を示します。角かっこは、ベースラインパフォーマンスと他の各条件におけるパフォーマンスの勾配の差を示します(*p < 0.05、**p < 0.01)。ベースライン = 塗りつぶされた円、初期 = 開いている円、昼間 = 満たされた三角形、後半 = 開いている三角形。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59851/59851fig11large.jpg" target="_blank">この図のより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。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>勤務スケジュール</td>
			<td>N</td>
			<td>就寝時間 (h, SD)</td>
			<td>スリープ解除時間 (h, SD)</td>
			<td>睡眠時間 (h, SD)</td>
			<td>睡眠の質 (SD)</td>
		</tr>
<tr>
<td>ベースライン (ref.)</td>
			<td>39</td>
			<td>23:10 (1:41)</td>
			<td>7:20 (1:49)</td>
			<td>8.2 (0.9)</td>
			<td>2.4 (0.7)</td>
		</tr>
<tr>
<td>初期</td>
			<td>42</td>
			<td>21:14 (1:01)**</td>
			<td>4:29 (0:47)</td>
			<td>7.4 (0.9)**</td>
			<td>2.5 (0.6)</td>
		</tr>
<tr>
<td>正午</td>
			<td>41</td>
			<td>01:19 (0:43)**</td>
			<td>9:11 (0:58)</td>
			<td>7.9 (1.1)</td>
			<td>2.3 (0.6)</td>
		</tr>
<tr>
<td>後半</td>
			<td>40</td>
			<td>02:18 (1:07)**</td>
			<td>9:57 (1:11)</td>
			<td>7.8 (1.4)*</td>
			<td>2.3 (0.7)</td>
		</tr>
<tr>
<td>休息日数</td>
			<td>42</td>
			<td>23:47 (0:50)**</td>
			<td>8:16 (0:58)</td>
			<td>8.5 (0.9)*</td>
			<td>2.4 (0.5)</td>
		</tr>
</tbody></table>表1:睡眠日記由来の睡眠結果(就寝時間、起床時間、睡眠時間、睡眠の質)をスケジュールタイプ別に示す。*p < 0.05, **p < 0.01;h = 時間、SD = 標準偏差。このテーブルはフリン・エヴァンスら7から再現
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>勤務スケジュール</td>
			<td>平均値 (SD)</td>
			<td>p 値</td>
		</tr>
<tr>
<td>ベースライン</td>
			<td>3.51 (0.80)</td>
			<td>参考。</td>
		</tr>
<tr>
<td>早期勤務</td>
			<td>4.03 (0.88)</td>
			<td>< 0.001</td>
		</tr>
<tr>
<td>正午の義務</td>
			<td>3.85 (0.90)</td>
			<td>< 0.001</td>
		</tr>
<tr>
<td>遅い義務</td>
			<td>3.85 (0.89)</td>
			<td>< 0.001</td>
		</tr>
</tbody></table>表 2: デューティ ブロックによる Samn-Perelli (SP) スコアの平均と標準偏差。評価が高いほど、疲労度が高いことを示します。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>勤務スケジュール</td>
			<td>n (参加者)</td>
			<td>平均反応時間 (ミリ秒、 SD)</td>
			<td>応答速度 (s, SD)</td>
			<td>平均経過 (> 500 ミリ秒)</td>
		</tr>
<tr>
<td>ベースライン (ref.)</td>
			<td>38</td>
			<td>236 (48)</td>
			<td>4.84 (0.61)</td>
			<td>3.1 (4.1)</td>
		</tr>
<tr>
<td>初期</td>
			<td>40</td>
			<td>257 (70)**</td>
			<td>4.63 (0.66)**</td>
			<td>4.4 (5.4)**</td>
		</tr>
<tr>
<td>正午</td>
			<td>39</td>
			<td>261 (62)**</td>
			<td>4.56 (0.66)**</td>
			<td>4.7 (5.1)*</td>
		</tr>
<tr>
<td>後半</td>
			<td>38</td>
			<td>266 (64)**</td>
			<td>4.51 (0.63)**</td>
			<td>4.7 (5.0)**</td>
		</tr>
<tr>
<td>休息日数</td>
			<td>40</td>
			<td>249 (56)</td>
			<td>4.69 (0.62)</td>
			<td>4.0 (4.5)</td>
		</tr>
</tbody></table>表3:精神運動警戒タスク(PVT)は、スケジュールタイプ別の反応時間(RT)、応答速度(平均1/RT)、経過数(RT> 500ミリ秒)を平均する。*p < 0.05, **p < 0.01;このテーブルはフリン・エヴァンスら7から再現されています

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Collecting Sleep, Circadian, Fatigue, and Performance Data in Complex Operational Environments

睡眠喪失と概日ミスアライメントは、多くの操作上の事故やインシデントに貢献します。疲労軽減を目的とした対策や作業スケジューリング設計の有効性は、運用環境での評価が難しい場合があります。この原稿は、複雑な運用環境で睡眠、概日、疲労、およびパフォーマンスデータを収集するためのアプローチをまとめたものです。

複雑な運用環境での睡眠、概日、疲労、パフォーマンスデータの収集

Sleep loss and circadian misalignment contribute to a meaningful proportion of operational accidents and incidents. Countermeasures and work scheduling ...

運用環境での覚醒とパフォーマンス データの収集は困難です。当社のプロトコルは、現実世界の疲労対策データを収集するためのツールのスイートを提供します。当社のプロトコルは、複雑な運用環境における睡眠、パフォーマンス、概日相の評価を可能にします。これらの技術は、睡眠不足および概日不整合の有病率を複数の操作コホートで評価するために使用することができる。これらの技術はまた、慢性的な睡眠喪失と概日不整合の長期的な健康への影響の縦方向の状態をよりよく知らせることができる。参加者は研究スタッフによって監督されていないので、データ収集手順を十分に説明し、参加者と頻繁にチェックインすることが重要です。データ収集手順を開始する前に、実験室環境でポリソムノグラフィーに対して検証されたアクティビティモニタを選択します。各参加者に、実験期間中に非支配的な手の手首にぴったりとしっかりと固定された活動モニターを着用するように指示する。水泳やシャワーなどの活動のための活動モニターの除去は、昼寝中の非活動から活動モニターの除去を区別するために、毎日の睡眠日記に記載する必要があります。アクティビティ モニタにイベント マーカー機能が含まれている場合は、アクティビティ モニタが削除されたときにマーカーをタップするように参加者に依頼します。分析を手伝うために。睡眠日記で得られた情報を強化し、分析を支援するために、すべての睡眠エピソードのために寝て目を覚ますときにイベントマーカーを押してください。アクティビティモニタを参加者に割り当てた後、日次データ収集に使用するアプリケーションを選択します。参加者に人口統計情報を含むベースラインアンケートを記入してもらい、研究成果の解釈に役立つ研究手順に従事してもらいます。メインのスリープエピソードの前後にアプリを使用して睡眠日記を完了するように参加者に指示します。メインスリープエピソードから目を覚ますと、参加者は目覚めの時間、覚醒の数と持続時間、睡眠の質を示しています。就寝直前の睡眠日記に昼寝の持続時間と就寝時間を記録するよう参加者に指示します。PVTトラッキングについては、各参加者に対して以下の指示を読み、すべての参加者が同じトレーニングを受けられるようにします。毎回横向きの位置にデバイスを保持し、テストを受けているすべての時間を画面の数ミリメートル以内にデバイスの上に各親指を置いてください。テスト中に、あなたの支配的な手の親指を使用して画面をタップします。それはあなたが通常書く手です。ボックスに赤い数字がスクロールしているのを見るとすぐに、すべてのテストで刺激に反応するためにあなたの支配的な手から親指を使用する必要があります。ディスプレイの数字は、毎回の応答速度を示し、数が小さいほど優れています。最善を尽くし、毎回可能な限り最小の数を取得してみてください。数字が表示される前に画面をタップしすぎると、誤った開始を示すエラーメッセージFSが表示されます。あなたの非支配的な腕を使用してタップすると、エラーを避けるFSとERRを示すメッセージERRが表示されます。親指を持ち上げるのを忘れると、テスト画面は短時間で思い出します。PVTを取りながらタッチスクリーンデバイスの正しい位置と親指の位置を実証し、常に無線LANをオフにしてタッチスクリーンデバイスを機内モードに保つように参加者に指示します。気が散らない時間に PVT を開始するように参加者に指示します。気晴らしが発生した場合、参加者はテストの後にアプリケーション内の気晴らしの数をメモします。各フライトの降下に加えて、参加者は作業パートナーと連絡を取り、研究タスクを完了するために時間を取ることができ、環境に気を散らさないようにします。6-スルファトキシメラトニンの生産を測定して概日相を推定するには、参加者に尿キット、尿丸太、トレーニング日の指示を提供します。尿キットは小便器帽子か小便器の水差しを含んでいる。いくつかのピペット、24時間コレクションあたり5つのラベル付き尿コレクションチューブ、2つの余分なチューブと白いステッカーラベル、クリーンバイオハザードジップロックバッグ。各収集ブロックの間に、出荷材料、アイスパック、尿採取ログおよび参照のための指示のコピー。参加者が1日の最初の尿採取のために目を覚ます時間から始まる24時間にわたって産生されたすべての尿を収集するように参加者に知らせ、一日を通して4時間ブロック、一晩で8時間ブロックで合計5サンプルを続ける。尿サンプルを得るために、各サンプルに対して新しいピペットを使用して、少量の尿を採取容器からサンプル当たりの新しい小管に移し、チューブが少なくとも半分いっぱいになるまで、サンプルに送るように指示する。参加者をキャッピングした後、その日の採取サンプルを示す番号でチューブにラベルを付ける必要があります。ラベル付けされたチューブは、大きなジップロックバイオハザードバッグに入れ、バッグはコールドパックで出荷箱に入れるべきです。次に、各参加者に前払いおよび事前住所の出荷ラベルが提供されていることを確認します。ここでは、睡眠時間、就寝時間、覚醒時間および睡眠の質を追跡するために使用される活動モニタから誘導されたアクチグラムの例を示す。この個体について睡眠のタイミングと持続時間は、混合効果回帰分析によって評価される作業開始時間の関数として大きく変化した。この代表テーブルには、睡眠日記の複数の参加者によって報告されたスケジュールタイプ別に、就寝時間、起床時間、睡眠時間、睡眠の質が表示されます。参加者はベースラインブロックで平均23:10時間に就寝し、早期勤務スケジュールブロックの就寝時間はベースラインとは大きく異なり、参加者は早期の就寝時間前に就寝時間を報告しました。正午と遅い勤務スケジュールの就寝時間もベースラインとは大きく異なり、参加者は後の就寝時間を報告しました。参加者は、ベースラインと比較して、休息日に大幅に後に寝ました。参加者はベースラインと比較して早期開始時に睡眠を大幅に少なくし、他のスケジュールタイプの睡眠時間はベースラインと変わらなかった。研究ブロックによって採尿手順に参加した各個人の6-スラトキシメラトニンアクロ相は、睡眠に関する知見と一致して、主な概日相が作業開始時間に応じて有意にシフトしたことを示した。混合効果回帰分析結果を使用すると、PVTの経過と応答速度の両方に対して類似していた。休息日の参加者のパフォーマンスはベースラインに似ていました。この手順の最も重要なステップは、学習タスクを完了するための参加者の適切なトレーニングです。特にPVTデータ収集の場合。このメソッドとテストの組み合わせのアプリケーションは、運用環境でのスリープ、パフォーマンス、および概日相データの収集を可能にします。

Research

JoVE Journal

Behavior

Assessing Functional Performance in the Mdx Mouse Model

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における機能のパフォーマンスを評価する<em&gt; MDX</em&gt;マウスモデル

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe and progressive muscle wasting disorder for which no cure is available. Nevertheless, several potential ...

Eye Tracking, Cortisol, and a Sleep vs. Wake Consolidation Delay: Combining Methods to Uncover an Interactive Effect of Sleep and Cortisol on Memory

アイトラッキング、コルチゾール、モーニング統合の遅延対スリープ：メモリ上で寝るとコルチゾールのインタラクティブ効果を明らかに方法を組み合わせる

Although rises in cortisol can benefit memory consolidation, as can sleep soon after encoding, there is currently a paucity of literature as to how these ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

経頭蓋磁気刺激、電、モーションキャプチャ、およびバーチャルリアリティを用いたヒトモータ制御研究のための多機能のセットアップ

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

The Treadmill Fatigue Test: A Simple, High-throughput Assay of Fatigue-like Behavior for the Mouse

トレッドミル疲労試験：マウスの​​疲労のような挙動のシンプルな、ハイスループットアッセイ

Fatigue is a prominent symptom in many diseases and disorders and reduces quality of life for many people. The lack of clear pathogenesis and failure of ...

Manipulation of Epileptiform Electrocorticograms (ECoGs) and Sleep in Rats and Mice by Acupuncture

Manipulation of Epileptiform Electrocorticograms ECoGs and Sleep in Rats and Mice by Acupuncture

鍼治療によりラットとマウスにおけるてんかんElectrocorticograms（ECoGs）の操作とスリープ

Ancient Chinese literature has documented that acupuncture possesses efficient therapeutic effects on epilepsy and insomnia. There is, however, little ...

A Computational Method to Quantify Fly Circadian Activity

フライの日周期活動を定量化する手法

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Noninvasive, High-throughput Determination of Sleep Duration in Rodents

齧歯動物の睡眠時間の非侵襲的で高スループットの測定

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Chronic Sleep Deprivation in Mouse Pups by Means of Gentle Handling

マウスで慢性的な睡眠不足は処理による穏やかな子犬します。

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Automated Measurements of Sleep and Locomotor Activity in Mexican Cavefish

睡眠とメキシコの血脈の自発運動の自動測定

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