Summary
Het huidige protocol introduceert een niet-commerciële zelfontwikkelde applicatie voor het verzamelen van real-time on-site gegevens, waaronder psychologische weegschalen, GPS-locatie, hartslag en bloed-zuurstofverzadigingsniveau, evenals de operationele procedures van de applicatie. Een empirische studie uitgevoerd in Taiwan in 2020 werd gebruikt als een toepassingsvoorbeeld.
Abstract
Het huidige protocol is bedoeld om de technologie-integratie te demonstreren en biedt een gedetailleerde beschrijving van het gebruik van de HealthCloud-app, ontwikkeld door het Healthy Landscape and Healthy People Lab, National Taiwan University (HLHP-NTU), op smartphones en smartwatches om gegevens te verzamelen over de real-time psychologische en fysiologische reacties en omgevingsinformatie van gebruikers. Er werd een flexibele en geïntegreerde onderzoeksmethode voorgesteld omdat het moeilijk kan zijn om multidimensionale aspecten van persoonsgegevens te meten in on-site studies in landschaps- en openluchtrecreatieonderzoek. Een on-site studie uitgevoerd in 2020 op de campus van de National Taiwan University werd gebruikt als een toepassingsvoorbeeld. Een dataset van 385 deelnemers werd gebruikt na uitsluiting van ongeldige monsters. Tijdens het experiment werd deelnemers gevraagd om 30 minuten over de campus te lopen wanneer hun hartslag en psychologische schaalitems werden gemeten, samen met verschillende milieustatistieken. Dit werk was bedoeld om een mogelijke oplossing te bieden om on-site studies te helpen bij het volgen van real-time menselijke reacties die overeenkomen met omgevingsfactoren. Vanwege de flexibiliteit van de app biedt het gebruik ervan op draagbare apparaten een uitstekend potentieel voor multidisciplinaire onderzoeken.
Introduction
Real-time gegevensverzameling
In het dagelijks leven profiteren mensen op vele manieren van de fysieke omgeving. Positieve uitkomsten, zoals psychologisch1 en hartslagherstel2, zijn bijvoorbeeld op grote schaal gevonden. Daarnaast zijn de relaties tussen omgevingsfactoren, zoals temperatuur en vochtigheid, en geestelijke gezondheid besproken 3,4. Studies hebben ook de verbanden onderzocht tussen fysiologische en psychologische reacties, zoals hartslag en stress 5,6,7,8. Een breed scala aan bewijs voor psychologische en fysiologische voordelen van blootstelling aan de natuur is gevonden in goed gecontroleerde laboratoriumstudies 9,10, die mogelijk niet de verschillende invloedrijke factoren in het veld vertegenwoordigden. Om de relaties tussen real-time menselijke reacties te meten, worden studies ter plaatse daarom als beter beschouwd om de real-life scenario-ervaring en reacties op de omgevingen weer te geven dan laboratoriumsimulaties11. Bovendien kunnen menselijke reacties op omgevingen afhankelijk zijn van context12. Gezien het belang van het begrijpen van de relatie tussen de psychologische en fysiologische gezondheid van mensen en de kwaliteit van het milieu, is een real-time self-tracking meting die verschillende informatiemaatregelen kan verzamelen dringend nodig.
Ecologische kortstondige beoordelingen (EMA's) of ervaringsbemonsteringsmethoden (EMM's) kunnen oplossingen zijn voor studies ter plaatse13,14. EMA's en ECM's zijn bedoeld om de kortstondige reacties van mensen ter plaatse te beoordelen in real-life scenario's15. Door zelfvolgende technieken toe te passen, kunnen de reacties, reacties en ervaringen ter plaatse vers worden gemeten14. Deelnemers worden via signalen, zoals sms of kennisgevingen, op de hoogte gebracht om beoordelingen uit te voeren in zogenaamde signaalafhankelijke bemonsteringsschema's15. De term "EMA" wordt voornamelijk gebruikt in gezondheidsgerelateerde studies13, terwijl "ESM" meestal wordt gebruikt in vrijetijds- en openluchtrecreatiestudies16. Niettemin zijn de termen af en toe door elkaar gebruikt12.
De mogelijkheid om EMA's toe te passen op milieuonderzoeksstudies werd besproken door Beute et al.12, die erop wezen dat ze een grotere verscheidenheid aan omgevingen mogelijk zouden maken om te worden aangepakt dan alleen "natuurlijk" of "stedelijk". Door bijvoorbeeld ambulante metingen toe te passen (zoals via GPS-locatietracking), kunnen fysiologische reacties tijdens een wandeling worden gekoppeld aan realtime locatiegegevenssets, waardoor een rijkere ruimtelijke resolutie van omgevingstypen en omgevingskenmerkenwordt geboden 7. Bovendien zorgt de real-time gegevensverzameling die door EMA's wordt toegestaan voor een hoge ecologische validiteit, waardoor een complementair gezichtspunt uit laboratoriumstudies wordt geboden.
Meer en meer on-site empirische studies hebben draagbare apparaten en smartphones gebruikt om de persoonlijke gezondheidsstatus in het dagelijks leven en onderzoeksdoeleinden te volgen 17,18,19,20. Het gebruik van beide apparaten kan meer voordelen bieden dan het gebruik van alleen een smartphone12. Ten eerste was de toegangstijd met smartwatches korter dan die met telefoons21, wat een verminderde onderbrekingslast kan veroorzaken. Ten tweede bieden horloges een grotere lichaamsafsluiting dan smartphones22, en telefoons kunnen worden gebruikt als kortstondige databases om gegevens op te slaan en te uploaden. Ten derde bieden smartwatches tegenwoordig meerdere sensoren voor verschillende parameters, zoals hartslagvariabiliteit, elektrocardiogrammen (ECG) en bloeddruk 23,24,25,26,27. Het individu en de algemene aspecten van menselijke reacties kunnen bepaalde activiteiten afleiden12. Ten slotte worden smartphones meestal in de zak gedragen voor smartphone-gebaseerde studies, en als het gaat om de vragenlijsten, moet er extra werk worden gedaan in vergelijking met het hoesje met smartwatches.
Er zijn echter maar weinig studies die de relaties tussen psychologische en fysiologische uitkomsten en omgevingsinformatie hebben onderzocht. Daarom toont deze studie het gebruik van een niet-commerciële zelfontwikkelde app, de HealthCloud, op draagbare apparaten, zoals smartwatches en smartphones, om realtime psychologische, fysiologische en omgevingsinformatie te verzamelen.
De zelf ontwikkelde app en draagbare apparaten
De app voor gebruik op draagbare apparaten is ontwikkeld door het Healthy Landscape and Healthy People Lab, National Taiwan University (HLHP-NTU), om meer toegankelijke en flexibelere manieren te bieden om menselijke reacties en milieugegevens te volgen, waardoor onderzoekers de relaties tussen menselijke gezondheid en milieu-informatie verder kunnen analyseren (figuur 1).
De app, gebaseerd op iOS, biedt meerdere taken en passieve functies voor het verzamelen van gegevens. De app verzamelt zelfgerapporteerde gegevens op de smartwatch, zoals items op psychologische schaal gemeten via Pop Quiz-vragen waarop gebruikers hun antwoorden van één tot vijf sterren kunnen beoordelen voor een snelle en eenvoudige beoordeling. Dit type vraaginterventie kan worden beschouwd als een type Micro interaction-EMA (μEMA) - een in situ methode voor het verzamelen van gegevens die minder aandacht vereist en een hoger responspercentage heeft dan smartwatch-EMA28. Sensorgemonitorde fysiologische responsgegevens, waaronder hartslag, hartslagvariabiliteit en bloedzuurstofverzadigingsniveau, kunnen worden gemeten met behulp van de functies van iOS. De hartslag wordt gemeten via de optische hartsensor van de smartwatch met behulp van een techniek die fotoplethysmografie29 wordt genoemd. De app detecteert de hoeveelheid bloedstroom met behulp van groene LED-lampjes met lichtgevoelige fotodiodes en ook de hartslagen per minuut worden berekend. De hartslagvariabiliteit (HRV) en de bloedzuurstofconcentratie (SpO2) kunnen worden gedetecteerd met behulp van apps. Voor de smartphone worden de taken, zoals de Stroop-test (figuur 2B) en de taak Image Capture (figuur 2C) en de taak Omgevingsgeluid (figuur 2D), de gegevens over de omgevingsomstandigheden, inclusief relatieve vochtigheid, weer en hoogte, passief verzameld uit verschillende Application Programming Interfaces.
Figuur 1: Overzicht van de app. De functies van de app op de smartwatch, smartphone en database. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: De app-taken. Voorbeelden van de taken die op de app gebruikt kunnen worden: van links naar rechts is er (A) De Pop-up vraag. (B) De Stroop-test. (C) De taak voor het vastleggen van afbeeldingen. (D) De taak Omgevingsgeluid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Alle gegevens worden geüpload naar de backend-website (toegang tot coöperatieve onderzoekers, zie Materiaaltabel). De website biedt verschillende primaire functies: een kaartweergave die de huidige locaties en hartslag van gebruikers toont (figuur 3), een gegevensblad voor het bladeren en extraheren van gegevens (figuur 4) en taakconfiguraties voor het wijzigen van de frequentie, prioriteit en inhoud van de taken (figuur 5). Met zo'n grote flexibiliteit en een breed scala aan metingen kunnen onderzoekers eenvoudig de eerder genoemde taakfuncties selecteren op basis van de onderzoeksdoelstellingen. Daarnaast kan de app zowel gebruikers als onderzoekers ten goede komen. De app biedt hun gezondheidsrapporten en GPS-locatietrajecten (figuur 6) op basis van de vragen die ze hebben beantwoord en hun gekozen routes. Zo kunnen ze snel een idee krijgen van hun gezondheidstoestand op de dag en hun gezondheidsgegevens blijven volgen.
Figuur 3: De kaart die wordt weergegeven in de app-database. De kaartweergave van de app-database biedt actuele informatie, waaronder locaties en hartslag, aan de onderzoekers. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Afbeelding 4: Gegevensblad in de app-database. Het gegevensrapport van de weergavekaart in de app-database, waarin gegevens kunnen worden geëxporteerd door de tijd-, veld- of tester-ID te filteren. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Afbeelding 5: De taakconfiguratie in de app-database. De taakprioriteiten, tijdsintervallen, taal en inhoud van de vragenlijsten kunnen worden gewijzigd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: Het gezondheidsrapport voor de app-gebruikers. Na het gebruik van de app kan de gebruiker een reeks individuele resultaten ontvangen die automatisch worden gegenereerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Representatieve studie
Om de integratie van verschillende dimensies van gegevensverzameling met behulp van de app op smartphones en smartwatches te demonstreren, werd in 2020 een in situ studie uitgevoerd op de campus van de National Taiwan University in Taipei City, Taiwan. Deelnemers voor de studie werden 1 week voor het experiment gerekruteerd op de fanpagina van sociale media van de National Taiwan University via een online formulier. Het formulier omvatte het onderzoeksdoel, het proces, de locatie, de deelnamevoorwaarden, een schematisch diagram van het te dragen onderzoeksapparaat en een ruimte voor lezers om hun bereidheid om deel te nemen aan te geven en het tijdstip waarop ze dit konden doen. Na voltooiing werden de deelnemers 2 dagen voor het schema per e-mail op de hoogte gebracht van de exacte tijd en locatie van hun experiment. Omdat het onderzoek psychologische veranderingen, fysiologie, fysieke activiteit (wandelen) en geluids- en kleurperceptie onderzoekt, voldeden de deelnemers aan de volgende voorwaarden: (1) tussen 20-36 jaar oud, (2) goede fysieke en mentale gezondheid, (3) niet regelmatig gebruik maken van geneesmiddelen die het centrale zenuwstelsel beïnvloeden, (4) niet zwanger zijn of borstvoeding geven, (5) geen geschiedenis van hart- en vaatziekten hebben, (6) kan meer dan 30 minuten te voet lopen, (7) een kleur kunnen identificeren.
Op de dag van het experiment kregen de deelnemers één set smartphones en smartwatches en een routekaart. Onderzoekers presenteerden een uniforme uitleg aan de deelnemers van het doel van het onderzoek, het onderzoeksproces, de draagbare apparaten en de zaken die aandacht nodig hebben in het onderzoeksproces. Tijdens de wandeling werden psychologische reacties elke 5 minuten beoordeeld met behulp van een Pop Quiz-taak en fysiologische reacties, zoals hartslag, werden elke minuut gemeten door sensoren in de smartwatch. Na het experiment werden de deelnemers gecompenseerd met een 200 NTD-equivalente cadeaubon (~ 7 USD).
Voor de psychologische meting hield deze studie rekening met landschapsvoorkeuren en twee aspecten van de Perceived Restorative Scale Short Version30, namelijk 'weg zijn' en 'fascinatie'. Deze aspecten werden gemeten door deelnemers te vragen de uitspraken te beoordelen "Dit is een plek die weg is van de dagelijkse eisen en waar ik zou kunnen ontspannen en nadenken over wat me interesseert." en "Die plek is fascinerend; het is groot genoeg voor mij om dingen te ontdekken en er nieuwsgierig naar te zijn." op een vijfpunts Likert-schaal van (1) "sterk oneens" tot (5) "sterk mee eens" om individuele percepties van de herstellende factoren van de omgeving te meten op basis van aandachtshersteltheorie31. Landschapsvoorkeur werd beoordeeld met behulp van een vijfpunts Likert-schaal met de enkele vraag: "Hoeveel vind je de instelling leuk, om welke reden dan ook?" van (1) "heel weinig" tot (5) "heel erg." De vragenlijst werd verzonden met behulp van de taak "Pop Quiz" met een tijdsinterval van 5 minuten, wat betekent dat deelnemers de vragenlijst elke 5 minuten ontvingen.
Voor fysiologische metingen werd de hartslag (HR) tijdens het lopen gebruikt om de fysiologische resultaten van de deelnemers weer te geven met een tijdsinterval van 1 minuut. Omgevingsinformatie, waaronder GPS-gegevens (lengte- en breedtegraad), temperatuur, relatieve vochtigheid, windsnelheid en windgraad, werd verzameld via de smartphone.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Het hele protocol volgt de instructies van het National Taiwan University Research Ethics Committee Office voor het uitvoeren van mensgerelateerde experimenten. Tijdens de werving van deelnemers werden kandidaten geïnformeerd over hun instructies en rechten en de risico's van het experiment in zowel spraak als schrijven, en de ondertekende toestemmingsformulieren werden verzameld. De app kan worden geïnstalleerd op smartphones en smartwatches (zie Materiaaltabel).
1. Voorbereiding van het psychologische en fysiologische experiment
- Verkrijg de informatie van de experimentele sites voor het plannen van de activiteit.
- Ontwerp experimentele procedures volgens de locatie waar het protocol wordt toegepast.
- Verkrijg ethische goedkeuring.
- Bereid een inleiding voor op het experiment voor het werven van deelnemers en procedure-instructies.
OPMERKING: De instructies bevatten taken die deelnemers tijdens het experiment zullen uitvoeren en do's en don'ts. - Maak een nieuwe veldnaam in de back-endwebsite van de HealthCloud-app om de beoogde gegevens te stempelen.
- Log in op de backend website.
OPMERKING: De toegang tot de website is nu beperkt tot coöperatieve onderzoekers. - Voeg een nieuwe veldnaam toe aan het setveld in Beheerdersbeheer in de app-database om de gegevens te markeren die tijdens het experiment zijn verzameld (afbeelding 7).
OPMERKING: De doelgegevens kunnen eenvoudig worden herkend en geëxtraheerd in het gegevensblad (figuur 5).
- Log in op de backend website.
- Importeer de vragenlijstitems in de configuratie.
- Log in op de backend website.
- Klik in Admin Management > Configuration op de knop Bestand selecteren om vragenlijsten in de opgegeven indeling te uploaden (tabel 1).
OPMERKING: In tabel 1 is de eerste kolom waar de vragen in het Engels moeten worden ingevuld; de tweede is voor de Chinese versie en de derde kolom is waar de vraagindicator kan worden ingevuld. Of de gebruiker de vraag in het Engels of Chinees ontvangt, hangt af van de taal van de smartphone. In de huidige studie was de taal van het hele systeem ingesteld op Chinees; daarom waren de vragen in het Chinees.
- Stel het tijdsinterval in voor de Pop Quiz-vragen (de vragenlijsten).
- Log in op de backend website.
- Stel in Admin Management > Configuration het tijdsinterval in door het aantal minuten te kiezen in "Period of Pop Quiz" (Afbeelding 5).
OPMERKING: In de huidige studie was het tijdsinterval voor herhalingen van de Pop Quiz-taak 5 minuten, maar het kon overal tussen 1 min en 72 uur worden ingesteld.
2. Werving van deelnemers
- Rekruteer deelnemers met behulp van inleidende instructies.
OPMERKING: Deelnemers werden gerekruteerd via een online enquête in de huidige studie. Deelnemers kregen een smartphone en smartwatch (zie Tabel met Materialen), ongeacht of ze hun eigen apparaten hadden. - Sluit deelnemers uit die niet 20-36 jaar oud zijn, zwanger zijn of borstvoeding geven, kleurenblind zijn en geurgerelateerde ziekten hebben.
- Introduceer de volledige inhoud van het experiment, inclusief het doel van het onderzoek, de experimentele onderzoeksmethoden en -procedures, de experimentele vereisten, de potentiële risico's van het experiment, de voordelen voor de deelnemers en de rechten van de deelnemers.
- Verkrijg schriftelijke toestemming van de deelnemers.
3. Voorbereiding van draagbare apparaten en de app
- Download de HealthCloud-app in de App Store.
- Zorg ervoor dat de genoemde tools klaar zijn voor gebruik, een goede levensduur van de batterij, GPS-functionaliteit en stabiele internetsignalen op de site hebben.
- Bekijk de bedieningsprocedures van de app om de hartslagfunctie te controleren.
- Log in op de app op de telefoon door een account aan te maken (figuur 8A).
- Zorg ervoor dat alle realtime informatie, inclusief hartslag, locatie (lengte- en breedtegraad), hoogte, weer, de afstand die de gebruiker heeft verplaatst sinds het starten en de duur sinds de start van de app, met succes worden verzameld op de hoofdpagina van de app op de smartphone (figuur 8B).
- Door op Metingen instellen op de instellingenpagina te drukken, selecteert u de vooraf gemaakte veldnaam en geeft u de deelnemers een naam op basis van hun 'Testnummer'. (Figuur 8C).
- Zodra de apparaten zijn ingesteld, instrueer je de proefpersonen mondeling met de volgende bewoordingen over hoe ze zowel de smartwatch als de smartphone kunnen gebruiken voor een goede beoordeling.
- Druk op Start op de smartwatch om te beginnen met het verzamelen van fysiologische en omgevingsinformatie (figuur 8D).
OPMERKING: Het horloge zal de taken melden door vijf keer te trillen tijdens de wandeling. - Zodra de taken zijn ontvangen, volgt u de instructies op het horloge.
- Als u wilt beginnen met het uitvoeren van de taak, drukt u op OK! en volgt u de instructies op het scherm van het horloge.
- Voor de Pop Quiz-taak beoordeelt u verklaringen van 1-5 sterren om de psychologische schaalitems te beantwoorden en drukt u op Verzenden om de meting te voltooien.
- Voor de taken 'Foto's maken', 'Stroop-test' en 'Spraak' opent u de HealthCloud-app op de telefoon en volgt u de instructies.
- Voor de HRV-taak opent u de Breathe-app en start u deze door op Start te klikken. De HRV-gegevens worden geüpload.
- Voor de SpO2-taak opent u de Bloedzuurstof-app op het horloge en begint u met meten door op Start te klikken. Het resultaat wordt geüpload.
OPMERKING: Herinner de deelnemers er voor de wandeling aan met de volgende instructie: Tijdens de wandeling ontvangt u vragen over de psychologische schaalitems in een willekeurige volgorde, met een bepaald tijdsinterval. Wijzig geen instellingen op de telefoon of kijk tijdens de wandeling. Als er een fout optreedt, laat het de cursusleiders dan onmiddellijk weten.
- Druk op Start op de smartwatch om te beginnen met het verzamelen van fysiologische en omgevingsinformatie (figuur 8D).
4. Gegevensverzameling
- Vraag de persoonlijke ID's van de deelnemer aan voor storting in ruil voor smartwatches en smartphones.
- Herinner de deelnemers er verbaal aan om te ontspannen en te genieten van de wandeling met de volgende formulering: "Tijdens het experiment kunt u ontspannen en genieten van de hele wandeling; lopen alsof je niet in een experiment zit."
- Verzamel na de wandeling de apparaten en druk op Quit en Calc om het experiment te voltooien.
- Geef deelnemers een 200 NTD-equivalente cadeaubon.
5. Data-analyse
- Haal gegevens op van de backend-website van de app.
- Log in op de backend website. Extraheer onderzoeksgegevens uit het gegevensblad door de tijd, het veld en de tester-ID te filteren.
- Druk op CSV exporteren om de gegevensset te downloaden (afbeelding 4).
- Voer beschrijvende statistische analyses uit met behulp van statistische software (zie Materiaaltabel).
| Vraag (Engels) | Vraag (Chinees) | Indicator | ||
| Dat is een plek die weg is van de dagelijkse eisen en waar ik zou kunnen ontspannen en nadenken over wat me interesseert. |   |
Weg zijn | ||
| Die plek is fascinerend; het is groot genoeg voor mij om dingen te ontdekken en nieuwsgierig te zijn. |   |
Fascinatie | ||
| Hoe leuk vind je de setting, om welke reden dan ook? |  |
Voorkeur | ||
Tabel 1: Het formaat van de Pop Quiz vragen. De psychologische schaalitems die in deze studie werden gebruikt, werden als voorbeeld gebruikt om het formaat van de Pop Quiz-vragen te presenteren.
Figuur 7: Instelling "Veldnaam". In de backend-website moet u de nieuwe veldnaam in het zwart typen en klikt u vervolgens op Toevoegen om de doelgegevens te markeren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8: De werkwijze van de app. Gebruikers loggen in. (A) Inloginterface van de app op de smartwatch; app op de smartwatch wordt gestart bij (B). (C) De hoofdpagina van de app, waar de real-time gegevens werden getoond. (D) De meting was ingesteld om de "Veldnaam" en "Testnaam" te wijzigen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De oorspronkelijke steekproef bestond uit 423 personen, waarvan er 18 moesten worden uitgesloten vanwege een slechte gegevenskwaliteit als gevolg van instabiliteit van de bètaversie van de app en nog eens 20 niet alle Pop Quiz-vragen konden voltooien. Dit leidde tot een effectieve sample rate van 0,91. Een dataset van 385 studenten (213 vrouwen, 172 mannen) van de National Taiwan University werd gerekruteerd. Deelnemers waren tussen de 20-36 jaar oud (M = 23,38, SD = 2,268). Met betrekking tot hun psychologische toestanden werden 514 beoordelingen van voorkeur (PREF, M = 3,74, SD = 1,033), 548 beoordelingen van weg zijn (AFWEZIG, M = 3,51, SD = 1,101) en 523 beoordelingen van fascinatie (FSCN, M = 3,30, SD = 1,135) verzameld. Voor de fysiologische responsen (d.w.z. hartslag, HR) werden 14.253 datapunten (Eenheid = slagen per seconde, M = 107,83, SD = 15.002) verzameld. Wat milieu-informatie betreft, 14.253 datapunten met betrekking tot GPS-breedtegraad (LAT, M = 25,018, SD = 0,002) en lengtegraad (LONG, M = 121.539, SD = 121.533), 14.253 gerelateerd aan temperatuur (TEMP; Eenheid = Celsius graad, M = 33,87, SD = 1.517), 14.253 gerelateerd aan relatieve vochtigheid (RV; Eenheid = procent, M = 63,25, SD = 6,603), 14.253 gerelateerd aan windsnelheid (WS; Eenheid = meter per seconde, M = 3,58, SD = 1,788) en 12.232 gerelateerd aan windgraad (WD, M = 232,26, SD = 82,952) werden verzameld (tabel 2). Met deze gegevens kunnen variabelen uit verschillende dimensies statistisch worden geanalyseerd om relaties op hun beurt te verifiëren.
| Dimensies | Items | N | Bedoelen | SD | MIN | .MAX | |
| Psychologische reacties | Pref | 514 | 3.74 | 1.033 | 1 | 5 | |
| WEG | 548 | 3.51 | 1.101 | 1 | 5 | ||
| Fascn | 523 | 3.3 | 1.135 | 1 | 5 | ||
| Fysiologische reacties | HR | 14,253 | 107.83 | 15.022 | 65 | 190 | |
| Milieu-informatie | LAT | 14,253 | 25.018 | 0.002 | 25.012 | 25.024 | |
| LANG | 14,253 | 121.539 | 0.002 | 121.533 | 121.544 | ||
| TEMP | 14,253 | 33.87 | 1.517 | 28.73 | 28.79 | ||
| RH | 14,253 | 63.25 | 6.603 | 50 | 89 | ||
| WS | 14,253 | 3.58 | 1.788 | 0.5 | 7.7 | ||
| Witte dwerg | 12,232 | 232.26 | 82.952 | 40 | 360 | ||
Tabel 2: Beschrijvende statistieken voor de psychologische, fysiologische en omgevingsgegevens. 1. PREF = voorkeur; 2. WEG = weg zijn; 3. FASCN = fascinatie; 4. LAT = breedtegraad van gps-locatie; 5. LANG = Lengtegraad van GPS-locatie; 6. HR = hartslag; 7. TEMP = temperatuur; 8. RH = relatieve vochtigheid; 9. WS = windsnelheid; 10. WD = windrichting.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Doel van het onderzoek en belangrijke bevindingen
Draagbare apparaten, zoals smartphones en smartwatches, zijn op grote schaal gebruikt om fysiologische indicatoren of syndromen te onderzoeken 32,33,34, psychologische toestanden 22,35; milieu-informatie, of gedrag 18,36. De meeste toepassingen van slimme apparaten hebben zich gericht op één aspect van persoonlijke informatie. Voor zover we weten, is het huidige werk een van de weinige die een geïntegreerde en flexibele beoordeling van psychologische, fysiologische en omgevingsgegevens biedt. Bovendien, in tegenstelling tot studies die alleen smartphones als onderzoeksinstrumenten hebben gebruikt35,37, maakte dit protocol gebruik van de smartwatch om mobiele vragenlijsten te bieden voor de huidige psychologische toestandsbeoordeling en fysiologische gegevens nauwkeurig te meten. Aan de andere kant werden smartphones gebruikt voor gegevensopslag, verwerking en overdracht.
Cruciale stappen in het protocol
Om het protocol te volgen, is het cruciaal om rekening te houden met de activiteit en het schema van de activiteiten die bedoeld zijn om te worden opgenomen. De inhoud van de activiteit kan van invloed zijn op de nauwkeurigheid van de sensoren op de smartwatch. Tijdens het lopen toonde het gebruik van smartwatches om hartslag te verzamelen bijvoorbeeld een grote validiteit; de validiteit nam echter af naarmate de intensiteit toenam38. Ten tweede kunnen de gedetailleerde instructies voor de draagbare apparaten en de app helpen bij het verkrijgen van gestandaardiseerde resultaten. Onjuiste werking van de apparaten beïnvloedde hun gegevensverzameling. In ons geval moeten de instructies voor de app en apparaten mogelijk worden uitgebreid en moeten oplossingen voor veelvoorkomende problemen worden opgenomen. Hoewel volledige instructies voor de app en apparaten zijn opgenomen, kan een langere periode nodig zijn voor deelnemers om vertrouwd te raken met deze items. Deelnemers die deze apparaten niet bezaten, kunnen in eerste instantie worstelen, waardoor nadelige nieuwheidseffecten ontstaan; de resultaten van eerdere studies naar de nieuwigheid van smartphones toonden echter aan dat deelnemers die een geleende telefoon gebruikten, meer betrokken waren dan degenen die hun eigen39 gebruikten. Ten slotte werden in dit protocol psychologische toestanden gemeten met behulp van de smartwatch en werd het interval tussen de vragenlijsten ingesteld op basis van de doelstellingen van de studie. In eerdere langetermijnstudies variërend van 2-10 weken met behulp van smartphones als gezondheidsinterventie, werden interventies een paar keer per dagingesteld 40,41; in de kortetermijnstudie duurde het echter minder dan 1 uur om het hele experiment te voltooien, met een interventie-interval van 5 minuten. De hoge frequentie van taken kan van invloed zijn op de ervaring van individuen op locatie.
Voordelen en beperkingen van het protocol en onderzoekstools
Een voordeel van de app is dat, door het te gebruiken, verschillende dimensies van real-time informatie, waaronder psychologische, fysiologische en omgevingsgegevens, tegelijkertijd kunnen worden gevolgd en automatisch kunnen worden geüpload. Onderzoekers kunnen bijvoorbeeld hun schriftelijke vragenlijsten in elke taal ontwerpen. De meetintensiteit kan met een hoge mate van vrijheid worden aangepast door het tijdsinterval voor taakoplevering aan te passen. Deelnemers kunnen taken ontvangen op de smartwatch; tijdens het beantwoorden van vragen of het voltooien van tests worden hun hartslag, ruimtelijke locatie en weergegevens continu verzameld en geüpload naar de database. Alle persoonlijke gegevens met nuttige informatie, zoals tijd- en locatiegegevens voor het traceren van hun omgeving of de fysieke kenmerken van de omgeving, kunnen ook worden geanalyseerd.
Een beperking van de onderzoekstools, de app en apparaten, is dat deze momenteel alleen beschikbaar is op iOS. Dit kan de bruikbaarheid van dit protocol beperken. Bovendien kunnen de afmetingen van smartwatches ze moeilijk leesbaar maken voor specifieke populaties, zoals oudere volwassenen. Draagbare apparaten in menselijke respons- en milieustudies zijn echter merkbaargegroeid met 42,43,44, en ze zijn betaalbaar in vergelijking met de medische instrumenten die worden gebruikt voor het verzamelen van fysiologische gegevens. Ze verzamelen een grotere hoeveelheid en een uitgebreider scala aan gegevens dan smartphones alleen45. Daarom zullen studies die proberen de scenario's van het dagelijks leven te onderzoeken, aanzienlijke voordelen hebben bij het dragen van gemak en continue gegevensverzameling12,45. Een andere beperking van de app is dat de weergegevens, verzameld op basis van de dichtstbijzijnde beschikbare informatie, voor alle deelnemers hetzelfde zijn als hun geografische locaties relatief dichtbij zijn. Relaties en vergelijkingen tussen proefpersonen van verschillende locaties of op verschillende data kunnen echter nog steeds haalbaar worden onderzocht.
Samenvatting en toekomstige studies
Deze studie toont het potentieel van het adopteren van de app op draagbare apparaten als een onderzoeksinstrument. Volgens het protocol (een reeks pioniersprocedures) werden drie dimensies van informatie met succes gemeten en geanalyseerd. Onderzoekers kunnen subjectief en objectief de relatie tussen mens en omgeving meten door het protocol te volgen, uit te breiden of aan te passen. Dit is een unieke en efficiënte manier om longitudinale of transversale studies uit te voeren. Toekomstige studies kunnen de nadruk leggen op de kwaliteit van de fysieke omgeving, een essentiële factor in landschapsstudies, om de factoren aan te pakken die dit protocol niet noemde. Hierdoor wordt het objectief meten van de milieukwaliteit, bijvoorbeeld door het beoordelen van landschapsstructuren in milieufoto's die zijn verzameld met behulp van Image Capture-taken in de app, mogelijk. Bovendien kan het protocol ook worden toegepast op verschillende populaties of locaties. Met deze reeks gestandaardiseerde procedures kan de schaal van de studie worden uitgebreid naar regionale of nationale schalen in plaats van zich alleen op één site te concentreren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De Landbouwraad van Taiwan financierde het onderzoeksproject en de ontwikkeling van de HealthCloud-app van 2018 tot 2020 [109 landbouwwetenschap - 7.5.4-aanvullend-#1(1)] ([109 
-7.5.4-
-#1(1)]).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Apple Watch 6 | Apple | For the use of the HealthCloud app, such as Pop-up questions, heart rates measurement. | |
| iPhone | Apple | For the use of the HealthCloud app, such as GPS location collection, weather data colledction, data storage, data transfer. | |
| HealthCloud | Self-developed | The HealthCloud app, adopting Apple Watch and iPhone, was developed by Healthy Landscape and Healthy People Lab, National Taiwan University (HLHP-NTU) to track human responses. It adopted several APIs such as HealthKit, ResearchKit, Weather API and AppleWatch applications including Breathe app, and Blood Oxygen app to collect physiological status and psychological states, and environmental data in aims of further analyzing the relationships between human health and the environmental information. The link to the app in APP Store is as following: https://apps.apple.com/tw/app/healthcloud/id1446179518?l=en |
|
| backend website | The backend website of HealthCloud app for the use of the configuration of the tasks, data exportation, and the display of users. http://healthcloud.hort.ntu.edu.tw/ |
||
| HealthKit | Apple | For the use of retrieving the data of physiological responses such as heart rate, heart rate variability, and blood oxygen saturation level. The link to the HealthKit: https://developer.apple.com/documentation/healthkit |
|
| ResearchKit | Apple | This kit includes a variety of tasks for the use of research purposes. The functions adopted in HealthCloud app include Image Capture task, environment sound task, Stroop Test, to the Pop Questions of psychological state measurements such as perceived restorativeness scale, landscape preferences. The link to the ResearchKit: https://www.researchandcare.org/ |
|
| Weather API | OpenWeather | For the use of collecting the real-time environmental data, including humidity, weather, global positioning system location, altitudes, etc., from the nearest weather station. The link to the Weather API: https://openweathermap.org/api |
|
| Breathe app | Apple | For the use of assessing the real-time heart rate variability (HRV). This app was not included in the procedures of this pilot study. However, the HealthlCloud is now capable of retrieving the HRV data collected from Breathe app. The link to the Breathe app: https://apps.apple.com/us/app/breathe/id1459455352 |
|
| Blood Oxygen app | Apple | For the use of assessing the real-time Blood Oxygen Concentration level (SpO2). The latest version of HealthlCloud is capable of retrieving the SpO2 data collected from app. This app was not included in the procedures of this pilot study. However, The measurement of Blood Oxygen app: https://support.apple.com/en-us/HT211027 The link to the Blood Oxygen app: https://apps.apple.com/us/app/breathe/id1459455352" |
|
| IBM SPSS Statistics 25 | IBM | For the use of statistical analysis. The link to the Blood Oxygen app: https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25 |
References
- Purcell, T., Peron, E., Berto, R. Why do preferences differ between scene types. Environment and Behavior. 33 (1), 93-106 (2001).
- Engell, T., Lorås, H. W., Sigmundsson, H. Window view of nature after brief exercise improves choice reaction time and heart rate restoration. New Ideas in Psychology. 58, 100781 (2020).
- Ding, N., Berry, H. L., Bennett, C. M. The importance of humidity in the relationship between heat and population mental health: Evidence from Australia. PLOS ONE. 11 (10), 0164190 (2016).
- Majeed, H., Lee, J. The impact of climate change on youth depression and mental health. The Lancet Planetary Health. 1 (3), 94-95 (2017).
- Merkies, K., et al. Preliminary results suggest an influence of psychological and physiological stress in humans on horse heart rate and behavior. Journal of Veterinary Behavior. 9 (5), 242-247 (2014).
- Delaney, J. P. A., Brodie, D. A. Effects of short-term psychological stress on the time and frequency domains of heart-rate variability. Perceptual and Motor Skills. 91 (2), 515-524 (2000).
- South, E. C., Kondo, M. C., Cheney, R. A., Branas, C. C. Neighborhood blight, stress, and health: a walking trial of urban greening and ambulatory heart rate. American Journal of Public Health. 105 (5), 909-913 (2015).
- Rimmele, U., et al. Trained men show lower cortisol, heart rate and psychological responses to psychosocial stress compared with untrained men. Psychoneuroendocrinology. 32 (6), 627-635 (2007).
- Jo, H., Song, C., Miyazaki, Y. Physiological benefits of viewing nature: A systematic review of indoor experiments. International Journal of Environmental Research and Public Health. 16 (23), 4739 (2019).
- Bowler, D. E., Buyung-Ali, L. M., Knight, T. M., Pullin, A. S. A systematic review of evidence for the added benefits to health of exposure to natural environments. BMC Public Health. 10 (1), 1-10 (2010).
- Olafsdottir, G., et al. Health benefits of walking in nature: A randomized controlled study under conditions of real-life stress. Environment and Behavior. 52 (3), 248-274 (2020).
- Beute, F., De Kort, Y., IJsselsteijn, W. Restoration in its natural context: How ecological momentary assessment can advance restoration research. International Journal of Environmental Research and Public Health. 13 (4), 420 (2016).
- Shiffman, S., Stone, A. A., Hufford, M. R.
- Hektner, J. M., Schmidt, J. A., Csikszentmihalyi, M. Experience sampling method: Measuring the quality of everyday life. , Sage. (2007).
- Robbins, M. L., Kubiak, T., Mostofsky, D. I. Ecological momentary assessment in behavioral medicine: Research and practice. The Handbook of Behavioral Medicine. 1, 429-446 (2014).
- Fave, A. D., Bassi, M., Massimini, F. Quality of experience and risk perception in high-altitude rock climbing. Journal of Applied Sport Psychology. 15, 82-98 (2003).
- Ates, H. C., Yetisen, A. K., Güder, F., Dincer, C. Wearable devices for the detection of COVID-19. Nature Electronics. 4 (1), 13-14 (2021).
- Cagney, K. A., Cornwell, E. Y., Goldman, A. W., Cai, L. Urban mobility and activity space. Annual Review of Sociology. 46, 623-648 (2020).
- Chaix, B. Mobile sensing in environmental health and neighborhood research. Annual Review of Public Health. 39, 367-384 (2018).
- York Cornwell, E., Goldman, A. W. Neighborhood disorder and distress in real time: Evidence from a smartphone-based study of older adults. Journal of Health and Social Behavior. 61 (4), 523-541 (2020).
- Ashbrook, D. L., Clawson, J. R., Lyons, K., Starner, T. E., Patel, N. Quickdraw: The impact of mobility and on-body placement on device access time. Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI '08). , ACM. New York, NY, USA. 219-222 (2008).
- Hänsel, K., Alomainy, A., Haddadi, H. Large scale mood and stress self-assessments on a smartwatch. Proceedings of the 2016 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing: Adjunct. , 1180-1184 (2016).
- Karmen, C. L., Reisfeld, M. A., McIntyre, M. K., Timmermans, R., Frishman, W. The clinical value of heart rate monitoring using an apple watch. Cardiology in Review. 27 (2), 60-62 (2019).
- Hernando, D., Roca, S., Sancho, J., Alesanco, Á, Bailón, R. Validation of the apple watch for heart rate variability measurements during relax and mental stress in healthy subjects. Sensors. 18 (8), 2619 (2018).
- Shcherbina, A., et al. Accuracy in wrist-worn, sensor-based measurements of heart rate and energy expenditure in a diverse cohort. Journal of Personalized Medicine. 7 (2), 3 (2017).
- Samol, A., et al. Patient directed recording of a bipolar three-lead electrocardiogram using a smartwatch with ECG function. Journal of Visualized Experiments. (154), e60715 (2019).
- Verdecchia, P., Angeli, F., Gattobigio, R. Clinical usefulness of ambulatory blood pressure monitoring. Journal of the American Society of Nephrology. 15, Suppl. 1 30-33 (2004).
- Ponnada, A., Haynes, C., Maniar, D., Manjourides, J., Intille, S. Microinteraction ecological momentary assessment response rates: Effect of microinteractions or the smartwatch. Proceedings of the ACM on interactive, mobile, wearable and ubiquitous technologies. 1 (3), 1-16 (2017).
- Monitor your heart rate with Apple Watch. , Available from: https://support.apple.com/en-us/HT204666 (2021).
- Berto, R. Exposure to restorative environments helps restore attentional capacity. Journal of Environmental Psychology. 25 (3), 249-259 (2005).
- Kaplan, S. The restorative benefits of nature: Toward an integrative framework. Journal of Environmental Psychology. 15 (3), 169-182 (1995).
- Firth, J., et al. Can smartphone mental health interventions reduce symptoms of anxiety? A meta-analysis of randomized controlled trials. Journal of Affective Disorders. 218, 15-22 (2017).
- Turakhia, M. P., et al. Rationale and design of a large-scale, app-based study to identify cardiac arrhythmias using a smartwatch: The Apple Heart Study. American Heart Journal. 207, 66-75 (2019).
- Weenk, M., et al. Continuous monitoring of vital signs using wearable devices on the general ward: Pilot study. JMIR mHealth and uHealth. 5 (7), 91 (2017).
- Wang, R., et al. StudentLife: Assessing mental health, academic performance and behavioral trends of college students using smartphones. Proceedings of the 2014 ACM international joint conference on pervasive and ubiquitous computing. , 3-14 (2014).
- Vhaduri, S., Munch, A., Poellabauer, C. Assessing health trends of college students using smartphones. 2016 IEEE Healthcare Innovation Point-Of-Care Technologies Conference IEEE. HI-POCT. , 70-73 (2016).
- Ståhl, A., Höök, K., Svensson, M., Taylor, A. S., Combetto, M.
- Khushhal, A., et al. Validity and reliability of the Apple Watch for measuring heart rate during exercise. Sports Medicine International Open. 1 (6), 206-211 (2017).
- Walsh, E. I., Brinker, J. K. Should participants be given a mobile phone, or use their own? Effects of novelty vs utility. Telematics and Informatics. 33 (1), 25-33 (2016).
- Enock, P. M., Hofmann, S. G., McNally, R. J. Attention bias modification training via smartphone to reduce social anxiety: A randomized, controlled multi-session experiment. Cognitive Therapy and Research. 38 (2), 200-216 (2014).
- Reid, S. C., et al. A mobile phone application for the assessment and management of youth mental health problems in primary care: A randomised controlled trial. BMC Family Practice. 12, 131 (2011).
- Huang, S., Qi, J., Li, W., Dong, J., vanden Bosch, C. K. The contribution to stress recovery and attention restoration potential of exposure to urban green spaces in low-density residential areas. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (16), 8713 (2021).
- Doherty, S. T., Lemieux, C. J., Canally, C. Tracking human activity and wellbeing in natural environments using wearable sensors and experience sampling. Social Science & Medicine. 106, 83-92 (2014).
- Birenboim, A., Dijst, M., Scheepers, F. E., Poelman, M. P., Helbich, M. Wearables and location tracking technologies for mental-state sensing in outdoor environments. The Professional Geographer. 71 (3), 449-461 (2019).
- Kheirkhahan, M., et al. A smartwatch-based framework for real-time and online assessment and mobility monitoring. Journal of Biomedical Informatics. 89, 29-40 (2019).
