Summary
Настоящий протокол представляет собой некоммерческое самостоятельно разработанное приложение для сбора данных в режиме реального времени на месте, включая психологические шкалы, местоположение GPS, частоту сердечных сокращений и уровень насыщения крови кислородом, а также операционные процедуры приложения. Эмпирическое исследование, проведенное на Тайване в 2020 году, было использовано в качестве примера применения.
Abstract
Текущий протокол направлен на демонстрацию интеграции технологий, предоставляя подробное описание внедрения приложения HealthCloud, разработанного Лабораторией здорового ландшафта и здоровых людей Национального университета Тайваня (HLHP-NTU), на смартфонах и умных часах для сбора данных о психологических и физиологических реакциях пользователей в режиме реального времени и экологической информации. Был предложен гибкий и интегрированный метод исследования, поскольку может быть трудно измерить многомерные аспекты персональных данных в исследованиях на месте в исследованиях ландшафта и отдыха на открытом воздухе. В качестве примера применения было использовано исследование на месте, проведенное в 2020 году в кампусе Национального университета Тайваня. Набор данных из 385 участников был использован после исключения недопустимых образцов. Во время эксперимента участников попросили прогуляться по кампусу в течение 30 минут, когда их сердечный ритм и предметы психологической шкалы были измерены вместе с несколькими экологическими показателями. Эта работа была направлена на предоставление возможного решения, которое поможет исследованиям на месте отслеживать реакции человека в режиме реального времени, которые соответствуют факторам окружающей среды. Благодаря гибкости приложения, его использование на носимых устройствах показывает отличный потенциал для междисциплинарных исследований.
Introduction
Сбор данных в режиме реального времени
В повседневной жизни люди извлекают выгоду из физической среды во многих отношениях. Например, были широко обнаружены положительные результаты, такие как психологическое1 и восстановление сердечного ритма2. Кроме того,обсуждались взаимосвязи между факторами окружающей среды, такими как температура и влажность, и психическим здоровьем 3,4. Исследования также изучали связи между физиологическими и психологическими реакциями, такими как частота сердечных сокращений и стресс 5,6,7,8. Широкий спектр доказательств психологических и физиологических преимуществ от воздействия природы был обнаружен в хорошо контролируемых лабораторных исследованиях 9,10, которые, возможно, не представляли различные влиятельные факторы в этой области. Поэтому для измерения взаимосвязей между реакциями человека в режиме реального времени исследования на месте считаются лучше отражающими реальный сценарный опыт и реакции на окружающую среду, чем лабораторное моделирование11. Кроме того, реакция человека на окружающую среду может зависеть от контекста12. Учитывая важность понимания взаимосвязи между психологическим и физиологическим здоровьем людей и качеством окружающей среды, срочно требуется самоотслеживающее измерение в режиме реального времени, которое может собирать различные информационные меры.
Экологические сиюминутные оценки (EMA) или методы отбора проб опыта (ESMs) могут представлять собой решения для исследований на месте13,14. EMA и ESM направлены на оценку мгновенных реакций людей на месте в реальных сценариях15. Применяя методы самоотслеживания, ответы, реакции и опыт на месте могут быть измерены заново14. Участники уведомляются с помощью сигналов, таких, как тексты или уведомления, о проведении оценок в рамках так называемых схем отбора проб с учетомсигналов15. Термин «EMA» в основном используется в исследованиях, связанных со здоровьем13, в то время как «ESM», как правило, используется в исследованиях досуга и отдыха на открытом воздухе16. Тем не менее, эти термины иногда использовались взаимозаменяемо12.
Возможность применения EMA к экологическим исследованиям обсуждалась Beute et al.12, которые указали, что они позволят рассматривать большее разнообразие сред, чем просто «естественные» или «городские». Например, путем принятия амбулаторных измерений (например, с помощью GPS-отслеживания местоположения) физиологические реакции во время ходьбы могут быть сопоставлены с наборами данных о местоположении в режиме реального времени, обеспечивая более богатое пространственное разрешение типов окружающей среды и характеристик окружающей среды7. Кроме того, сбор данных в режиме реального времени, разрешенный EMA, обеспечивает высокую экологическую обоснованность, обеспечивая дополнительную точку зрения из лабораторных исследований.
Все больше и больше эмпирических исследований на местах используют носимые устройства и смартфоны для мониторинга состояния личного здоровья в повседневной жизни и исследовательских целях 17,18,19,20. Принятие обоих этих устройств может обеспечить больше преимуществ, чем использование только смартфона12. Во-первых, время доступа с использованием умных часов было короче, чем при использовании телефонов21, что может привести к снижению бремени прерывания. Во-вторых, часы обеспечивают большую близость корпуса, чем смартфоны22, а телефоны можно использовать в качестве мгновенных баз данных для сохранения и загрузки данных. В-третьих, умные часы в настоящее время предлагают несколько датчиков для различных параметров, таких как вариабельность сердечного ритма, электрокардиограммы (ЭКГ) и артериальное давление 23,24,25,26,27. Индивидуальные и общие аспекты человеческих реакций могут вывести определенные виды деятельности12. Наконец, смартфоны обычно носят в кармане для исследований на основе смартфонов, и когда дело доходит до анкет, необходимо проделать дополнительную работу по сравнению с случаем с использованием умных часов.
Тем не менее, немногие исследования изучали взаимосвязь между психологическими и физиологическими результатами и экологической информацией. Таким образом, это исследование демонстрирует принятие некоммерческого самостоятельно разработанного приложения HealthCloud на носимых устройствах, таких как умные часы и смартфоны, для сбора психологической, физиологической и экологической информации в режиме реального времени.
Самостоятельно разработанное приложение и носимые устройства
Приложение для использования на носимых устройствах было разработано Лабораторией здорового ландшафта и здоровых людей Национального университета Тайваня (HLHP-NTU), чтобы обеспечить более доступные и более гибкие способы отслеживания реакции человека и данных об окружающей среде, что позволяет исследователям дополнительно анализировать взаимосвязи между информацией о здоровье человека и окружающей среде (рисунок 1).
Приложение, основанное на iOS, предоставляет несколько задач и пассивных функций сбора данных. Приложение собирает самоотчетные данные об умных часах, такие как предметы психологического масштаба, измеренные с помощью вопросов Pop Quiz, по которым пользователи могут оценивать свои ответы от одной до пяти звезд для быстрой и простой оценки. Этот тип вмешательства в вопрос можно рассматривать как тип Микровзаимодействия-EMA (μEMA) - метод сбора данных in situ, требующий меньшего внимания и имеющий большую скорость отклика, чем умные часы-EMA28. Данные физиологического ответа, контролируемые датчиками, включая частоту сердечных сокращений, вариабельность сердечного ритма и уровень насыщения крови кислородом, могут быть измерены с использованием функций iOS. Частота сердечных сокращений измеряется с помощью оптического датчика сердца умных часов с использованием техники, называемой фотоплетизмографией29. Приложение определяет количество кровотока с помощью зеленых светодиодов со светочувствительными фотодиодами, а также вычисляется сердцебиение в минуту. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) и концентрация кислорода в крови (SpO2) могут быть обнаружены с помощью приложений. Для смартфона такие задачи, как тест Струпа (рисунок 2B) и задача захвата изображения (рисунок 2C), а также задача «Звук окружающей среды» (рисунок 2D), данные об условиях окружающей среды, включая относительную влажность, погоду и высоту, пассивно собираются из нескольких интерфейсов прикладного программирования.
Рисунок 1: Обзор приложения. Функции приложения на умных часах, смартфоне и базе данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Задачи приложения. Примеры задач, которые можно использовать в приложении: слева направо находится (А) Всплывающий вопрос. (B) Тест Струпа. (C) Задача захвата изображения. D) Экологическая обоснованная задача. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Все данные будут загружены на бэкэнд-сайт (доступ к совместным исследователям, см. Таблицу материалов). Веб-сайт предоставляет несколько основных функций: отображение карты, которая показывает текущее местоположение и частоту сердечных сокращений пользователей (рисунок 3), техническое описание для просмотра и извлечения данных (рисунок 4) и конфигурации задач для изменения частоты, приоритета и содержания задач (рисунок 5). Благодаря такой большой гибкости и широкому диапазону измерений исследователи могут легко выбрать ранее заявленные функции задачи в соответствии с целями исследования. Кроме того, приложение может принести пользу как пользователям, так и исследователям. Приложение предоставляет их отчеты о здоровье и траектории местоположения GPS (рисунок 6) в соответствии с вопросами, на которые они ответили, и выбранными ими маршрутами. Таким образом, они могут получить быстрое представление о состоянии своего здоровья в день и продолжать отслеживать свои данные о здоровье.
Рисунок 3: Карта, отображаемая в базе данных приложения. Отображение карты базы данных приложения предоставляет исследователям текущую информацию, включая местоположение и частоту сердечных сокращений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Таблица по базе данных приложения. Отчет о данных карты отображения в базе данных приложения, в который данные могут быть экспортированы путем фильтрации времени, поля или идентификатора тестировщика. Щелкните здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Конфигурация задачи в базе данных приложения. Приоритеты задач, временные интервалы, язык и содержание вопросников могут быть изменены. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Отчет о работоспособности пользователей приложения. После использования приложения пользователь может получить набор отдельных результатов, сгенерированных автоматически. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Репрезентативное исследование
Чтобы продемонстрировать интеграцию различных измерений сбора данных с помощью приложения на смартфонах и умных часах, в 2020 году в кампусе Национального университета Тайваня в городе Тайбэй, Тайвань, было проведено исследование in situ . Участники исследования были набраны на фан-странице Национального университета Тайваня в социальных сетях через онлайн-форму за 1 неделю до эксперимента. Форма включала в себя цель исследования, процесс, местоположение, условия участия, принципиальную схему исследовательского устройства, которое нужно носить, и место для читателей, чтобы указать свою готовность участвовать и время, в которое они могут это сделать. После завершения участники были уведомлены о точном времени и месте проведения эксперимента по электронной почте за 2 дня до расписания. Поскольку в исследовании изучаются психологические изменения, физиология, физическая активность (ходьба), а также восприятие звука и цвета, участники выполнили следующие условия: (1) в возрасте от 20 до 36 лет, (2) хорошее физическое и психическое здоровье, (3) не регулярно употреблять препараты, влияющие на центральную нервную систему, (4) не быть беременным или кормить грудью, (5) не иметь истории сердечно-сосудистых заболеваний, (6) может ходить более 30 минут пешком, (7) умеет идентифицировать цвет.
В день эксперимента участникам был предоставлен один комплект смартфонов и умных часов, а также карта маршрутов. Исследователи представили участникам единое объяснение цели исследования, процесса исследования, носимых устройств и вопросов, требующих внимания в процессе исследования. Во время прогулки психологические реакции оценивались с помощью задания Pop Quiz каждые 5 минут, а физиологические реакции, такие как частота сердечных сокращений, измерялись каждую минуту датчиками в умных часах. После эксперимента участники получили компенсацию подарочной картой на 200 NTD (~ 7 долларов США).
Для психологического измерения в этом исследовании рассматривались ландшафтные предпочтения и два аспекта короткой версии30 воспринимаемой восстановительной шкалы, а именно «быть в отъезде» и «очарование». Эти аспекты были измерены путем предложения участникам оценить утверждения: «Это место, которое находится вдали от повседневных требований и где я мог бы расслабиться и подумать о том, что меня интересует» и «Это место увлекательно; он достаточно велик для того, чтобы я мог открывать и интересоваться вещами." по пятибалльной шкале Лайкерта от (1) "категорически не согласен" до (5) "решительно согласен" для измерения индивидуального восприятия восстановительных факторов окружающей среды на основе теории восстановления внимания31. Предпочтение ландшафта оценивалось с использованием пятибалльной шкалы Лайкерта с одним вопросом: «Насколько вам нравится обстановка по какой-либо причине?» от (1) «очень мало» до (5) «очень сильно». Анкета была отправлена с использованием задания «Pop Quiz» с интервалом времени 5 минут, то есть участники получали анкету каждые 5 минут.
Для физиологического измерения частота сердечных сокращений (ЧСС) во время ходьбы использовалась для представления физиологических исходов участников с интервалом времени 1 мин. Экологическая информация, включая данные GPS (широта и долгота), температура, относительная влажность, скорость ветра и градус ветра, собиралась через смартфон.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Весь протокол соответствует инструкциям Бюро Комитета по этике исследований Национального университета Тайваня по проведению экспериментов, связанных с человеком. Во время набора участников кандидаты были проинформированы о своих инструкциях и правах, а также о рисках эксперимента как в устной, так и в письменной форме, и были собраны подписанные формы согласия. Приложение можно установить на смартфоны и умные часы (см. Таблицу материалов).
1. Подготовка психолого-физиологического эксперимента
- Получение информации об экспериментальных площадках для планирования деятельности.
- Проектирование экспериментальных процедур в соответствии с местом, на котором применяется протокол.
- Получите этическое одобрение.
- Подготовьте введение в эксперимент для набора участников и инструкции по процедуре.
ПРИМЕЧАНИЕ: Инструкции включают в себя задачи, которые участники будут выполнять, а также делать и не делать во время эксперимента. - Создайте новое имя поля на серверном веб-сайте приложения HealthCloud, чтобы пометить целевые данные.
- Войдите на серверный веб-сайт.
ПРИМЕЧАНИЕ: Доступ к веб-сайту теперь ограничен совместными исследователями. - Добавьте новое имя поля в поле Set Field в Admin Management в базе данных приложения, чтобы отметить данные, собранные во время эксперимента (рисунок 7).
ПРИМЕЧАНИЕ: Целевые данные могут быть легко распознаны и извлечены из технического описания (рисунок 5).
- Войдите на серверный веб-сайт.
- Импортируйте элементы анкеты в конфигурацию.
- Войдите на серверный веб-сайт.
- В admin Management > Configuration нажмите кнопку Select File (Выбрать файл ), чтобы загрузить анкеты в заданном формате (таблица 1).
ПРИМЕЧАНИЕ: В таблице 1 в первой колонке указано, где необходимо заполнить вопросы на английском языке; второй — для китайской версии, а третий столбец — это место, где можно заполнить индикатор вопроса. Получит ли пользователь вопрос на английском или китайском языке, зависит от языка смартфона. В настоящем исследовании язык всей системы был установлен на китайский; поэтому вопросы задавались на китайском языке.
- Установите временной интервал для вопросов Pop Quiz (анкет).
- Войдите на серверный веб-сайт.
- В Admin Management > Configuration задайте временной интервал, выбрав количество минут в поле "Period of Pop Quiz" (рисунок 5).
ПРИМЕЧАНИЕ: В настоящем исследовании временной интервал для повторений задания Pop Quiz составлял 5 минут, но его можно было установить где-то между 1 минутой и 72 часами.
2. Набор участников
- Набирайте участников, используя вводные инструкции.
ПРИМЕЧАНИЕ: Участники были набраны с помощью онлайн-опроса в настоящем исследовании. Участникам были предоставлены смартфон и умные часы (см. Таблицу материалов), независимо от того, имели ли они собственные устройства. - Исключить участников, которые не в возрасте 20-36 лет, беременны или кормят грудью, дальтоники и имеют заболевания, связанные с запахами.
- Представить полное содержание эксперимента, включая цель исследования, методы и процедуры экспериментального исследования, экспериментальные требования, потенциальные риски эксперимента, преимущества для участников и права участников.
- Получить письменное согласие участников.
3. Подготовка носимых устройств и приложения
- Загрузите приложение HealthCloud в App Store.
- Убедитесь, что упомянутые инструменты готовы к использованию, имеют хорошее время автономной работы, функциональность GPS и стабильные интернет-сигналы на сайте.
- Изучите операционные процедуры приложения, чтобы проверить функцию сердечного ритма.
- Войдите в приложение на телефоне, создав учетную запись (рисунок 8A).
- Убедитесь, что вся информация в режиме реального времени, включая частоту сердечных сокращений, местоположение (широту и долготу), высоту, погоду, расстояние, которое пользователь переместил с момента запуска, и продолжительность с момента запуска приложения, успешно собрана на главной странице приложения на смартфоне (рисунок 8B).
- Нажав кнопку Установить измерения на странице настроек, выберите имя поля, созданное заранее, и назовите участников в соответствии с их «Test No». (Рисунок 8С).
- После того, как устройства установлены, устно проинструктируйте испытуемых со следующей формулировкой о том, как использовать как умные часы, так и смартфон для правильной оценки.
- Нажмите Start на умных часах, чтобы начать сбор физиологической и экологической информации (рисунок 8D).
ПРИМЕЧАНИЕ: Часы будут уведомлять о задачах, вибрируя пять раз во время прогулки. - После получения заданий следуйте инструкциям на часах.
- Чтобы начать выполнение задания, нажмите OK! и следуйте инструкциям, показанным на экране часов.
- Для задания Pop Quiz оцените утверждения от 1 до 5 звезд, чтобы ответить на элементы психологической шкалы, и нажмите Отправить , чтобы завершить измерение.
- Для задач «Фотосъемка», «Тест Струпа» и «Голос» откройте приложение HealthCloud на телефоне и следуйте инструкциям.
- Для задачи HRV откройте приложение Breathe и запустите его, нажав кнопку Пуск. Данные HRV будут загружены.
- Для задачи SpO2 откройте приложение Blood Oxygen на часах и начните измерение, нажав кнопку Пуск. Результат будет загружен.
ПРИМЕЧАНИЕ: Перед прогулкой напомните участникам следующую инструкцию: Во время прогулки вы будете получать вопросы относительно предметов психологической шкалы в случайном порядке, с обозначенным временным интервалом. Пожалуйста, не изменяйте никаких настроек на телефоне или часах во время прогулки. При возникновении какой-либо ошибки немедленно сообщите об этом инструкторам.
- Нажмите Start на умных часах, чтобы начать сбор физиологической и экологической информации (рисунок 8D).
4. Сбор данных
- Запросить персональные удостоверения участника для внесения депозита в обмен на умные часы и смартфоны.
- Устно напомните участникам расслабиться и насладиться прогулкой со следующей формулировкой: «Во время эксперимента, пожалуйста, расслабьтесь и наслаждайтесь всей прогулкой; ходите так, как будто вы не участвуете в эксперименте».
- После прогулки соберите устройства и нажмите Quit и Calc , чтобы закончить эксперимент.
- Предоставьте участникам подарочную карту на сумму 200 NTD.
5. Анализ данных
- Извлеките данные с серверного веб-сайта приложения.
- Войдите на серверный веб-сайт. Извлеките данные исследования из технического описания, отфильтровав время, поле и идентификатор тестировщика.
- Нажмите Export CSV , чтобы загрузить набор данных (рисунок 4).
- Выполнение описательного статистического анализа с помощью статистического программного обеспечения (см. Таблицу материалов).
| Вопрос (английский) | Вопрос (китайский) | Индикатор | ||
| Это место, которое находится вдали от повседневных требований и где я мог бы расслабиться и подумать о том, что меня интересует. |   |
Быть в отъезде | ||
| Это место завораживает; он достаточно велик для меня, чтобы открывать и интересоваться вещами. |   |
Обаяние | ||
| Насколько вам нравится обстановка, по какой-то причине? |  |
Предпочтение | ||
Таблица 1: Формат вопросов поп-викторины. Элементы психологической шкалы, принятые в этом исследовании, были использованы в качестве примера для представления формата вопросов Поп-викторины.
Рисунок 7: Настройка "Имя поля". На серверном веб-сайте необходимо ввести новое имя поля черным цветом, а затем нажать кнопку Добавить , чтобы отметить целевые данные. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 8: Процедуры работы приложения. Вход пользователей. (A) Интерфейс входа в приложение на умных часах; приложение на умных часах запускается с (B). (C) Главная страница приложения, где отображались данные в режиме реального времени. (D) Измерение было настроено на изменение "Имени поля" и "Test No". Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Первоначальная выборка состояла из 423 человек, из которых 18 пришлось исключить из-за плохого качества данных из-за нестабильности бета-версии приложения, а еще 20 не смогли выполнить все вопросы Pop Quiz. Это привело к эффективной частоте дискретизации 0,91. Был набран набор данных из 385 студентов (213 женщин, 172 мужчины) из Национального университета Тайваня. Участники были в возрасте от 20 до 36 лет (M = 23,38, SD = 2,268). Что касается их психологических состояний, было собрано 514 оценок предпочтения (PREF, M = 3,74, SD = 1,033), 548 оценок отсутствия (AWAY, M = 3,51, SD = 1,101) и 523 рейтинга очарования (FSCN, M = 3,30, SD = 1,135). Для физиологических реакций (т.е. сердечного ритма, ЧСС) было собрано 14 253 точки данных (Единица = удары в секунду, M = 107,83, SD = 15,002). Что касается экологической информации, то 14 253 точки данных, относящиеся к широте GPS (LAT, M = 25,018, SD = 0,002) и долготе (LONG, M = 121,539, SD = 121,533), 14 253 связаны с температурой (TEMP; Единица измерения = градус Цельсия, M = 33,87, SD = 1,517), 14 253, связанная с относительной влажностью (RH; Единица = процент, M = 63,25, SD = 6,603), 14 253 связана со скоростью ветра (WS; Была собрана единица измерения = метров в секунду, M = 3,58, SD = 1,788) и 12 232, связанных со степенью ветра (WD, M = 232,26, SD = 82,952). С помощью этих данных переменные из разных измерений могут быть статистически проанализированы для проверки отношений в свою очередь.
| Размеры | Элементы | N | Значить | СД | МИН | .MAX | |
| Психологические реакции | ПРЕФ | 514 | 3.74 | 1.033 | 1 | 5 | |
| ПРОЧЬ | 548 | 3.51 | 1.101 | 1 | 5 | ||
| ФАСКН | 523 | 3.3 | 1.135 | 1 | 5 | ||
| Физиологические реакции | ЧАС | 14,253 | 107.83 | 15.022 | 65 | 190 | |
| Экологическая информация | ЛАТ | 14,253 | 25.018 | 0.002 | 25.012 | 25.024 | |
| ДЛИННЫЙ | 14,253 | 121.539 | 0.002 | 121.533 | 121.544 | ||
| ТЕМП | 14,253 | 33.87 | 1.517 | 28.73 | 28.79 | ||
| Относительная влажность | 14,253 | 63.25 | 6.603 | 50 | 89 | ||
| WS | 14,253 | 3.58 | 1.788 | 0.5 | 7.7 | ||
| WD | 12,232 | 232.26 | 82.952 | 40 | 360 | ||
Таблица 2: Описательная статистика для психологических, физиологических и экологических данных. 1. PREF = предпочтение; 2. AWAY = быть в отъезде; 3. FASCN = увлечение; 4. LAT = широта местоположения GPS; 5. LONG = Долгота местоположения GPS; 6. ЧСС = частота сердечных сокращений; 7. TEMP = температура; 8. RH = относительная влажность; 9. WS = скорость ветра; 10. WD = направление ветра.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Цели исследования и важные результаты
Носимые устройства, такие как смартфоны и умные часы, широко используются для исследования физиологических показателей или синдромов 32,33,34, психологических состояний 22,35; экологическая информация или поведение18,36. Большинство приложений интеллектуальных устройств сосредоточены на одном аспекте личной информации. Насколько нам известно, настоящая работа является одной из немногих, которая обеспечивает комплексную и гибкую оценку психологических, физиологических и экологических данных. Кроме того, в отличие от исследований, в которых в качестве инструментов исследованияиспользовались только смартфоны 35,37, этот протокол использовал преимущества умных часов для предоставления мобильных анкет для оценки текущего психологического состояния и тщательного измерения физиологических данных. С другой стороны, смартфоны использовались для хранения, обработки и передачи данных.
Важнейшие шаги в протоколе
Для соблюдения протокола крайне важно учитывать деятельность и график мероприятий, которые предполагается включить. Содержание активности может повлиять на точность датчиков на умных часах. Во время ходьбы, например, использование умных часов для сбора частоты сердечных сокращений показало большую обоснованность; однако валидность уменьшилась по мере увеличения интенсивностина 38. Во-вторых, подробные инструкции для носимых устройств и приложения могут помочь получить стандартизированные результаты. Неправильная работа устройств повлияла на их сбор данных. В нашем случае инструкции для приложения и устройств, возможно, потребуется расширить, а также включить решения распространенных проблем. Несмотря на то, что были включены полные инструкции для приложения и устройств, участникам может потребоваться более длительный период для ознакомления с этими элементами. Участники, которые не владели этими устройствами, могут бороться изначально, вызывая неблагоприятные эффекты новизны; Однако результаты предыдущих исследований, посвященных новизне смартфонов, показали, что участники, использующие заимствованный телефон, занимались больше, чем те, кто использовал свои собственные39. Наконец, в этом протоколе психологические состояния измерялись с помощью умных часов, а интервал между анкетами устанавливался в соответствии с целями исследования. В предыдущих долгосрочных исследованиях, варьирующихся от 2 до 10 недель с использованием смартфонов в качестве медицинского вмешательства, вмешательства должны были происходить несколько раз в день40,41; в краткосрочном исследовании, однако, весь эксперимент занял менее 1 ч, чтобы закончить, с интервалом вмешательства 5 мин. Высокая частота задач может повлиять на опыт людей на месте.
Преимущества и ограничения протокола и исследовательских инструментов
Одним из преимуществ приложения является то, что, используя его, несколько измерений информации в режиме реального времени, включая психологические, физиологические и экологические данные, могут отслеживаться одновременно и загружаться автоматически. Например, исследователи могут разрабатывать свои письменные анкеты на любом языке. Интенсивность измерения может быть отрегулирована с высокой степенью свободы путем изменения временного интервала для выполнения задачи. Участники могут получать задания на умных часах; во время ответа на вопросы или завершения тестов их частота сердечных сокращений, пространственное расположение и данные о погоде постоянно собираются и загружаются в базу данных. Все личные данные с полезной информацией, такой как данные о времени и местоположении для отслеживания их среды или физических атрибутов среды, также могут быть проанализированы.
Одним из ограничений исследовательских инструментов, приложения и устройств является то, что в настоящее время он доступен только на iOS. Это может ограничить удобство использования этого протокола. Кроме того, размеры умных часов могут затруднить их чтение для конкретных групп населения, таких как пожилые люди. Тем не менее, количество носимых устройств в исследованиях реакции человека и окружающей среды заметно выросло на 42,43,44, и они доступны по сравнению с медицинскими инструментами, используемыми для сбора физиологических данных. Они собирают больший объем и более полный спектр данных, чем только смартфоны45. Таким образом, исследования, направленные на изучение сценариев повседневной жизни, будут иметь значительные преимущества в обеспечении удобства и непрерывного сбора данных12,45. Еще одним ограничением приложения является то, что данные о погоде, собранные на основе ближайшей доступной информации, одинаковы для всех участников, если их географическое положение относительно близко. Тем не менее, отношения и сравнения между субъектами с разных сайтов или в разные даты все еще могут быть реально исследованы.
Резюме и будущие исследования
Это исследование показывает потенциал принятия приложения на носимых устройствах в качестве исследовательского инструмента. В соответствии с протоколом (набором новаторских процедур) были успешно измерены и проанализированы три измерения информации. Исследователи могут субъективно и объективно измерять отношения между человеком и окружающей средой, следуя, расширяя или адаптируя протокол. Это представляет собой уникальное и эффективное средство проведения продольных или поперечных исследований. В будущих исследованиях особое внимание может быть уделено качеству физической среды, важному фактору в ландшафтных исследованиях, для устранения факторов, которые в этом протоколе не упоминаются. В результате становится возможным объективное измерение качества окружающей среды, например, путем оценки ландшафтных структур на экологических фотографиях, собранных с помощью задач Image Capture в приложении. Кроме того, протокол также может применяться к различным группам населения или участкам. С помощью этого набора стандартизированных процедур масштаб исследования может быть расширен до регионального или национального масштаба, а не просто сосредоточен на одном сайте.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Совет по сельскому хозяйству Тайваня финансировал исследовательский проект и разработку приложения HealthCloud с 2018 по 2020 год [109 сельскохозяйственных наук - 7.5.4-supplementary-#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).
