在复杂操作环境中收集睡眠、循环、疲劳和性能数据
2019年8月8日
睡眠损失和昼夜错位导致许多操作事故和事故。在操作环境中评估旨在缓解疲劳的对策和工作调度设计的有效性可能具有挑战性。本手稿总结了在复杂操作环境中收集睡眠、昼夜、疲劳和性能数据的方法。
在操作环境中收集警报和性能数据具有挑战性。我们的协议提供了一套工具，用于收集现实世界中的疲劳对策数据。我们的协议允许在复杂的操作环境中评估睡眠、性能和昼夜阶段。
这些技术可用于评估多个操作队列中睡眠缺乏和昼夜失调的患病率。这些技术还可以更好地告知慢性睡眠丧失和昼夜错位的长期健康后果的纵向状态。由于参与者不受研究人员的监督，因此必须充分描述数据收集程序，并经常与学员进行检查。
在开始数据收集过程之前，请选择在实验室环境中根据多声成像进行验证的活动监视器。在整个实验期间，指示每位学员将活动监视器紧贴且牢固地固定在非显性手的手腕上。应记录在每日睡眠日记中对游泳或淋浴等活动的活动监测器去除，以便区分活动监视器去除与午睡期间不活动。
如果活动监视器包含事件标记功能，请每当删除活动监视器时，请让参与者点击该标记。为了帮助我们进行分析。指示参与者在睡觉时按事件标记，每次睡眠发作醒来，以增强睡眠日记中获得的信息，并协助分析。
将活动监视器分配给参与者后，选择要用于日常数据收集的应用程序。在参与任何研究程序以帮助解释研究结果之前，请学员填写包含人口统计信息的基线调查问卷。指示参与者在主睡眠发作之前和之后使用该应用程序完成睡眠日记。
从主睡眠情节醒来后，参与者指示唤醒时间、觉醒的数量和持续时间以及睡眠质量。指导学员在睡觉前在睡眠日记中记录任何午睡的持续时间和时间以及预计的睡觉时间。对于 PVT 跟踪，请向每位学员阅读以下说明，以确保每个参与者都接受相同的培训。
请每次将设备放在横向位置，并在您参加测试的整个时间将每个拇指悬停在屏幕几毫米范围内。在测试过程中，使用主导手的拇指轻点屏幕。这是您通常用手写的手。
一旦您看到框中滚动的红色数字，您必须使用来自主导手的拇指来响应所有测试中的刺激。显示屏中的数字显示您每次响应的速度，数字越小越好。尽力而为，每次得到最低数。
如果在数字出现之前点击屏幕太早，您会看到一条错误消息 FS，指示错误开始。如果您使用非主导臂点击，则会看到消息 ERR 指示错误避免 FS 和 ERR。如果您忘记抬起拇指，测试屏幕会在短时间内提醒您。
在服用 PVT 时演示触摸屏设备的正确位置和拇指位置，并指示学员在 wifi 关闭时将触摸屏设备保持飞行模式。指示学员在不受干扰的时间启动 PVT。如果发生干扰，参与者会记下测试后应用程序中的干扰数。
在每次飞行的降落之外，学员与工作伙伴进行沟通，以确保他或她可以留出时间完成学习任务，并确保环境没有干扰。测量6硫化氧褪黑激素的产生，以估计昼夜阶段，为参与者提供尿包，尿记录和训练当天的说明。尿袋包括小便帽或小便池壶。
几个管道，五个标签尿液收集管每24小时收集，两个额外的管和白色贴纸标签，清洁生物危害拉链锁袋。运输材料、冰袋、尿液收集日志和每个收集区块参考的说明副本。通知参与者从参与者醒来开始，在 24 小时内收集所有在 24 小时内产生的尿液，全天在 4 小时区块中继续，在一夜之间收集 8 小时块，共采集 5 个样本。
要获得尿液样本，请指示参与者对每个样品使用新的管道，将少量尿液从收集容器转移到每个样品的新小管中，直到管子至少满半。封顶后，参与者应用指示当天收集样本的编号标记管子。标签管，然后应放入一个大拉链锁生物危害袋和袋应放置在运输箱与冷包。
然后确保每个参与者都获得预付费和预付地址的发货标签。下面显示了一个从用于跟踪睡眠持续时间、睡眠时间、唤醒时间和睡眠质量的活动监视器派生的活性图示例。对于该个体，睡眠时间和持续时间因混合效应回归分析评估的工作开始时间的函数而显著变化。
此代表性表按时间表类型显示睡前、唤醒时间、睡眠持续时间和睡眠质量，如多个参与者在睡眠日记中报告。参与者平均在基线块的23:10左右睡觉，早值班时间块的睡觉时间与基线有很大不同，参与者在早值班开始前报告早睡时间。中午和晚点值班的睡觉时间与基线有很大不同，参与者报告晚睡时间。
与基线相比，参与者在休息日明显晚睡。与基线相比，参与者在早期开始时获得的睡眠明显减少，而其他计划类型的睡眠持续时间与基线没有不同。6-Sulatoxymelatonin杂技阶段为每个人谁参加了尿液收集程序的研究块显示，与睡眠的发现一致，主要昼夜阶段是显著转移，根据工作开始时间。
使用混合效应回归分析结果在PVT上的失效和响应速度都相似。 参与者显示，与基线相比，每种计划类型的失误显著增加。而参与者在休息日的表现与基线相似。
在这个过程中最重要的一步是适当培训参与者完成学习任务。特别是对于 PVT 数据收集。这种方法和测试根深蒂固的应用程序的组合允许在操作环境中收集睡眠、性能和昼夜相数据。
概览
本研究提出了一种在操作环境中收集睡眠、昼夜节律、疲劳和表现数据的协议。它解决了评估疲劳对策的挑战，并强调了准确的数据收集方法的重要性。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 睡眠研究
- 操作健康
背景
- 睡眠丧失和昼夜节律错位与操作事故有关。
- 在现实环境中评估疲劳对策是复杂的。
- 准确的数据收集对理解睡眠和表现至关重要。
- 参与者是无监督的，需要明确的程序。
研究目的
- 开发一种评估操作环境中睡眠和表现的协议。
- 评估睡眠不足和昼夜节律错位的普遍性。
- 了解慢性睡眠丧失的长期健康后果。
使用的方法
- 参与者佩戴经过验证的活动监测器来追踪睡眠模式。
- 每天保持睡眠日记以记录睡眠质量和持续时间。
- 参与者完成基线问卷以获取人口统计数据。
- 使用精神运动警觉测试（PVT）追踪表现。
主要结果
- 数据收集方法允许实时监控睡眠和表现。
- 睡眠时间和持续时间的变化受工作时间表影响。
- 参与者对协议的遵守提高了数据的可靠性。
- 结果可以为缓解操作环境中的疲劳提供策略。
结论
- 该协议有效地在复杂环境中捕获关键数据。
- 研究结果可以指导未来关于睡眠和表现的研究。
- 对睡眠模式的更好理解可以提高操作安全性。
常见问题
Executive Industry Relevance
Assessing sleep, circadian, fatigue, and performance in operational environments is critical for evaluating fatigue countermeasures and work scheduling strategies in high-stakes industries. This protocol enables real-world data collection that informs predictive confidence in fatigue risk models and supports mechanistic de-risking of operational safety interventions. By capturing individual variability in biomarkers and performance metrics, it aids in translational continuity from discovery to applied risk assessment in transportation, aviation, and shift-work sectors.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to sleep-wake regulation and circadian biology in ecologically valid contexts.
- Operational Value: Provides quantitative, longitudinal biomarker data (e.g., aMT6s) to validate target engagement of circadian-modulating compounds.
- Predictive Value: Supports assessment of functional outcomes linking circadian phase shifts to fatigue and performance decrements.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Establishes standardized procedures for collecting urine samples to measure 6-sulfatoxymelatonin as a circadian phase biomarker.
- Reproducibility: Uses validated activity monitors and sleep diaries to ensure consistent sleep duration and timing measurements across participants.
- Scalability: Supports deployment in field settings with minimal supervision, enabling multi-site data collection for large cohorts.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Bridges laboratory findings on circadian regulation to real-world operational outcomes in fatigue and performance.
- Disease-Relevant System: Models human circadian disruption relevant to shift work sleep disorder and related neuropsychiatric conditions.
- Mechanistic De-risking: Clarifies how schedule-induced circadian misalignment translates to PVT performance deficits, informing biomarker-stratified approaches.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery workflows by providing objective sleep, circadian, and performance endpoints that precede lead optimization and preclinical efficacy testing.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on how circadian-targeted compounds affect real-world sleep timing and hormone rhythms.
- Screening: Delivers standardized, quantitative outputs (sleep duration, aMT6s acrophase, PVT lapses) for comparing compound effects across schedules.
- Analytics: Enables mixed-effects regression analysis to model individual variability in response to work shifts, enhancing statistical power in early studies.
- Translational Research: Connects circadian phase measurements to fatigue and performance outcomes, supporting go/no-go decisions based on functional relevance.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform for assessing fatigue risk across operational industries, reducing redundant protocol development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in linking circadian disruption to fatigue-related performance decline.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility of sleep and circadian data collection in uncontrolled environments.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing human-relevant, ecologically valid data on target-mediated effects on alertness.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on their ability to mitigate schedule-induced circadian misalignment and performance deficits.
Implementation Considerations
- Requires expertise in sleep medicine, circadian biology, and field-based data collection protocols.
- Depends on validated activity monitors, urine collection kits, and touch-screen devices for PVT administration.
- Necessitates cross-team standardization of sleep diary compliance, urine sampling timing, and event marker usage.
- Involves adaptation considerations across shift work populations with varying sleep opportunities and environmental constraints.
- Includes practical limitations such as participant burden, missing data due to non-compliance, and need for frequent check-ins in unsupervised settings.
