本プロトコルは、心理的尺度、GPS位置、心拍数、血中酸素飽和度、およびアプリケーションの操作手順を含むリアルタイムのオンサイトデータを収集するための非商用の自社開発アプリケーションを紹介します。2020年に台湾で実施された実証研究を応用例として使用しました。
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この記事について
サマリー
要約
現在のプロトコルは、テクノロジーの統合を紹介することを目的としており、国立台湾大学(HLHP-NTU)のヘルシーランドスケープアンドヘルシーピープルラボによって開発されたHealthCloudアプリをスマートフォンやスマートウォッチに採用して、ユーザーのリアルタイムの心理的および生理学的反応と環境情報を収集するための詳細な説明を提供します。ランドスケープやアウトドアレクリエーション研究の現場調査では、個人データの多次元的な側面を測定することが困難な場合があるため、柔軟で統合された研究方法が提案されました。2020年に国立台湾大学キャンパスで実施した実地調査を応用例として使用しました。無効なサンプルを除外した後、385人の参加者のデータセットを使用しました。実験中、参加者は、心拍数と心理的スケールの項目がいくつかの環境指標とともに測定されたときに、キャンパスを30分間歩き回るように求められました。この研究は、オンサイト研究が周囲の要因に一致するリアルタイムの人間の反応を追跡するのに役立つ可能なソリューションを提供することを目的としていました。アプリの柔軟性により、ウェアラブルデバイスでの使用は、学際的な調査研究の優れた可能性を示しています。
概要
リアルタイムのデータ収集
日常生活において、人々は多くの点で物理的環境の恩恵を受けています。たとえば、心理的1や心拍数回復2などの肯定的な結果が広く見出されています。さらに、温度や湿度などの環境要因とメンタルヘルスとの関係が議論されています3,4。研究はまた、心拍数やストレスなどの生理学的反応と心理的反応の間の関連を調査しました5,6,7,8。自然への曝露による心理的および生理学的利益の幅広い証拠は、十分に管理された実験室研究9,10で発見されており、これはこの分野の多様な影響力のある要因を表していない可能性があります。したがって、リアルタイムの人間の反応間の関係を測定するために、現場での研究は、実験室シミュレーションよりも実際のシナリオの経験と環境への反応を反映する方が良いと考えられています11。さらに、環境に対する人間の反応は、文脈に依存する可能性があります12。人々の心理的・生理学的健康と環境の質との関係を理解することの重要性を考えると、さまざまな情報を収集できるリアルタイムの自己追跡測定が緊急に必要とされています。
生態学的瞬間評価(EMA)または経験サンプリング法(ESM)は、オンサイト研究の解決策を表す可能性があります13,14。EMAとESMは、実際のシナリオで現場で人間の瞬間的な反応を評価することを目的としています15。自己追跡技術を採用することにより、反応、反応、および現場での経験を新鮮に測定することができます14。参加者は、いわゆるシグナル条件サンプリングスキーム15で評価を実施するために、テキストや通知などのシグナルを介して通知される。「EMA」という用語は主に健康関連の研究13で使用されますが、「ESM」はレジャーおよびアウトドアレクリエーションの研究16で使用される傾向があります。それにもかかわらず、これらの用語は時折同じ意味で使用されます12。
EMAを環境調査研究に適用する可能性は、Beute et al.12によって議論され、EMAは単に「自然」または「都市」よりも多様な環境に対処することができると指摘しました。例えば、外来計測(GPS位置追跡など)を採用することにより、歩行中の生理学的反応をリアルタイムの位置データセットと照合することができ、環境タイプおよび環境特性のより豊かな空間分解能を提供する7。さらに、EMAによって許可されたリアルタイムのデータ収集は、高い生態学的妥当性を保証し、実験室での研究からの補完的な視点を提供します。
ますます多くの現場での実証研究が、日常生活や研究目的で個人の健康状態を監視するためにウェアラブルデバイスとスマートフォンを採用しています17,18,19,20。これらのデバイスの両方を採用することは、スマートフォン12のみを使用するよりも多くの利点を提供し得る。第1に、スマートウォッチを使用した場合のアクセス時間は、電話機21を使用した場合よりも短く、中断の負担が軽減される可能性がある。第二に、時計はスマートフォン22よりも身体に近いことを提供し、電話はデータを保存およびアップロードするための瞬間的なデータベースとして使用することができる。第三に、最近のスマートウォッチは、心拍数の変動、心電図(ECG)、血圧23、24、25、26、27などのさまざまなパラメーターに複数のセンサーを提供します。人間の反応の個人的および全体的な側面は、特定の活動を推測することができます12。最後に、スマートフォンは通常、スマートフォンベースの研究のためにポケットに入れて持ち歩き、アンケートに関しては、スマートウォッチを使用する場合と比較して余分な作業を行う必要があります。
しかし、心理的および生理学的結果と環境情報との関係を調査した研究はほとんどありません。そこで本研究では、スマートウォッチやスマートフォンなどのウェアラブル機器に非商用の自社開発アプリ「HealthCloud」を採用し、心理的、生理的、環境的情報をリアルタイムに収集する。
自社開発アプリとウェアラブル機器
ウェアラブルデバイスで使用するアプリは、国立台湾大学(HLHP-NTU)のヘルシーランドスケープアンドヘルシーピープルラボによって開発され、人間の反応と環境データを追跡するためのよりアクセスしやすく柔軟な方法を提供し、研究者が人間の健康と環境情報の関係をさらに分析できるようにします(図1)。
iOSベースのこのアプリは、複数のタスクとパッシブデータ収集機能を提供します。このアプリは、ポップクイズの質問を通じて測定された心理的スケールのアイテムなど、スマートウォッチの自己申告データを収集し、ユーザーは回答を1つ星から5つ星まで評価して、すばやく簡単に評価できます。このタイプの質問介入は、マイクロインタラクションの一種と見なすことができます-EMA(μEMA)-スマートウォッチ-EMA28よりも注意が少なく、応答率が高いin situデータ収集方法。心拍数、心拍変動、血中酸素飽和度など、センサーで監視される生理学的反応データは、iOSの機能を使用して測定できます。心拍数は、フォトプレチスモグラフィ29と呼ばれる技術を使用して、スマートウォッチの光学式心拍センサーを介して測定されます。アプリは、光に敏感なフォトダイオードを備えた緑色のLEDライトを使用して血流量を検出し、毎分心拍数も計算されます。心拍数変動(HRV)と血中酸素濃度(SpO2)は、アプリを使用して検出できます。スマートフォンの場合、ストループテスト(図2B)、画像キャプチャタスク(図2C)、環境サウンドタスク(図2D)などのタスクは、相対湿度、天候、高度などの周囲条件データがいくつかのアプリケーションプログラミングインターフェイスから受動的に収集されます。
図 1: アプリの概要。 スマートウォッチ、スマートフォン、データベース上のアプリの機能。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 2: アプリのタスク。 アプリで使用できるタスクの例:左から右に、(A)ポップアップの質問があります。(B)ストループテスト。 (C)画像キャプチャタスク。(D)環境サウンドタスク。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
すべてのデータはバックエンドのウェブサイトにアップロードされます(共同研究者へのアクセス、資料表を参照)。このWebサイトは、ユーザーの現在地と心拍数を示す地図表示(図3)、データを閲覧および抽出するためのデータシート(図4)、タスクの頻度、優先度、および内容を変更するためのタスク構成(図5)など、いくつかの主要な機能を提供します。このような優れた柔軟性と幅広い測定により、研究者は研究目的に応じて前述のタスク機能を簡単に選択できます。さらに、このアプリはユーザーと研究者の両方に利益をもたらすことができます。このアプリは、回答した質問と選択したルートに応じて、ヘルスレポートとGPS位置の軌跡(図6)を提供します。したがって、彼らはその日の健康状態の迅速なアイデアを取得し、彼らの健康データを追跡し続けることができます。
図 3: アプリ データベースに表示されるマップ。 アプリデータベースの地図表示は、場所や心拍数などの現在の情報を研究者に提供します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 4: アプリ データベースのデータシート。 アプリ データベース内の表示マップのデータ レポートで、時間、フィールド、またはテスター ID をフィルター処理してデータをエクスポートできます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 5: アプリ データベースのタスク構成。 タスクの優先順位、時間間隔、言語、およびアンケートの内容を変更できます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 6: アプリ ユーザーの正常性レポート。 アプリを使用した後、ユーザーは自動的に生成された一連の個々の結果を受け取ることができます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
代表的な研究
スマートフォンやスマートウォッチのアプリを使用したデータ収集の多様な次元の統合を紹介するために、2020年に台湾の台北市にある国立台湾大学のキャンパスで in situ 調査が実施されました。研究の参加者は、実験の1週間前にオンラインフォームを通じて国立台湾大学のソーシャルメディアファンページで募集されました。フォームには、研究の目的、プロセス、場所、参加条件、着用する研究機器の概略図、読者が参加する意思と参加できる時間を示すためのスペースが含まれていました。完了後、参加者はスケジュールの2日前に実験の正確な時間と場所を電子メールで通知されました。この研究では、心理的変化、生理学、身体活動(歩行)、および音と色の知覚を調べているため、参加者は次の条件を満たしました:(1)20〜36歳、(2)身体的および精神的健康、(3)中枢神経系に影響を与える薬物を定期的に使用していない、(4)妊娠または授乳していない、(5)心血管疾患の病歴がない、 (6)徒歩30分以上歩ける、(7)色を識別できる。
実験当日は、参加者にスマートフォンとスマートウォッチ1セット、ルートマップが提供されました。研究者は、研究の目的、研究プロセス、ウェアラブルデバイス、および研究プロセスで注意が必要な事項について、参加者に統一された説明を行いました。歩行中、心理的反応は5分ごとにポップクイズタスクを使用して評価され、心拍数などの生理学的反応はスマートウォッチのセンサーによって毎分測定されました。実験後、参加者には200NTD相当のギフトカード(~7米ドル)が支給されました。
心理測定では,景観の選好と,知覚修復尺度ショートバージョン30の2つの側面,すなわち「離れている」と「魅力」を考慮しました。これらの側面は、参加者に「これは日常の要求から離れており、リラックスして興味のあることを考えることができる場所である」と「その場所は魅力的です。それは私が物事を発見し、興味を持つのに十分な大きさです」と、注意回復理論に基づいて環境の修復要因に対する個人の認識を測定するために、(1)「強く同意しない」から(5)「強く同意する」までの5段階のリッカート尺度で31。景観の好みは、5段階のリッカート尺度を使用して評価され、(1)「非常に少ない」から(5)「非常に多い」までの1つの質問で、「何らかの理由で、設定がどれだけ好きですか?」という1つの質問がありました。アンケートは、5分間隔で「ポップクイズ」タスクを使用して送信され、参加者は5分ごとにアンケートを受け取りました。
生理学的測定のために、歩行中の心拍数(HR)を使用して、1分の時間間隔で参加者の生理学的結果を表しました。GPSデータ(緯度経度)、気温、相対湿度、風速、風度などの環境情報をスマートフォンで収集しました。
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プロトコル
プロトコル全体は、人間関連の実験を実施するための国立台湾大学研究倫理委員会事務局の指示に従っています。参加者の募集中に、候補者はスピーチとライティングの両方で彼らの指示と権利、および実験のリスクについて知らされ、署名された同意書が収集されました。このアプリは、スマートフォンやスマートウォッチにインストールできます( 資料表を参照)。
1.心理学的および生理学的実験の準備
- アクティビティをスケジュールするための実験サイトの情報を取得します。
- プロトコルが適用される部位に応じて実験手順を設計します。
- 倫理的承認を得る。
- 参加者の募集と手順の指示のために実験の紹介を準備します。
注:手順には、参加者が実験中に実行するタスクとすべきこととすべきでないことが含まれます。 - HealthCloud アプリのバックエンド Web サイトで新しい フィールド名 を作成して、ターゲット データをスタンプします。
- バックエンド Web サイトにログインします。
※当ウェブサイトへのアクセスは共同研究者のみに制限されています。 - アプリ データベースの [管理] の [フィールドの設定] に新しいフィールド名を追加して、実験中に収集されたデータをマークします (図 7)。
注:ターゲットデータは、データシートで簡単に認識して抽出できます(図5)。
- バックエンド Web サイトにログインします。
- アンケート項目を構成にインポートします。
- バックエンド Web サイトにログインします。
- [管理>構成]で、[ファイルの選択]ボタンをクリックして、指定された形式でアンケートをアップロードします(表1)。
注: 表1の最初の列は、英語の質問に記入する必要がある場所です。2番目は中国語版用で、3番目の列は質問インジケーターを入力できる場所です。ユーザーが英語または中国語で質問を受け取るかどうかは、スマートフォンの言語によって異なります。本研究では,システム全体の言語を中国語とした。したがって、質問は中国語でした。
- ポップクイズの質問(アンケート)の時間間隔を設定します。
- バックエンド Web サイトにログインします。
- [管理>設定]で、[ポップクイズの期間]で分数を選択して時間間隔を設定します(図5)。
注:本研究では、ポップクイズタスクの繰り返しの時間間隔は5分でしたが、1分から72時間の間のどこでも設定できます。
2. 参加者募集
- 導入手順を使用して参加者を募集します。
注:参加者は、本研究のオンライン調査を通じて募集されました。参加者には、自分のデバイスを持っているかどうかに関係なく、スマートフォンとスマートウォッチ( 資料表を参照)が提供されました。 - 20〜36歳ではない参加者、妊娠中または授乳中の参加者、色覚異常、および嗅覚関連疾患のある参加者を除外します。
- 調査の目的、実験研究の方法と手順、実験の要件、実験の潜在的なリスク、参加者にとっての利益、参加者の権利など、実験の完全な内容を紹介します。
- 参加者から書面による同意を得る。
3.ウェアラブルデバイスとアプリの準備
- App Store から HealthCloud アプリをダウンロードしてください。
- 上記のツールがすぐに使用でき、良好なバッテリー寿命、GPS機能、およびサイトでの安定したインターネット信号を備えていることを確認してください。
- アプリの操作手順を調べて、心拍数機能を確認してください。
- アカウントを作成して、電話でアプリにログインします(図8A)。
- 心拍数、位置(緯度と経度)、高度、天気、ユーザーが起動してから移動した距離、アプリの起動からの時間など、すべてのリアルタイム情報がスマートフォンのアプリのメインページで正常に収集されていることを確認します(図8B)。
- 設定ページの [測定設定 ]を押して、事前に作成した フィールド名 を選択し、参加者に「テスト番号」に従って名前を付けます。(図8C)。
- デバイスが設定されたら、適切な評価のためにスマートウォッチとスマートフォンの両方を使用する方法について、次の文言で被験者に口頭で指示します。
- スマートウォッチの [スタート ]を押して、生理学的および環境情報の収集を開始します(図8D)。
注意: 時計は、歩行中に5回振動してタスクに通知します。 - タスクを受け取ったら、時計の指示に従ってください。
- タスクの実行を開始するには、 OK! を押して、時計の画面に表示される指示に従います。
- ポップクイズタスクでは、1〜5つ星のステートメントを評価して心理的スケール項目に回答し、[ 送信 ]を押して測定を終了します。
- 「写真撮影」、「ストループテスト」、および「音声」タスクの場合は、電話でHealthCloudアプリを開き、指示に従います。
- HRVタスクの場合は、 呼吸 アプリを開き、[開始]をクリックして開始します。HRV データがアップロードされます。
- SpO2タスクの場合は、時計で 血中酸素 アプリを開き、[ 開始]をクリックして測定を開始します。結果がアップロードされます。
注意: 散歩の前に、次の指示で参加者に思い出させてください:散歩中に、あなたは指定された時間間隔でランダムな順序で心理的スケール項目に関する質問を受けます。散歩中は電話や時計の設定を変更しないでください。エラーが発生した場合は、すぐにインストラクターにお知らせください。
- スマートウォッチの [スタート ]を押して、生理学的および環境情報の収集を開始します(図8D)。
4. データ収集
- スマートウォッチやスマートフォンと引き換えに、参加者の個人IDの入金をリクエストします。
- 次の言葉で、参加者にリラックスして散歩を楽しむように口頭で思い出させます:「実験中は、リラックスして散歩全体を楽しんでください。まるで実験に参加していないかのように歩きます。」
- 歩行後、デバイスを収集し、[ 終了]と[計算] を押して実験を終了します。
- 参加者に200NTD相当のギフトカードを提供する。
5.データ分析
- アプリのバックエンド Web サイトからデータを取得します。
- バックエンド Web サイトにログインします。時間、フィールド、およびテスターIDをフィルタリングして、データシートから研究データを抽出します。
- [ CSV のエクスポート ] を押してデータセットをダウンロードします (図 4)。
- 統計ソフトウェアを使用して記述統計分析を実行します( 材料表を参照)。
| 質問(英語) | 質問(中国語) | インジケータ | ||
| それは日常の要求から離れて、リラックスして自分の興味のあることを考えることができる場所です。 |   | 離れていること | ||
| その場所は魅力的です。それは私が物事を発見し、興味を持つのに十分な大きさです。 |   | 魅惑 | ||
| 何らかの理由で、この設定がどれだけ好きですか? |  | 優先 | ||
表1:ポップクイズの質問の形式。 本研究で採用した心理尺度項目を例に,ポップクイズ問題の形式を提示した。
図7:「フィールド名」の設定。 バックエンドWebサイトで、新しいフィールド名を黒で入力し、[ 追加 ]をクリックしてターゲットデータをマークする必要があります。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図8:アプリの操作手順。 ユーザーがログインします。(A)スマートウォッチ上のアプリのログインインターフェース。スマートウォッチのアプリは(B)で起動します。(C)リアルタイムデータが表示されたアプリのメインページ。(D)測定値は、「フィールド名」と「テスト番号」を変更するように設定されました。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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結果
元のサンプルは423人で構成されていましたが、そのうち18人はアプリのベータ版が不安定なためにデータ品質が悪いため除外する必要があり、別の20人はすべてのポップクイズの質問を完了できませんでした。これにより、実効サンプルレートは0.91になりました。国立台湾大学から385人の学生(女性213人、男性172人)のデータセットを募集しました。参加者は20〜36歳でした(M = 23.38、SD = 2.268)。心理状態については,選好評価514件(PREF,M = 3.74,SD=1.033),外出548件(AWAY,M = 3.51,SD = 1.101),魅力評価523件(FSCN,M=3.30,SD=1.135)が抽出された。生理学的反応(すなわち、心拍数、HR)について、14,253データポイント(単位=拍数/秒、M = 107.83、SD = 15.002)が収集された。環境情報については、GPS緯度(緯度、M = 25.018、SD = 0.002)と経度(LONG、M = 121.539、SD = 121.533)に関する14,253データポイント、温度(TEMP;単位=摂氏度、M...
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ディスカッション
研究の目的と重要な調査結果
スマートフォンやスマートウォッチなどのウェアラブルデバイスは、生理学的指標または症候群32,33,34、心理状態22,35を調査するために広く使用されています。環境情報、または行動18,36。スマートデバイスのほとんどのアプリケーションは、個人情報の1つの側面に焦点を当てています。私たちの知る限り、本研究は、心理的、生理学的、および環境的データの統合された柔軟な評価を提供する数少ない研究の1つです。さらに、研究ツールとしてスマートフォンのみを使用した研究とは異なり35,37
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開示事項
著者は開示するものは何もありません。
謝辞
台湾農業評議会は、2018年から2020年にかけて、研究プロジェクトとHealthCloudアプリの開発に資金を提供しました[109農業科学-7.5.4-補足-#1(1)]([109-7.5.4 
--
#1(1)])。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Apple Watch 6 | Apple | ポップアップの質問、心拍数の測定など、HealthCloudアプリの使用に使用します。 | |
| iPhone | AppleGPS | 位置情報収集、気象データ収集、データストレージ、データ転送など、HealthCloudアプリの使用に使用します。 | |
| HealthCloud | の自社開発 | Apple WatchとiPhoneを採用したHealthCloudアプリは、国立台湾大学(HLHP-NTU)のHealthy Landscape and Healthy People Labによって開発され、人間の反応を追跡しました。HealthKit、ResearchKit、Weather API、Breatheアプリ、Blood OxygenアプリなどのAppleWatchアプリケーションなどのいくつかのAPIを採用して、人間の健康と環境情報との関係をさらに分析する目的で、生理学的状態と心理状態、および環境データを収集します APPストアのアプリへのリンクは次のとおりです。 https://apps.apple.com/tw/app/healthcloud/id1446179518?l=en | |
| バックエンドWebサイト | タスクの設定、データのエクスポート、およびユーザーの表示を使用するためのHealthCloudアプリのバックエンドWebサイト. | ||
| > http://healthcloud.hort.ntu.edu.tw/ HealthKit | Apple | 。心拍数、心拍変動、血中酸素飽和度などの生理学的反応のデータを取得するための使用について HealthKitへのリンク: https://developer.apple.com/documentation/healthkit | |
| ResearchKit | Apple | このキットには、研究目的で使用するためのさまざまなタスクが含まれています。HealthCloudアプリで採用されている機能には、画像キャプチャタスク、環境音タスク、ストループテスト、知覚回復スケール、風景の好みなどの心理状態測定のポップクエスチョンが含まれます ResearchKitへのリンク: | |
| > https://www.researchandcare.org/ Weather API | OpenWeather | 湿度、天気、全地球測位システムの位置、高度など、最寄りの気象観測所からリアルタイムの環境データを収集する使用のため Weather APIへのリンク: https://openweathermap.org/api | |
| Breatheアプリ | Apple | リアルタイムの心拍変動(HRV)を評価するための使用のため。このアプリは、このパイロット研究の手順には含まれていませんでした。ただし、HealthlCloudは、Breatheアプリから収集されたHRVデータを取得できるようになりました Breatheアプリへのリンク: https://apps.apple.com/us/app/breathe/id1459455352 | |
| 血中酸素アプリ | Apple | 血中酸素濃度レベル(SpO2)を評価するための使用。HealthlCloudの最新バージョンは、 から収集されたSpO2データを取得できます。アプリ。このアプリは、このパイロット研究の手順には含まれていませんでした。ただし、 血中酸素アプリの測定: https://support.apple.com/en-us/HT211027 血中酸素アプリへのリンク: https://apps.apple.com/us/app/breathe/id1459455352" | |
| IBM SPSS Statistics 25 | IBM | 統計分析の使用について. 血中酸素アプリへのリンク: https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25 |
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