JoVE Journal Behavior

Behavior

Indsamling af søvn, Cirkadiske, træthed og ydelses data i komplekse driftsmiljøer

Published: August 8, 2019 doi: 10.3791/59851

Lucia Arsintescu¹, Kenji H. Kato², Cassie J. Hilditch¹, Kevin B. Gregory¹, Erin Flynn-Evans³

¹San Jose State University Research Foundation, ²ASRS Research and Technology Solutions, ³Fatigue Countermeasures Laboratory, NASA Ames Research Center

Summary

Søvn tabet og den cirkadiske forskydning bidrager til talrige drifts ulykker og-hændelser. Effektiviteten af modforanstaltninger og planlægnings design, der tager sigte på at afbøde træthed, kan være udfordrende at evaluere i driftsmiljøer. Dette manuskript opsummerer en tilgang til indsamling af søvn, cirkadiske, træthed og ydelsesdata i komplekse driftsmiljøer.

Abstract

Søvn tabet og den cirkadiske forskydning bidrager til en meningsfuld andel af drifts ulykker og-hændelser. Modforholdsregler og planlægnings design med henblik på at afbøde træthed evalueres typisk i kontrollerede laboratoriemiljøer, men effektiviteten af at omsætte sådanne strategier til driftsmiljøer kan være udfordrende at vurdere. Dette manuskript opsummerer en tilgang til indsamling af søvn, cirkadiske, træthed og præstationsdata i et komplekst driftsmiljø. Vi studerede 44 flyselskab piloter over 34 dage, mens de fløj en fast tidsplan, som omfattede en baselinedata indsamling med 5 dage af Mid-Morning flyvninger, fire tidlige flyvninger, fire høj arbejdsbyrde Mid-Day flyvninger, og fire sene flyvninger, der landede efter midnat. Hver arbejds blok blev adskilt af 3 – 4 dages hvile. For at vurdere søvn, deltagerne bar en håndled-slidt forsknings-valideret aktivitet Monitor kontinuerligt og afsluttede daglige søvn dagbøger. For at vurdere den cirkadiske fase blev piloter bedt om at indsamle al urin, der produceres i fire eller otte time placeringer i løbet af 24 timer efter hver told blok til vurdering af 6-sulfatoxymelatonin (aMT6s), som er en biomarkør af døgnrytmen. For at vurdere subjektiv træthed og objektiv præstation, blev deltagerne forsynet med en touch-screen-enhed, der anvendes til at fuldføre SamN-Perelli træthed skala og psykomotoriske årvågenhed Task (PVT) under og efter hver flyvning, og på waketime, Mid-Day, og Sengetid. Ved hjælp af disse metoder, blev det konstateret, at søvn varighed blev reduceret i begyndelsen af start og sene finish i forhold til baseline. Cirkadiske fase skiftede efter vagtplan, men der var en bred vifte i aMT6s peak mellem individer på hver tidsplan. PVT performance var værre på de tidlige, høj arbejdsbyrde, og sene tidsplaner i forhold til baseline. Samlet set var kombinationen af disse metoder praktisk og effektiv til at vurdere indflydelsen af søvntab og cirkadiske fase på træthed og ydeevne i et komplekst operationelt miljø.

Introduction

Træthed, som følge af søvntab og cirkadiske forskydning, er en alvorlig trussel mod sikkerheden i erhverv, der kræver 24 timer operationer, uregelmæssige tidsplaner, og udvidede arbejdstimer¹^,². Laboratorieforskning har været medvirkende til at karakterisere, hvordan ændringer i søvn varighed og timing påvirke efterfølgende årvågenhed og ydeevne³^,⁴^,⁵. Disse undersøgelser danner grundlag for træthed risikostyring anbefalinger og arbejds planlægning praksis i operationelle miljøer⁶.

I dette manuskript bruges en feltundersøgelse af luftfartsoperationer til at demonstrere en tilgang til indsamling af søvn, cirkadiske, træthed og præstationsdata i komplekse operationelle indstillinger⁷. Vi studerede 44 flyselskab piloter over 34 dage, mens de fløj en tidsplan, der omfattede perioder med Mid-Morning flyvninger, tidlige flyvninger, høj arbejdsbyrde midt på dagen flyvninger, og sene flyvninger, der landede efter midnat. Hver arbejds blok blev adskilt af 3 – 4 dages hvile. Piloter indsamlede objektive og subjektive data i hele undersøgelsesperioden, herunder både flyvetjeneste og hviledage.

I betragtning af forskellene mellem laboratorier og den virkelige verden miljøer, gennemførelse af strategier og modforanstaltninger, som er udviklet i laboratoriet ikke altid omsættes til operationer som forventet. Individuelle forskelle, en bred vifte af operationelle arbejdsplaner, uregelmæssige og uforudsigelige operationer, organisatorisk praksis og kultur, og arbejdsaftaler er nogle af de faktorer, der kan komplicere anvendelsen af videnskaben i praktiske operationel anvendelse. Det er derfor vigtigt at evaluere virkningen af sådanne interventioner ved hjælp af konsekvente og pålidelige metoder til at vurdere søvn, døgnrytme, træthed eller årvågenhed og ydeevne. Niveauet for overvågning og dataindsamling skal holdes i forhold til det forventede niveau for træthed og dermed forbundne sikkerhedsrisici inden for en operation⁸. Desuden er opretholdelse af sikker drift i alle sikkerhedsfølsomme omgivelser altafgørende for forsøgsprotokollen.

Gold standardmetoden til vurdering af søvn varighed og-kvalitet er gennem polysomnografi (PSG), som involverer måling af hjernens aktivitet, puls, øjenbevægelse og muskel aktivitet gennem en samling af elektroder og sensorer placeret på hovedbunden, ansigtet, og brystet. Selvom PSG er robust, er det ikke praktisk at indsamle søvn oplysninger i de fleste driftsmiljøer. Mange bærbare enheder er blevet udviklet til at anslå søvn timing, varighed og kvalitet, men få er blevet valideret⁹^,¹⁰. Kombinationen af håndleds-slidt actigrafi og daglige søvn dagbøger har været almindeligt anvendt til at anslå søvn i feltstudier på tværs af en række erhverv¹¹^,¹²^,¹³^,¹⁴ og er blevet valideret mod PSG, der viser konkordance for søvn varighed¹⁵. Desuden, ved hjælp af actigraphy og søvn dagbøger for feltundersøgelser placerer en lav byrde af indsatsen på undersøgelsens deltagere, fordi de fleste Actigraphy enheder bæres på den ikke-dominerende håndled og kun fjernet til brusebad eller svømning, meget gerne et armbåndsur. Ligeledes kan en veldesignet søvn dagbog, præsenteret på en telefon eller touch-screen-enhed, typisk udfyldes af deltagere i mindre end to min.

Søvn-vågne cyklus koordineres af den cirkadiske pacemaker placeret i suprachiasmatic kerner af hypothalamus¹⁶. Denne pacemaker synkroniserer også mange andre aspekter af biologisk funktion såsom kropstemperatur og hormonelle rytmer (f. eks. melatonin og cortisol). Den endogene døgnrytme er tæt på, men ikke ligefrem, 24 timer; Derfor skal det nulstilles hver dag for at give mulighed for stabil synkronisering (dvs. indstigning) til 24 h dag. Det primære nulstillings middel for den cirkadiske pacemaker er lys. I driftsmiljøer, der kræver ikke-standardiserede tidsplaner og 24 timers drift, kan cirkadian-forskydning forekomme, hvor cirkadian-drevet til at sove falder sammen med planlagt arbejde¹¹. Det er muligt at bestemme, hvornår den cirkadiske pacemaker fremmer søvn og vågne ved at måle spids timingen (dvs. cirkadiske fase) af rytmerne af biologiske signaler, der styres af døgnrytmen.

Det er vigtigt at måle den cirkadiske fase efter gennemførelsen af modforanstaltninger for bedre at forstå, om sådanne teknikker har held til at tilpasse den cirkadiske pacemaker til den pålagte arbejdsplan. Mange af de output af cirkadiske system, der anvendes til at bestemme fase i laboratorie indstillinger er tilbøjelige til at maskere, hvilket gør dem uegnede til brug i et felt miljø. For eksempel, cirkadiske ændringer i kropstemperaturen er svære at opdage i fri-levende personer, der kan deltage i aktiviteter såsom motion, der ændrer deres kropstemperatur. Melatonin er akut undertrykt af lys eksponering, gør indsamlingen af melatonin i blodet eller spyt umulig i situationer, hvor lyset ikke kan styres. Men, 6-sulfatoxymelatonin (aMT6s), den største metabolit af melatonin, udskilles i urin og er mindre påvirket af maskerende virkninger af lys, hvilket gør det til en ideel kandidat til måling af døgnrytmen i operationelle miljøer¹⁷^, ¹⁸.

Ud over at måle ændringer i fysiologi, er det også vigtigt at måle virkningen af arbejdsplan ændringer på subjektiv træthed eller årvågenhed. Mens der er flere skalaer til rådighed til at måle forskellige aspekter af årvågenhed og træthed, de mest almindeligt anvendte i luftfart er 7-punkts SamN-Perelli træthed skala (SP)¹⁹ og 9-punkts Karolinska søvnighed skala (Kss)²⁰. SP er også almindeligt anvendt i feltundersøgelser af skifteholdsarbejdere på tværs af en lang række erhverv²¹^,²²^,²³^,²⁴. Kss er blevet valideret mod objektive målinger af søvnighed såsom elektro encephalografi (EEG) og langsom rullende øjenbevægelser²⁰^,²⁵, samt ydeevne²⁵. Denne skala er almindeligt anvendt i undersøgelser både i laboratoriet og i marken²⁴^,²⁶. Der kan være andre subjektive skalaer, der passer til forskellige skifteholdsarbejde eller arbejdsmiljøer. Det er vigtigt at vælge en skala, der er blevet valideret og ideelt set har meningsfulde tærskler for niveauer af "acceptabel" årvågenhed. For eksempel er Kss scores over 7 forbundet med høje niveauer af fysiologiske tegn på søvnighed og nedsat køreegenskaber²⁵^,²⁷, mens SamN-Perelli ratings direkte vedrører flyve opgaver²⁸. For den undersøgelse, der er beskrevet i dette manuskript, blev SamN-Perelli anvendt, fordi det oprindeligt blev udviklet som en subjektiv udmattelses foranstaltning i en studiepopulation bestående af piloter. ²⁸

Selv om måling af søvn og cirkadiske fase er en vigtig komponent i evalueringen af en intervention, er et primært resultat af interesse i feltundersøgelser typisk objektiv præstation. Der er en række tests, der er blevet udviklet til at evaluere kognitive præstationer, men den mest følsomme og pålidelige test til måling af virkningerne af søvntab og cirkadiske forskydning er den psykomotoriske årvågenhed opgave (PVT). Den oprindelige PVT (PVT-192) er en simpel reaktionstid test, hvor en person er præsenteret med en stimulus og er instrueret i at reagere på stimulus ved at trykke på en knap så hurtigt som muligt²⁹. Den Pvt er blevet valideret under forhold af akut og kronisk søvn tab og døgn uoverensstemmelse⁴^,⁵^,³⁰. Opgavens varighed kan varieres på baggrund af undersøgelsens udformning³¹^,³²; selv om, den traditionelle 10 min varighed foretrækkes i laboratorieundersøgelser³³^,³⁴. mens en 5 min varighed PVT er typisk mere realistisk i feltundersøgelser, hvor driftsmæssige krav kan forstyrre administrationen af testen³⁵.

Derudover viser PVT kun lidt at ingen læringseffekter og er enkel at bruge, hvilket gør det til en praktisk test for udrulning i felt miljøer, hvor undersøgelsens deltagere ikke kan observeres under testen³⁶. Den allesteds nærende af touch-screen-enheder giver mulighed for nem udrulning af PVT, men forskerne bør være forsigtige, når de implementerer PVT, fordi der er mange aspekter af touch-screen-enheder, der kan indføre fejl i indsamlingen af PVT data³⁷ ^,³⁸. For eksempel har forskellige hardware-og softwarekombinationer forskellige system-ventetid, og andre programmer, der kører i baggrunden, kan introducere ukendte fejl i de registrerede reaktionstider. Som et resultat, er det vigtigt at indsamle PVT data ved hjælp af en valideret PVT, med konsekvent hardware og software, med WiFi, og med alle andre programmer slukket. Da det ikke er praktisk at observere undersøgelsens deltagere under test i driftsmiljøer, er det desuden afgørende, at deltagerne uddannes til at fuldføre hver enkelt PVT med enheden i samme retning ved hjælp af samme finger³⁸^, ³⁹.

Hvert af disse elementer i dataindsamlingen er vigtigt, og disse værktøjer er blevet anvendt i andre operationelle undersøgelser i de seneste⁴⁰^,⁴¹^,⁴²^,⁴³. Ud over de udfordringer, der er beskrevet ovenfor, kan det dog være vanskeligt at opnå overensstemmelse med undersøgelsesprocedurerne, når deltagerne skal udføre deres opgaver uafhængigt, især når sådanne opgaver omfatter en tidsfølsom komponent. Et sidste element, der er vigtigt i dataindsamlingen i operationelle miljøer er tilrettelæggelsen af oplysninger på en måde, der gør det nemt for enkeltpersoner at udføre opgaver til tiden. NASA PVT + applikationen til touchscreen-enheder kan tilpasses til at præsentere opgaver til deltagerne i rækkefølge, vejlede dem gennem undersøgelsesprocedurer. For eksempel, i den undersøgelse, der præsenteres her, flyselskab piloter er forsynet med touchscreen-enheder forudindlæst med et program, der bruges til at fuldføre søvn dagbøger hver morgen og aften. Enhederne bruges også til at fuldføre PVT tests og træthed ratings, blandt andre opgaver, om morgenen, på top-of-Descent (TOD) af hver flyvning, efter flyvning, og om aftenen før sengetid. Denne fremlæggelse af oplysninger gjorde det muligt for piloter at gennemføre undersøgelsesprocedurer med minimal ulempe for deres arbejdsrelaterede opgaver.

Det kan være meget vanskeligt at indsamle data blandt piloter, da karakteren af jobbet kræver, at de rejser lange afstande og arbejder i lukkede rum (dvs. cockpits) med mange distraktioner og ofte uforudsigelige arbejdsbelastninger. På trods af disse udfordringer er det afgørende at indsamle data i denne population, fordi pilot træthed er en trussel mod sikre luftfartsoperationer⁴⁰^,⁴⁴^,⁴⁵. Luftfartsselskabernes høje intensitet er befordrende for nedbrydningen af besætningens præstationer og øger risikoen for udmattelses relaterede hændelser⁴⁶^,⁴⁷^,⁴⁸^,⁴⁹^,⁵⁰. Ved hjælp af kombinationen af de metoder, der er beskrevet ovenfor, målte vi søvn, døgnrytme, træthed og præstation blandt 44 kort distance flypiloter over 34 dage. Under undersøgelsen fløj piloter en fast tidsplan, der omfattede en baselinedata indsamling med 5 dages Mid-Morning flyvninger, fire tidlige flyvninger, fire høj arbejdsbyrde midt på dagen flyvninger, og fire sene flyvninger landing efter midnat. Hver arbejds blok blev adskilt af 3 – 4 dages hvile. Disse resultater viser, hvordan omfattende dataindsamling, herunder søvn foranstaltninger, døgnrytme, træthed og ydeevne, kan anvendes i driftsmiljøer.

I dette tilfælde var formålet med undersøgelsen at evaluere søvn, døgnrytme, træthed, og ydeevne efter tjeneste starttid som følger. 1) baseline: under den første Duty Block, alle piloter arbejdede 5 dage, hver omfattede to flyvninger på omkring 2 h hver, startende i midten af morgenen, at give mulighed for en passende Nighttime søvn episode. Denne blok blev efterfulgt af 4 hviledage. 2) Early starter: under den tidlige told blok, alle piloter arbejdede 5 dage, hver omfattede to flyvninger på omkring 2 h, hver starter mellem ca. 5:00 AM og 8:00 AM. Denne blok blev efterfulgt af 3 hviledage. 3) høj arbejdsbyrde Skift midt på dagen: i løbet af midten af dagen Duty Block, alle piloter arbejdede 5 dage, som hver omfattede 2 – 4 flyvninger på ~ 2 – 6 h hver, starter ved omtrent midt på dagen. Denne blok blev efterfulgt af 3 hviledage. 4) sene finish: under den sene told blok, alle piloter arbejdede 5 dage, som omfattede to flyvninger på omkring 3 h hver, begyndende i den sene eftermiddag omkring 4:00 PM og slutter omkring midnat. Denne blok blev efterfulgt af 3 hviledage.

Protocol

Denne undersøgelse blev godkendt af den institutionelle revisions bestyrelse (IRB) i NASA Ames Research Center, og alle gav skriftlig informeret samtykke. Alle undersøgelsesprocedurer er i konforme til dem i protokollen godkendt af NASA IRB (Protocol Number HRI-319).

1. deltagerens udvælgelse og forberedelse til forsøget

Fastlæggelse af studieplanen
1. Dataindsamlings periode for at vurdere resultaterne uden indgriben.
Identifikation af, hvornår data skal indsamles under eksperimentet
1. Ved vurdering af træthed er det afgørende, at resultatmålinger omfatter mere end ét datapunkt på grund af tidsændringer i træthed og ydeevne.
2. Indsaml ydelsesdata sammen med driftsmæssigt kritiske opgaver, når det er muligt. I tilfælde af flypiloter, er det nyttigt at indsamle en PVT og træthed rating på TOD af en flyvning, som er i den afsluttende fase af krydstogt, lige før den kritiske opgave landing opstår.
  Bemærk: Flere Inflight PVT data kan være nødvendige for at vurdere resultater for længere flyvninger eller i andre operationelle miljøer. En forsker kan være interesseret, for eksempel i ændringen i træthed på tværs af en pause, som kræver foranstaltninger, der skal træffes før og efter pausen.
Ansættelsesprocedurerne kan variere afhængigt af undersøgelsens mål. Sikre, at deltagerne er ansat af en enkelt organisation, og at de repræsenterer den typiske befolkning i den valgte organisation; der må derfor ikke anvendes yderligere screeningskriterier.
Bemærk: I laboratoriemiljøer, er deltagerne typisk screenet ud af deltagelse, hvis de har kroniske sundhedsmæssige betingelser eller score ud af normalområdet på søvnforstyrrelser spørgeskemaer. I operationelle miljøer kan deltagerne have kroniske lidelser og udiagnosticerede søvnforstyrrelser, men disse personer bør generelt inkluderes i undersøgelser for at måle effektiviteten af interventioner på tværs af et bredt spektrum af arbejdstagere. Enkeltpersoner bør inviteres til at deltage i undersøgelsen via e-mail eller personligt fremvisning til befolkningen af interesse.
1. Har deltagerne direkte kontakt med studie personalet og forsikrer Dem om, at beskæftigelses beslutninger ikke vil blive truffet på grundlag af individuelle data.
2. Tage eventuelle yderligere forholdsregler, der måtte være nødvendige for at beskytte fortroligheden af deltagere fra deres arbejdsgiver, såsom at opnå et fortroligheds certifikat fra National Institute of Health eller et brev fra virksomhedens ledelse sikre frivillige, at deres ansættelse ikke vil blive påvirket af deres deltagelse i studiet.
3. Har deltagerne underkastet informeret samtykke, der bekræfter, at deltagelse i forskning er strengt frivillig. Sørg for, at interesserede frivillige kan følge studie arbejdsplanen og afskrække dem fra at skifte arbejdsskift i løbet af studiet.
Inviter deltagere, der meldte sig frivilligt i studiet, til at deltage i en 30 – 60 minutters Trænings-/briefingsession.
1. Giv deltagerne et dataindsamlings program, der omfatter Aktivitetsovervågning, touchscreen-enheden med den relevante applikation installeret og forsyninger af urinopsamling. Har deltagerne komplette baggrunds spørgeskemaer [f. eks., Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI)⁵¹, træthed sværhedsgrad skala (FSS)⁵², EPWORTH søvnighed scale (ESS)⁵³, checkliste for individuel styrke (CIS)⁵⁴, Morningness/Eveningness spørgeskema (MEQ)⁵⁵] til at estimere forekomsten af søvnproblemer ved baseline i populationen. Disse spørgeskemaer kan også anvendes som kovariater i dataanalyse.
2. Gennemgå alle undersøgelsens aspekter med deltagerne, og træn dem på procedurer for udfyldelse af spørgeskemaer og test. Har deltagerne gennemført en søvn dagbog og alle daglige spørgeskemaer foran undersøgelsens personale for at sikre, at deltageren forstår, hvordan man færdiggør spørgsmålene og bruger applikationen. Træn deltagerne i de relevante procedurer for udfyldelse af PVT som beskrevet i afsnit 6 nedenfor.
3. Give deltagerne en forsknings valideret Aktivitetsovervågning. Instruer deltagerne i at bære aktivitets monitoren på alle tidspunkter, og kun fjerne den, når den kan nedsænkes i vand. Bed deltagerne om at notere tidspunktet for Aktivitetsovervågning af fjernelser i applikationen.
4. Give deltagerne med urin indsamlings materialer og orientere dem til urin indsamlingsprocedurer. Hvis en deltager ikke er villig eller ude af stand til at indsamle urinprøver, kan dette element i undersøgelsen medtages som en valgfri delundersøgelse, hvis det godkendes af det etiske revisionsudvalg.

2. eksperimentel design

Arbejdsplan: Sørg for, at alle individer følger samme tidsplan (eller balanceret tidsplan i tilfælde af et randomiseret eksperiment). Derudover omfatter en baseline eller placebo tilstand i forsøget til at fortolke resultater i fravær af intervention eller planlægge manipulation.
Bemærk: det vil sandsynligvis være nødvendigt at arbejde tæt sammen med partnerorganisationen for at implementere forsøgsplanen. Andre overvejelser kan være nødvendige afhængigt af den population, der skal undersøgt. I forbindelse med vores undersøgelse, hvor vi evaluerede kort distance flypiloter, designede vi en tidsplan, der tillod dem at vende hjem hver dag for at sikre, at de havde et ensartet søvn miljø. Den endelige tidsplan for evaluering af resultater af interesse bør være magen til den, der er diagram i figur 1.
1. Dataindsamlings protokol på ikke-arbejdsdage:
  1. Instruer deltagerne i at fuldføre søvn dagbogen hver dag inden for 30 minutter for at vågne op og gå i seng.
  2. Bed deltagerne om at bære deres Aktivitetsovervågning kontinuerligt.
  3. Instruer deltagerne i at fuldføre en SamN-Perelli-udmattelses skala (SP) og en PVT 3x om dagen: morgen (1 – 2 timer efter at være vågnet), midt på dagen (8 – 9 timer efter Vækning) og aften (1 – 2 timer før sengetid).
2. Dataindsamlings protokol på arbejdsdage:
  1. Instruer deltagerne i at fuldføre søvn dagbogen hver dag inden for 30 minutter for at vågne op og gå i seng.
Tidsplan for dataindsamling: Sørg for, at dataindsamlingsplanen omfatter indsamling af PVT-data på operationelt relevante tidspunkter og ved flere tidspunkt pr. dag (som minimum, morgen, midt på dagen og aften) for at vurdere ændringer i ydeevnen forbundet med søvnløshed eller cirkadiske forskydning. Derudover skal du kontrollere, at dataindsamlingsplanen ikke overdrevent belaster deltageren med unødvendig dataindsamling.
Bemærk: Balancen mellem at indsamle tilstrækkelige oplysninger til at evaluere interventioner og ikke overbelaste deltageren er afgørende for at opretholde undersøgelsens overholdelse og minimere tilbagetrækningen fra studiet.

3. procedurer for indsamling af actigrafi

Vælg en Aktivitetsovervågning, der er valideret i forhold til PSG i et laboratoriemiljø (figur 2).
Bemærk: Nogle aktivitets skærme omfatter ekstra funktioner, såsom temperatur og puls, men som beskrevet tidligere kan disse funktioner påvirkes af en persons aktiviteter. To nyttige funktioner, der er tilgængelige på nogle enheder, er hændelses markører og lyssensorer. Belysning oplysninger kan være nyttige i fortolkningen døgn fase information og Event markører kan bruges til at markere tid-i-seng og aktivitetsovervågning Optag, men disse funktioner er ikke påkrævet for indsamling af søvn oplysninger.
Instruer deltagerne i at bære aktivitets monitoren stramt og forsvarligt fastgjort på den ikke-dominerende hånds håndled i hele forsøgsperioden. Hvis aktivitets monitoren ikke er forsvarligt fastgjort på håndleddet, kan aktivitets tællinger blive kompromitteret. Demonstrere passende montering under briefingsessionen før studiet.
Instruer deltagerne i at bære aktivitets monitoren under træningen, men Fjern den, før du svømmer og bader. Flytning af Aktivitetsovervågning skal noteres i den daglige søvn dagbog for at skelne mellem inaktivitet på grund af Optag af Aktivitetsovervågning fra nationale handlingsplaner.
Hvis aktivitetsovervågningen indeholder en hændelses markør funktion, skal du bede deltageren om at trykke på markøren, når aktivitetsovervågningen fjernes. Desuden instruere deltageren til at trykke på begivenheden markør, når de går i seng og vågne op for hver søvn episode. Dette vil forbedre oplysninger indhentet i søvn dagbog og hjælpe i analyse.

4. app-baseret spørgeskema, Sleep Diary, og PVT Collection

Vælg applikationen til daglig dataindsamling.
Bemærk: App-baserede spørgeskemaer skal krydstjekkes i forhold til validerede papirversioner for at sikre, at de app-baserede versioner afspejler de oprindelige instrumenter. Især bør spørgeskemaer, der omfatter visuelle analoge vægte, kontrolleres for at bekræfte, at appudviklere ikke har transformerer resultater til skalaer af typen Likert-type. På samme måde bør alle spørgsmål og svar kontrolleres for at bekræfte, at de oprindelige sprog-og responsmuligheder er fuldt inkluderet, og at visualiseringen af spørgsmålene og svarene ikke kompromitteres af skærmstørrelsen på den enhed, der bruges.
Spørgeskemaer: har deltagerne komplette baseline spørgeskemaer (skitseret i afsnit 1.4.1) og demografiske oplysninger forud for at deltage i en undersøgelse procedurer for at støtte i fortolkningen af undersøgelsens resultater.
Søvn dagbøger: Bed deltagerne om at fuldføre søvn dagbogen før og efter den enkeltes vigtigste søvn episode. Det er ønskeligt at give deltagerne en applikationsbaseret søvn dagbog i stedet for papir, fordi 1) det er nemt for deltageren at fuldføre og 2) applikationsbaserede søvn dagbøger er tidsstemplede, hvilket minimerer muligheden for, at en person vil fuldføre søvn dagbogen med tilbagevirkende kraft.
1. Vågne søvn dagbog: ved at vågne fra den vigtigste søvn episode, har deltagerne indikerer 1) vågne op tid, 2) antal og varighed af opvågninger, og 3) søvnkvalitet.
2. Bedtime Sleep Diary: lige før du går i seng, instruere deltagerne til at dokumentere varigheden og timingen af eventuelle lur og forventede bedtimes.
PVT: Instruer deltagerne i at tage PVT på forud fastsatte tidspunkter i hele studiet ved hjælp af en præcis metode som beskrevet nedenfor (i afsnit 6).
Præsentere undersøgelsens oplysninger klart og koncist, så deltagerne præsenteres med opgaver på en måde, der giver dem mulighed for hurtigt at bestemme, hvad de skal gøre.
Bemærk: Vi bruger NASA PVT + app til vores studier. NASA PVT + er et program til touchscreen-enheder udviklet på NASA Ames Research Center. Programmet er tilpasset til hvert eksperiment for at inkludere eller udelukke forskellige spørgeskemaer efter behov. Appen præsenterer hver aktivitet, som en deltager skal udfylde i rækkefølge (Se figur 3). For nærværende undersøgelse viser appens hovedside tre hoved links: "tilmelding til studiet", "hviledag" og "Tjenestedag". Linket "tilmelding til studiet" indeholder følgende spørgeskemaer, der skal udfyldes under træningsdag: demografi, MEQ, CIS og ESS. Efter færdiggørelsen er linket ikke synligt for deltagerne. "Hviledag" linket omfatter spørgeskemaer, der skal udfyldes i fridage: morgen søvn dagbog; SP og PVT til morgen, eftermiddag og aften; og aften søvn dagbog, præsenteret i denne rækkefølge. "Duty Day"-linket viser tre hoved links: Morning (Sleep Diary); Arbejdsopgaver; og aften (søvn dagbog). Linket arbejdsopgaver består af tre links: pre-Flight (SP, PVT, pendler tid); Record hos TOD, som viser antallet af flyvninger udvalgt af deltageren til at fuldføre testene for den pågældende flyvning (SP, PVT); og efter flyvning (SP, PVT).

5. procedure for opsamling af urin

Brug urinopsamling til at måle aMT6s produktion for at estimere cirkadiske fase (tilpasset til urinopsamling i piloter fra procedurer udviklet af Lockley¹⁸ og Hull⁵⁶).
1. Instruer deltagerne i at indsamle urinprøver efter enhver intervention, der forventes at flytte cirkadiske fase. Giv deltagerne urin sættet, urin loggen og instruktionerne på træningsdagen. Urin sættet (figur 4) indeholder en pissoir hat eller pissoir opsamlingsbeholder, flere pipetter, fem mærkede urin opsamlings slanger pr. 24 timers kollektion, to ekstra rør og hvide mærkat etiketter, rene Biohazard zip-lock poser, forsendelsesmaterialer, en is en urin opsamlings bjælke (figur 5) og en kopi af instruktionerne for reference under hver opsamlings blok (beskrevet i afsnit 5,2).
2. Generel oversigtsvejledning: Informer deltagerne om, at de skal indsamle al urin, der produceres over en 24 timers periode. Den første opsamlings blok starter fra det tidspunkt, hvor deltageren vågner op på den første urin opsamlings dag og fortsætter i 4 h blokke i løbet af dagen og en 8 h blok natten over. I alt indeholder hver 24 timers kollektion fem prøver.
3. Giv deltagerne nedenstående instruktioner, og gennemgå dem hvert trin i proceduren under træningen før studiet. Sørg for, at deltagerne får en forudbetalt, adresseret forsendelseslabel.
Brug følgende instruktioner i urin indsamlingen til deltagerne:
Når du vågner op på den første dag gå til badeværelset i toilettet som sædvanlig. Du vil begynde at indsamle din urin, når du går til badeværelset for første gang.
Ved starten af hver samlings blok registreres datoen, starttidspunktet og det omtrentlige sluttidspunkt for indsamlings blokken på samlings loggen (f. eks. 07:00 – 11:00 AM). Du kan urinere mere end én gang i løbet af en 4-h opsamlings blok (eller i løbet af 8-h-opsamlings blokken). I dette tilfælde vil du urinere i den samme urin opsamlingsbeholder.. For eksempel, i løbet af 07:00 – 11:00 AM Collection vindue kan du urinere på 8:00 AM og 10:55 AM. Begge disse urin-hulrum vil blande sammen i samme opsamlingsbeholder. I slutningen af opsamlings blokken vil du tage en prøve. Hver gang du urinerer, skal du registrere det nøjagtige klokkeslæt, du urinerer på samlings loggen. Hver gang du urinerer, skal al din urin gå ind i opsamlingsbeholderen.
Tøm blæren lige før du tager en prøve. For eksempel, hvis samlings blokken slutter klokken 11:00, skal du prøve at urinere i opsamlingsbeholderen lige før 11:00 AM og derefter tage prøven. I slutningen af opsamlings blokken registreres det totale rumfang af den urin, som opsamles ved hjælp af markeringerne på beholderen.
Tag en ny pipette og Overfør en lille mængde urin fra opsamlingsbeholderen til et lille rør. Fyld røret med nok urin, så det er mindst halvt fyldt. Hætten røret. Fyld ikke røret helt, fordi urinen udvider sig, når den er frosset og kan bryde røret, hvis det er overfyldt. Når du fylder røret, kan du smide pipetten væk. Hvert prøveglas er mærket med et tal og arrangeret i numerisk rækkefølge. Brug prøverørene i numerisk rækkefølge (dvs. Brug 1 først, derefter 2 osv.).
Placer det lille rør i en zip-lock Biohazard taske. Placer den store zip-lock taske i forsendelseskassen med en kold pakning. Efter at have taget prøven, registrere røret nummer og ur tid, at du tog prøven på samlingen log, derefter kassere den resterende urin i toilettet. Skyl opsamlingsbeholderen med vand (brug ikke andet end vand til skylning af opsamlingsbeholderen). Gentag processen for de næste tre dagindsamlings blokke (f. eks. 11:00 AM – 3:00 PM, 3:00 PM – 7:00 PM og 7:00 PM – 11:00 PM).
For overnight Collection Block, indsamle din fjerde dagtimerne prøve lige før du går i seng. Opsamlingsbeholderen skal være tom, når du går i seng. Den overnight indsamling blok vil omfatte al den urin du urinere i løbet af natten, samt urinen fra første gang du urinere om morgenen. Når du vågner om morgenen, vil du urinere ind i opsamlingsbeholderen. Enhver urin fra natten vil blive blandet med denne første urin, du producerer i morgen. Hvis du ikke vågner i løbet af natten, så den overnight prøve kan kun omfatte din første morgen vandladning. Når du er blevet urineret for første gang på dag 2, er opsamlings blokken til overnatning fuldført.
Du skal samle al den urin, du producerer, i en 24-timers periode. Hvis du ved et uheld urinerer på toilettet, så Bemærk venligst dette på din urinopsamling log og lad os vide, at du gik glip af en samling. "

6. PVT-administrationsmetoder

Bemærk: Som beskrevet i indledningen, NASA-PVT er en 5 min vedvarende-opmærksomhed, reaktionstid test, der måler den hastighed, hvormed individer reagerer på en visuel stimulus. Varigheden af testen kan ændres baseret på undersøgelsens design. Der er talrige Pvt designs, der er blevet udviklet, herunder dem, der belyser et mål³⁵^,⁵⁷ eller kontrolbord mønster³⁹. NASA-PVT var designet til at efterligne laboratoriet PVT-192 enhed, hvor målet er i form af en millisekunder tæller.

Læs følgende instruktioner til hver deltager for at sikre, at hver modtager den samme uddannelse: "hold venligst enheden i landskabet position hver gang og svæver hver af dine tommelfingre over enheden inden for et par millimeter af skærmen hele tiden du er at tage denne test. Under testen skal du trykke på skærmen med tommelfingeren på din dominerende hånd (det er den hånd, du typisk skriver med), så snart du ser de røde tal, der ruller i boksen. Du skal bruge din tommelfinger fra din dominerende hånd til at reagere på stimuli i alle tests. Numrene på displayet viser, hvor hurtigt du reagerede hver gang. Jo mindre tallet er, jo bedre gjorde du. Prøv at gøre dit bedste og få det laveste nummer, du overhovedet kan hver gang. Hvis du trykker på skærmen for tidligt (før tallene vises), vil du se en fejlmeddelelse (' FS '), der indikerer en falsk start. Hvis du trykker på at bruge din ikke-dominerende tommelfinger, så vil du se beskeden ' ERR ', hvilket indikerer en fejl. Undgå ' FS ' og ' ERR '. Hvis du glemmer at løfte tommelfingeren, vil tekst skærmen minde dig om det efter kort tid. " Figur 6 viser skærmen på demo NASA-Pvt viser den korrekte placering af den berøringsfølsomme enhed, mens du tager Pvt og placering af tommelfingeren.
Instruer deltagerne i at beholde den berøringsfølsomme enhed i Flytilstand med WiFi slået fra på alle tidspunkter.
Bemærk: Dette er især vigtigt for PVT-opgaven, hvor nøjagtigheden af det interne stopur påvirkes af tilslutningsfunktioner, hvilket påvirker reaktionstiden³⁸.
Instruer deltagerne i at starte PVT på et tidspunkt, der er fri for distraktioner. Hvis der opstår distraktioner, skal deltagerne notere antallet af distraktioner i applikationen efter testen.
Bemærk: I betragtning af kravene i driftsmiljøer, er det muligt, at deltagerne ikke vil være i stand til at gennemføre en planlagt PVT test. I dette tilfælde skal deltagerne instrueres i at tage PVT så hurtigt som muligt efter den glemte test. Det er også vigtigt at informere deltagerne om, at de bør opretholde mindst 30 min mellem PVT test sessioner.

Representative Results

Ved hjælp af de beskrevne metoder, vi var i stand til at indsamle over 700 dage af data og over 3.000 PVTs og træthed ratings blandt 44 kort distance piloter⁷. Målet med denne undersøgelse var at karakterisere ændringer i søvn, cirkadiske fase, træthed ratings, og præstation blandt kort distance piloter ved arbejde start-tid og arbejdsbyrde i dagtimerne flyvninger.

For at tegne sig for den inden for studiet design, alle tilstand effekter blev evalueret for søvn og ydeevneresultater ved hjælp af gentagne målinger analyse af variansen med ustrukturerede Kovarianser, ved hjælp af deltageren som en gentagen faktor. For at evaluere, om søvn og præstationsresultater varierede om dagen på en given tidsplan, blev lineære blandede effekter modeller anvendt på ændringerne i søvn og ydeevne efter dag. For at højde for individuelle forskelle i tilpasningen til en given tidsplan, skæringspunktet og hældningen fik lov til at variere efter individ.

Det første mål, som blev behandlet med disse metoder, var at undersøge virkningen af starttidspunktet på søvnen. Søvn varighed, senvetid, vække tid og søvnkvalitet blev beregnet ved hjælp af søvn dagbog og actigrafi. Et eksempel på actogram afledt af Aktivitetsovervågning er illustreret i figur 7. Det blev påvist, at søvn timing og varighed varierede betydeligt som en funktion af arbejdets starttidspunkt ved hjælp af regressionsanalyse med blandede effekter. Tabel 1 viser sentid, vække tid, søvn varighed og søvnkvalitet efter tidsplantype som rapporteret af deltagere i søvn dagbog. Deltagere gik i seng i gennemsnit på omkring 23:10 (SD = 1:41) på baseline blok. Sentid for tidsplanen for tidlig told var væsentligt forskellig fra baseline (p < 0,01), hvor deltagerne rapportervar tidligere bedtimes. De konsekvente for Mid-Day og sene vagtplaner også afveg betydeligt fra baseline (p < 0,01), med deltagerne rapporterer senere konsekvente. Deltagerne gik i seng betydeligt senere (p < 0,01) på hviledage sammenlignet med baseline.

Figur 8 viser den gennemsnitlige aktive søvn varighed efter dag for hver tidsplantype. Deltagere opnåede signifikant mindre søvn (p < 0,01) på tidlig start i forhold til baseline. Sleep-varigheden på de andre tidsplantyper var ikke forskellig fra grundlinjen. Søvn ventetid og søvn effektivitet opnået fra actigrafi var ikke signifikant forskellig fra baseline for nogen af tidsplanen typer. Wake After Sleep debut (WASO) var signifikant anderledes for tidligt starter i forhold til baseline (p < 0,05), med piloter rapporterer at være mere vågen i de tidlige starter. Der var ingen forskelle mellem de oprindelige og andre tidsplantyper. Der var ingen signifikante forskelle mellem hviledage og baseline.

Det andet mål, som blev behandlet med disse metoder, var at undersøge virkningen af starttidspunktet på cirkadiske fase målt ved aMT6s. Peak timing (Acrophase) af aMT6s rytme er en pålidelig markør for cirkadiske fase⁵⁸. Figur 9 viser et eksempel på døgnrytmen på aMT6s over 24 timer for en enkelt person, mens figur 10 viser den aMT6s Acrophase for hver enkelt person, der deltog i urin indsamlings procedurerne ved studie blok. I overensstemmelse med resultaterne vedrørende søvn blev det konstateret, at den gennemsnitlige cirkadiske fase blev ændret betydeligt i henhold til arbejds starttidspunktet. Det er vigtigt at bemærke de manglende dataindsamling oplysninger i figur 10. Nogle personer havde problemer med urin indsamling procedurer for nogle af blokkene eller de glemte at logge timingen af deres prøve samling. I disse tilfælde var det ikke muligt at generere pålidelige estimater af cirkadiske fase fra aMT6s koncentrationen, og som følge heraf mangler der nogle data. I situationer, hvor indsamlingen af døgn information er vigtig, kan det være fornuftigt at ringe til deltagerne forud for hver urinopsamling for at sikre, at procedurerne følges korrekt.

Det tredje mål, som blev behandlet med disse metoder, var at undersøge virkningen af starttidspunktet på selvrapporterede træthed som målt ved SP og objektiv præstation målt af PVT. I overensstemmelse med vores resultater med søvn, ved hjælp af regressionsanalyse med blandede effekter, konstaterede vi, at både træthed (tabel 2) og Pvt-reaktionstider (Figur 11) var dårligere i begyndelsen, høj arbejdsbyrde midt på dagen og sene afslutninger, i forhold til vores baselinedata indsamling (p < 0,001 SP; p < 0,01 PVT RT). Deltagerne viste en signifikant stigning i bortfald for hver enkelt skema type sammenlignet med baseline (p < 0,01 tidligt; p < 0,05 midt på dagen; p < 0,01 for sent). Ydeevnen på hviledage var den samme som for basislinjen. Disse resultater er også beskrevet i tabel 3.

Figur 1: forsøgsprotokol efter tidspunkt på dagen for hver dag i studiet. De mørkegrå søjler repræsenterer flyve perioderne, herunder rapport tiden før flyvning (åbne søjler), og de lysegrå søjler repræsenterer søvn perioderne. Dag 1 – 5 repræsenterer den oprindelige told blok, dag 10 – 14 repræsenterer den tidlige told starter, dage 18 – 22 repræsenterer den midt på dagen told starter, og dage 26 – 30 repræsenterer den sene starter. De skraverede søjler repræsenterer den første hviledag efter told blok, når urin opsamles. Dette tal er gengivet fra Flynn-Evans et al.⁷. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2: den aktivitet Monitor/accelerometer enhed båret på håndleddet af den ikke-dominerende hånd. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3: eksempel på tests, der er taget i hviledage ved hjælp af touchscreenapplikationen. Fra venstre mod højre: (A) appens hovedside viser to links; (B) hviledag viser tre links: morgen, midt på dagen, aften; C) morgen forbindelsen viser de prøvninger, der er taget om morgenen (D) midt på dagen link viser de test, der er foretaget om eftermiddagen, og (E) aften link viser testen taget om aftenen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4: urin kit. Sættet indeholder (a) en pissoir hat eller pissoir opsamlingsbeholder, (B) pipetter, (C) urin opsamlingsrøret, (D) hvide mærkat etiketter, (E) en bio-fare pose, (F) Ice Pack, og (G) shipping Materialer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5: eksempel på logfilen for urinopsamling.

Figur 6: den psykomotoriske overvågningsopgave (Pvt). (A) touchscreen-enheden er orienteret i liggende position, og tommelfingrene vises på skærmen i begyndelsen af testen. B) reaktionstiderne vises på en rektangulær boks i den øverste midterste del af skærmen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 7: Actogram søvn-vågne cyklusser over 24 h i 14 dage. Den mørkeblå farve repræsenterer søvn perioderne. lyseblå repræsenterer hvileperioderne. Den sorte farve repræsenterer bevægelse. Den gule farve repræsenterer lyset. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 8: gennemsnitlig aktivitetsbaseret søvn varighed efter dag på hver enkelt skema type. Dag 1 repræsenterer nattesøvn før den første arbejdsperiode i en given blok. En asterisk angiver en signifikant forskel (* p < 0,05, * * p < 0,01) i midlet mellem den oprindelige tilstand og den tidlige startblok. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 9: aMT6 profil for de fem urin opsamlings placeringer for hver dataindsamlings episode for en enkelt deltager. Data er dobbelt plottet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 10:6-sulfatoxymelatonin (aMT6) Acrophase (peak) efter tid (24 timers ur) af cirkadiske Nadir og tidsplantype for hver enkelt. Udfyldte og åbne cirkler, trekanter, firkanter repræsenterer individuelle deltagere. Dette tal er gengivet fra Flynn-Evans et al.⁷venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 11: psykomotorisk årvågenhed opgave (Pvt) gennemsnitlig reaktionstid (RT), bortfalder (rt > 500ms), og respons hastighed (gennemsnit 1/RT) om dagen på hver tidsplantype. Asterisker efter hver hældning indikerer ændringer i præstation om dagen i denne tilstand. Parentes indikerer forskelle i hældningen mellem baseline ydeevne og hældningen i ydeevnen under hver af de øvrige betingelser (* p < 0,05, * * p < 0,01). Oprindelig = fyldte cirkler, tidligt = åbne cirkler, Mid-dag = fyldte trekanter, sene = åbne trekanter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Arbejdsplan	N	Sentid (h, SD)	Vækketidspunkt (h, SD)	Sleep varighed (h, SD)	Søvnkvalitet (SD)
Oprindelig plan (Ref.)	39	23:10 (1:41)	7:20 (1:49)	8,2 (0,9)	2,4 (0,7)
Tidlige	42	21:14 (1:01) * *	4:29 (0:47)	7,4 (0,9) * *	2,5 (0,6)
Middag	41	01:19 (0:43) * *	9:11 (0:58)	7,9 (1,1)	2,3 (0,6)
Sent	40	02:18 (1:07) * *	9:57 (1:11)	7,8 (1,4) *	2,3 (0,7)
Hviledage	42	23:47 (0:50) * *	8:16 (0:58)	8,5 (0,9) *	2,4 (0,5)

Tabel 1: søvn dagbog-afledte søvn udfald (sentid, vække tid, søvn varighed og søvnkvalitet) efter tidsplantype. * p < 0,05, * * p < 0,01; h = time, SD = standardafvigelse. Denne tabel er gengivet fra Flynn-Evans et al.⁷

Arbejdsplan	Gennemsnit (SD)	p-værdi
Oprindelige	3,51 (0,80)	Ref.
Tidlig told	4,03 (0,88)	< 0,001
Middags tjeneste	3,85 (0,90)	< 0,001
Sen told	3,85 (0,89)	< 0,001

Tabel 2: middel og standardafvigelse for SamN-Perelli (SP) scores efter told blok. En højere rating indikerer større træthed.

Arbejdsplan	n (deltagere)	Gennemsnitlig reaktionstid (MS, SD)	Respons hastighed (s, SD)	Gennemsnitlige bortfald (> 500 MS)
Oprindelig plan (Ref.)	38	236 (48)	4,84 (0,61)	3,1 (4,1)
Tidlige	40	257 (70) * *	4,63 (0,66) * *	4,4 (5,4) * *
Middag	39	261 (62) * *	4,56 (0,66) * *	4,7 (5,1) *
Sent	38	266 (64) * *	4,51 (0,63) * *	4,7 (5,0) * *
Hviledage	40	249 (56)	4,69 (0,62)	4,0 (4,5)

Tabel 3: psykomotorisk overvågningsopgave (Pvt) gennemsnitlig reaktionstid (RT), respons hastighed (gennemsnit 1/RT) og udløb (rt > 500 MS) efter tidsplantype. * p < 0,05, * * p < 0,01; Denne tabel er gengivet fra Flynn-Evans et al.⁷

Discussion

De metoder, der er beskrevet i dette manuskript, giver indsigt i søvn mønstre, cirkadiske faser, udmattelses vurderinger og opførelser af piloter i dagtimerne, herunder tidlig start, høj arbejdsbyrde midt på dagen flyvninger og sene finish. Kombinationen af disse metoder viste, at disse faktorer alle påvirkes af beskedne ændringer i arbejdets starttidspunkt og arbejdsbyrde. Ved at evaluere en systematisk studieplan og integrere disse foranstaltninger i et brugervenlig touch-screen-program, blev der indsamlet en stor mængde data i et udfordrende miljø. Ved hjælp af denne kombination af metoder, der er tilladt for en klarere fortolkning af ændringer i årvågenhed og ydeevne i ikke-traditionelle dagtimerne arbejdsskift.

Dette design og gennemførelse af metoder til måling af objektiv søvn, døgnrytme, træthed og præstationsdata var afgørende for at kunne fastsætte, hvordan arbejds starttidspunktet påvirker piloter i dagtimerne i fravær af jetlag. Protokollen var udformet med henblik på at muliggøre systematiske sammenligninger mellem betingelser og samtidig minimere ulemperne for deltagerne og maksimere dataindsamlingen på operationelt relevante tidspunkter. Disse er afgørende skridt til at indsamle meningsfulde data i operationelle miljøer. Foranstaltningerne er blevet valideret i både laboratorie-og feltundersøgelser, hvilket er vigtigt for fortolkningen af resultaterne. Selv om undersøgelsen var udformet med henblik på at gøre det muligt for deltagerne at gennemføre undersøgelsesprocedurerne uafhængigt, var Briefing-sessionen før studiet afgørende for at sikre, at de frivillige forstod undersøgelsesprocedurerne og betydningen af at opretholde konsistens, når de gennemfører undersøgelser og spørgsmål, især for PVT.

Konstateringen af, at søvnens varighed og timing ændres i henhold til arbejds starttidspunktet, er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser i mindre prøver af personer, der brugte PSG til at evaluere søvn timing⁵⁹^,⁶⁰. Selvom tidlig start og forsinket finish kan forventes at trænge ind på søvn timing, giver den store stikprøve af data indsamlet i et operationelt miljø indsigt i de uventede måder, som deltagerne mister søvn. For eksempel, Wake Maintenance zone, som repræsenterer den stærkeste drev til at være vågen, forekommer lige før en sædvanlig senstid. I laboratorieundersøgelser har det vist sig, at deltagerne har svært ved at sove under væknings vedligeholdelses zonen⁶¹^,⁶²^,⁶³. Det var forventet, at deltagerne kan forsøge at gå i seng et par timer tidligere end normalt for at forberede sig til tidlig start. Det var også forventet, at som et resultat af at forsøge at starte søvn i kølvandet vedligeholdelse zone, deltagerne kan udvise en lang søvn ventetid under søvn forud for tidlig start; Dette var imidlertid ikke tilfældet. Disse data fremhæver vigtige forskelle mellem laboratoriet og marken, og de viser behovet for at indsamle søvn data i driftsmiljøer.

Selv om cirkadiske fase oplysninger blev indhentet i en delmængde af enkeltpersoner, afspejlede de cirkadiske faseændringer, der blev observeret i hver skema type, de ændringer, som blev observeret i søvn timing. Tilføjelsen af den cirkadiske fase til denne protokol forbedrede evnen til at forstå, hvorfor træthed ratings og ydeevne ændret ved arbejde start-tid. Årvågenhed og ydeevne følger en døgnrytme, med den laveste årvågenhed og fattigste præstation typisk sammenfaldende med timing af aMT6s Acrophase. Selv om det konstateredes, at de fleste deltageres cirkadiske rytmer skiftede i den forventede retning i forhold til den pålagte arbejdsplan, blev det også konstateret, at dette skift var variabelt mellem individer. Dette antyder, at nogle individer kan have sværere ved at tilpasse sig til tidlige eller sene tidsplaner, hvilket forårsager beskeden cirkadiske forskydning. Kombinationen af disse metoder styrkede fortolkningen af disse konklusioner.

Søvn data indsamlet også tilladt for en bedre forståelse af, hvorfor træthed ratings og ydeevne ændret i forhold til de forskellige arbejdsplaner. For eksempel blev det konstateret, at SamN-Perelli ratings og PVT performance i løbet af de tidlige starter og sene finish var fattigere om dagen på hver af disse skemaer. Dette giver mening, fordi piloter opnåede mindre søvn i begyndelsen og sene afslutninger i forhold til baseline, hvilket betød, at de blev påløbne søvn gæld med hver dag på disse skemaer. I modsætning hertil var PVT performance også fattigere om dagen under den høje arbejdsbyrde midt på dagen start tidsplaner. I løbet af midt på dagen tidsplan, mængden af søvn piloterne opnåede var ikke anderledes end søvn varighed under den oprindelige dataindsamling. Som følge heraf tyder denne konstatering på, at de dårligere resultater, der blev observeret i løbet af midtvejs planerne, ikke var tilbøjelige til at blive drevet af akut søvn begrænsning. Det ville have været meget vanskeligt at fortolke træthed ratings og ydeevnedata uden søvn data, hvilket gør kombinationen af disse metoder vigtige.

Selv om disse metoder blev udformet og implementeret med succes, kan denne tilgang indebære nogle udfordringer. For eksempel er det muligt, at deltagerne kan glemme, hvornår eller hvordan man skal gennemføre nogle procedurer. Det er nyttigt at kommunikere med frivillige regelmæssigt for at bekræfte, at de udfører opgaver i henhold til protokollen, især i den første fase af urin indsamlingen. Desuden, risikoen for tab af data stiger som længden af undersøgelsen stiger, fordi individer kan miste eller beskadige deres studieenheder. Hvis en undersøgelse er planlagt til flere uger, som det var tilfældet for denne undersøgelse, så kan det være ønskeligt at downloade data på studiet midtpunkt for at reducere potentielle tab af data og gennemgå overholdelse af protokollen. Utilstrækkelige eller manglende data kan reducere fortolkningen af resultaterne, så der skal udvises forsigtighed for at sikre, at enkeltpersoner indsamler data på behørig vis.

Der er mange mulige programmer for disse metoder i andre operationelle indstillinger. Disse metoder kan anvendes til at karakterisere søvn, cirkadiske fase, træthed, og ydeevne i erhverv med usædvanlige planlægning praksis eller miljømæssige hensyn, såsom under rumfart eller militære operationer. Derudover er der mange lovende interventioner og modforanstaltninger evalueret i laboratoriemiljøer, såsom brug af blåt-beriget lys til at accelerere cirkadiske faseskift, strategisk on-the-job nappe, hypnotika at maksimere søvn muligheder, og stimulanser såsom koffein til at forbedre årvågenhed. Selv om sådanne tilgange kan påvises at være effektive under kontrollerede laboratorieforhold, skal udbredelsen af sådanne værktøjer og teknologi i operationelle miljøer evalueres for at bekræfte deres effektivitet i at reducere træthed i den virkelige verden. Kombinationen af actigrafi, søvn dagbøger, cirkadiske fase oplysninger, træthed ratings, og PVT Collection, kombineret med en brugervenlig software applikation til at lette administrationen af opgaver, giver tilstrækkelige data til at evaluere effektiviteten af interventioner. Kombinationen af disse metoder har et betydeligt translationelt potentiale for andre komplekse driftsmiljøer, hvor det kan være vanskeligt at implementere en mere invasiv dataindsamlings indsats.

Disclosures

EEFE er en konsulent for Baby Sleep videnskab og hun har modtaget rejse finansiering fra Washington State University, University of Chicago, Puget Sound piloter, det nationale Sikkerhedsråd, og American Academy of Sleep Medicine og Sleep Research Society. De andre forfattere har ingen oplysninger at rapportere.

Acknowledgments

Vi takker undersøgelsens deltagere og flypersonale for deres støtte i dataindsamlingen. Vi takker også medlemmerne af træthed modforanstaltninger laboratorium på NASA Ames Research Center for deres hjælp med dette projekt. Denne forskning blev støttet af NASA Systemwide sikkerheds program.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Actiwatch Spectrum Pro	Philips Respironics, Bend OR, USA	1099351	The number listed in the Catalog Number section is the Reference number for Actiwatch Spectrum Pro.
iPod Touch 5Th gen	Apple Inc., Cupertino CA, USA	A1509	The number listed in the Catalog Number section is the Model number. Newer generations of iPods can be used for data collection.
Medline DYND30261 Zip-Style Biohazard Specimen Bags, Plastic, Latex Free, 9" Length, 6" Width, Clear	Medline Industries, Inc., Northfield IL	DYND30261	The number listed in the catalog Number section is the Part number
Medline DYND80024 24 h Urine Collection Bottle, 3,000 mL	Medline Industries, Inc., Northfield IL	DYND80024	The number listed in the catalog Number section is the Part number
Moveland 3 mL Disposable Plastic Transfer Pipettes	Moveland
Nordic Ice NOR1038 No-Sweat Reusable Long-Lasting Gel Pack, 16 oz. (Pack of 3)	Nordic Cold Chain Solutions	0858687005050
Office Depot Brand Print-Or-Write Color Permanent Inkjet/Laser File Folder Labels, OD98817, 5/8" x 3 1/2", Dark Blue	Office Depot, Inc.Boca Raton FL, USA	660-426
Philips Actiware 6.0.9	Respironics, Inc., Murrysville PA, USA	1104776	This software is used to analyze sleep recorded through Actiwatch Spectrum Pro
Push cap, neutral for 7 mL tubes	Sarstedt, Numbrecht, Germany	65.793
SAS software 9.4	SAS Institute, Cary, NC	https://www.sas.com/en_us/software/visual-statistics.html	This software is used to analyze the data. Any statistical software (e.g., SPSS, R) can be used.
Shipping material	FedEx, USPS, UPS		Any company can be used.
Specimen Collector Urine/Stool White 26 oz.	McKesson Corporation, San Francisco CA	16-9522	The number listed in the catalog Number section is the Part number
Tube 7 mL, 50 mm x 16 mm, PS	Sarstedt, Numbrecht, Germany	58.485

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

Fischer, D., Lombardi, D. A., Folkard, S., Willetts, J., Christiani, D. C. Updating the "Risk Index": A systematic review and meta-analysis of occupational injuries and work schedule characteristics. Chronobiology International. 34 (10), 1423-1438 (2017).
Williamson, A., et al. The link between fatigue and safety. Accident Analysis and Prevention. 43 (2), 498-515 (2011).
Dawson, D., Reid, K. Fatigue, alcohol and performance impairment. Nature. 388 (6639), 235 (1997).
Van Dongen, H. P., Maislin, G., Mullington, J. M., Dinges, D. F. The cumulative cost of additional wakefulness: dose-response effects on neurobehavioral functions and sleep physiology from chronic sleep restriction and total sleep deprivation. Sleep. 26 (2), 117-126 (2003).
Santhi, N., Horowitz, T. S., Duffy, J. F., Czeisler, C. A. Acute sleep deprivation and circadian misalignment associated with transition onto the first night of work impairs visual selective attention. PLoS One. 2 (11), e1233 (2007).
Gander, P. H. Evolving Regulatory Approaches for Managing Fatigue Risk in Transport Operations. Reviews of Human Factors and Ergonomics. , 253-271 (2015).
Flynn-Evans, E. E., et al. Sleep and neurobehavioral performance vary by work start time during non-traditional day shifts. Sleep Health. 4 (5), 476-484 (2018).
Gander, P., et al. Principles and practice of sleep medicine. Kryger, M., Roth, T., Dement, W. C. 6, Elsevier. (2016).
Mantua, J., Gravel, N., Spencer, R. M. Reliability of sleep measures from four personal health monitoring devices compared to research-based actigraphy and polysomnography. Sensors (Basel). 16 (5), 646 (2016).
de Zambotti, M., Claudatos, S., Inkelis, S., Colrain, I. M., Baker, F. C. Evaluation of a consumer fitness-tracking device to assess sleep in adults. Chronobiology Internations. 32 (7), 1024-1028 (2015).
Flynn-Evans, E. E., Barger, L. K., Kubey, A. A., Sullivan, J. P., Czeisler, C. A. Circadian misalignment affects sleep and medication use before and during spaceflight. Npj Microgravity. 2, 15019 (2016).
Gander, P., Millar, M., Webster, C., Merry, A. Sleep loss and performance of anaesthesia trainees and specialists. Chronobiology International. 25 (6), 1077-1091 (2008).
Gander, P., van den Berg, M., Signal, L. Sleep and sleepiness of fishermen on rotating schedules. Chronobiology International. 25 (2-3), 389-398 (2008).
Roach, G. D., Darwent, D., Sletten, T. L., Dawson, D. Long-haul pilots use in-flight napping as a countermeasure to fatigue. Applied Ergonomics. 42 (2), 214-218 (2011).
Signal, T. L., Gale, J., Gander, P. H. Sleep measurement in flight crew: comparing actigraphic and subjective estimates to polysomnography. Aviation Space and Environmental. 76 (11), 1058-1063 (2005).
Czeisler, C. A., Gooley, J. J. Sleep and circadian rhythms in humans. Cold Spring Harbor and Symposia on Quantitative Biology. 72, 579-597 (2007).
Bojkowski, C. J., Arendt, J., Shih, M. C., Markey, S. P. Melatonin secretion in humans assessed by measuring its metabolite, 6-sulfatoxymelatonin. Clinical Chemistry. 33 (8), 1343-1348 (1987).
Lockley, S. W., Skene, D. J., Arendt, J., Tabandeh, H., Bird, A. C., Defrance, R. Relationship between melatonin rhythms and visual loss in the blind. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 82 (11), 3763-3770 (1997).
Samn, S. W., Perelli, L. P. Estimating aircrew fatigue: a technique with application to airlift operations. School of Aerospace Medicine Brooks AFB, TX. , (1982).
Åkerstedt, T., Gillberg, M. Subjective and objective sleepiness in the active individual. International Journal of Neuroscience. 52 (1-2), 29-37 (1990).
Jay, S. M., Dawson, D., Ferguson, S. A., Lamond, N. Driver fatigue during extended rail operations. Applied Ergonomics. 39 (5), 623-629 (2008).
Dorrian, J., Baulk, S. D., Dawson, D. Work hours, workload, sleep and fatigue in Australian Rail Industry employees. Applied Ergonomics. 42 (2), 202-209 (2011).
Ferguson, S. A., Baker, A. A., Lamond, N., Kennaway, D. J., Dawson, D. Sleep in a live-in mining operation: the influence of start times and restricted non-work activities. Applied Ergonomics. 42 (1), 71-75 (2010).
Gander, P. H., et al. Crew fatigue safety performance indicators for fatigue risk management systems. Aviation Space and Environmental Medicine. 85 (2), 139-147 (2014).
Kaida, K., et al. Validation of the Karolinska sleepiness scale against performance and EEG variables. Clinical Neurophysiology. 117 (7), 1574-1581 (2006).
Short, M. A., et al. The effect of split sleep schedules (6h-on/6h-off) on neurobehavioural performance, sleep and sleepiness. Applied Ergonomics. 54, 72-82 (2016).
Reyner, L., Horne, J. A. Falling asleep whilst driving: are drivers aware of prior sleepiness? International Journal of Legal Medicine. 111 (3), 120-123 (1998).
Samn, S., Perelli, L. Estimating Aircrew Fatigue: A Technique with Application to Airlift Operations. , Brooks Air Force Base. San Antonio, TX. (1982).
Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analysis of performance on a portable, simple visual RT task sustained operations. Behavior Research Methods, Instruments & Computers. 17 (6), 3 (1985).
Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34 (5), 581-591 (2011).
Grant, D. A., Honn, K. A., Layton, M. E., Riedy, S. M., Van Dongen, H. P. A. 3-minute smartphone-based and tablet-based psychomotor vigilance tests for the assessment of reduced alertness due to sleep deprivation. Behavioral Research Methods. 49, 9 (2017).
Veksler, B. Z., Gunzelmann, G. Functional equivalence of sleep loss and time on task effects in sustained attention. Cognitive Science. 42 (2), 32 (2018).
Belenky, G., et al. Patterns of performance degradation and restoration during sleep restriction and subsequent recovery: a sleep dose-response study. Journal of Sleep Research. 12 (1), 1-12 (2003).
Lamond, N., et al. The impact of a week of simulated night work on sleep, circadian phase, and performance. Occupational Environmental Medicine. 60 (11), e13 (2003).
Thorne, D. R., et al. The Walter Reed palm-held psychomotor vigilance test. Behav Res Methods. 37 (1), 111-118 (2005).
Dinges, D. F., Kribbs, N. B. Sleep, sleepiness and performance. Folkard, S., Monk, T. H. , John Wiley & Sons. 97-128 (1991).
Jota, R., Ng, A., Dietz, P., Wigdor, D. How fast is fast enough?: a study of the effects of latency in direct-touch pointing tasks. CHI Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems Pages. , 2291-2300 (2013).
Arsintescu, L., Mulligan, J. B., Flynn-Evans, E. E. Evaluation of a Psychomotor Vigilance Task for Touch Screen Devices. Human Factors. 59 (4), 661-670 (2017).
Kay, M., et al. The 7th Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare. Proceedings of Pervasive Health, New York, NY, , IEEE. 248-251 (2013).
Bourgeois-Bougrine, S., Carbon, P., Gounelle, C., Mollard, R., Coblentz, A. Perceived fatigue for short- and long-haul flights: a survey of 739 airline pilots. Aviation Space and Environmental Medicine. 74 (10), 1072-1077 (2003).
Petrilli, R. M., Roach, G. D., Dawson, D., Lamond, N. The sleep, subjective fatigue, and sustained attention of commercial airline pilots during an international pattern. Chronobiology International. 23 (6), 1357-1362 (2006).
Rai, B., Foing, B. H., Kaur, J. Working hours, sleep, salivary cortisol, fatigue and neuro-behavior during Mars analog mission: five crews study. Neuroscence Letters. 516 (2), 177-181 (2012).
Barker, L. M., Nussbaum, M. A. Fatigue, performance and the work environment: a survey of registered nurses. Journal of Advanced Nursing. 67 (6), 1370-1382 (2011).
Samel, A., Wegmann, H. M., Vejvoda, M. Aircrew fatigue in long-haul operations. Accidend Analysis & Prevention. 29 (4), 439-452 (1997).
Reis, C., Mestre, C., Canhao, H. Prevalence of fatigue in a group of airline pilots. Aviation Space and Environmental Medicine. 84 (8), 828-833 (2013).
Marcus, J. H., Rosekind, M. R. Fatigue in transportation: NTSB investigations and safety recommendations. Inury Prevention. 23 (4), 232-238 (2017).
Goode, J. H. Are pilots at risk of accidents due to fatigue? Journal of Safety Research. 34 (3), 309-313 (2003).
O'Hagan, A. D., Issartel, J., Fletcher, R., Warrington, G. Duty hours and incidents in flight among commercial airline pilots. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics. 22 (2), 165-172 (2016).
National Transportation Safety Board. Uncontrolled collision with terrain. American International Airways Flight 808. NTSB/AAR-94/04. , National Transportation Safety Board. Washington, DC. (1994).
Federal Aviation Administration. FAA Report. Regulatory Impact Analysis. Flightcrew Member Duty and Rest Requirements PART 117 . , https://www.faa.gov/regulations_policies/rulemaking/recently_published/media/2120-AJ58RegEval.pdf (2011).
Buysse, D. J., Reynolds, C. F. III, Monk, T. H., Berman, S. R., Kupfer, D. J. The Pittsburgh Sleep Quality Index: a new instrument for psychiatric practice and research. Psychiatry Research. 28 (2), 193-213 (1989).
Krupp, L. B., LaRocca, N. G., Muir-Nash, J., Steinberg, A. D. The fatigue severity scale. Application to patients with multiple sclerosis and systemic lupus erythematosus. Archives of Neurology. 46 (10), 1121-1123 (1989).
Johns, M. W. A new method for measuring daytime sleepiness: the Epworth sleepiness scale. Sleep. 14 (6), 540-545 (1991).
Vercoulen, J. H., et al. Dimensional assessment of chronic fatigue syndrome. Journal of Psychosomatic Research. 38 (5), 383-392 (1994).
Horne, J. A., Ostberg, O. A self-assessment questionnaire to determine morningness-eveningness in human circadian rhythms. International Journal of Chronobiology. 4 (2), 97-110 (1976).
Zaidi, F. H., Hull, J. T., Peirson, S. N., Wulff, K., Aeschbach, D., Gooley, J. J., Brainard, G. C., Gregory-Evans, K., Rizzo, J. F. III, Czeisler, C. A., Foster, R. G. Short-wavelength light sensitivity of circadian, pupillary, and visual awareness in humans lacking an outer retina. Current Biology. 17 (24), 2122-2128 (2007).
Honn, K. A., Riedy, S. M., Grant, D. A. Validation of a portable, touch-screen psychomotor vigilance test. Aerospace Medicine and Human Performance. 86 (5), 428-434 (2015).
Aldhous, M. E., Arendt, J. Radioimmunoassay for 6-sulphatoxymelatonin in urine using an iodinated tracer. Annals Clinical Biochemistry. 25 (Pt 3), 298-303 (1988).
Kecklund, G., Akerstedt, T. Effects of timing of shifts on sleepiness and sleep duration. Journal of Sleep Research. 4 (S2), 47-50 (1995).
Folkard, S., Barton, J. Does the ‘forbidden zone’ for sleep onset influence morning shift sleep duration? Ergonomics. 36 (1-3), 85-91 (1993).
Lavie, P. Ultrashort sleep-waking schedule. III. "Gates" and "forbidden zones" for sleep. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 63 (5), 414-425 (1986).
Shekleton, J. A., et al. Improved neurobehavioral performance during the wake maintenance zone. Journal of Clinical Sleep Medicine. 9 (4), 353-362 (2013).
Strogatz, S. H., Kronauer, R. E., Czeisler, C. A. Circadian pacemaker interferes with sleep onset at specific times each day: role in insomnia. American Journal of Physiology. 253 (1 Pt 2), R172-R178 (1987).

Indsamling af søvn, Cirkadiske, træthed og ydelses data i komplekse driftsmiljøer

Play Video

PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Arsintescu, L., Kato, K. H.,… More

Arsintescu, L., Kato, K. H., Hilditch, C. J., Gregory, K. B., Flynn-Evans, E. Collecting Sleep, Circadian, Fatigue, and Performance Data in Complex Operational Environments. J. Vis. Exp. (150), e59851, doi:10.3791/59851 (2019).

Less

Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions

View Video