Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Samla in sömn, dygnsrytm, trötthet och prestanda data i komplexa driftsmiljöer

Published: August 8, 2019 doi: 10.3791/59851
Automatic Translation
1, 2, 1, 1, 3
1San Jose State University Research Foundation, 2ASRS Research and Technology Solutions, 3Fatigue Countermeasures Laboratory, NASA Ames Research Center

Summary

Sömn förlust och cirkadian förskjutning bidrar till många operativa olyckor och incidenter. Effektiviteten av motåtgärder och arbete schemaläggning design syftar till att lindra trötthet kan vara utmanande att utvärdera i operativa miljöer. Detta manuskript sammanfattar en metod för att samla in sömn, dygnsrytm, trötthet och prestandadata i komplexa operativa miljöer.

Abstract

Sömnstörningar och Cirkadisk fel inriktning bidrar till en meningsfull andel av drift olyckor och tillbud. Motåtgärder och arbete schemaläggning design syftar till att lindra trötthet är vanligtvis utvärderas i kontrollerade laboratoriemiljöer, men effektiviteten av att översätta sådana strategier till operativa miljöer kan vara utmanande att bedöma. Detta manuskript sammanfattar en metod för att samla in sömn, dygnsrytm, trötthet och prestandadata i en komplex operativ miljö. Vi studerade 44 flygpiloter över 34 dagar medan de flög ett fast schema, som innehöll en baslinjedata insamling med 5 dagar i mitten av morgonen flygningar, fyra tidiga flygningar, fyra hög arbetsbelastning Mid-Day flygningar, och fyra sena flygningar som landade efter midnatt. Varje arbetsblock separerades med 3 – 4 vilodagar. För att bedöma sömn, hade deltagarna en handled slitna forskning-validerade Aktivitetskontroll kontinuerligt och avslutade dagliga sömn dagböcker. För att bedöma dygns fasen, piloter ombads att samla in all urin som produceras i fyra eller åtta timme behållare under 24 h efter varje plikt block för bedömning av 6-sulfatoxymelatonin (aMT6s), som är en biomarkör för dygnsrytmen. För att bedöma subjektiv trötthet och objektiva resultat, deltagarna var försedda med en pekskärm enhet som används för att slutföra samN-Perelli trötthet skala och psykomotorisk vaksamhet uppgift (PVT) under och efter varje flygning, och vid waketime, mitt på dagen, och Sänggåendet. Med hjälp av dessa metoder, det konstaterades att sömn varaktighet reducerades under tidiga starter och sena avslut i förhållande till baslinjen. Dygns fasen skiftade enligt tjänstgöringsschema, men det fanns ett brett spektrum i aMT6s Peak mellan individer på varje schema. PVT prestanda var sämre på tidiga, hög belastning och sena scheman i förhållande till baslinjen. Sammantaget var kombinationen av dessa metoder praktiskt och effektivt för att bedöma påverkan av sömn förlust och dygnsrytm på trötthet och prestanda i en komplex operativ miljö.

Introduction

Trötthet, till följd av sömn förlust och Cirkadisk förskjutning, är ett allvarligt hot mot säkerheten i yrken som kräver 24 h verksamhet, oregelbundna scheman, och utökade arbetstider1,2. Laboratorieforskning har varit avgörande för att karakterisera hur förändringar i sömn varaktighet och timing påverka efterföljande vakenhet och prestanda3,4,5. Dessa studier utgör grunden för rekommendationer för hantering av trötthets risker och arbetstidsscheman i driftsmiljöer6.

I detta manuskript används en fältstudie av luftfartsverksamhet för att demonstrera en metod för att samla in sömn, dygnsrytm, trötthet och prestandadata i komplicerade driftsinställningar7. Vi studerade 44 flygpiloter över 34 dagar medan de flög ett schema som inkluderade perioder av Mid-Morning flygningar, tidiga flygningar, hög belastning mitt på dagen flygningar och sena flygningar som landade efter midnatt. Varje arbetsblock separerades med 3 – 4 vilodagar. Piloter samlade in objektiva och subjektiva uppgifter under hela studieperioden, inklusive både flyg tjänstgöringstid och vilodagar.

Med tanke på skillnaderna mellan laboratorier och verkliga miljöer, genomförandet av strategier och motåtgärder som utvecklats i laboratoriet inte alltid omsätta i verksamheten som förväntat. Individuella skillnader, ett brett spektrum av operativa arbetsscheman, oregelbunden och oförutsägbar verksamhet, organisatoriska metoder och kultur, och arbetsavtal är några av de faktorer som kan försvåra tillämpningen av vetenskapen i praktiska operativ användning. Som ett resultat, det är viktigt att utvärdera effekterna av sådana interventioner med hjälp av konsekventa och pålitliga metoder för att bedöma sömn, dygnsrytm, trötthet eller vakenhet, och prestanda. Nivån på övervakningen och insamlingen av uppgifter måste hållas i proportion till de förväntade trötthets nivåerna och de risker som är förknippade med säkerheten inom en operation8. I varje säkerhetskänslig miljö är det dessutom viktigt att upprätthålla en säker verksamhet i utredningsprotokollet.

Den gyllene standardmetoden för att bedöma sömn varaktighet och kvalitet är genom polysomnografi (PSG), vilket innebär att mäta hjärnans aktivitet, hjärtfrekvens, ögonrörelser, och muskelaktivitet genom en samling av elektroder och sensorer placerade på hårbotten, ansikte, och bröstet. Även om det är robust är PSG inte praktiskt för att samla in sömn information i de flesta driftsmiljöer. Många bärbara enheter har utvecklats för att uppskatta sömn timing, varaktighet och kvalitet, men få har validerats9,10. Kombinationen av handled-slitna actigraphy och dagliga sömn dagböcker har använts i stor utsträckning för att uppskatta sömn i fältstudier inom en rad yrken11,12,13,14 och har validerats mot PSG, visar konkordans för sömn varaktighet15. Dessutom, med hjälp av actigraphy och sömn dagböcker för fältstudier lägger en låg börda för studiedeltagarna, eftersom de flesta actigraphy enheter bärs på den icke-dominerande handleden och endast avlägsnas för att duscha eller simma, ungefär som ett armbandsur. Likaså kan en väl utformad sömn dagbok, presenteras på en telefon eller touch-screen-enhet, vanligtvis kompletteras av deltagare i mindre än två minuter.

Den sömn-vakna cykel samordnas av dygns pacemakern ligger i suprachiasmatiska kärnor av hypotalamus16. Denna pacemaker synkroniserar också många andra aspekter av biologisk funktion såsom kroppstemperatur och hormonella rytmer (t. ex., melatonin och kortisol). Den endogena dygnsrytmen är nära, men inte exakt, 24 h; Därför måste det återställas varje dag för att möjliggöra en stabil synkronisering (dvs. övningsprovet) till 24 h dag. Den primära nollställningen hos den cirkadiska pacemakern är ljus. I driftsmiljöer som kräver icke-standardiserade scheman och 24 h-operationer kan Cirkadisk förskjutning inträffa, där dygnsrytmen i viloläge sammanfaller med schemalagt arbete11. Det är möjligt att avgöra när dygns pacemaker är att främja sömn och vakna genom att mäta topp timing (dvs. dygnsrytmen) av rytmer av biologiska signaler som styrs av dygnsrytm.

Det är viktigt att mäta dygnsrytmen efter genomförandet av motåtgärder för att bättre förstå om sådana tekniker lyckas anpassa den cirkadiska pacemakern med det införda arbets schemat. Många av resultaten av dygns system som används för att bestämma fas i laboratorie inställningar är benägna att maskera, vilket gör dem olämpliga för användning i en fält miljö. Till exempel, dygns förändringar i kroppstemperatur är svåra att upptäcka i fri-levande individer som kan engagera sig i aktiviteter såsom motion som förändrar deras kroppstemperatur. Melatonin är akut hämmas av ljus exponering, vilket gör insamling av melatonin i blod eller saliv omöjligt i situationer där ljuset inte kan kontrolleras. Emellertid, 6-sulfatoxymelatonin (aMT6s), den viktigaste metaboliten av melatonin, utsöndras i urinen och är mindre påverkas av de maskerande effekterna av ljus, vilket gör det till en idealisk kandidat för att mäta dygnsrytmen i operativa miljöer17, 18.

Förutom att mäta förändringar i fysiologi, är det också viktigt att mäta effekterna av arbetsschema förändringar på subjektiv trötthet eller vakenhet. Även om det finns flera skalor tillgängliga för att mäta olika aspekter av vakenhet och trötthet, den mest använda inom luftfarten är 7-punkt samN-Perelli trötthet skala (SP)19 och 9-punkt Karolinska sömnighet skala (KSS)20. SP används också ofta i fältstudier av skiftarbetare inom ett brett spektrum av yrken21,22,23,24. KSS har validerats mot objektiva mått av sömnighet såsom elektroencefalografi (EEG) och långsamma ögonrörelser20,25, samt Performance25. Denna skala används ofta i studier både i laboratoriet och i fält24,26. Det kan finnas andra subjektiva skalor som är lämpliga för olika skiftarbete eller arbetsmiljöer. Det är viktigt att välja en skala som har validerats och idealiskt har meningsfulla tröskelvärden för nivåer av "acceptabel" vakenhet. Till exempel, KSS betyg över 7 är förknippade med höga nivåer av fysiologiska tecken på sömnighet och nedsatt körförmåga25,27, medan samN-Perelli betyg relaterar direkt till flygande arbetsuppgifter28. För den studie som beskrivs i detta manuskript användes samN-Perelli, eftersom den ursprungligen utvecklades som en subjektiv utmattnings åtgärd i en studiepopulation bestående av piloter. 28

Även om mätning av sömn och dygns fas är en viktig komponent i utvärderingen av en intervention, är ett primärt resultat av intresset för fältstudier typiskt objektiv prestanda. Det finns en mängd tester som har utvecklats för att utvärdera kognitiva prestanda, men den mest känsliga och pålitliga test för att mäta effekterna av sömn förlust och cirkadian förskjutning är psykomotorisk vaksamhet uppgift (PVT). Den ursprungliga PVT (PVT-192) är en enkel reaktionstid test, där en individ presenteras med en stimulans och instrueras att reagera på stimulans genom att trycka på en knapp så snabbt som möjligt29. Den Pvt har validerats under förhållanden av akut och kronisk sömn förlust och Cirkadisk feljustering4,5,30. Varaktigheten av uppgiften kan varieras baserat på designen av studien31,32; även, den traditionella 10 min varaktighet är att föredra i laboratoriestudier33,34. medan en 5 min varaktighet PVT är typiskt mer genomförbart i fältstudier där operativa krav kan störa administrationen av testet35.

Dessutom visar PVT lite till inga inlärnings effekter och är enkel att använda, vilket gör det till ett praktiskt test för att distribuera i fält miljöer där studiedeltagare inte kan observeras under provningen36. Den ubiquity av touch-screen-enheter möjliggör enkel distribution av PVT, men forskarna bör vara försiktiga vid genomförandet av PVT, eftersom det finns många aspekter av touch-screen-enheter som kan införa fel i insamlingen av PVT data37 ,38. Till exempel har olika maskinvaru-och programvaru kombinationer olika system fördröjningar och andra program som körs i bakgrunden kan introducera ett okänt fel i de inspelade reaktionstiderna. Därför är det viktigt att samla in PVT-data med hjälp av en validerad PVT, med konsekvent maskin-och programvara, med WiFi, och med alla andra program avstängda. Dessutom, med tanke på att det inte är praktiskt att observera studiedeltagare under tester i operativa miljöer, är det viktigt att deltagarna utbildas för att slutföra varje PVT med enheten i samma riktning, med hjälp av samma finger38, 39.

Var och en av dessa element av datainsamling är viktigt och dessa verktyg har använts i andra operativa studier under de senaste40,41,42,43. Förutom de utmaningar som beskrivs ovan kan det dock vara svårt att uppnå överensstämmelse med studie förfaranden när deltagarna måste självständigt slutföra uppgifter, särskilt när sådana uppgifter omfattar en tidskänslig komponent. Ett sista element som är viktigt vid datainsamling i verksamhetsmiljöer är att organisera information på ett sätt som gör det enkelt för enskilda att slutföra uppgifter i tid. NASA PVT + ansökan för touchscreen-enheter kan anpassas för att presentera uppgifter till deltagarna i sekvens, vägleda dem genom studie förfaranden. Till exempel, i den studie som presenteras här, flygpiloter är försedda med pekskärm enheter förinstallerade med ett program som används för att slutföra sömn dagböcker varje morgon och kväll. Enheterna används också för att slutföra PVT tester och trötthet betyg, bland andra uppgifter, på morgonen, på toppen-of-Descent (TOD) av varje flygning, efter flygning, och på kvällen innan sängen. Denna presentation av information tillät piloter att slutföra studie förfaranden med minimal olägenhet för sina arbetsrelaterade uppgifter.

Det kan vara mycket svårt att samla in data bland piloter, eftersom arten av jobbet kräver dem att resa långa sträckor och arbeta i trånga utrymmen (t. ex. cockpits) med många distraktioner och ofta oförutsägbara arbetsbelastningar. Trots dessa utmaningar är det viktigt att samla in uppgifter i denna population, eftersom pilot trötthet är ett hot mot en säker luftfarts verksamhet40,44,45. Den höga intensiteten i flygverksamheten bidrar till försämringen av besättnings prestandan och ökar risken för utmattnings relaterade incidenter46,47,48,49,50. Med hjälp av kombinationen av metoder som beskrivs ovan, vi mätt sömn, dygnsrytm, trötthet och prestanda bland 44 kortdistansflyg bolag piloter över 34 dagar. Under studien flög piloter ett fast schema som inkluderade en baslinjedata insamling med 5 dagars Mid-Morning flygningar, fyra tidiga flygningar, fyra hög arbetsbelastning mitt på dagen flygningar och fyra sena flygningar landning efter midnatt. Varje arbetsblock separerades med 3 – 4 vilodagar. Dessa fynd visar hur omfattande datainsamling, inklusive mått på sömn, dygnsrytm, trötthet och prestanda, kan användas i driftsmiljöer.

I detta fall var syftet med studien att utvärdera sömn, dygnsrytm, trötthet, och prestanda genom Duty starttid enligt följande. 1) baseline: under den första plikt blocket, arbetade alla piloter 5 dagar att varje inkluderade två flygningar på ca 2 h vardera, med början i mitten av morgonen, för att möjliggöra en adekvat nattsömn episod. Detta block följdes av 4 vilodagar. 2) tidiga starter: under den tidiga plikt blocket, alla piloter arbetat 5 dagar att varje inkluderade två flygningar på ca 2 h, varje start mellan ca 5:00 AM och 8:00 AM. Detta block följdes av 3 vilodagar. 3) hög arbetsbelastning skiftar mitt på dagen: under mitten av dagen plikt blocket, alla piloter arbetat 5 dagar, som varje ingår 2 – 4 flygningar av ~ 2 – 6 h vardera, börjar vid ungefär mitt på dagen. Detta block följdes av 3 vilodagar. 4) sena finish: under den sena plikt blocket, alla piloter arbetat 5 dagar, som inkluderade två flygningar på ca 3 h vardera, med början i slutet av eftermiddagen runt 4:00 PM och slutar runt midnatt. Detta block följdes av 3 vilodagar.

Protocol

Denna studie godkändes av den institutionella Granskningsnämnden (IRB) i NASA Ames Research Center, och alla ämnen gav skriftligt informerat samtycke. Alla studie förfaranden var utformade enligt de protokoll som godkändes av NASA IRB (protokollnummer HRI-319).

1. Val av deltagare och förberedelse för experimentet

  1. Bestämning av studie schema
    1. Datainsamlings period för att bedöma resultaten i avsaknad av intervention.
  2. Identifiera när data ska samlas in under experimentet
    1. Vid bedömning av trötthet är det viktigt att resultatmåtten omfattar mer än en datapunkt på grund av tids förändringar i trötthet och prestanda.
    2. Samla in prestandadata tillsammans med verksamhetsmässigt kritiska uppgifter när det är möjligt. När det gäller flygpiloter, är det lämpligt att samla in en PVT och trötthet rating vid TOD av en flygning, som är i slutfasen av kryssning, strax innan den kritiska uppgiften att landa sker.
      Anmärkning: Mer Inflight PVT data kan krävas för att bedöma utfall för längre flygningar eller i andra operativa miljöer. En forskare kan vara intresserad, till exempel, i förändringen i trötthet över en rast, som kräver åtgärder som skall vidtas före och efter paus.
  3. Rekryteringsförfarandena kan variera beroende på studie mål. Se till att deltagarna är anställda av en enda organisation och att de representerar den typiska befolkningen i den valda organisationen; Därför behöver inga ytterligare screening kriterier tillämpas.
    Anmärkning: I laboratoriemiljöer screenas deltagarna vanligtvis av deltagande om de har kroniska hälsotillstånd eller får poäng av normalt intervall på frågeformulär för sömnstörningar. I operativa miljöer, kan deltagarna ha kroniska sjukdomar och odiagnostiserade sömnstörningar, men dessa individer bör i allmänhet ingå i studier för att mäta effektiviteten av interventioner över ett brett spektrum av arbetstagare. Individer bör inbjudas att delta i studien via e-post eller i-person presentation till befolkningen av intresse.
    1. Har deltagarna direkt kontakt med studie personal och försäkrar dem att anställningsbeslut inte kommer att fattas baserat på individuella uppgifter.
    2. Vidta alla ytterligare försiktighetsåtgärder som kan behövas för att skydda deltagarnas konfidentialitet, till exempel genom att inhämta ett intyg om konfidentialitet från det nationella hälsoinstitutet eller ett brev från företagsledningen som garanterar volontärer att deras anställning inte påverkas av deras deltagande i studien.
    3. Har deltagarna genomgått ett informerat samtycke som bekräftar att deltagandet i forskning är helt frivilligt. Se till att intresserade volontärer kan följa studiens arbetsschema och avskräcka dem från att handla arbetsskift under studien.
  4. Bjud in deltagare som frivilligt i studien att delta i en 30 – 60 min utbildning/briefing session.
    1. Förse deltagarna med ett datainsamlings paket som inkluderar aktivitetsövervakaren, pekskärmsenheten med rätt program installerat och urin insamlings material. Har deltagarna fylla i bakgrunds enkäter [t. ex., Pittsburgh Sleep Quality index (PSQI)51, trötthet svårighetsgrad skala (fss)52, Epworth Sömnighet skala (ESS)53, checklista av individuell styrka (CIS)54, Morningness/Eveningness enkät (MEQ)55] för att uppskatta prevalensen av sömnproblem i populationen. Dessa frågeformulär kan också användas som kovariat i dataanalys.
    2. Granska alla aspekter av studien med deltagarna och utbilda dem om förfaranden för att slutföra studie enkäter och tester. Har deltagarna slutfört en sömn dagbok och alla dagliga enkäter framför studie personalen för att se till att deltagaren förstår hur man Slutför frågorna och använder applikationen. Utbilda deltagarna om lämpliga förfaranden för att slutföra PVT som beskrivs i avsnitt 6 nedan.
    3. Ge deltagarna en forsknings godkänd aktivitetsövervakare. Instruera deltagarna att bära aktivitets monitorn hela tiden, bara ta bort den när den kan vara nedsänkt i vatten. Be deltagarna att anteckna tidpunkten för aktiviteten övervaka borttagningar i programmet.
    4. Förse deltagarna med urin insamlings material och orientera dem till urin insamlings förfaranden. Om en deltagare är ovillig eller oförmögen att samla in urinprov, kan denna del av studien inkluderas som en valfri delstudie om den godkänns av etikprövningsnämnden.

2. experimentell design

  1. Arbetsschema: se till att alla individer följer samma schema (eller balanserat schema när det gäller ett slumpmässigt experiment). Dessutom, inkludera en baseline eller placebo villkoret i experimentet att tolka resultaten i avsaknad av ingripande eller schema manipulation.
    Obs:     det kommer sannolikt att vara nödvändigt att arbeta nära med partnerorganisationen att genomföra experimentella schema. Andra överväganden kan vara nödvändiga beroende på vilken population som ska studeras. När det gäller vår studie, där vi utvärderade kortdistansflyg bolag piloter, utformade vi ett schema som tillät dem att återvända hem varje dag för att säkerställa att de hade en konsekvent sömn miljö. Den slutgiltiga tidsplanen för utvärdering av utfall av intresse bör likna den som diagram 1.
    1. Data insamlings protokoll för icke-arbetsdagar:
      1. Instruera deltagarna att fylla i sömn dagbok varje dag inom 30 min att vakna upp och gå till sängs.
      2. Be deltagarna att använda sin aktivitets Monitor kontinuerligt.
      3. Instruera deltagarna att slutföra en samN-Perelli trötthet skala (SP) och en PVT 3x en dag: morgon (1-2 h efter uppvaknandet), Mid-dag (8-9 h efter uppvaknandet), och kväll (1-2 h innan du går till sängs).
    2. Data insamlings protokoll för arbetsdagar:
      1. Instruera deltagarna att fylla i sömn dagbok varje dag inom 30 min att vakna upp och gå till sängs.
  2. Datainsamlings schema: se till att datainsamlings schema omfattar insamling av PVT-data vid operativt relevanta tidpunkter och vid flera tidpunkter per dag (minst, morgon, mitt på dagen och kvällen) för att bedöma förändringar i prestanda förknippas med nedsatt sömn eller Cirkadisk fel inriktning. Kontrollera dessutom att datainsamlings planen inte belastar deltagaren alltför mycket med onödig datainsamling.
    Anmärkning: Balansen mellan att samla in tillräckligt med information för att utvärdera interventioner och inte alltför belastande deltagaren är avgörande för att bibehålla studiens efterlevnad och minimera abstinensbesvär från studien.

3. förfaranden för actigraphy Collection

  1. Välj en Aktivitetsövervakare som har validerats mot PSG i laboratoriemiljö (figur 2).
    Anmärkning: Vissa Aktivitetsövervakare innehåller ytterligare funktioner, till exempel temperatur och puls, men som tidigare beskrivits kan dessa funktioner påverkas av en individs aktiviteter. Två användbara funktioner som finns på vissa enheter är händelsemarkörer och ljussensorer. Belysnings information kan vara användbar vid tolkningen av cirkadian Phase information och händelsemarkörer kan användas för att markera flytt av tid-i-säng och Aktivitetsövervakare, men dessa funktioner krävs inte för insamling av sömn information.
  2. Instruera deltagarna att bära aktivitets monitorn tätt och säkert fastsatt på handleden av den icke-dominerande handen under hela försöksperioden. Om aktivitetsmätaren inte är ordentligt fastsatt på handleden kan aktivitets antalet äventyras. Lämplig montering under förstudie-briefing.
  3. Instruera deltagarna att bära aktivitets monitorn under träningen men ta bort den innan simning och duscha. Borttagning av Aktivitetsövervakare bör noteras i den dagliga sömn dagbok för att särskilja inaktivitet på grund av aktivitet övervaka borttagningar från tupplurar.
  4. Om aktivitetsövervakaren innehåller en händelsemarkör funktion ber du deltagaren att slå markören när aktivitetsövervakaren tas bort. Dessutom instruera deltagaren att trycka på händelsen markören när du går till sängs och vakna upp för varje sömn episod. Detta kommer att förbättra information som erhållits i sömn dagbok och bistå i analys.

4. app-baserat frågeformulär, sömn dagbok och PVT samling

  1. Välj programmet för daglig datainsamling.
    Anmärkning: Appbaserade enkäter bör kontrolleras mot validerade pappersversioner för att säkerställa att de appbaserade versionerna återspeglar de ursprungliga instrumenten på ett korrekt sätt. I synnerhet bör enkäter som innehåller visuella analoga skalor kontrolleras för att bekräfta att apputvecklare inte omvandla resultat till Likert-typ skalor. På samma sätt bör alla frågor och svar kontrolleras för att bekräfta att originalspråk och svarsalternativ är helt inkluderade och att visualiseringen av frågorna och svaren inte äventyras av skärmstorleken på den enhet som används.
  2. Frågeformulär: har deltagarna slutfört frågeformulär för baslinjen (beskrivs i avsnitt 1.4.1) och demografisk information innan de deltar i något studie förfarande för att underlätta tolkningen av studieresultat.
  3. Sömn dagböcker: be deltagarna att slutföra sömn dagbok före och efter individens huvudsakliga sömn episod. Det är önskvärt att förse deltagarna med en ansökan-baserade sömn dagbok snarare än papper eftersom 1) det är lätt för deltagaren att slutföra och 2) ansökan-baserade sömn dagböcker är tidsstämplat, vilket minimerar risken för att en individ kommer att komplettera sömn dagbok retroaktivt.
    1. Vakna sömn dagbok: efter uppvaknandet från huvud sömn episod, har deltagarna ange 1) vakna tid, 2) antal och varaktighet av uppvaknanden, och 3) sömnkvalitet.
    2. Läggdags sömn dagbok: bara innan du går till sängs, instruera deltagarna att dokumentera varaktigheten och tidpunkten för eventuella tupplurar och förväntade bedtimes.
  4. PVT: instruera deltagarna att ta PVT vid förutbestämda tidpunkter under hela studien med hjälp av exakt metod som beskrivs nedan (i avsnitt 6).
  5. Presentera studieinformation tydligt och kortfattat, så att deltagarna presenteras med uppgifter på ett sätt som gör det möjligt för dem att snabbt avgöra vad de behöver göra.
    Anmärkning: Vi använder NASA PVT + app för våra studier. NASA PVT + är ett program för pekskärmsenheter som utvecklats vid NASA Ames Research Center. Programmet är anpassat för varje experiment för att inkludera eller utesluta olika enkäter efter behov. Appen presenterar varje aktivitet som en deltagare behöver för att slutföra i sekvens (se figur 3). För den aktuella studien visar appens huvudsida tre huvud länkar: "studie registrering", "vilodag" och "tjänstgörings dag". Länken "studie registrering" innehåller följande enkäter som ska slutföras under utbildningsdagen: demografi, MEQ, CIS och ESS. Efter avslutad, länken är inte synlig för deltagarna. "Vilodag"-länken innehåller frågeformulären som ska fyllas i under dagar: Morning Sleep Diary; SP och PVT för morgon, eftermiddag och kväll; och kvälls sömn dagbok, som presenteras i den ordningen. "Duty Day"-länken visar tre huvud länkar: Morning (Sleep Diary); Arbetsuppgifter; och kväll (sömn dagbok). Länken arbetsuppgifter består av tre länkar: pre-Flight (SP, PVT, pendlingstid); Spela in på TOD, som visar antalet flygningar som valts ut av deltagaren för att slutföra testerna för just den flygningen (SP, PVT); och efter flygning (SP, PVT).

5. urin insamlings förfarande

  1. Använd urin insamling för att mäta aMT6s produktion för att uppskatta dygns fasen (anpassad för urin insamling i piloter från procedurer som utvecklats av Lockley18 och Hull56).
    1. Instruera deltagarna att samla in urinprov efter varje intervention som förväntas skifta dygns fasen. Förse deltagarna med urin kit, urin logg, och instruktioner på Träningsdagen. Urin-Kit (figur 4) innehåller en urinohatt eller urinoar uppsamlingsbehållare, flera pipetter, fem märkta urin uppsamlings rör per 24 h samling, två extra rör och vita klistermärke etiketter, ren Biohazard zip-lock påsar, sjöfart material, en is förpackning, en uppsamlings logg (figur 5) och en kopia av instruktioner för referens under varje uppsamlings block (beskrivs i avsnitt 5,2).
    2. Allmänna översikts anvisningar: informera deltagarna om att de behöver samla in all urin som produceras under en 24 h-period. Den första samlings blocket startar från den tid deltagaren vaknar upp på den första urin insamlingsdagen och fortsätter i 4 h block under dagen och ett 8 h block över natten. Sammanlagt omfattar varje 24 h-kollektion fem prover.
    3. Förse deltagarna med instruktionerna nedan och granska med dem varje steg i förfarandet under förstudie utbildning. Se till att deltagarna är försedda med en förskottsbetalning, adresserad fraktsedel.
  2. Använd följande urin insamlings anvisningar för deltagare:
    När du vaknar på första dagen går du till bad rums toaletten som vanligt. Du kommer att börja samla din urin efter att du går till bad rums för första gången.
    I början av varje insamlings block registrerar du datum, starttid och ungefärlig sluttid för samlings blocket i samlings loggen (t. ex. 07:00 – 11:00 AM). Du kan urinera mer än en gång under en 4 h uppsamlings block (eller under 8 h över natten samling blocket). I detta fall, du kommer att urinera i samma urin samling behållare.. Till exempel, under 07:00 – 11:00 AM Collection fönstret kan du urinera vid 8:00 AM och 10:55 AM. Båda dessa urin håligheter kommer att blanda tillsammans i samma uppsamlingsbehållare. I slutet av samlings blocket kommer du att ta ett prov. Varje gång du urinera, spela in den exakta klocktiden du urinera på samlings loggen. Varje gång du kissar, alla dina urin bör gå in i uppsamlingsbehållaren.
    Töm blåsan precis innan du tar ett prov. Till exempel, om samlings blocket slutar vid 11:00, försök att urinera i uppsamlingsbehållaren strax före 11:00 AM, ta sedan provet. I slutet av samlings blocket, registrera den totala volymen av urinen som samlats in med hjälp av märkningen på behållaren.
    Ta en ny pipett och överför en liten mängd av urinen från uppsamlingsbehållaren till ett litet rör. Fyll röret med tillräckligt med urin så att det är minst halvfullt. Locket röret. Fyll inte röret helt, eftersom urinen expanderar när den är fryst och kan bryta röret om överfylld. När du fyller röret, då kan du kasta pipetten bort. Varje provrör är märkt med ett nummer och ordnade i numerisk ordning. Använd provrören i nummerordning (dvs. Använd 1 först, sedan 2, etc.).
    Placera det lilla röret i en zip-lock Biohazard påse. Placera den stora zip-lock påsen i kartongen med en kylväska. Efter att ha tagit provet, registrera röret nummer och Klock tid som du tog provet på samlings loggen, sedan kassera resterande urin i toaletten. Skölj uppsamlingsbehållaren med vatten (Använd inte annat än vatten för sköljning av uppsamlingsbehållaren). Upprepa processen för de kommande tre dag insamlings blocken (t. ex. 11:00 AM – 3:00 PM, 3:00 PM – 7:00 PM, och 7:00 PM – 11:00 PM).
    För övernattnings kollektion blocket, samla din fjärde dagtid prov strax innan du går till sängs. Uppsamlingsbehållaren ska vara tom när du går till sängs. Den övernattning samling blocket kommer att omfatta alla urin du urinera under natten, liksom urinen från första gången du kissar på morgonen. När du vaknar på morgonen, kommer du att urinera i uppsamlingsbehållaren. Varje urin från natten kommer att blandas med denna första urin du producerar på morgonen. Om du inte vaknar under natten, då natten provet får endast omfatta din första morgonen urinering. Efter att du har urinerat för första gången på dag 2, är natten samling blocket komplett.
    Vänligen samla alla urin du producerar under en 24-timmarsperiod. Om du råkar urinera i toaletten, vänligen notera detta på din urin samling logg och låt oss veta att du missade en samling. "

6. PVT-administrationsmetoder

Anmärkning: Som beskrivs i inledningen, NASA-PVT är en 5 min ihållande uppmärksamhet, reaktionstid test som mäter den hastighet med vilken individer reagera på en visuell stimulans. Varaktigheten av testet kan ändras baserat på studiens utformning. Det finns många Pvt mönster som har utvecklats, inklusive de som belyser ett mål35,57 eller schackbräde mönster39. NASA-PVT utformades för att efterlikna laboratoriet PVT-192 enhet där målet är i form av en millisekunder räknare.

  1. Läs följande instruktioner för varje deltagare för att säkerställa att alla får samma utbildning: "Håll enheten i liggande läge varje gång och håll tummarna över enheten inom några millimeter av skärmen hela tiden du är att ta detta test. Under testet trycker du på skärmen med tummen på din dominerande hand (det vill, den hand du vanligtvis skriver med) så fort du ser de röda numren som rullar i rutan. Du måste använda tummen från din dominerande hand för att reagera på stimuli i alla tester. Siffrorna på skärmen visar hur snabbt du svarade varje gång. Ju mindre nummer, desto bättre du gjorde. Försök att göra ditt bästa och få det lägsta numret du eventuellt kan varje gång. Om du knackar på skärmen för tidigt (innan siffrorna visas) kommer du att se ett felmeddelande ("FS") som indikerar en falsk start. Om du trycker på med din icke-dominerande tumme, kommer du att se meddelandet "ERR", vilket indikerar ett fel. Undvik "FS" och "ERR". Om du glömmer att lyfta tummen kommer text skärmen att påminna dig efter en kort stund. " Figur 6 visar skärmen på demo NASA-Pvt visar rätt position på pekskärmen enheten samtidigt som Pvt och placeringen av tummen.
  2. Instruera deltagarna att hålla pekskärmen enheten i flygplansläge, med WiFi off hela tiden.
    Anmärkning: Detta är särskilt viktigt för PVT uppgift där noggrannheten i det interna stoppuret påverkas av anslutningsfunktioner, vilket påverkar reaktionstiden38.
  3. Instruera deltagarna att initiera PVT i en tid som är fri från distraktioner. Om distraktioner inträffar ska deltagarna Notera antalet distraktioner i programmet efter testet.
    Anmärkning: Med tanke på kraven i operativa miljöer, är det möjligt att deltagarna inte kommer att kunna slutföra en schemalagd PVT test. I detta fall bör deltagarna instrueras att ta PVT så snart som möjligt efter det missade provet. Det är också viktigt att informera deltagarna om att de bör hålla minst 30 min mellan PVT testsessioner.

Representative Results

Med hjälp av de beskrivna metoderna kunde vi samla in över 700 dagar av data och över 3 000 PVTs och trötthet betyg bland 44 kort distans piloter7. Målet med denna studie var att karakterisera förändringar i sömn, dygnsrytm, trötthet betyg, och prestanda bland kort distans piloter genom arbete starttid och arbetsbelastning under dagtid flygningar.

För att redogöra för inom-ämnen studiedesign, alla tillstånd effekter utvärderades för sömn och resultat resultat med upprepade åtgärder analys av avvikelse med ostrukturerade kovarianser, med hjälp av deltagaren som en upprepad faktor. För att utvärdera om sömn och prestanda utfall varierade efter dag på ett visst schema, tillämpades linjära blandade effekter modeller på förändringar i sömn och prestanda för dag. För att ta hänsyn till individuella skillnader i anpassningen till ett givet schema tilläts skärningspunkten och lutningen att variera individuellt.

Det första målet som togs upp med dessa metoder var att undersöka effekten av tullen starttid på sömn. Sömn varaktighet, läggdags, väckningstid och sömnkvalitet beräknades med hjälp av sömn dagbok och actigraphy. Ett exempel på det actogram som härrör från Aktivitetskontroll illustreras i figur 7. Det visades att sömn timing och varaktighet varierade betydligt som en funktion av arbetsstart tid med hjälp av blandade effekter regressionsanalys. Tabell 1 visar sängdags, väckningstid, sömn varaktighet och sömnkvalitet enligt schematyp som rapporteras av deltagarna i sömn dagboken. Deltagarna gick till sängs i genomsnitt runt 23:10 (SD = 1:41) på baseline block. Läggdags för schema block för tidig tjänstgöringstid skilde sig signifikant från baseline (p < 0,01) med deltagare som rapporterade tidigare bedtimes. Agor för Mid-dag och sena tull scheman skilde sig också signifikant från baseline (p < 0,01), med deltagare rapporterar senare Agor. Deltagarna gick till sängs betydligt senare (p < 0,01) på vilodagar jämfört med baslinjen.

Figur 8 visar medelvärdet av den härledda sömn varaktigheten per dag för varje schematyp. Deltagarna erhöll signifikant mindre sömn (p < 0,01) på tidiga starter jämfört med baseline. Vilotiden för andra schematyper skiljer sig inte från baslinjen. Sömn latens och sömn effektivitet som erhållits från actigraphy var inte signifikant skiljer sig från baslinjen för någon av schematyperna. Wake efter insomning (WASO) var signifikant annorlunda för tidiga starter jämfört med baseline (p < 0,05), med piloter rapportering är mer vaken under de tidiga starter. Det fanns inga skillnader mellan baslinje och andra schematyper. Det fanns inga signifikanta skillnader mellan vilodagar och baslinjen.

Det andra målet som togs upp med dessa metoder var att undersöka effekten av tullens starttid på dygns fasen mätt med aMT6s. Peak timing (acrophase) av aMT6s rytm är en tillförlitlig markör för dygns fas58. Figur 9 visar ett exempel på dygnsrytmen av aMT6s över 24 timmar för en individ, medan figur 10 visar aMT6s acrophase för varje individ som deltagit i urin insamlings förfaranden genom studie block. I överensstämmelse med slutsatserna om sömn, konstaterades det att medelvärdet av dygns fasen var signifikant förskjuten enligt arbetets starttid. Det är viktigt att anteckna den saknade datainsamlings informationen i figur 10. Vissa individer hade svårt med urin insamling förfaranden för vissa av blocken eller de glömde att logga tidpunkten för deras provsamling. I dessa fall var det inte möjligt att generera tillförlitliga uppskattningar av dygnsrytmen från aMT6s koncentrationen och som ett resultat saknas vissa data. I situationer där insamling av Cirkadisk fasinformation är viktig, kan det vara klokt att kalla deltagarna före varje urin samling för att säkerställa att procedurerna följs korrekt.

Det tredje målet som togs upp med dessa metoder var att undersöka effekten av Duty starttid på självrapporterad trötthet mätt med SP, och objektiva prestanda mätt med PVT. I enlighet med våra resultat med sömn, med hjälp av blandade effekter regressionsanalys, fann vi att både trötthet (tabell 2) och Pvt reaktionstider (figur 11) var värre under tidiga starter, hög arbetsbelastning mitt på dagen Skift, och sena finish, i förhållande till vår baslinjedata insamling (p < 0,001 SP; p < 0,01 PVT RT). Deltagarna uppvisade en signifikant ökning av bortfallet för varje schematyp jämfört med baseline (p < 0,01 tidigt, p < 0,05 Mid-Day, p < 0,01 sent). Prestanda på vilodagar liknade den för baslinjen. Dessa resultat beskrivs också i tabell 3.

Figure 1
Figur 1: studieprotokoll per tid på dagen för varje dag i studien. De mörkgrå staplarna representerar flyg perioderna inklusive tiden före flygning (öppna staplar) och de ljusgråa staplarna representerar viloperioderna. Dagar 1 – 5 representerar baslinje avgifts blocket, dagar 10 – 14 representerar den tidiga tjänstgörings starter, dagar 18 – 22 representerar den halva dagen tullen börjar, och dagar 26 – 30 representerar de sena starter. De skuggade staplarna representerar den första vilodagen efter tull blocket när urin samlas in. Denna siffra återges från Flynn-Evans et al.7. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: enheten för Aktivitetskontroll/accelerometer som bärs på handleden till den icke-dominerande handen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: exempel på tester tagna under vilodagar med hjälp av pekskärmsprogrammet. Från vänster till höger: (a) appens huvudsida visar två länkar; (B) vilodagen visar tre länkar: morgon, mitt på dagen, kväll; Cmorgon länken visar de tester som tagits på morgonen. D) i mitten av dagen-länken visas de tester som tagits på eftermiddagen, och (E) kvälls länken visar provet som tagits på kvällen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: urinsats. Satsen innehåller (a) en urinohatt eller urinoar uppsamlingsbehållare, (B) pipetter, (C) urin uppsamlings rör, (D) vita klistermärkes etiketter, (E) en bio-Hazard Bag, (F) Ice Pack, och (G) sjöfart Material. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: exempel på urin insamlingsloggen.

Figure 6
Figur 6: psykomotorisk vaksamhet (PVT). (A) pekskärmsenheten är orienterad i liggande läge och tummarna visas på skärmen i början av testet. (B) reaktionstiderna visas på en rektangulär ruta i skärmens övre mellersta del. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: Actogram sömn-vakna cykler över 24 h för 14 dagar. Den mörkblå färgen representerar sömn perioderna; den ljusblå representerar viloperioderna. Den svarta färgen representerar rörelse. Den gula färgen representerar ljuset. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8: genomsnittlig sömnduration per dag för varje schematyp. Dag 1 representerar nattens sömn före den första arbetsperioden för ett givet block. En asterisk betecknar en signifikant skillnad (* p < 0,05, * * p < 0,01) i medel mellan baslinjen tillstånd och tidiga starter blocket. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 9
Figur 9: aMT6 profil för de fem urin uppsamlingsplatserna för varje datainsamlings avsnitt för en enskild deltagare. Data är dubbelplottade. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 10
Figur 10:6-sulfatoxymelatonin (aMT6) acrophase (Peak) efter tid (24 h klocka) av Cirkadisk Nadir och schematyp för varje individ. Fyllda och öppna cirklar, trianglar, kvadrater representerar enskilda deltagare. Denna siffra återges från Flynn-Evans et al.7vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 11
Figur 11: psykomotorisk vaksamhet (Pvt) Genomsnittlig reaktionstid (RT), bortfaller (RT > 500ms) och svarshastighet (medelvärde 1/RT) per dag för varje schematyp. Asterisker som följer efter varje lutning indikerar förändringar i prestanda per dag i det villkoret. Parentes indikerar skillnader i lutningen mellan baslinjens prestanda och lutningen i prestanda i vart och ett av de övriga förhållandena (* p < 0,05, * * p < 0,01). Baslinje = fyllda cirklar, tidigt = öppna cirklar, mitt på dagen = fyllda trianglar, sen = öppna trianglar. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Arbetsschema N Läggdags (h, SD) Väckningstid (h, SD) Sömn varaktighet (h, SD) Sömnkvalitet (SD)
Baslinje (Ref.) 39 23:10 (1:41) 7:20 (1:49) 8,2 (0,9) 2,4 (0,7)
Tidig 42 21:14 (1:01) * * 4:29 (0:47) 7,4 (0,9) * * 2,5 (0,6)
Middagstid 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)
Vilodagar 42 23:47 (0:50) * * 8:16 (0:58) 8,5 (0,9) * 2,4 (0,5)

Tabell 1: sömn resultat (läggdags, väckningstid, sömn varaktighet och sömnkvalitet) enligt schematyp. * p < 0,05, * * p < 0,01; h = timme, SD = standardavvikelse. Denna tabell återges från Flynn-Evans et al.7

Arbetsschema Medelvärde (SD) p-värde
Originalplan 3,51 (0,80) Referens.
Tidig plikt 4,03 (0,88) < 0,001
Middags plikt 3,85 (0,90) < 0,001
Försenad tull 3,85 (0,89) < 0,001

Tabell 2: medel och standardavvikelse för samN-Perelli (SP) Score per Duty block. En högre rating indikerar större trötthet.

Arbetsschema n (deltagare) Genomsnittlig reaktionstid (MS, SD) Svarshastighet (s, SD) Genomsnittlig bortfaller (> 500 ms)
Baslinje (Ref.) 38 236 (48) 4,84 (0,61) 3,1 (4,1)
Tidig 40 257 (70) * * 4,63 (0,66) * * 4,4 (5,4) * *
Middagstid 39 261 (62) * * 4,56 (0,66) * * 4,7 (5,1) *
Sent 38 266 (64) * * 4,51 (0,63) * * 4,7 (5,0) * *
Vilodagar 40 249 (56) 4,69 (0,62) 4,0 (4,5)

Tabell 3: psykomotorisk vaksamhet uppgift (PVT) medel reaktionstid (RT), svarshastighet (medelvärde 1/RT) och upphör (rt > 500 ms) efter schematyp. * p < 0,05, * * p < 0,01; denna tabell återges från Flynn-Evans et al.7

Discussion

De metoder som beskrivs i detta manuskript ger insikt i sömnmönster, dygns faser, trötthet betyg, och föreställningar av piloter under dagtid flygningar inklusive tidiga starter, hög arbetsbelastning mitt på dagen flygningar, och sena avslut. Kombinationen av dessa metoder visade att dessa faktorer är alla påverkas av blygsamma förändringar i arbetet starttid och arbetsbörda. Genom att utvärdera ett systematiskt studie schema och integrera dessa åtgärder i en lättanvänd touch-screen program, en stor mängd data samlades i en utmanande miljö. Använda denna kombination av metoder som tillåts för en tydligare tolkning av förändringar i vakenhet och prestanda under icke-traditionella dagtid arbetsskift.

Denna konstruktion och implementering av metoder som mäter objektiv sömn, dygnsrytm, trötthet och prestandadata var avgörande för att möjliggöra bestämning av hur arbetsstart tid påverkar piloter under dagtid flygningar i avsaknad av jetlag. Protokollet utformades för att möjliggöra systematiska jämförelser mellan förhållanden, samtidigt som det minimerar olägenheten för deltagarna och maximerar datainsamlingen vid operativt relevanta tidpunkter. Dessa är kritiska steg för att samla in meningsfulla data i operativa miljöer. Åtgärderna har validerats i både laboratorie-och fältstudier, vilket är viktigt för att tolka resultaten. Även om studien utformades för att göra det möjligt för deltagarna att självständigt genomföra studie förfaranden var förstudie-briefingsessionen avgörande för att säkerställa att volontärer förstod studie förfarandena och vikten av att bibehålla konsekvensen när man Slutför studie test och frågor, särskilt för PVT.

Konstaterandet att sömn varaktighet och timing förändringar enligt arbetsstart tid är förenligt med tidigare studier i mindre prover av individer som används PSG att utvärdera sömn timing59,60. Även om tidiga starter och sena avslut kan förväntas inkräkta på sömn timing, ger det stora urvalet av data som samlats in i en operativ miljö insikt i de oväntade sätt som deltagarna förlorar sömn. Till exempel, den Wake underhålls zon, som representerar den starkaste enheten att vara vaken, inträffar strax före en vanlig sänggåendet. I laboratoriestudier har deltagarna visat sig ha svårt att sova under aktiverings zonen61,62,63. Det förväntades att deltagarna kan försöka gå till sängs några timmar tidigare än normalt för att förbereda sig för tidiga starter. Det förväntades också att som ett resultat av att försöka initiera sömn under Wake underhålls zonen, deltagare kan uppvisa en lång sömn latens under sömnen före tidiga starter; Detta var dock inte fallet. Dessa data belyser viktiga skillnader mellan laboratoriet och fält, och de visar behovet av att samla in sömn data i operativa miljöer.

Även om Cirkadisk fasinformation erhölls i en delmängd av individerna, observerades de cirkadiska fas förändringar som observerats i varje schematyp som speglade de förändringar som observerats vid sömn timing. Tillägget av dygns fasen till detta protokoll förbättrade förmågan att förstå varför utmattnings klassificeringar och prestanda ändrades genom arbetsstart tid. Vakenhet och prestanda följer en dygnsrytm, med den lägsta vakenhet och fattigaste prestanda vanligtvis sammanfaller med tidpunkten för aMT6s acrophase. Även om det konstaterades att den dygnsrytm av de flesta deltagarna skiftade i den förväntade riktningen i förhållande till den införda arbetsschema, konstaterades det också att denna förskjutning var varierande mellan individer. Detta tyder på att vissa individer kan ha större svårigheter att anpassa sig till tidiga eller sena scheman, vilket leder till blygsam dygns fel inriktning. Kombinationen av dessa metoder förbättrade tolkningen av dessa slutsatser.

De sömn data som samlats in tillät också en bättre förståelse för varför utmattnings betyg och prestanda förändrades i förhållande till de olika arbetsscheman. Till exempel konstaterades det att under tidiga starter och sena avslut, samN-Perelli betyg och PVT prestanda var sämre för dag på var och en av dessa scheman. Detta är vettigt, eftersom piloter fått mindre sömn under tidiga starter och sena avslut i förhållande till baslinjen, vilket innebar att de härrör sömn skuld med varje dag på dessa scheman. Däremot var PVT prestanda också sämre för dagen under den höga arbetsbelastningen mitt på dagen start scheman. Under mitt i dagen schema, mängden sömn piloterna erhållits inte skiljer sig från sömn varaktighet under baseline datainsamling. Som ett resultat, detta konstaterande tyder på att sämre prestanda observerades under mitten av dagen arbetsscheman var inte sannolikt att drivas av akut sömn begränsning. Det skulle ha varit mycket svårt att tolka trötthet betyg och prestandadata utan sömn data, vilket gör kombinationen av dessa metoder viktigt.

Även om dessa metoder utformades och genomfördes framgångsrikt, kan denna strategi innebära vissa utmaningar. Det är till exempel möjligt att deltagare kan glömma när eller hur man Slutför vissa procedurer. Det är bra att kommunicera med frivilliga regelbundet för att bekräfta att de slutför uppgifter enligt protokollet, särskilt under den första fasen av urin insamling. Dessutom ökar risken för dataförlust när studiens längd ökar, eftersom individer kan förlora eller skada sina studie enheter. Om en studie planeras i flera veckor, vilket var fallet för denna studie, då kan det vara önskvärt att ladda ner data vid studiens mittpunkt för att minska risken för dataförlust och granska efterlevnaden av protokollet. Otillräckliga eller saknade data kan minska tolknings barheten av resultaten, så försiktighet måste iakttas för att säkerställa att individer samlar in data på lämpligt sätt.

Det finns många möjliga program för dessa metoder i andra driftsinställningar. Dessa metoder kan användas för att karakterisera sömn, dygnsrytm, trötthet och prestanda i yrken med ovanliga schemaläggnings metoder eller miljömässiga överväganden, såsom under rymdfärder eller militära operationer. Dessutom finns det många lovande interventioner och motåtgärder utvärderas i laboratoriemiljöer, såsom användning av blått-berikat ljus för att påskynda dygnsrytm förskjutning, strategisk on-the-Job napping, hypnotika för att maximera sömnen möjligheter, och stimulantia som koffein för att förbättra vakenhet. Även om sådana metoder kan visas vara effektiva under kontrollerade laboratorieförhållanden, måste utbyggnaden av sådana verktyg och teknik i operativa miljöer utvärderas för att bekräfta deras effektivitet för att minska trötthet i den verkliga världen. Kombinationen av actigraphy, sömn dagböcker, dygns fasinformation, trötthet betyg, och Pvt samling, kombinerat med en lättanvänd programvara för att underlätta administrationen av uppgifter, ger tillräckliga data för att utvärdera effektiviteten av interventioner. Kombinationen av dessa metoder har betydande translationell potential för andra komplexa operativa miljöer, där det kan vara svårt att distribuera fler invasiva datainsamlings insatser.

Disclosures

EEFE är en konsult för Baby Sleep Science och hon har fått resebidrag från Washington State University, University of Chicago, den Puget Sound Pilots, nationella säkerhets rådet, och American Academy of Sleep medicin och sömn forskningssamhället. De andra författarna har inga avslöjanden att rapportera.

Acknowledgments

Vi tackar studiedeltagarna och flygbolagens personal för deras stöd i datainsamlingen. Vi tackar också medlemmarna i trötthets-motåtgärder laboratoriet vid NASA Ames Research Center för deras hjälp med detta projekt. Denna forskning stöddes av NASA Systemwide säkerhets 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

  1. 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).
  2. Williamson, A., et al. The link between fatigue and safety. Accident Analysis and Prevention. 43 (2), 498-515 (2011).
  3. Dawson, D., Reid, K. Fatigue, alcohol and performance impairment. Nature. 388 (6639), 235 (1997).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Gander, P. H. Evolving Regulatory Approaches for Managing Fatigue Risk in Transport Operations. Reviews of Human Factors and Ergonomics. , 253-271 (2015).
  7. 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).
  8. Gander, P., et al. Principles and practice of sleep medicine. Kryger, M., Roth, T., Dement, W. C. 6, Elsevier. (2016).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Gander, P., Millar, M., Webster, C., Merry, A. Sleep loss and performance of anaesthesia trainees and specialists. Chronobiology International. 25 (6), 1077-1091 (2008).
  13. Gander, P., van den Berg, M., Signal, L. Sleep and sleepiness of fishermen on rotating schedules. Chronobiology International. 25 (2-3), 389-398 (2008).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Czeisler, C. A., Gooley, J. J. Sleep and circadian rhythms in humans. Cold Spring Harbor and Symposia on Quantitative Biology. 72, 579-597 (2007).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Samn, S. W., Perelli, L. P. Estimating aircrew fatigue: a technique with application to airlift operations. School of Aerospace Medicine Brooks AFB, TX. , (1982).
  20. Åkerstedt, T., Gillberg, M. Subjective and objective sleepiness in the active individual. International Journal of Neuroscience. 52 (1-2), 29-37 (1990).
  21. Jay, S. M., Dawson, D., Ferguson, S. A., Lamond, N. Driver fatigue during extended rail operations. Applied Ergonomics. 39 (5), 623-629 (2008).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Kaida, K., et al. Validation of the Karolinska sleepiness scale against performance and EEG variables. Clinical Neurophysiology. 117 (7), 1574-1581 (2006).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Samn, S., Perelli, L. Estimating Aircrew Fatigue: A Technique with Application to Airlift Operations. , Brooks Air Force Base. San Antonio, TX. (1982).
  29. 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).
  30. Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34 (5), 581-591 (2011).
  31. 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).
  32. Veksler, B. Z., Gunzelmann, G. Functional equivalence of sleep loss and time on task effects in sustained attention. Cognitive Science. 42 (2), 32 (2018).
  33. 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).
  34. 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).
  35. Thorne, D. R., et al. The Walter Reed palm-held psychomotor vigilance test. Behav Res Methods. 37 (1), 111-118 (2005).
  36. Dinges, D. F., Kribbs, N. B. Sleep, sleepiness and performance. Folkard, S., Monk, T. H. , John Wiley & Sons. 97-128 (1991).
  37. 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).
  38. 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).
  39. Kay, M., et al. The 7th Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare. Proceedings of Pervasive Health, New York, NY, , IEEE. 248-251 (2013).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. Samel, A., Wegmann, H. M., Vejvoda, M. Aircrew fatigue in long-haul operations. Accidend Analysis & Prevention. 29 (4), 439-452 (1997).
  45. 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).
  46. Marcus, J. H., Rosekind, M. R. Fatigue in transportation: NTSB investigations and safety recommendations. Inury Prevention. 23 (4), 232-238 (2017).
  47. Goode, J. H. Are pilots at risk of accidents due to fatigue? Journal of Safety Research. 34 (3), 309-313 (2003).
  48. 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).
  49. National Transportation Safety Board. Uncontrolled collision with terrain. American International Airways Flight 808. NTSB/AAR-94/04. , National Transportation Safety Board. Washington, DC. (1994).
  50. 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).
  51. 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).
  52. 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).
  53. Johns, M. W. A new method for measuring daytime sleepiness: the Epworth sleepiness scale. Sleep. 14 (6), 540-545 (1991).
  54. Vercoulen, J. H., et al. Dimensional assessment of chronic fatigue syndrome. Journal of Psychosomatic Research. 38 (5), 383-392 (1994).
  55. 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).
  56. 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).
  57. 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).
  58. Aldhous, M. E., Arendt, J. Radioimmunoassay for 6-sulphatoxymelatonin in urine using an iodinated tracer. Annals Clinical Biochemistry. 25 (Pt 3), 298-303 (1988).
  59. Kecklund, G., Akerstedt, T. Effects of timing of shifts on sleepiness and sleep duration. Journal of Sleep Research. 4 (S2), 47-50 (1995).
  60. Folkard, S., Barton, J. Does the ‘forbidden zone’ for sleep onset influence morning shift sleep duration? Ergonomics. 36 (1-3), 85-91 (1993).
  61. Lavie, P. Ultrashort sleep-waking schedule. III. "Gates" and "forbidden zones" for sleep. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 63 (5), 414-425 (1986).
  62. Shekleton, J. A., et al. Improved neurobehavioral performance during the wake maintenance zone. Journal of Clinical Sleep Medicine. 9 (4), 353-362 (2013).
  63. 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).

Tags

Beteende trötthet sömn dygnsrytm vakenhet psykomotorisk vaksamhet uppgift NASA-PVT
Samla in sömn, dygnsrytm, trötthet och prestanda data i komplexa driftsmiljöer
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

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter