Smartwatche to poręczne urządzenia, dzięki którym ludzie mogą śledzić liczbę kroków, które wykonują dziennie lub śledzić przebieg na milę podczas biegu. Ale są także okazją dla naukowców do zrozumienia procesów fizjologicznych ludzi podczas codziennego życia.
W szczególności naukowcy byli zainteresowani śledzeniem rytmów dobowych ludzi na podstawie danych biologicznych gromadzonych przez ich smartwatche, a konkretnie ich tętna. Takie postępowanie pozwoliłoby osobom poznać najlepsze pory dnia na spanie, jedzenie, ćwiczenia lub przyjmowanie leków.
W nocy tętno człowieka obniża się w celu oszczędzania energii. W okresie czuwania tętno człowieka przyspiesza w oczekiwaniu na aktywność. Ale wyzwaniem było znalezienie sposobu na znalezienie przebiegu tętna człowieka wśród wszystkich jego zmian w ciągu dnia, mówi Daniel Forger , profesor matematyki na Uniwersytecie Michigan.
Teraz Forger i jego koledzy opracowali metodę statystyczną, która uwzględnia cały „hałas”, który może wpływać na tętno osoby i wyodrębnia rytm dobowy osoby na podstawie danych o tętnie dostarczonych przez inteligentny zegarek.
Rytm okołodobowy to wewnętrzny zegar, który synchronizuje wszystkie funkcje fizjologiczne organizmu. Zegar główny, znajdujący się w podwzgórzu mózgu, nadzoruje wszystkie miliony innych wewnętrznych zegarów w twoim ciele: każda komórka ma wewnętrzny zegar, podobnie jak serce, wątroba i mózg. U zdrowych osób wszystkie te zegary są zsynchronizowane. Ale studiowanie tego zegara głównego jest trudne — zwłaszcza poza laboratorium.
„Myślę, że ważne pytanie brzmi: czy możemy mierzyć rytmy dobowe za pomocą urządzeń do noszenia i jak możemy to zrobić?” powiedział Forger, również profesor medycyny obliczeniowej i bioinformatyki w Michigan Medicine. „Sam tętno ma rytm dobowy, ale komplikuje go wiele różnych rzeczy: kładziesz się i idziesz spać, a twoje tętno spada. Biegasz, a twoje tętno rośnie.
„Trudne pytanie brzmiało, jak wyciągnąć ten wewnętrzny sygnał pomiaru czasu, aby wiedzieć, o której porze dnia twoje ciało myśli, że jest, na podstawie wszystkich innych sygnałów?”
Algorytm grupy działa poprzez odrzucanie danych zebranych podczas snu i skupianie się na danych zebranych podczas okresu czuwania. Następnie algorytm, opracowany przez współautora badania i byłego badacza podoktoranckiego UM Clarka Bowmana , bierze pod uwagę, czy na tętno danej osoby wpływa aktywność lub kortyzol z powodu ćwiczeń, postawy lub posiłków. Rezultatem jest podstawowy dzienny sygnał pomiaru czasu kontrolujący tętno.
Aby sprawdzić, czy ta metoda statystyczna działa, grupa wykorzystała zestaw danych z trwającego badania stażystów medycznych, zwanego Intern Health Study. Badanie dostarcza ponad 130 000 dni danych pochodzących od 900 stażystów, którzy stale nosili nadgarstkowe urządzenia śledzące sen, gromadzące dane o ruchu i tętnie. Stażyści medyczni są dobrym tematem do wykorzystania w tego rodzaju badaniach, ponieważ są pracownikami zmianowymi, co oznacza, że czasami ich zmiany w pracy zmieniają się z dnia na noc z tygodnia na tydzień.
„Inteligentne zegarki zbierają dane o tętnie za pomocą czujników optycznych, które nie są zbyt dokładne, a jest tak wiele czynników wpływających na tętno w ciągu dnia, że pomiary są zwykle rozsiane, więc jest to duży wynik, aby móc zidentyfikować w ogóle rytm dobowy w tego rodzaju danych” – powiedział Bowman, obecnie profesor matematyki i statystyki w Hamilton College.
„Jest to możliwe tylko dlatego, że inteligentne zegarki tak często dokonują pomiarów i dostarczają informacji o aktywności, aby pomóc uwzględnić zapotrzebowanie serca. Sama ilość danych wystarczy, aby zobaczyć trend w tle, polegający na subtelnym wzroście i spadku tętna, zgodnie z zegarem dobowym”.
W jednym z przykładów z badania, wzorce snu i czuwania danej osoby, o czym świadczy tętno, szybko dostosowują się do zmieniającego się harmonogramu pracy. Oznacza to, że ich rytm dobowy był w stanie szybko dostosować się do pory snu i przebudzenia, która była prawie przeciwna do tego, czego doświadczali wcześniej.
Jednak dane innej osoby pokazały inną historię. Ich rytm dobowy pozostawał w tyle za dostosowanym harmonogramem snu, co prawdopodobnie oznacza, że czuli się dość ospali w czasie, gdy przystosowywali się do nowego harmonogramu czuwania.
Ta ospałość jest tym samym efektem, co osoby z jet lagiem. Jet lag może wystąpić, gdy tętno osoby nie jest zsynchronizowane z okresem czuwania. Wolniejsze tętno może sprawić, że osoba poczuje się senna lub ospała.
Forger twierdzi, że siła wykorzystania danych z urządzeń do noszenia oznacza, że naukowcy, a także osoba nosząca zegarek, mogą badać rytm dobowy danej osoby w oparciu o wpływy ze świata rzeczywistego, co ma pewną przewagę nad pomiarami rytmu dobowego w laboratorium. Złotym standardem badania klinicznego w celu zbadania rytmu dobowego byłoby mierzenie poziomu melatoniny u osoby w okresie od sześciu do 40 godzin w ciemnym laboratorium.
„Wykazaliśmy, że możesz wziąć nadający się do noszenia sygnał i bezpośrednio mierzyć rytmy dobowe w prawdziwym świecie, a świat rzeczywisty ma tak wiele czynników, które wpływają na rytm dobowy, że nie będziesz mierzyć w laboratorium” – powiedział Forger. wyjaśniając, że niektóre dane, które zespół musiał uwzględnić, to dłuższe okresy intensywnej aktywności (na przykład półprofesjonalny rowerzysta). Metoda nie uwzględnia również wpływu na tętno, takiego jak kofeina, stres psychologiczny, leki i choroby.
„Istnieją pewne scenariusze, z którymi zawsze musisz być trochę bardziej ostrożny, korzystając z danych ze świata rzeczywistego” – powiedział. „Ale znowu zajmiemy się innymi rzeczami, których możesz nie doświadczyć w laboratorium”.
Naukowcy opracowali również aplikację Social Rhythms , dostępną na urządzenia iPhone i Android, w której można przesyłać swoje dane do noszenia i otrzymywać raport o tym, jak ostatnio zmienił się Twój wewnętrzny zegar dobowy.
„Pomiar tego sygnału nie tylko dostarcza informacji o rytmie dobowym organizmu, ale także charakteryzuje zachowanie tętna każdej osoby” – powiedział Bowman. „Możemy wykorzystać te informacje, aby śledzić, w jaki sposób organizm dostosowuje się do nowych harmonogramów, badać, jak aktywność fizyczna wpływa nieco inaczej na tętno każdej osoby, a nawet określić ilościowo wpływ aktywności o różnych porach dnia na wewnętrzny zegar organizmu.
„Użytkownicy inteligentnych zegarków mogą mieć informacje o swoim zegarze dobowym w czasie rzeczywistym, aby pomóc dostosować się do zmian postojowych lub pracy zmianowej, zarządzać zaburzeniami rytmu dobowego lub identyfikować nieprawidłowości w tętnie, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia”.
Współautorami badania są Yitong Huang z Dartmouth College oraz badacze UM Olivia Walch, Yu Fang, Elena Frank, Jonathan Tyler, Caleb Mayer, Christopher Stockbridge, Cathy Goldstein i Srijan Sen.
