JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
行为学

Человек Циркадный фенотипирование и суточные испытания производительности в реальном мире

Published: April 07, 2020
doi:
10.3791/60448
, , ,
1Chronobiology, Faculty of Health & Medical Sciences,University of Surrey, 2Centre for Human Brain Health,University of Birmingham, 3Turner Institute for Brain and Mental Health, School of Psychological Sciences,Monash University

Summary

Здесь мы представляем метод исследования суточных ритмов в производительности после точной классификации участников в циркадные фенотипные группы на основе мюнхенского вопросника ChronoType, золотого стандарта циркадных фазовых биомаркеров и актографических показателей.

Abstract

В нашем постоянно развивающемся обществе «круглосуточно» необходимо расширить наше понимание того, как изменения в биологии, физиологии и психологии влияют на наше здоровье и производительность. Встроенный в эту проблему, является растущая необходимость учета индивидуальных различий во сне и циркадных ритмов, а также изучить влияние времени суток на производительность в реальном мире. Существует несколько способов измерения сна и циркадных ритмов от субъективных методов, основанных на вопроснике, до объективного мониторинга сна/бодрствования, актиграфии и анализа биологических образцов. В настоящем документе предлагается протокол, который сочетает в себе несколько методов для классификации отдельных лиц в ранние, промежуточные или поздние циркадные фенотипные группы (ECPs/ICPs/LCPs) и рекомендует, как проводить суточные испытания производительности на местах. Представительрезультаты показывают большие различия в моделях отдыха и активности, полученных из актиграфии, циркадной фазы (наступление дим-лайта мелатонина и пиковое время реакции пробуждения кортизола) между циркадными фенотипами. Кроме того, значительные различия в суточных ритмах производительности между ЭКП и ЛКП подчеркивают необходимость учета циркадного фенотипа. Таким образом, несмотря на трудности в контроле влияющих факторов, этот протокол позволяет реальной оценки воздействия циркадного фенотипа на производительность. В настоящем документе представлен простой метод оценки циркадного фенотипа в полевых условиях и поддерживается необходимость учитывать время суток при разработке исследований производительности.

Introduction

На поведенческом уровне, оценка отдельных моделей отдыха /активности может быть сделано с помощью субъективных методов на основе вопросника или объективного мониторинга с помощью эктиграфии запястья. Актиграфические данные были проверены против полисомнографии (PSG) для различных параметров сна, включая: общее время сна, эффективность сна и просыпаться после начала сна1. Хотя PSG известен как золотой стандарт для измерения сна, это сложно использовать в течение длительных периодов за пределами лаборатории сна2. Таким образом, актиграфы призваны обеспечить простую, более экономичную альтернативу ПСГ и позволит ьсядям контролировать 24 ч схемы отдыха/активности. Субъективные меры самоотчета могут определить «хронотип» с помощью Мюнхенского вопросника ChronoType (MCT)3, или суточные предпочтения с помощью вопросника Утро-Вечерность (ME)4. Группы на обоих концах этого спектра можно назвать ранними циркадными фенотипами (ЭКП) и поздними циркадными фенотипами (LCP) с группами, такими как промежуточные циркадные фенотипы (ИП).

Хотя ECPs и LCPs четко различимы через их поведение (т.е. сон / бодрствование моделей), эти индивидуальные различия также частично обусловлены изменениями в физиологии5 и генетической предрасположенности6,7. Физиологические биомаркеры часто используются для определения циркадной фазы/времени человека. Два из основных гормонов, свидетельствующей о циркадных времени мелатонина, который поднимается вечером, чтобы достичь пика в середине ночи, и кортизол, который достигает пика утром8. Используя эти циркадные фазовые маркеры, можно определить индивидуальные различия в моделях сна и пробуждения. Например, тусклый свет мелатонина начала (DLMO)9,10 и время кортизола пробуждение ответ11,12 пик ранее в ECPs, который отражается в циркадный ритм температуры тела ядра13. Слюна позволяет легко, безопасно и неинвазивно еле, из которого эти гормоны могут быть проанализированы с помощью радиоиммуноанализа (РИА) или фермент-связанных иммуносорбент анализа (ELISA) без необходимости извлечения каких-либо клеточного материала. РИА и ELISA являются чувствительными и специфическими анализами, которые обнаруживают концентрации антигенов в биологических образцах (например, кровь, плазма или слюна), через антиген-антитела реакции с участием радиомаркированных изотопов (например, йода(125I) или фермент-связанных антител14).

Строго контролируемые лабораторные протоколы, такие как постоянная рутина (CR) и принудительной десинхронности (FD) являются золотым стандартом в области хронобиологии для изучения эндогенных циркадных ритмов15. Тем не менее, растет потребность в изучении людей в их домашней среде за пределами искусственных лабораторных условий для сбора контекстуальных данных и повышения внешней достоверности результатов. Поэтому нам требуются более эффективные способы классификации, оценки и оценки индивидуальных различий на местах. Кроме того, суточные изменения в различных измерениях физической (аэробной способности, мышечной силы) и когнитивных (время реакции, постоянное внимание, исполнительская функция) производительность были обнаружены с ЭКП работает лучше ранее в тот же день и LCPs ввечер16,17. Это подчеркивает, что время суток и циркадный фенотип должны быть факторами, которые учитываются при проведении тестирования производительности в научных исследованиях.

Количество различных мер и протоколов, используемых в лабораторных исследованиях, позволяет внедрять условия с высоким контролем. Полевые исследования, как правило, более сложные из-за числа влияющих факторов. Таким образом, используя более целостный подход, сочетая несколько методов может обеспечить большую точность при мониторинге поведения человека, психологии и производительности в их домашней среде18. Здесь мы обсуждаем метод, который может быть легко реализован в этой области для выявления индивидуальных различий в циркадных фенотипов с помощью MCT, актиграфии и физиологических биомаркеров. Мы предполагаем, что эти переменные будут значительно отличаться между циркадными фенотипными группами и будут значительно коррелировать с хронотипом (исправлено середине сна в свободные дни (MSFsc),собранных из MCT). Кроме того, мы предлагаем способы измерения суточной производительности, подчеркивая необходимость отдельного анализа данных для каждой циркадной группы фенотипов. Мы предполагаем, что различия в суточных ритмах производительности будут скрыты, если данные будут проанализированы только на уровне всего населения.

Protocol

Все методы, описанные здесь, были одобрены Комитетом по этике исследований Университета Бирмингема. 1. Скрининг участников и экспериментальный дизайн Выполняйте все методы, следуя соответствующим этическим утверждениям, в соответствии с Хельсинкской декларацией и получите письменное информированное согласие от всех участников перед любым участием. Набирать участников без предварительных диагнозов сна, неврологических или психических расстройств, и без принятия каких-либо лекарств, которые влияют на сон, мелатонин или кортизол ритмы. Убедитесь, что ни один из участников не является сменщиками, участники не путешествовали более двух часовых поясов в течение последнего месяца, и они могут принять участие в исследовании (т.е. в состоянии взять на себя обязательство носить actiwatch, дать образцы слюны на “свободный день” и присутствовать на тестировании производительности в определенное время (см. раздел 2.1)). Предложите участникам, которые проходят критерии включения, принять участие в первоначальном собрании, чтобы получить согласие, собрать данные анкеты, пройти обучение по сбору образцов слюны дома и быть настроены с помощью актографического устройства и дневника сна. На этом собрании ознакомите участников с физиологическими протоколами выборки, чтобы убедиться, что они понимают, что требуется (см. раздел 3). Попросите участников заполнить Мюнхенский вопросник ChronoType (MCT), который оценивает индивидуальные различия в переменных сна/бодрствования и световую экспозицию на работе и свободные дни3. Это позволяет рассчитать исправленное время в середине сна в свободные дни (MSFsc),используемое в качестве маркера хронотипа. 2. Актиграфия и дневники сна По крайней мере, в течение двух недель19 (может быть больше периодов времени в зависимости от целей исследования), попросите участников носить монитор активности запястья или “актиграф”, чтобы собрать отдых / деятельность моделей, а также легкие (1-32000 люкс) данных в течение всего периода исследования. Дайте каждому участнику подробную информацию о том, как использовать актиграфы, в том числе удаление для купания / душа (если не водонепроницаемый) и предотвращения рукава, покрывающие их, чтобы свет данных, которые будут собраны. Убедитесь, что актиграфы носят на недоминирующем запястье. В сочетании с актиграфией и для облегчения анализа сна/бодрствования, полученного из актиграфических данных, дайте каждому участнику дневник сна для ежедневного завершения. Убедитесь, что вопросы включают время сна, время сна, пробуждение в ночное время, время пробуждения, качество сна, сон и время, когда актиграфы были удалены. Соберите данные актографии для анализа отдыха/активности, определяющего параметры в соответствии с требованиями (в этом исследовании использовалась частота выборки 30 Гц и настройка средней чувствительности). Извлекайте подробную информацию о ежедневном сне и вставать из дневников сна и ввода в программное обеспечение производителя или альтернативу (например, проверенный код с открытым исходным кодом для получения актографических переменных, имеющих отношение к исследованию). 3. Физиологическая проба Предварительно подготовить пакеты выборки путем маркировки полипропилена сбора труб или salivettes (использовать 7 мл пластиковых bijous в этом исследовании). Пометьте трубки идентификационным номером участника, утренними или вечерними номерами и индивидуальными номерами выборки. Включите «запасную» трубку для использования в случае ошибок. Подготовьте лист записи для сбора проб как для утреннего, так и для вечернего протоколов, чтобы участники дали штамп времени при взятии проб (например, «Утренний образец 1», «Время, взятое» и «Утром образец 2», «Время, взятое» и «ххм»). Включите идентификационный номер участника, дату сезонной информации и место для расчета фотопериода.ПРИМЕЧАНИЕ: Очень важно, чтобы военное время используется для обеспечения того, чтобы Есть никаких проблем с AM / PM. Различные цветные этикетки для утренних и вечерних труб выборки также могут быть использованы для разграничения между образцами. Дайте участникам соответствующие протоколы для физиологической выборки и готовых пакетов во время обучения тому, как взять образцы слюны в их домашней/рабочей среде. Сообщите участнику, что образцы должны быть собраны в свободный день, когда участники могут ложиться спать и просыпаться в предпочтительное время (т.е. без необходимости сигнализации). Для обеспечения надежного расчета DLMO, участники не должны выполнять вечерний протокол отбора проб слюны за день до тестирования производительности из-за необходимости бодрствовать мимо обычного сна. Попросите участников выделить одно утро и один вечер (в один и тот же день) в течение второй недели исследования, когда они могут взять на себя обязательство дать образцы слюны. Посоветуйте участникам собирать утренние образцы с последующими вечерними образцами в тот же день.ПРИМЕЧАНИЕ: Порядок отбора проб (утром, то вечером) должны соблюдаться, чтобы обеспечить любые изменения во времени сна не влияют на результаты (если вечерние образцы взяты сначала требующих бодрствования прошлом обычное время сна, это может повлиять на образцы утра, если они приняты на следующий день). Протокол утренней выборки для реакции проб кортизола Убедитесь, что образцы слюны собираются в точке первого пробуждения (пока еще в постели), каждые 15 минут в течение первого часа, а затем каждые 30 минут в течение следующих 1 до 2 ч. Соберите образцы слюны, плюнув в соответствующим образом помечены флакон (начиная с No 1, 2, 3 и т.д.). В течение этого периода убедитесь, что участники: воздерживаться от алкогольных напитков, напитков, содержащих искусственные красители и пищи в течение периода тестирования и воздерживаться от чистки зубов, с или без зубной пасты в период отбора проб. После того, как все образцы были предоставлены, убедитесь, что участники хранят свои образцы в морозильной камере при -20 градусов по Цельсию до сбора исследовательской группой.ПРИМЕЧАНИЕ: Лучше всего хранить образцы замороженные, если это возможно, но они будут оставаться жизнеспособными, если хранить в холодильнике до сбора на следующий день. В соответствии с Законом о человеческих тканях (HTA) 2004 года образцы должны быть собраны и обработаны в течение семи дней после сбора, чтобы сделать их алчными, если только Институт не удерживает лицензию HTA, выполняющей анализ. Протокол вечерней выборки для тусклого легкого мелатонина Убедитесь, что образцы слюны собираются каждые 30 минут от 3 до 4 ч до обычного сна до 1 до 2 ч после обычного сна (например, если обычное время сна 22:00 ч, участник будет начинаться в 18:00/19:00 ч до 23:00/00:00 ч). Соберите образцы слюны, плюнув в соответствующим образом помечены флакон (начиная с No 1, то 2, 3 и т.д.). В течение этого периода убедитесь, что участники: воздерживаться от напитков с кофеином (например, чай, кофе, кока-кола) от 6 ч до обычного сна (например, если обычно еженедельник составляет 22:00 ч, потребление кофеина должно прекратиться в 16:00 ч в день сбора). Убедитесь, что участники остаются сидящими в помещении в тусклом свете (10 люкс, например, одна настольная лампа предпочтительно красный свет, на другой стороне комнаты, без накладных огней, без электронных экранов, занавески закрыты). Убедитесь, что участники избегают употребления напитков, содержащих алкоголь или искусственную окраску, и воздерживаются от чистки зубов, с зубной пастой или без нее, в период отбора проб. Если участники хотят съесть что-нибудь, пойти в туалет или сделать без кофеина напиток, убедитесь, что они делают это сразу после сбора образца и попытаться сесть снова в течение 15 минут до следующего образца должен быть собран. Если пища потребляется между образцами, убедитесь, что участники вымоть рот с водой 15 минут до сбора следующего образца. Убедитесь, что все остальные помещения имеют одинаковые условия освещения, так что участник остается в тусклом свете (желательно красный свет) в течение периода отбора проб. После того, как все образцы были предоставлены, убедитесь, что участники хранят свои образцы в морозильной камере при -20 градусов по Цельсию до сбора исследовательской группой.ПРИМЕЧАНИЕ: Очень важно, чтобы участники придерживались протокола тусклого света. Там, где это возможно, исследователи должны измерять условия света, чтобы контролировать интенсивность и спектральный состав. 4. Радиоиммуноанализ Выполните РИА или ELISA мелатонина и кортизола в слюне человека, чтобы определить относительную концентрацию в каждой точке времени.ПРИМЕЧАНИЕ: Процедура в этих репрезентативных результатах используется РИА с йодом(125I) радиоактивным помечены трассировщик и твердых фаз разделения. Этот протокол используется регулярно в лаборатории хронобиологии, Университет Суррея, Великобритания20. Рассчитайте отдельные ДЛМО как временной точку, в которой концентрация мелатонина превышает два стандартных отклонения от трех базовых показателей (первые три образца).ПРИМЕЧАНИЕ: Этот метод регулирует индивидуальные базовые различия по сравнению с использованием фиксированной концентрации ставки14. Другие методы могут быть использованы в зависимости от временных точек, используемых в выборке (например, в течение 24 ч период для полного профиля14). Рассчитайте пик кортизола, как время самой высокой концентрации кортизола, зарегистрированное во время утренней реакции пробуждения кортизола. 5. Суточное тестирование производительности ПРИМЕЧАНИЕ: Меры, которые были использованы в этом протоколе являются Психомоторная бдительность задачи (PVT)21, и Каролинска Сонливость шкала (KSS)22. Тем не менее, другие тесты могут быть использованы с сохранением той же конструкции в зависимости от цели исследования (например, если исследование изучает влияние циркадного фенотипа на рабочую память, задача памяти будет необходимо). Попросите участников выполнить по крайней мере одну (в зависимости от задачи) практическую пробную версию в течение недели до тестирования, чтобы ознакомиться с настройкой.ПРИМЕЧАНИЕ: Практика испытаний может быть сделано удаленно, если контролировать. Количество практических тестов должно быть с учетом задачи (ы), используемой в исследовании. Например, для выполнения более простой задачи исполнительной функции может потребоваться ряд практических тестов для достижения плато по сравнению с более простой задачей. Организуйте сеансы тестирования в соответствии с гипотезами исследования, основанными на количестве исследуемых временных точек в определенное время.ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от дизайна исследования, тестирование производительности может быть проведено дома или в лаборатории. В связи с деликатным характером протокола, если тестирование производительности проводится в домашней среде, необходимо контролировать соответствие требованиям, чтобы гарантировать, что участники проводят его самостоятельно, а также время и дату штамп. Проведение тестирования на соответствующем устройстве (в этом исследовании использовались процессор D-67OW, i7-2600, 4 ГБ оперативной памяти, 32-битный рабочий стол со стандартной клавиатурой и мышью).ПРИМЕЧАНИЕ: Если ноутбук, iPad или другое устройство требуется для тестирования, убедитесь, что одно и то же устройство и настройки используются на протяжении всего исследования для всех участников и каждого сеанса тестирования из-за потенциальной изменчивости ответов от мыши против трек колодки против сенсорного экрана. 6. Анализ Категоризировать циркадные группы фенотипов на основе их значения для пяти переменных, собранных: MSFsc, время пробуждения, пиковое время реакции пробуждения кортизола, DLMO и начало сна (отсечения приведены в таблице 1). Выделите балл на переменную для каждого участника. Переменная выделяется 0, если она находится в категории ECP, 1, если она находится в категории МСП и 2, если она находится в категории LCP. Например, если участник находится в категории LCP для всех переменных, он наберет 10 баллов. Из общего балла от 0-10 определяют участников как ЭКП (0-3), МСП (4-6) и ЛКП (7-10). Из общего балла, подкатегории циркадных фенотипов могут быть определены следующим образом: 0 – крайняя ECP, 1 – определенный ECP, 2 – умеренный ECP, 3 – мягкий ECP, 4 – ранний МСП, 5 – МСП, 6 – поздний МСП, 7 – мягкий ЛКП, 8 – умеренный LcP, 9 – определенный.ПРИМЕЧАНИЕ: Статистический анализ должен быть определен на основе вопросов исследования для отдельных исследований. Непараметрические тесты следует использовать там, где данные не соответствуют нормальному распределению. После hoc испытаний должны быть запущены для определения времени суток эффектов. При измерении ряда параметров следует проводить дальнейшие корректировки нескольких сравнений (например, коррекция РДР).

Representative Results

Эти результаты в ECPs и LCPs ранее были опубликованы Facer-Чайлдс, Кампос, идр. Все разрешения были получены от издателя. Для исследований, требующих исследования всех трех групп (ранние, промежуточные и поздние), могут быть использованы одни и те же методы и отсечения. Циркадный фенотипирование (таблица 1, таблица 2 и рисунок 1)Первая гипотеза, представленная в настоящем документе, заключается в том, что группы будут значительно отличаться по сну и циркадным переменным. От участников (n No 22), которые приняли участие в этом исследовании, те, которые были классифицированы как ECPs был счет между 0-1 и все LCPs между 8-10 (отрезает приведены в таблице 1). Для подтверждения этих результатов были сопоставлены средние показатели группы для каждой переменной. MSFsc был 02:24 и 00:10 ч для ECPs по сравнению с 06:52 и 00:17 ч в LCP (t(36) 12,2, стр. Физиологические маркеры также значительно различались между двумя группами. ДЛМО произошло в 20:27 и 00:16 ч в ЭКП и в 23:55 и 00:26 ч в LCPS (т(30) 6,8, стр. Пиковое время реакции пробуждения кортизола произошло в 07:04 и 00:16 ч в ЭКП и 11:13 и 00:23 ч в LCP (t(36) 8.0, p qlt; 0.0001). Те же отношения наблюдались с актиграфическими переменными для начала сна и просыпаться сроки со средним наступлением сна происходит в 22:57 и 00:10 ч в ECPs и 02:27 00:19 h в LCPs (т(34) р/т; 0,0001) и время пробуждения, происходящие в 06:33 и 0,10 ч в ЭКП и 10:13 и 00:18 ч в LCP (t(34) 9,9, стр. Другие переменные сна, включая продолжительность, эффективность и задержку, существенно не отличались между группами(таблица 2). Вторая гипотеза заключается в том, чтоMSF sc, собранный из МХТЗ, будет в значительной степени коррелирует с золотым стандартом актиграфических и циркадных фазовых биомаркеров. Рисунок 1 показывает, чтоMSF sc был значительно коррелирован с DLMO (R2 и 0,65, р злт; 0,0001), пиковое время реакции пробуждения кортизола (R2 й 0,75, р-л; 0,0001), начало сна (R2 й 0,80, р-л; 0,0001) и проснуться время (R2 й 0,86, р-л; 0,0001). Эти репрезентативные результаты показывают, что различные циркадные группы фенотипа имеют явные различия в населенности/смещении сна (т.е. времени пробуждения), а также в физиологических переменных (DLMO и пиковое время утреннего кортизола). Суточное тестирование(рисунок 2)Было предслоувание что путем испытывать множественные времена над курсом дня, суточные ритмы в субъективной sleepiness и представленности могли быть определены в каждой группе (ECPs/LCPs). Кроме того, было высказано предположение, что если циркадные фенотипы не будут рассматриваться и данные анализируются только на общегрупповом уровне, то суточные вариации будут искажены. Значительные суточные вариации были обнаружены на уровне всей группы для PVT и KSS. Производительность PVT на тестовой сессии 08:00 ч была значительно медленнее, чем тест на 14:00 ч(р 0,027), как и субъективная сонливость(стр. 0,024). Значительно более медленные показатели PVT были также обнаружены между 08:00 ч и 20:00 ч(р 0,041). При отдельном анализе каждой группы были обнаружены значительные суточные колебания производительности ПВТ в LCP, но не в ЭКП. LCPs были значительно хуже в 08:00 ч по сравнению с 14:00 ч(р 0,0079) и лучше в 20:00 ч по сравнению с 08:00 ч(р 0,0006). Субъективная сонливость показала значительные суточные вариации в каждой группе. ECPs сообщили о более высокой сонливости в 20:00 ч по сравнению с 08:00 ч(р 0,0054). Противоположность наблюдалась в LCPs, которые сообщили о самой высокой сонливости в 08:00 ч и самой низкой в 20:00 ч. Сонливость в 08:00 ч была значительно выше, чем 14:00 ч и 20:00 ч в LCPs (оба p qlt; 0.0001). Рисунок 1: Линейный регрессионный анализ, чтобы показать взаимосвязь между переменными сна/бодрствования с помощью актиграфии и физиологических биомаркеров. Исправленный середине сна в свободные дни (MSFsc) отображается как время суток (ч) на оси x. Ранние циркадные фенотипы (ЭКП) отображаются в синей коробке, поздние циркадные фенотипы (LCP) в красной коробке. ()Пиковое время реакции пробуждения кортизола (h), (b) Время пробуждения (h),(c)Туские светлое начало мелатонина (DLMO)(h), (d) Время начала сна (h). Значение R2 отображается в правом нижнем углу, а уровень значения отображается на уровне p slt; 0.0001. Эта цифра была изменена, с разрешения, от Facer-Чайлдс, и др.23. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Рисунок 2: Суточные кривые вариаций в Каролинской шкале сонливости и Психомоторной Бдительности Задача (PVT) производительность. Время суток (h) отображается на оси x. Результаты группы отображаются в первой колонке, ранние циркадные фенотипы (ЭКП) во второй колонке и поздние циркадные фенотипы (LCP) в третьей колонке. (a) Субъективная сонливость (KSS) оценка, (б) Время реакции от PVT (ы). Установлены полиномальные нелинейные кривые регрессии второго порядка. Значение уровень показан как ns (не значительный), q(p slt; 0.05), q (p slt; 0.01),(p slt; 0.001) и qs (p slt; 0.0001). Эта цифра была изменена, с разрешения, от Facer-Чайлдс, и др.23. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры. Переменный измеренный Категория ECP Категория МСП Категория LCP Актиграфическое время пробуждения Злт; 07:30 ч 07:31 – 08:29 ч 08:30 ч Пиковое время утреннего кортизола Злт; 08:00 08:01 – 08:59 09:00 ч Тусклое легкое начало мелатонина (DLMO) Злт; 21:30 ч 21:31 – 22:29 ч 22.30 ч Актиграфическое наступление сна Злт; 23:30 ч 23:31 – 00:29 ч 00:30 ч Исправлено середине сна в свободные дни (MSFsc) Злт; 04:00 ч 04:01 – 04:59 05:00 ч Оценка за переменную 0 1 2 ОБЩИЙ БАЛЛ 0 – 3 4 – 6 7 – 10 Подкатегории 0 – экстремальный ECP1 – определенный ECP2 – умеренный ECP3 – мягкий ECP 4 – ранний ICP5 – ICP6 – поздний ICP 7 – мягкий LCP8 – умеренный LCP9 – определенный LCP10 – экстремальный LCP Таблица 1: Категоризация отсечения циркадных фенотипирования в ранних (ECP), промежуточных (ICP) и поздних (LCP) групп. Каждая переменная нарезана оценка на одного участника в зависимости от их результата и общих баллов (0-10) позволяют классифицировать в каждой группе и каждой подкатегории. Переменный измеренный Тэк LCPs Значение Размер образца N No 16 N No 22 n/a Количество мужчин/женщин М No 7 М No 7 р 0,51с F No 9 F No 15 Возраст (годы) 24.69 и 4.60 21.32 и 3.27 лет р 0,028а Высота (см) 171,30 и 1,97 171.10 и 2,38 р 0,97а Вес (кг) 66,44 х 2,78 67,05 х 2,10 евро р 0,88а MSFsc (hh:mm) 02:24 – 00:10 06:52 – 00:17 р Злт; 0,0001а Начало сна (hh:mm) 22:57 и 00:10 02:27 – 00:19 р Злт; 0,0001а Время пробуждения (hh:mm) 06:33 и 0,10 10:13 и 00:18 р Злт; 0,0001а Длительность сна (h) 7,59 и 0,18 7,70 и 0,14 р 0,72а Эффективность сна (%) 79,29 х 1,96 77,23 х 1,14 р 0,46а Задержка начала сна (hh:mm) 00:25 – 00:06 00:25 – 00:03 р 0,30b Угол фазы (hh:mm) 02:28 – 00:16 02:34 – 00:18 р 0,84а Тусклый свет Мелатонина начало (hh:mm) 20:27 и 00:16 23:55 и 00:26 р Злт; 0,0001а Время пик кортизола (hh:mm) 07:04 – 00:16 11:13 и 00:23 р Злт; 0,0001а Таблица 2: Переменные исследования для циркадных групп фенотипов; Ранний (ECP) и поздний (LCPs). Значения отображаются как средние – SEM, за исключением возраста, который отображается как среднее значение SD. Исправленное середине сна в свободные дни (MSFsc) рассчитывается из MCT. Тип используемых статистических тестов отображается в суперскриптов; параметрическиетесты,непараметрические тестыb и точный тест Фишераc. Угол фазы определяется разницей (h) между наступлением тусклого света мелатонина (DLMO) и наступлением сна. Все значения p исправлены24. Эта таблица была изменена, с разрешения, от Facer-Childs, и др.23.

Discussion

Из-за сложного взаимодействия циркадно-и зависящих от сна влияний на поведение, изучение относительного вклада каждого из них является сложной задачей. Протоколы на основе лабораторных исследований в значительной степени нереалистичны и дороги, таким образом, удерживают более низкую внешнюю действительность, когда они относят результаты к повседневному функционированию25. Таким образом, растет потребность в изучении людей в их домашней среде для содействия обобщенности реальных контекстов. Хотя полевые исследования не позволяют контролировать экзогенные влияния, комплексный подход может помочь пролить свет на то, как биологические и экологические факторы влияют на здоровье, физиологию и производительность23,26,27. Этот протокол был разработан специально, чтобы иметь возможность контролировать людей в их домашней среде, следуя их привычной процедуры. Эти протоколы отбора проб слюны были успешно проведены в сложных условиях, таких как Амазонка28 и Антарктический29, подтверждающие простоту проведения этого протокола.

Вопросники являются полезным инструментом во сне и циркадных исследований, поскольку они позволяют быстрый и простой способ сбора широкого спектра информации. Однако расхождения между субъективными и объективными мерами могут создавать трудности при попытке изучения индивидуальных различий. Таким образом, возможность собирать несколько субъективных и объективных мер может усилить классификацию циркадных фенотипов. Такое сочетание методов – МСтЗ, актиграфия, физиологическая отбор проб и тестирование на производительность – высветило, как результаты могут быть неправильно истолкованы, если не учитывать индивидуальные различия в циркадных фенотипах. Измерение всех этих переменных обеспечивает наиболее надежную классификацию циркадных групп фенотипов, однако существует потенциал для дальнейшего развития метода, чтобы позволить меньше требований. Например, хотя надежность еще предстоит изучить, чтобы уменьшить расходы, исследователи могли бы удалить этап выборки кортизола или использовать другой вопросник. Вместе с тем следует отметить, что, поскольку ДЛМО является действующим золотым стандартом для циркадного времени и актиграфии, является стандартным методом мониторинга моделей отдыха/активности, это было бы важным и переменным, включающим их в оценки.

Планирование тестов производительности на основе часового времени вместо того, чтобы основывать тайминги относительно индивидуального (внутреннего биологического времени), увеличивает осуществимость и позволяет применять протокол в реальных условиях. Ограничением этой конструкции, однако, является неспособность определить влияние циркадной системы против гомеостастатических влияний. Это становится сложной задачей, поскольку нет никакого способа подтверждения конкретных механизмов, способствующих результатам. Однако, поскольку цель этого протокола состоит в том, чтобы исследовать эти группы в реальном сценарии, уменьшение механизмов, зависящих от сна, сведет к минимуму внешнюю достоверность результатов. Поэтому можно утверждать, что использование комплексного метода является более применимым и более осуществимым для полевых исследований.

Прямые показатели производительности имеют большое значение для общества, но кажется, что без учета многочисленных факторов, влияющих, особенно необходимость группы лиц в соответствии с их циркадный фенотип и давление сна, исследования могут отсутствовать ключевые результаты.

Как уже говорилось, PVT и KSS широко используются во многих областях исследований. Простота PVT и гибкость в продолжительности задачи делает его привлекательным испытанием для использования в циркадных и сна ограничения исследований, требующих нескольких испытаний раз, и было показано, что чувствительный маркер лишения сна30,31. Хотя точность теста и общее время реакции увеличиваются с длительностью задачи, 2 мин, 5 мин и 10 мин PVT задачи все показывают аналогичное время суток отношения32.

Наша разработка протокола может быть реализована с использованием целого ряда различных задач производительности и в более частые моменты времени, если это необходимо. Предыдущие исследования показали, время суток эффекты как в физической и когнитивной производительности метрик, таких как аэробная способность15 и исполнительной функции25. Внедрение этого протокола и учет индивидуальных различий позволит лучше понять, как изучать механизмы, способствующие производительности, особенно в более нишевых условиях, таких как элитные виды спорта. Таким образом, этот протокол позволяет реальной оценки циркадного фенотипа и дает представление о том, как измерить влияние времени суток на производительность.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана финансированием со стороны Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук (BBSRC, BB/J014532/1) и Научно-исследовательского совета по инженерным и физическим наукам (EPSRC, EP/J002909/1). E.R.F.C была поддержана фондом институциональной стратегической стратегической поддержки Wellcome Trust (ISSF) Scheme accelerator fellowship (Wellcome 204846/q/16/) и австралийским правительством, Министерством промышленности, инноваций и науки (ICG000899/19/0602). Мы искренне благодарим всех участников и Stockgrand Ltd за ассеидные реагенты.

Materials

Actiwatch Light Cambridge Neurotech Ltd Various different validated actigraph devices can be used depending on what is required
Sleep Analysis 7 Software Cambridge Neurotech Ltd Various different validated software can be used depending on what is required
7 ml plastic bijous Various different tubes or salivettes can be used depending on what is required
DQ67OW, Intel Core i7-2600 processor, 4GB RAM, 32-bit Windows 7 Various different devices can be used depending on what is required
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. de Souza, L., et al. Further Validation of Actigraphy for Sleep Studies. Sleep. 26 (1), 81-85 (2003).
  2. Kushida, C. A., et al. Comparison of actigraphic, polysomnographic, and subjective assessment of sleep parameters in sleep-disordered patients. Sleep Medicine. 2 (5), 389-396 (2001).
  3. Roenneberg, T., Wirz-Justice, A., Merrow, M. Life between clocks: daily temporal patterns of human chronotypes. Journal of Biological Rhythms. 18 (1), 80-90 (2003).
  4. 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).
  5. Brown, S. A., et al. Molecular insights into human daily behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (5), 1602-1607 (2008).
  6. Allebrandt, K., Roenneberg, T. The search for circadian clock components in humans: new perspectives for association studies. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 41 (8), 716-721 (2008).
  7. Lane, J. M., et al. Genome-wide association analysis identifies novel loci for chronotype in 100,420 individuals from the UK Biobank. Nature Communications. 7, 10889 (2016).
  8. Gunn, P. J., Middleton, B., Davies, S. K., Revell, V. L., Skene, D. J. Sex differences in the circadian profiles of melatonin and cortisol in plasma and urine matrices under constant routine conditions. Chronobiology International. 33 (1), 39-50 (2016).
  9. Burgess, H. J., Fogg, L. F. Individual differences in the amount and timing of salivary melatonin secretion. PLoS One. 3 (8), e3055 (2008).
  10. Voultsios, A., Kennaway, D. J., Dawson, D. Salivary melatonin as a circadian phase marker: validation and comparison to plasma melatonin. Journal of Biological Rhythms. 12 (5), 457-466 (1997).
  11. Bailey, S. L., Heitkemper, M. M. Circadian rhythmicity of cortisol and body temperature: morningness-eveningness effects. Chronobiology International. 18 (2), 249-261 (2001).
  12. Kudielka, B. M., Federenko, I. S., Hellhammer, D. H., Wüst, S. Morningness and eveningness: the free cortisol rise after awakening in “early birds” and “night owls”. Biological psychology. 72 (2), 141-146 (2006).
  13. Baehr, E. K., Revelle, W., Eastman, C. I. Individual differences in the phase and amplitude of the human circadian temperature rhythm: with an emphasis on morningness-eveningness. Journal of sleep research. 9 (2), 117-127 (2000).
  14. Benloucif, S., et al. Measuring melatonin in humans. Journal of Clinical Sleep Medicine. 4 (1), 66-69 (2008).
  15. Blatter, K., Cajochen, C. Circadian rhythms in cognitive performance: Methodological constraints, protocols, theoretical underpinnings. Physiology & behavior. 90 (2-3), 196-208 (2007).
  16. Facer-Childs, E., Brandstaetter, R. The Impact of Circadian Phenotype and Time since Awakening on Diurnal Performance in Athletes. Current Biology. 25 (4), 518-522 (2015).
  17. Schmidt, C., et al. Circadian preference modulates the neural substrate of conflict processing across the day. PLoS One. 7 (1), e29658 (2012).
  18. Hofstra, W. A., de Weerd, A. W. How to assess circadian rhythm in humans: a review of literature. Epilepsy & Behavior. 13 (3), 438-444 (2008).
  19. Van Someren, E. J. Improving actigraphic sleep estimates in insomnia and dementia: how many nights?. Journal of sleep research. 16 (3), 269-275 (2007).
  20. Moreno, C., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
  21. Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analyses of performance on a portable, simple visual RT task during sustained operations. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 17 (6), 652-655 (1985).
  22. Åkerstedt, T., Gillberg, M. Subjective and objective sleepiness in the active individual. International Journal of Neuroscience. 52 (1-2), 29-37 (1990).
  23. Facer-Childs, E. R., Campos, B. M., Middleton, B., Skene, D. J., Bagshaw, A. P. Circadian phenotype impacts the brain’s resting-state functional connectivity, attentional performance, and sleepiness. Sleep. 42 (5), (2019).
  24. Benjamini, Y., Hochberg, Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the royal statistical society. Series B (Methodological). , 289-300 (1995).
  25. Zee, P. C., et al. Strategic Opportunities in Sleep and Circadian Research: Report of the Joint Task Force of the Sleep Research Society and American Academy of Sleep Medicine. Sleep. 37 (2), 219-227 (2014).
  26. Facer-Childs, E. R., Boiling, S., Balanos, G. M. The effects of time of day and chronotype on cognitive and physical performance in healthy volunteers. Sports Medicine Open. 4 (1), 47 (2018).
  27. Facer-Childs, E. R., Middleton, B., Skene, D. J., Bagshaw, A. P. Resetting the late timing of ‘night owls’ has a positive impact on mental health and performance. Sleep Medicine. , (2019).
  28. Moreno, C. R., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
  29. Arendt, J., Middleton, B. Human seasonal and circadian studies in Antarctica (Halley, 75 degrees S)). General and Comparative Endocrinology. 258, 250-258 (2018).
  30. Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34 (5), 581-591 (2011).
  31. Basner, M., Mollicone, D., Dinges, D. F. Validity and Sensitivity of a Brief Psychomotor Vigilance Test (PVT-B) to Total and Partial Sleep Deprivation. Acta Astronautica. 69 (11-12), 949-959 (2011).
  32. Loh, S., Lamond, N., Dorrian, J., Roach, G., Dawson, D. The validity of psychomotor vigilance tasks of less than 10-minute duration. Behaviour research methods instruments and computers. 36 (2), 339-346 (2004).

Tags

Circadian PhenotypingDiurnal PerformanceCircadian TimingSleep BehaviorMunich ChronoType QuestionnaireSaliva SamplesActigraphyRest-activity PatternsLight Exposure

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Facer-Childs, E. R., Middleton, B., Bagshaw, A. P., Skene, D. J. Human Circadian Phenotyping and Diurnal Performance Testing in the Real World. J. Vis. Exp. (158), e60448, doi:10.3791/60448 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image