Un'applicazione per l'abbinamento con dispositivi indossabili per monitorare lo stato di salute personale

Raccolta dati in tempo reale
Nella vita quotidiana, le persone beneficiano dell’ambiente fisico in molti modi. Ad esempio, sono stati ampiamente trovati risultati positivi, come il ripristino psicologico¹ e il ripristino della frequenza cardiaca². Inoltre, sono state discusse le relazioni tra fattori ambientali, come temperatura e umidità, e salute mentale ^3,4. Gli studi hanno anche esplorato i legami tra risposte fisiologiche e psicologiche, come la frequenza cardiaca e lo stress 5,6,7,8. Una vasta gamma di prove di benefici psicologici e fisiologici derivanti dall’esposizione alla natura è stata trovata in studi di laboratorio ben controllati ^9,10, che potrebbero non aver rappresentato i diversi fattori influenti nel campo. Pertanto, per misurare le relazioni tra le risposte umane in tempo reale, gli studi in loco sono considerati migliori per riflettere l’esperienza dello scenario di vita reale e le reazioni agli ambienti rispetto alle simulazioni di laboratorio¹¹. Inoltre, le reazioni umane agli ambienti possono dipendere dal contesto¹². Data l’importanza di comprendere la relazione tra la salute psicologica e fisiologica delle persone e la qualità ambientale, è urgentemente necessaria una misurazione auto-tracking in tempo reale in grado di raccogliere varie misure informative.

Le valutazioni ecologiche momentanee (EMA) o i metodi di campionamento dell’esperienza (MES) possono rappresentare soluzioni per studi in loco^13,14. Le EMA e i MES mirano a valutare le risposte momentanee degli esseri umani in loco in scenari di vita reale¹⁵. Adottando tecniche di auto-tracciamento, le risposte, le reazioni e le esperienze in loco possono essere misurate di recente¹⁴. I partecipanti sono informati tramite segnali, quali testi o notifiche, per attuare valutazioni nei cosiddetti schemi di campionamento contingente al segnale¹⁵. Il termine “EMA” è utilizzato principalmente negli studi relativi alla salute¹³, mentre “ESM” tende ad essere utilizzato negli studi sul tempo libero e sulle attività ricreative all’aperto¹⁶. Tuttavia, i termini sono stati occasionalmente usati in modo intercambiabile¹².

La possibilità di applicare gli EMA agli studi di ricerca ambientale è stata discussa da Beute et ^al.12, che hanno sottolineato che consentirebbero di affrontare una maggiore varietà di ambienti rispetto al semplice “naturale” o “urbano”. Ad esempio, adottando la misurazione ambulatoriale (ad esempio attraverso il tracciamento della posizione GPS), le risposte fisiologiche durante una passeggiata possono essere abbinate a set di dati di posizione in tempo reale, fornendo una risoluzione spaziale più ricca dei tipi di ambiente e delle caratteristiche ambientali⁷. Inoltre, la raccolta di dati in tempo reale consentita dagli EMA garantisce un’elevata validità ecologica, fornendo un punto di vista complementare dagli studi di laboratorio.

Sempre più studi empirici in loco hanno adottato dispositivi indossabili e smartphone per monitorare lo stato di salute personale nella vita quotidiana e scopi di ricerca^17,18,19,20. L’adozione di entrambi questi dispositivi può offrire più vantaggi rispetto all’utilizzo di uno smartphone¹². In primo luogo, il tempo di accesso utilizzando gli smartwatch è stato più breve rispetto a quello utilizzando i telefoni²¹, il che può causare un carico di interruzione ridotto. In secondo luogo, gli orologi forniscono una maggiore vicinanza del corpo rispetto agli smartphone²² e i telefoni possono essere utilizzati come database momentanei per salvare e caricare dati. In terzo luogo, gli smartwatch al giorno d’oggi offrono più sensori per diversi parametri, come la variabilità della frequenza cardiaca, gli elettrocardiogrammi (ECG) e la pressione sanguigna 23,24,25,26,27. L’individuo e gli aspetti generali delle risposte umane possono dedurre determinate attivit๲. Infine, gli smartphone sono solitamente portati in tasca per gli studi basati su smartphone e, quando si tratta dei questionari, è necessario fare un lavoro extra rispetto al caso utilizzando gli smartwatch.

Tuttavia, pochi studi hanno esplorato le relazioni tra risultati psicologici e fisiologici e informazioni ambientali. Pertanto, questo studio mostra l’adozione di un’app auto-sviluppata non commerciale, HealthCloud, su dispositivi indossabili, come smartwatch e smartphone, per raccogliere informazioni psicologiche, fisiologiche e ambientali in tempo reale.

L’app sviluppata autonomamente e i dispositivi indossabili
L’app per l’uso su dispositivi indossabili è stata sviluppata dall’Healthy Landscape and Healthy People Lab, National Taiwan University (HLHP-NTU), per fornire modi più accessibili e più flessibili per tracciare le risposte umane e i dati ambientali, consentendo ai ricercatori di analizzare ulteriormente le relazioni tra salute umana e informazioni ambientali (Figura 1).

L’app, basata su iOS, fornisce molteplici attività e funzioni passive di raccolta dati. L’app raccoglie dati auto-riportati sullo smartwatch, come elementi in scala psicologica misurati attraverso domande Pop Quiz su cui gli utenti possono valutare le loro risposte da una a cinque stelle per una valutazione rapida e semplice. Questo tipo di intervento interrogativo può essere considerato un tipo di Micro interazione-EMA (μEMA)-un metodo di raccolta dati in situ che richiede meno attenzione e ha un tasso di risposta maggiore rispetto allo smartwatch-EMA²⁸. I dati di risposta fisiologica monitorati dal sensore, tra cui frequenza cardiaca, variabilità della frequenza cardiaca e livello di saturazione di ossigeno nel sangue, possono essere misurati utilizzando le funzioni di iOS. La frequenza cardiaca viene misurata attraverso il sensore cardiaco ottico dello smartwatch utilizzando una tecnica chiamata fotopletismografia²⁹. L’app rileva la quantità di flusso sanguigno utilizzando luci LED verdi con fotodiodi sensibili alla luce e vengono calcolati anche i battiti cardiaci al minuto. La variabilità della frequenza cardiaca (HRV) e la concentrazione di ossigeno nel sangue (SpO2) possono essere rilevate utilizzando le app. Per lo smartphone, le attività, come il test di Stroop (Figura 2B) e l’attività di acquisizione di immagini (Figura 2C) e l’attività Suono ambientale (Figura 2D), i dati sulle condizioni ambientali, tra cui umidità relativa, condizioni meteorologiche e altitudine, vengono raccolti passivamente da diverse interfacce di programmazione delle applicazioni.

Figura 1: Panoramica dell’app. Le funzioni dell’app su smartwatch, smartphone e database. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 2: Attività dell’app. Esempi delle attività che possono essere utilizzate sull’app: da sinistra a destra, c’è (A) La domanda pop-up. (B) Il test di Stroop. (C) L’attività di acquisizione dell’immagine. (D) Il compito Ambiente Suono. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Tutti i dati saranno caricati sul sito web di backend (accesso ai ricercatori cooperativi, vedi Tabella dei materiali). Il sito Web offre diverse funzioni principali: una visualizzazione della mappa che mostra le posizioni correnti e la frequenza cardiaca degli utenti (Figura 3), un foglio dati per la navigazione e l’estrazione dei dati (Figura 4) e configurazioni delle attività per modificare la frequenza, la priorità e il contenuto delle attività (Figura 5). Con una flessibilità così elevata e una vasta gamma di misurazioni, i ricercatori possono facilmente selezionare le funzioni di attività precedentemente dichiarate in base agli obiettivi di ricerca. Inoltre, l’app può avvantaggiare sia gli utenti che i ricercatori. L’app fornisce i loro rapporti sullo stato e le traiettorie di posizione GPS (Figura 6) in base alle domande a cui hanno risposto e ai percorsi scelti. Pertanto, possono ottenere una rapida idea del loro stato di salute durante il giorno e continuare a monitorare i loro dati sanitari.

Figura 3: La mappa visualizzata nel database dell’app. La visualizzazione della mappa del database dell’app fornisce informazioni aggiornate, tra cui posizioni e frequenza cardiaca, ai ricercatori. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 4: Foglio dati sul database dell’app. Report dati della mappa di visualizzazione nel database dell’app, in cui i dati possono essere esportati filtrando l’ID ora, Campo o Tester. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 5: Configurazione dell’attività nel database dell’app. Le priorità delle attività, gli intervalli di tempo, la lingua e il contenuto dei questionari possono essere modificati. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 6: Report sullo stato per gli utenti dell’app. Dopo aver utilizzato l’app, l’utente può ricevere una serie di risultati individuali generati automaticamente. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Studio rappresentativo
Per mostrare l’integrazione di diverse dimensioni della raccolta dei dati utilizzando l’app su smartphone e smartwatch, nel 2020 è stato condotto uno studio in situ presso il campus della National Taiwan University nella città di Taipei, Taiwan. I partecipanti allo studio sono stati reclutati sulla fan page dei social media della National Taiwan University attraverso un modulo online 1 settimana prima dell’esperimento. Il modulo includeva lo scopo della ricerca, il processo, la posizione, le condizioni di partecipazione, un diagramma schematico del dispositivo di ricerca da indossare e uno spazio per i lettori per indicare la loro volontà di partecipare e il momento in cui potevano farlo. Dopo il completamento, i partecipanti sono stati informati dell’ora e del luogo esatti del loro esperimento via e-mail 2 giorni prima del programma. Poiché la ricerca esamina i cambiamenti psicologici, la fisiologia, l’attività fisica (camminare) e la percezione del suono e del colore, i partecipanti hanno soddisfatto le seguenti condizioni: (1) tra i 20-36 anni, (2) buona salute fisica e mentale, (3) non essere in uso regolare di farmaci che colpiscono il sistema nervoso centrale, (4) non essere incinta o allattare, (5) non hanno storia di malattie cardiovascolari, (6) può camminare per più di 30 minuti a piedi, (7) essere in grado di identificare un colore.

Il giorno dell’esperimento, ai partecipanti è stato fornito un set di smartphone e smartwatch e una mappa del percorso. I ricercatori hanno presentato una spiegazione uniforme ai partecipanti dello scopo della ricerca, del processo di ricerca, dei dispositivi indossabili e delle questioni che richiedono attenzione nel processo di ricerca. Durante la passeggiata, le risposte psicologiche sono state valutate utilizzando un compito Pop Quiz ogni 5 minuti e le risposte fisiologiche, come la frequenza cardiaca, sono state misurate ogni minuto dai sensori nello smartwatch. Dopo l’esperimento, i partecipanti sono stati compensati con una carta regalo equivalente a 200 NTD (~ 7 USD).

Per la misurazione psicologica, questo studio ha considerato le preferenze del paesaggio e due aspetti della Perceived Restorative Scale Short Version³⁰, vale a dire, “essere lontani” e “fascinazione”. Questi aspetti sono stati misurati chiedendo ai partecipanti di valutare le affermazioni “Questo è un posto che è lontano dalle esigenze quotidiane e dove sarei in grado di rilassarmi e pensare a ciò che mi interessa.” e “Quel posto è affascinante; è abbastanza grande da permettermi di scoprire ed essere curioso delle cose.” su una scala Likert a cinque punti da (1) “fortemente in disaccordo” a (5) “fortemente d’accordo” per misurare le percezioni individuali dei fattori riparatori dell’ambiente sulla base della teoria del ripristino dell’attenzione³¹. La preferenza del paesaggio è stata valutata utilizzando una scala Likert a cinque punti con la singola domanda: “Quanto ti piace l’ambientazione, per qualsiasi motivo?” da (1) “molto poco” a (5) “molto”. Il questionario è stato inviato utilizzando il compito “Pop Quiz” con un intervallo di tempo di 5 minuti, il che significa che i partecipanti hanno ricevuto il questionario ogni 5 minuti.

Per la misurazione fisiologica, la frequenza cardiaca (FC) durante la camminata è stata utilizzata per rappresentare i risultati fisiologici dei partecipanti con un intervallo di tempo di 1 minuto. Le informazioni ambientali, inclusi i dati GPS (latitudine e longitudine), temperatura, umidità relativa, velocità del vento e grado del vento, sono state raccolte tramite lo smartphone.