用智能手表追踪昼夜节律

Smartwatches是一种方便的设备，可以让人们记录每天的步数，或者记录跑步时的英里数。但它们也是科学家了解人们日常生活中生理过程的机会。

科学家们尤其感兴趣的是，通过智能手表收集的生物数据来追踪人们的昼夜节律心率。这样做会让个人知道睡觉，吃，运动或服用药物的最佳时间。

在晚上，人的心率会降低以保存能量。在人醒着的时候，他们的心率会因为预期活动而加快。但密歇根大学(University of Michigan)数学教授丹尼尔•福格(Daniel Forger)表示，挑战在于找到一种方法，从一个人一整天的各种心率变化中找出他的心跳轨迹。

现在，Forger和他的同事开发了一种统计方法，可以解释所有可能影响一个人心率的“噪音”，并提取出一个人的心率昼夜节奏基于SmartWatch提供的心率数据。

昼夜节律是一个内部时钟，可同时同步体内的所有生理功能。主时钟，位于大脑的下丘脑中，监督身体中的所有其他内部时钟：每个细胞都有一个内部时钟，你的心脏，肝脏和大脑。在健康的人中，这些时钟都是同步的。但是研究这个主时钟很难 - 特别是在实验室设置之外。

“我认为有一个大问题，我们可以衡量昼夜节律吗？穿戴同时也是密歇根医学院计算医学和生物信息学研究教授的Forger说。“心率本身有昼夜节律，但它被许多不同的事情复杂化:你躺下睡觉，你的心率下降。你去跑步，你的心率就会上升。

“难题是，我们如何撤出内部计时信号知道您的身体的一天何时认为它是从那里的所有其他信号？”

该集团的算法通过丢弃在睡眠期间收集的数据，集中在一个人醒着时收集的数据。然后，由研究合著者、前密歇根大学博士后研究员克拉克·鲍曼(Clark Bowman)开发的算法，考虑了一个人的心率是否受到一个人的活动或皮质醇的影响，因为锻炼、姿势或饮食。其结果是潜在的每日计时信号控制心率。

为了测试这种统计方法是否有效，该集团使用数据集从正在进行的医疗实习生研究，称为实习生卫生研究。该研究提供了超过900个实习生的130,000天数据，他们不断穿着基于腕部的睡眠跟踪设备收集运动和心率数据。医疗实习生是在这种研究中使用的好主题，因为它们是转向工人，这意味着他们的工作从一周到一周开始变为晚上。

“Smartwatches收集心率数据使用光学传感器,这不是很准确,有很多事情影响心率一整天,测量往往得到处都是,所以这是一个很大的结果能够确定一个昼夜节律在这种类型的数据,”现在是汉密尔顿学院数学和统计学教授的鲍曼说。

“智能手表如此频繁地进行测量，并提供有关活动的信息，以帮助解释心脏的需求，这才有可能实现。”大量的数据足以看到心率随着昼夜节律钟的时间微妙上升和下降的背景趋势。”

在研究中的一个例子中，一个人的睡眠和醒着的模式，正如他们的心率所显示的那样，会迅速调整以适应他们不断变化的工作安排。这意味着他们的昼夜节律能够迅速调整到睡觉和醒来的时间，而这几乎与他们之前经历的相反。

然而，另一个个人的数据显示了一个不同的故事。他们的昼夜节律落后于他们的调整后的睡眠时间表，这意味着在他们调整新的醒着时间表时感到非常迟钝。

这种懒散的效果和那些有时差反应的人是一样的。当一个人的心率与清醒时间不同步时，就会发生时差反应。心跳减慢会使人感到困倦或迟钝。

Forger说，使用可穿戴设备数据的优势意味着，科学家和戴手表的人都可以根据现实世界的影响来研究一个人的昼夜节律，这比在实验室里测量昼夜节律有一定的优势。研究昼夜节律的黄金标准临床研究是在黑暗的实验室中测量一个人6到40小时的褪黑激素水平。

“我们已经证明，你可以通过佩戴信号直接在现实世界中测量昼夜节律，而现实世界中有很多东西会影响昼夜节律，你不会在实验室中测量。”Forger解释说，团队必须考虑的一些数据是长时间的高强度运动(比如半职业自行车手)。该方法也没有考虑咖啡因、心理压力、药物和疾病等对心率的影响。

他说:“使用真实世界的数据，有些场景你总是需要更加小心。”“但我们将再次学习你在实验室中可能没有经历过的其他事情。”

研究人员还开发了社会节奏应用程序，可用于iPhone和Android设备，您可以在那里上传可穿戴数据并接收关于最近您的内部昼夜内部时钟更改的报告。“衡量该信号不仅提供有关身体昼夜昼夜时机的信息，而且还表征了每个人的心率如何表现，”鲍曼说。“我们可以利用这些信息跟踪身体如何调整到新的时间表，研究身体活动如何影响每个人的心率略微不同，甚至量化在身体内部时钟的不同时间在不同时期活跃的效果。

“智能手表用户可以在生物钟上获得实时信息，以帮助调整时差或轮班工作，管理昼夜节律失调或识别可能会带来健康风险的心率异常。”