Los relojes inteligentes son dispositivos prácticos para que las personas realicen un seguimiento de la cantidad de pasos que dan por día o de su tiempo en una milla durante una carrera. Pero también son oportunidades para que los científicos comprendan los procesos fisiológicos de las personas mientras llevan a cabo su vida cotidiana..
En particular, los científicos han estado interesados en rastrear los ritmos circadianos de las personas a través de los datos biológicos recopilados por sus relojes inteligentes, específicamente, su frecuencia cardíaca. Hacerlo permitiría a las personas saber los mejores momentos del día para dormir, comer, hacer ejercicio o tomarsus medicamentos.
Por la noche, la frecuencia cardíaca de una persona disminuye para conservar energía. Durante el período de vigilia de una persona, su frecuencia cardíaca se acelera en anticipación a la actividad. Pero el desafío ha sido encontrar una manera de encontrar la línea transversal de la frecuencia cardíaca de una persona.entre todas las formas en que varía a lo largo del día, dice Daniel Forger, profesor de matemáticas en la Universidad de Michigan.
Ahora, Forger y sus colegas han desarrollado un método estadístico que tiene en cuenta todo el "ruido" que podría afectar la frecuencia cardíaca de una persona y extrae el ritmo circadiano de una persona en función de los datos de frecuencia cardíaca proporcionados por su reloj inteligente.
El ritmo circadiano es un reloj interno que sincroniza todas las funciones fisiológicas del cuerpo. El reloj maestro, ubicado en el hipotálamo del cerebro, supervisa todos los millones de otros relojes internos de su cuerpo: cada célula tiene un reloj interno,al igual que su corazón, el hígado y el cerebro. En las personas sanas, estos relojes están todos sincronizados. Pero estudiar este reloj maestro es difícil, especialmente fuera del entorno de un laboratorio.
"Creo que una gran pregunta ha sido, ¿podemos medir los ritmos circadianos con dispositivos portátiles, y cómo podemos hacer eso?", Dijo Forger, también profesor de investigación de medicina computacional y bioinformática en Michigan Medicine. "La frecuencia cardíaca en sí tiene un ritmo circadianoritmo, pero se complica por muchas cosas diferentes: te acuestas y te vas a dormir, y tu frecuencia cardíaca baja. Sales a correr y tu frecuencia cardíaca aumenta mucho.
"La pregunta difícil era, ¿cómo sacamos esa señal interna de cronometraje para saber a qué hora del día cree su cuerpo que es de todas esas otras señales?"
El algoritmo del grupo funciona descartando los datos recopilados durante el sueño y centrándose en los datos recopilados durante el período de vigilia de una persona. Luego, el algoritmo, desarrollado por el coautor del estudio y ex investigador postdoctoral de la UM Clark Bowman, toma en cuenta si la frecuencia cardíaca de una personase ve afectado por la actividad de la persona o el cortisol debido al ejercicio, la postura o las comidas. El resultado es la señal de cronometraje diario subyacente que controla la frecuencia cardíaca.
Para probar si este método estadístico funcionaba, el grupo utilizó un conjunto de datos de un estudio en curso de pasantes médicos, llamado Intern Health Study. El estudio proporciona más de 130.000 días de datos de 900 pasantes que continuamente usaban seguimiento del sueño en la muñecadispositivos que recopilan datos de movimiento y frecuencia cardíaca. Los médicos internos son buenos sujetos para usar en este tipo de investigación porque son trabajadores por turnos, lo que significa que a veces sus turnos de trabajo cambian de día a noche de una semana a otra.
"Los relojes inteligentes recopilan datos de frecuencia cardíaca mediante sensores ópticos, que no son muy precisos, y hay tantas cosas que afectan la frecuencia cardíaca a lo largo del día que las mediciones tienden a estar por todas partes, por lo que es un gran resultado poderpara identificar un ritmo circadiano en ese tipo de datos ", dijo Bowman, ahora profesor de matemáticas y estadística en Hamilton College.
"Solo es posible porque los relojes inteligentes toman medidas con tanta frecuencia y brindan información sobre la actividad para ayudar a dar cuenta de la demanda cardíaca. La gran cantidad de datos es suficiente para ver la tendencia de fondo de la frecuencia cardíaca que sube y baja sutilmente en el tiempo con un circadianoreloj."
En un ejemplo del estudio, los patrones de sueño y vigilia de una persona, como lo demuestra su frecuencia cardíaca, se ajustan rápidamente a su horario de trabajo cambiante. Esto significa que su ritmo circadiano pudo adaptarse rápidamente a una hora de acostarse y despertarse que era casiopuesto a lo que habían estado experimentando anteriormente.
Los datos de otro individuo, sin embargo, mostraron una historia diferente. Su ritmo circadiano se retrasó con respecto a su horario de sueño ajustado, lo que probablemente significa que se sintieron bastante lentos durante el tiempo que se estaban adaptando a su nuevo horario de vigilia.
Esta lentitud es el mismo efecto que experimentan las personas con desfase horario. El desfase horario puede ocurrir cuando la frecuencia cardíaca de una persona no está sincronizada con su período de vigilia. Una frecuencia cardíaca más lenta puede hacer que una persona se sienta somnolienta o lenta.
Forger dice que la solidez de usar datos de dispositivos portátiles significa que los científicos, así como la persona que usa el reloj, pueden estudiar el ritmo circadiano de una persona en función de las influencias del mundo real, lo que tiene ciertas ventajas sobre la medición del ritmo circadiano en un laboratorio. El oroEl estudio clínico estándar para estudiar el ritmo circadiano sería medir los niveles de melatonina de una persona durante un período de seis a 40 horas en un laboratorio oscuro.
"Hemos demostrado que puedes tomar una señal portátil y medir directamente los ritmos circadianos en el mundo real, y el mundo real tiene tantas cosas que afectan los ritmos circadianos que no vas a medir en el laboratorio", Forgerdijo, explicando que algunos de los datos que el equipo ha tenido que tener en cuenta son períodos prolongados de actividad intensa un ciclista semiprofesional, por ejemplo. El método tampoco tiene en cuenta los efectos sobre la frecuencia cardíaca como la cafeína, el estrés psicológico, los productos farmacéuticos yenfermedad.
"Hay algunos escenarios con los que siempre debes tener un poco más de cuidado, usando datos del mundo real", dijo. "Pero nuevamente vamos a recoger otras cosas que quizás no experimentes en un laboratorio".
Los investigadores también desarrollaron la aplicación Social Rhythms, disponible para dispositivos iPhone y Android, donde puede cargar sus datos portátiles y recibir un informe sobre cómo ha cambiado recientemente su reloj circadiano interno.
"Medir esa señal no solo proporciona información sobre el tiempo circadiano del cuerpo, sino que también caracteriza cómo se comporta la frecuencia cardíaca de cada individuo", dijo Bowman. "Podemos usar esta información para rastrear cómo el cuerpo se ajusta a los nuevos horarios, estudiar cómo la actividad físicaafecta la frecuencia cardíaca de cada individuo de manera ligeramente diferente, e incluso cuantifica el efecto de estar activo en diferentes momentos del día en el reloj interno del cuerpo.
"Los usuarios de relojes inteligentes pueden tener información en tiempo real sobre su reloj circadiano para ayudarlos a adaptarse al desfase horario o al trabajo por turnos, controlar los trastornos circadianos o identificar anomalías en la frecuencia cardíaca que podrían presentar riesgos para la salud".
Los coautores del estudio incluyen a Yitong Huang de Dartmouth College, y los investigadores de la UM Olivia Walch, Yu Fang, Elena Frank, Jonathan Tyler, Caleb Mayer, Christopher Stockbridge, Cathy Goldstein y Srijan Sen.
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