Detta protokoll introducerar en icke-kommersiell självutvecklad applikation för insamling av realtidsdata på plats, inklusive psykologiska skalor, GPS-plats, hjärtfrekvens och blod-syremättnadsnivå, samt applikationens driftsprocedurer. En empirisk studie som genomfördes i Taiwan 2020 användes som ett applikationsexempel.
Det nuvarande protokollet syftar till att visa upp teknikintegrationen och ge en detaljerad beskrivning av antagandet av HealthCloud-appen, utvecklad av Healthy Landscape and Healthy People Lab, National Taiwan University (HLHP-NTU), på smartphones och smartklockor för att samla in data om användarnas psykologiska och fysiologiska svar i realtid och miljöinformation. En flexibel och integrerad forskningsmetod föreslogs eftersom det kan vara svårt att mäta flerdimensionella aspekter av personuppgifter i studier på plats inom landskaps- och friluftslivsforskning. En studie på plats som genomfördes 2020 vid National Taiwan University campus användes som ett applikationsexempel. En datauppsättning med 385 deltagare användes efter att ha uteslutit ogiltiga exempel. Under experimentet ombads deltagarna att gå runt på campus i 30 minuter när deras puls och psykologiska skalaobjekt mättes, tillsammans med flera miljömått. Detta arbete syftade till att tillhandahålla en möjlig lösning för att hjälpa studier på plats att spåra mänskliga svar i realtid som matchar omgivande faktorer. På grund av appens flexibilitet visar dess användning på bärbara enheter utmärkt potential för tvärvetenskapliga forskningsstudier.
Datainsamling i realtid
I det dagliga livet drar människor nytta av den fysiska miljön på många sätt. Till exempel har positiva resultat, såsom psykologisk1 och hjärtfrekvensåterställning2 hittats i stor utsträckning. Dessutom har sambanden mellan omgivningsfaktorer, såsom temperatur och luftfuktighet, och mental hälsa diskuterats 3,4. Studier har också undersökt kopplingarna mellan fysiologiska och psykologiska svar, såsom hjärtfrekvens och stress 5,6,7,8. Ett brett spektrum av bevis för psykologiska och fysiologiska fördelar med exponering för naturen har hittats i välkontrollerade laboratoriestudier 9,10, som kanske inte har representerat de olika inflytelserika faktorerna inom området. För att mäta relationerna mellan mänskliga svar i realtid anses därför studier på plats vara bättre för att återspegla den verkliga scenarioupplevelsen och reaktionerna på miljöerna än laboratoriesimuleringar11. Dessutom kan mänskliga reaktioner på miljöer bero på sammanhang12. Med tanke på vikten av att förstå förhållandet mellan människors psykologiska och fysiologiska hälsa och miljökvalitet behövs det ett behov av en självspårningsmätning i realtid som kan samla in olika informationsåtgärder.
Ekologiska momentana bedömningar (EMA) eller erfarenhetsprovtagningsmetoder (ESM) kan utgöra lösningar för studier på plats13,14. EMA och ESM syftar till att bedöma människors tillfälliga svar på plats i verkliga scenarier15. Genom att använda självspårningstekniker kan svaren, reaktionerna och upplevelserna på plats mätas nyligen14. Deltagarna meddelas via signaler, såsom sms eller anmälningar, för att genomföra bedömningar i så kallade signalkontingentprovtagningssystem15. Termen “EMA” används främst i hälsorelaterade studier13, medan “ESM” tenderar att användas i fritids- och friluftslivsstudier16. Ändå har termerna ibland använts omväxlande12.
Möjligheten att tillämpa EMA på miljöforskningsstudier diskuterades av Beute et al.12, som påpekade att de skulle göra det möjligt att ta itu med en större variation av miljöer än bara “naturliga” eller “urbana”. Genom att till exempel anta ambulatorisk mätning (t.ex. genom GPS-platsspårning) kan fysiologiska svar under en promenad matchas med platsdatauppsättningar i realtid, vilket ger en rikare rumslig upplösning av miljötyper och miljöegenskaper7. Dessutom säkerställer den datainsamling i realtid som möjliggörs av EMA en hög ekologisk validitet, vilket ger en kompletterande synvinkel från laboratorieundersökningar.
Fler och fler empiriska studier på plats har antagit bärbara enheter och smartphones för att övervaka personlig hälsostatus i det dagliga livet och forskningsändamål17,18,19,20. Att anta båda dessa enheter kan ge fler fördelar än att bara använda en smartphone12. För det första var åtkomsttiden med smartklockor kortare än den som använde telefoner21, vilket kan orsaka en minskad avbrottsbörda. För det andra ger klockor en större kroppsnärhet än smartphones22, och telefoner kan användas som tillfälliga databaser för att spara och ladda upp data. För det tredje erbjuder smartklockor idag flera sensorer till olika parametrar, såsom hjärtfrekvensvariation, elektrokardiogram (EKG) och blodtryck 23,24,25,26,27. Individen och de övergripande aspekterna av mänskliga svar kan härleda vissa aktiviteter12. Slutligen bärs smartphones vanligtvis i fickan för smarttelefonbaserade studier, och när det gäller frågeformulären måste extra arbete göras jämfört med fallet med smartklockor.
Få studier har dock undersökt sambanden mellan psykologiska och fysiologiska resultat och miljöinformation. Därför visar denna studie att man antar en icke-kommersiell självutvecklad app, HealthCloud, på bärbara enheter, såsom smartklockor och smartphones, för att samla in psykologisk, fysiologisk och miljöinformation i realtid.
Den egenutvecklade appen och bärbara enheter
Appen för användning på bärbara enheter utvecklades av Healthy Landscape and Healthy People Lab, National Taiwan University (HLHP-NTU), för att ge mer tillgängliga och mer flexibla sätt att spåra mänskliga svar och miljödata, så att forskare kan analysera relationerna mellan människors hälsa och miljöinformation (Figur 1).
Appen, baserad på iOS, tillhandahåller flera uppgifter och passiva datainsamlingsfunktioner. Appen samlar in självrapporterad data på smartklockan, till exempel psykologiska skalobjekt som mäts genom Pop Quiz-frågor där användare kan betygsätta sina svar från en till fem stjärnor för snabb och enkel bedömning. Denna typ av frågeintervention kan betraktas som en typ av mikrointeraktion-EMA (μEMA) – en datainsamlingsmetod på plats som kräver mindre uppmärksamhet och har en högre svarsfrekvens än smartwatch-EMA28. Sensorövervakade fysiologiska svarsdata, inklusive hjärtfrekvens, hjärtfrekvensvariation och syremättnadsnivå i blodet, kan mätas med hjälp av funktionerna i iOS. Hjärtfrekvensen mäts genom smartwatchens optiska hjärtsensor med hjälp av en teknik som kallas fotopletysmografi29. Appen upptäcker mängden blodflöde med gröna LED-lampor med ljuskänsliga fotodioder, och hjärtslagen per minut beräknas också. Hjärtfrekvensvariationen (HRV) och syrekoncentrationen i blodet (SpO2) kan detekteras med hjälp av appar. För smarttelefonen samlas uppgifterna, till exempel Stroop-testet (figur 2B) och bildtagningsuppgiften (figur 2C) och miljöljuduppgiften (figur 2D), data om omgivande förhållanden, inklusive relativ luftfuktighet, väder och höjd, passivt in från flera applikationsprogrammeringsgränssnitt.
Bild 1: Översikt över appen. Appens funktioner på smartwatch, smartphone och databas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 2: Appuppgifterna. Exempel på uppgifter som kan användas i appen: från vänster till höger finns (A) Popup-frågan. (B) Stroop-testet. (C) Bildtagningsuppgiften. (D) Uppgiften Miljösund. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
All data kommer att laddas upp till backend-webbplatsen (tillgång till kooperativa forskare, se Materialförteckning). Webbplatsen innehåller flera primära funktioner: en kartvisning som visar användarnas aktuella platser och hjärtfrekvens (figur 3), ett datablad för att bläddra bland och extrahera data (bild 4) och uppgiftskonfigurationer för att ändra frekvens, prioritet och innehåll för uppgifterna (bild 5). Med så stor flexibilitet och ett brett spektrum av mätningar kan forskare enkelt välja de tidigare angivna uppgiftsfunktionerna enligt forskningsmålen. Dessutom kan appen gynna både användare och forskare. Appen tillhandahåller sina hälsorapporter och GPS-platsbanor (figur 6) enligt de frågor de har svarat på och deras valda rutter. Således kan de få en snabb uppfattning om deras hälsotillstånd på dagen och fortsätta spåra sina hälsodata.
Bild 3: Kartan som visas i appdatabasen. Kartvisningen av appdatabasen ger aktuell information, inklusive platser och hjärtfrekvens, till forskarna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 4: Datablad i appdatabasen. Datarapporten för visningskartan i appdatabasen, där data kan exporteras genom att filtrera tid, fält eller testar-ID. Klicka här för att se en större version av den här siffran.
Bild 5: Uppgiftskonfigurationen i appdatabasen. Uppgiftsprioriteringar, tidsintervall, språk och innehåll i frågeformulären kan ändras. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 6: Hälsorapporten för appanvändarna. Efter att ha använt appen kan användaren få en uppsättning individuella resultat som genereras automatiskt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Representativ studie
För att visa upp integrationen av olika dimensioner av datainsamling med hjälp av appen på smartphones och smartklockor genomfördes en in situ-studie 2020 på National Taiwan University campus i Taipei City, Taiwan. Deltagare för studien rekryterades på sociala medier fansida för National Taiwan University via ett onlineformulär 1 vecka före experimentet. Formuläret inkluderade forskningsändamål, process, plats, deltagandeförhållanden, ett schematiskt diagram över forskningsanordningen som ska bäras och ett utrymme för läsare att ange sin vilja att delta och den tid då de kunde göra det. Efter avslutad meddelades deltagarna om experimentets exakta tid och plats via e-post 2 dagar före schemat. Eftersom forskningen undersöker psykologiska förändringar, fysiologi, fysisk aktivitet (promenader) och ljud- och färguppfattning uppfyllde deltagarna följande villkor: (1) mellan 20-36 år, (2) god fysisk och psykisk hälsa, (3) inte vara i regelbunden användning av läkemedel som påverkar centrala nervsystemet, (4) inte vara gravid eller amma, (5) har ingen historia av hjärt-kärlsjukdom, (6) kan gå i mer än 30 min till fots, (7) kunna identifiera en färg.
På experimentdagen fick deltagarna en uppsättning smartphones och smartklockor och en ruttkarta. Forskare presenterade en enhetlig förklaring till deltagarna av syftet med forskningen, forskningsprocessen, de bärbara enheterna och de frågor som behöver uppmärksamhet i forskningsprocessen. Under promenaden bedömdes psykologiska svar med hjälp av en Pop Quiz-uppgift var 5: e minut, och fysiologiska svar, såsom hjärtfrekvens, mättes varje minut av sensorer i smartwatchen. Efter experimentet kompenserades deltagarna med ett motsvarande presentkort på 200 NTD (~ 7 USD).
För den psykologiska mätningen övervägde denna studie landskapspreferenser och två aspekter av den upplevda återställande skalan Short Version30, nämligen “att vara borta” och “fascination”. Dessa aspekter mättes genom att be deltagarna betygsätta uttalandena “Det här är en plats som är borta från vardagliga krav och där jag skulle kunna koppla av och tänka på vad som intresserar mig.” och “Den platsen är fascinerande; den är tillräckligt stor för att jag ska upptäcka och vara nyfiken på saker.” på en femgradig Likert-skala från (1) “håller inte alls med” till (5) “håller helt med” om att mäta individuella uppfattningar om de återställande faktorerna i miljön baserat på uppmärksamhetsrestaureringsteori31. Landskapspreferensen bedömdes med hjälp av en femgradig Likert-skala med den enda frågan: “Hur mycket gillar du inställningen, oavsett anledning?” från (1) “väldigt lite” till (5) “väldigt mycket”. Frågeformuläret skickades med uppgiften “Pop Quiz” med ett tidsintervall på 5 minuter, vilket innebär att deltagarna fick frågeformuläret var 5: e minut.
För fysiologisk mätning användes hjärtfrekvens (HR) under gång för att representera deltagarnas fysiologiska resultat med ett tidsintervall på 1 minut. Miljöinformation, inklusive GPS-data (latitud och longitud), temperatur, relativ luftfuktighet, vindhastighet och vindgrad, samlades in via smarttelefonen.
Syftet med studien och viktiga resultat
Bärbara enheter, såsom smartphones och smartklockor, har använts i stor utsträckning för att undersöka fysiologiska indikatorer eller syndrom 32,33,34, psykologiska tillstånd22,35; miljöinformation, eller beteenden18,36. De flesta applikationer a…
The authors have nothing to disclose.
Taiwans jordbruksråd finansierade forskningsprojektet och HealthCloud-apputvecklingen från 2018 till 2020 [109 jordbruksvetenskap – 7.5.4-supplementary-#1(1)] ([109 -7.5.4–
#1(1)]).
Apple Watch 6 | Apple | For the use of the HealthCloud app, such as Pop-up questions, heart rates measurement. | |
iPhone | Apple | For the use of the HealthCloud app, such as GPS location collection, weather data colledction, data storage, data transfer. | |
HealthCloud | Self-developed | The HealthCloud app, adopting Apple Watch and iPhone, was developed by Healthy Landscape and Healthy People Lab, National Taiwan University (HLHP-NTU) to track human responses. It adopted several APIs such as HealthKit, ResearchKit, Weather API and AppleWatch applications including Breathe app, and Blood Oxygen app to collect physiological status and psychological states, and environmental data in aims of further analyzing the relationships between human health and the environmental information. The link to the app in APP Store is as following: https://apps.apple.com/tw/app/healthcloud/id1446179518?l=en |
|
backend website | The backend website of HealthCloud app for the use of the configuration of the tasks, data exportation, and the display of users. http://healthcloud.hort.ntu.edu.tw/ |
||
HealthKit | Apple | For the use of retrieving the data of physiological responses such as heart rate, heart rate variability, and blood oxygen saturation level. The link to the HealthKit: https://developer.apple.com/documentation/healthkit |
|
ResearchKit | Apple | This kit includes a variety of tasks for the use of research purposes. The functions adopted in HealthCloud app include Image Capture task, environment sound task, Stroop Test, to the Pop Questions of psychological state measurements such as perceived restorativeness scale, landscape preferences. The link to the ResearchKit: https://www.researchandcare.org/ |
|
Weather API | OpenWeather | For the use of collecting the real-time environmental data, including humidity, weather, global positioning system location, altitudes, etc., from the nearest weather station. The link to the Weather API: https://openweathermap.org/api |
|
Breathe app | Apple | For the use of assessing the real-time heart rate variability (HRV). This app was not included in the procedures of this pilot study. However, the HealthlCloud is now capable of retrieving the HRV data collected from Breathe app. The link to the Breathe app: https://apps.apple.com/us/app/breathe/id1459455352 |
|
Blood Oxygen app | Apple | For the use of assessing the real-time Blood Oxygen Concentration level (SpO2). The latest version of HealthlCloud is capable of retrieving the SpO2 data collected from app. This app was not included in the procedures of this pilot study. However, The measurement of Blood Oxygen app: https://support.apple.com/en-us/HT211027 The link to the Blood Oxygen app: https://apps.apple.com/us/app/breathe/id1459455352" |
|
IBM SPSS Statistics 25 | IBM | For the use of statistical analysis. The link to the Blood Oxygen app: https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25 |