可穿戴设备：可用于量化研究人体疲劳状况！
导读
近期，美国桑迪亚国家实验室和新墨西哥大学研究团队希望通过大峡谷徒步旅行者佩戴的可穿戴设备，量化研究人体的疲劳程度。
关键字
背景
疲乏（Fatigue ）被定义为极度疲劳，通常是由生理或者心理上的过度劳累或者疾病造成的。我们很容易意识到自己正处于疲乏状态，但是其原因和严重性往往不清楚。
那么，疲乏可以被预测吗？我们能否区分威胁生命的疲乏与可恢复的疲劳？
创新
近期，美国桑迪亚国家实验室的一个研究团队正与美国新墨西哥大学、美国国家公园管理局开展合作研究。该研究受到了美国国防威胁降低局（DTRA）的赞助，他们希望通过大峡谷南缘到北缘徒步旅行的可穿戴设备（Rim-to-Rim Wearables at the Canyon for
Health）研究项目，也称为“R2R WATCH”项目，寻找这些问题的答案。
（图片来源: Michael Padilla）
美国桑迪亚国家实验室 R2R WATCH 项目首席研究员 Glory Emmanuel Aviña 表示：
“我们有时感觉到自己正在生病，或者压力正影响着我们的健康。通过这项研究，我们希望识别到疲乏的可预测的鲜明特征，以及量化疲乏的类型。它是可控的吗？也就是说，一旦这些原因消除，你的身体能够恢复？或者它象征着潜在的灾难性健康状况？”
技术
对于大峡谷南缘到北缘徒步旅行者的三年研究旨在预测健康衰退的早期迹象。去年秋天进行的第一轮数据采集，测试了可穿戴健康设备数据采集状况，完善认知测试，以及辨明疲乏和认知能力衰退之间的关联。最近，团队进行第二轮数据采集，这一轮采集了更高质量的数据，并且对于第一轮中识别的早期趋势进行了确认分析。
（图片来源: Cathy Branda）
早晨，太阳从地平线上刚刚升起，徒步旅行者处于南凯巴布步道，惊讶于大峡谷另一侧的新雪。这里的温度是27摄氏度。一场身体的实验就在前方：从南缘到北缘共有21英里，包括一英里海拔变化，极度波动的温度，以及上坡路的精神挑战。
R2R WATCH 项目第一组参与者是一个军事小组，于早晨3点到达。桑迪亚国家实验室和新墨西哥大学的团队，从这些徒步旅行的志愿者身上，采集至关重要的健康信息，管理认知测试，为他们配备可穿戴的健康设备。这些装置为徒步旅行者长途跋涉过程中的生理变化，提供一个观测窗口。
（图片来源: Michael Padilla）
桑迪亚国家实验室的项目经理 Cathy Branda 表示：
“这项研究让我们通过大峡谷南缘到北缘的徒步旅行表现，将生理和认识的标记联系起来。我们也可以将军事研究的参与者与平民的徒步旅行志愿者进行比较，DTRA对此感到极大兴趣。”
价值
据 Emmanuel Aviña 称，识别具体哪些生理和认识指标，对于预测身体表现和疲乏最重要，是一个科学挑战。将这些指标与不同的传感器技术需求，结合到单个可穿戴设备中去，将成为未来的工程壮举。
Emmanuel Aviña 表示：
“我们的最终目标就是实时的数据分析。现在，我们在徒步旅行之后，采集数据并下载它们用于分析。但是，你是否可以在数据正在采集时进行分析？如果采用实时分析对于疲乏进行生理、认识或者基因的预测，那么人们将可以接收到健康问题的早期预警。”
桑迪亚国家实验室的 R2R WATCH 研究开始于2016年，为了响应DTRA（美国国防技术回顾署）评估商业和政府现成可穿戴设备的评估建议。 R2R WATCH 是对于之前 UNM/NPS 项目（由大峡谷公园前管理员 Emily Pearce 发起）的延伸，它专注于南缘到北缘徒步者的营养摄入研究。
Emmanuel Aviña 表示：
“新墨西哥大学在紧急援助、临床人群、血液和营养数据方面有着多年经验。我们也很感谢，国家公园管理局让我们可以在大峡谷进行这项研究，它为研究身体表现和疲乏程度，提供了可控的环境和理想的配置，因为徒步旅行者必须在进入大峡谷深处后再返回。”
桑迪亚国家实验室通过可穿戴设备采集数据，融合来自可穿戴设备、认识测试、生物识别和血液样本方面的多个数据流，并梳理出有用的趋势。桑迪亚国家实验室在计算分析方面的先进能力，对于解决这部分问题来说非常关键。
这项研究分析了军事人员产生的数据，对于理解国防安全设置中的绩效下滑很有价值。DTRA 化学和生物技术部门的科技经理 Ed Argenta 称，该项目将让DTRA能够使用实时数据采集、定量展示这些指标如何与非实验室的、任务相关的性能任务关联起来。对于单个指标的研究发现将说明哪种可穿戴设备在特性测量和后勤方面最有作用。
Argenta 表示：
“桑迪亚国家实验室和新墨西哥大学之间的合作关系极大地惠及DTRA。桑迪亚国家实验室的团队已经提供了一种军事社区之间强有力的联系，并且聘请个人参与数据采集活动。采集的数据对于分析和算法开发非常关键，桑迪亚国家实验室也参与了管理和实施。”
Argenta 表示，新墨西哥大学提供了医学方面的专业知识，为项目提供了创新想法，并且有益于项目的数据包和后续分析。Argenta 表示：
“总的来说，整个团队都很出色。而我们的部门希望继续保持与桑迪亚国家实验室和新墨西哥大学之间在这个项目上的合作关系。终极目标是开发我们士兵对于生物或者化学暴露的早期预警能力，这点非常重要。没过伟大的伙伴，项目将无法实现。”
在今年秋天第三阶段，团队采集了关于 R2R WATCH 项目的更多数据。未来的分析将包括：测试出心率变化在捕捉疲乏迹象方面的精度程度，以及对于徒步旅行之前和之后采集的代谢面板数据的配置工作。Emmanuel Aviña 表示：
“如同人类接收测试的其他研究，R2R WATCH 研究在追求科学和关爱参与者之间达到平衡。我们不能仅仅简单地将设备扔给一个人，并且用针扎他们。你必须平衡地照顾个人从大峡谷南缘到北缘的徒步旅行体验，同时采集可靠且公正的数据，回答研究中的关键问题。”
参考资料
【1】https://share-ng.sandia.gov/news/resources/news_releases/canyon-tests/#.Wewmbfns6nn
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