Väittelijä kehitti silmänliikkeisiin perustuvan hereilläoloaikaa mittaavan menetelmän kenttäolosuhteita varten

Väsymys on yksi suurimmista tunnetuista mutta estettävissä olevista onnettomuuksien syistä. Tiedetään, että se aiheuttaa esimerkiksi 10 – 20 prosenttia liikenneonnettomuuksista. Mittalaitetta, jolla voisi kenttäolosuhteissa mitata luotettavasti, objektiivisesti ja käytännöllisesti kuljettajan hereilläolon kokonaisaikaa, ei kuitenkaan vielä ole saatavilla.

Tutkija Kati Pettersson on väitöskirjatyöhönsä liittyen nyt kehittänyt silmänliikkeisiin perustuvan menetelmän, jonka avulla voidaan mitata hereilläoloaikaa laboratorion ulkopuolella, siis vaikkapa liikenteessä.

Väitöskirja koostuu kahdesta osasta. Siinä on kehitetty algoritmeja silmänliikkeiden tunnistamiseksi luotettavasti kenttäolosuhteissa silmänliikesignaalista ja luotu silmänliikepohjainen menetelmä hereilläoloajan arvioimiseen.

– Univajeessa ihmisen kognitiiviset toiminnot heikkenevät, erityisesti tarkkaavuus ja silmänliikkeiden avulla tapahtuva ympäristön havainnointi. Näitä toimintoja säätelevät osittain samat otsalohkojen hermoverkot aivoissa. Tästä syystä näitä niin sanottuja sakkadisia silmänliikkeitä voidaan käyttää sekä tarkkaavuuden että univajeen ja väsymyksen tutkimiseen, tohtoriksi väittelevä Pettersson sanoo.

Pitkittynyt hereilläoloaika lisää unipainetta ja siten väsymystä. Kasvava unen tarve aiheuttaa kontrolloimattomia torkahduksia, jotka heikentävät merkittävästi ihmisen tarkkaavuutta ja siten kognitiivisia toimintoja. Univajeen aiheuttama epävakaa tila onkin verrattavissa humalatilaan.

Sakkaditesti tehtiin yhdelletoista terveelle ihmiselle 60 tunnin valvomisen aikana

Väitöskirjatutkimuksessa silmänliikkeitä, sakkadeita, mitattiin yhdeltätoista terveeltä aikuiselta elektro-okulografalla (EOG) 8 minuuttia kestävän sakkaditestin aikana, aina 6 tunnin välein 60 tunnin yhtäjaksoisen univajeen aikana.

Tehtävässä suoriutumista arvioitiin sen aikana suoritettujen sakkadien lukumäärällä, mikä laski hereilläoloajan funktiona kaikilla tutkittavilla. Tuloksissa huomattiin, että suoriutuminen vaihteli henkilöiden välillä. Viiden henkilön kohdalla tutkittiin testin toistettavuutta, näiden tutkittavien kohdalla testi oli toistettava.

Mittauksesta saadaan siis samalaisia tuloksia, kun mittaus toistetaan samalla koehenkilöllä uudestaan.

– Väsymys näyttäisi vaikuttavan aina samalla tavalla henkilön suoriutumiseen silmänliiketehtävässä. Yksilöllisistä eroista johtuen mittaus vaatii henkilökohtaisen kalibroinnin, mutta koska mittaus on toistettava, mittaria voitaisiin käyttää henkilön hereilläoloajan arvioimiseen kalibroinnin jälkeen, Kati Pettersson sanoo.

Myös vuorokaudenaika vaikutti tehtävässä suoriutumiseen. Tästä syystä ihmisen sisäisten elintoimintojen vuorokausivaihteluun liittyvä niin sanottu sirkadiaaninen rytmi poistettiin vireystilaa mallintavan niin sanotun TPMA- eli Three-process model of alertness -mallin avulla.

Sirkadiaanisen rytmin poistamisen jälkeen sakkadien lukumäärä laski lineaarisesti kuudella tutkittavalla yhdestätoista. 

Vielä on osattava ottaa huomioon yksilölliset erot

Väitöskirjassa esitettyjen tulosten perusteella EOG-menetelmällä mitattujen silmänliikkeiden avulla voidaan arvioida hereilläoloajan kokonaiskestoa kenttäolosuhteissa. Tällä hetkellä mittaus vaatii henkilökohtaisen kalibrointimittauksen ennen varsinaista testimittausta.

– Lisää tutkimustyötä tarvitaan henkilöiden yksilöllisten erojen tutkimiseen ja mittausasetelman optimointiin kenttäolosuhteisiin laajemmin sopivaksi, Kati Pettersson sanoo.

Väitöstilaisuus:

FL Kati Pettersson väittelee aiheesta "Saccadic eye movements estimate prolonged time awake" keskiviikkona 12.9.2018 kello 12. Professori Hans Van Dongen toimii vastaväittäjänä. Väitöstilaisuus järjestetään osoitteessa Unioninkatu 34 - Päärakennus, Auditorium XII (3032).

Pettersson on tehnyt väitöskirjansa Työterveyslaitoksella. Työn ohjaajina ovat toimineet dosentti Kiti Müller (Nokia Bell Labs, Espoo & Neurotieteiden osasto, lääketieteellinen tiedekunta, Helsingin yliopisto) ja materiaalifysiikan professori Edward Hæggström Helsingin yliopistosta.

Elektroninen väitöskirja on luettavissa tästä: https://helda.helsinki.fi/handle/10138/239934

Yhteystiedot: Tutkija Kati Pettersson, +358 40 533 7881, kati.pettersson@ttl.fi

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 

Uni ja sirkadiaaninen rytmi -seminaari

Tiistaina 11.9.2018 kello 14.30-16.00 Kumpulassa järjestetään myös seminaari unesta ja sirkadiaanisesta rytmistä. Tilaisuus pidetään Physicum-talon auditoriossa E204, Gustaf Hällströmin katu 2. 

Ohjelma on englanninkielinen, mutta alla on kuvaus suomeksi.

14.30 – 14.40 Professori Edward Hæggström, Helsingin yliopisto, avaa tilaisuuden

14.40 – 15.20 Professori Hans Van Dongen, Washington State University: Targeted metabolomics, peripheral oscillators, and metabolic health in shift work

Kohdistettu metabolomiikka, perifeeriset oskillaattorit ja metabolinen terveys vuorotyössä

Yövuorot lisäävät lihomisen riskiä, sokeritautia ja muita metabolisia ongelmia. On esitetty, että metabolisen häiriön aiheuttaa vuorotyöläisillä aivojen vuorokausirytmiä säätelevä kello (master clock). Viimeaikaisten tutkimusten perusteella erillisillä vuorokausivaihteluun liittyvillä biologisilla kelloilla (ns. perifeeriset kellot) maksassa, suolistossa ja haimassa vaikuttaisi olevan merkittävä rooli. Professori Van Dongen esittelee tutkimusryhmänsä viimeisimpiä kohdistettuun metobolomiaan liittyviä tutkimustuloksia. Tulosten mukaan vuorotyöläisten ruoansulatukseen liittyvä metabolomiikan 24 tunnin vuorokausirytmi muuttuu huomattavasti nopeammin kuin aivojen vuorokausirytmiä säätelevän kellon. Näin ollen biologiset signaalit vuorotyöläisten kehossa ovat epäsynkronissa, toiset niistä elävät yötä ja toiset päivää, aiheuttaen häiriöitä aineenvaihduntaan. Tutkimustyö tuottaa uutta tietoa vuorotyön terveysvaikutuksista, joiden pohjalta voidaan kehittää tapoja, joilla lievittää vuorotyön vaikutuksia ihmisen kehon toimintaan ja tätä kautta ennaltaehkäistä sairauksien puhkeamista.

15.20 – 16.00 Professori Tiina Paunio, Helsingin yliopisto & Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, THL: Big Sleep

Suuret tietomäärät (Big data) luovat uusia mahdollisuuksia tutkia ihmisen monitahoista käyttäytymistä. Professori Paunio esittelee katsauksessaan, kuinka mittava epidemiologinen tutkimus yhdistettynä analyyseihin ympäristön ja geenien yhteisvaikutuksesta tietyissä näytteissä ja otoksissa auttaa ymmärtämään unettomuuteen liittyviä riskejä, syitä ja seurauksia.