Moodmetric-teknologialla lupaavia tuloksia stressitason tunnistamisessa työympäristössä

Moodmetric-mittaus on tuki ennakoivaan stressinhallintaan. Moodmetric-älysormus on ollut kaupallisesti saatavilla vuodesta 2015. Älysormuksen avulla käyttäjä oppii tunnistamaan yksilölliset kuormituksen lähteensä ja palautumisen keinonsa. Mittaus motivoi etsimään keinoja autonomisen hermoston tasapainon löytämiseksi. Käyttäjä voi tarkastella mittaustuloksiaan reaaliaikaisesti mobiilisovelluksen kautta. Data on nähtävillä myös pilvipalvelussa.

Moodmetric-älysormus mittaa ihon sähkönjohtavuuden muutosta, joka on puhdas sympaattisen hermoston vaste. Ihon sähkönjohtavuus reagoi erityisen herkästi emotionaaliseen ja kognitiiviseen stressiin, ja se on siten erinomainen tuki stressinhallintaan.

Kaksi tuoretta tutkimusta lisää tieteellistä validaatiota Moodmetric-mittauksen tarkkuudelle.

Tutkimus: Moodmetric-teknologialla lupaavia tuloksia stressitason tunnistamisessa työympäristössä

Tampereen yliopiston Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnan Personal Health Informatics-ryhmä simuloi tutkimuksessaan kognitiivisesti kuormittavaa työtä laboratoriossa. Koeasetelmassa henkilöt altistettiin kolmelle eritasoiselle kognitiiviselle kuormitukselle (rauhallinen, virittynyt, korkea stressitaso). Tasojen tarkkailuun käytettiin ihon sähkönjohtavuuden mittausta (EDA) ja kyselytutkimusta. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää Moodmetric-älysormuksen tunnistustarkkuutta verrattaessa tieteellisissä tutkimuksissa sovellettuun EDA-mittausjärjestelmään. Mittareiden kykyä erottaa stressitasot verrattiin myös henkilöiden itsearvioinnin tarkkuuteen. Tulosten analysoinnissa sovellettiin koneoppimisen menetelmiä.

TkT Hannu NieminenTulokset ovat lupaavia: ”Alustavien tulosten perusteella näyttää siltä, että Moodmetric-sormuksen tuottaman signaalin perusteella voidaan luokitella kuormittavia tilanteita työssä lähes yhtä hyvin kuin vertaillulla laboratoriotason laitteistolla”, kertoo tutkimuksen vastuullinen johtaja TkT Hannu Nieminen.

 

Tutkimus kokonaisuudessaan oli erittäin mielenkiintoinen. Esimerkiksi havaittiin, että yksilön oma kyky tunnistaa stressitasonsa on heikompi kuin laitteiden.

Tutkimus esitellään Engineering in Medicine and Biology konferenssissa Berliinissä heinäkuussa 2019.

Tutkimus: Moodmetric-indeksillä yhteys stressihormoni kortisolin kanssa

Kesällä 2018 käynnistyneestä tutkimuksesta Jyväskylän yliopiston sekä Pihlajalinna Oy:n kanssa on saatu myös lupaavia alustavia tuloksia.

Tutkimuksen yhtenä osana oli tietokoneella toteutettava kognitiivinen ’Trier mental challenge’ -stressitesti. Stressitestin kesto oli 10 minuuttia ja tehtävänä oli ratkaista matemaattisia päässälaskutehtäviä, jotka vaikeutuivat ajan kuluessa. Stressitestiä ennen ja sen jälkeen (N=14) mitattiin syljen kortisoli ja testin aikana Moodmetric-sormuksella Moodmetric-indeksi (MM-taso). Keskimääräinen MM-taso stressitestin aikana oli 61±15 ja syljen kortisoli muutos 12±71 %. Syljen kortisolipitoisuuden suhteellinen muutos korreloi positiivisesti MM-tason kanssa (r=.71, p=0.005) (kuva). Stressitestin aikainen MM-taso oli sitä korkeampi, mitä enemmän syljen kortisolipitoisuus nousi stressitestin aikana.

Syljen kortisolin suhteellinen muutoksen ja Moodmetric-indeksin korrelaatio stressitestissä
KUVA. Syljen kortisolipitoisuuden suhteellisen muutoksen ja Moodmetric-indeksin (MM-taso) korrelaatio stressitestissä (N=14) (r=.71, p=0.005). Stressitestin aikainen MM-taso oli sitä korkeampi, mitä enemmän syljen kortisolipitoisuus nousi stressitestin aikana.

Tanskanen-Tervo M., LitT, Valkonen H., LitK., Rautiainen P., LitK. Moodmetric-älysormuksen toimivuus kuormittumisen ja palautumisen mittarina. Jyväskylän yliopisto, Liikuntatieteellinen tiedekunta, Liikuntabiologia.

Taustatietoa: Mitä stressireaktio tarkoittaa kehossamme, miten sitä voi mitata ja ja mikä on sen yhteys kortisolitasoon?

Uhkatilanteessa aivot saavat kehoon vapautumaan ensin adrenaliinia ja noradrenaliinia. Käynnistyy taistele tai pakene -reaktio, jonka myötä pulssi nousee, sydämen iskuvoima kasvaa ja lihasten verisuonet laajenevat. Ihon ja sisäelinten verisuonet puolestaan supistuvat ja verenpaine nousee. Keuhkoputket laajenevat, jolloin ilma virtaa paremmin keuhkorakkuloihin.

Varastoitua sokeria ja rasvaa alkaa vapautua lihasten käyttöön, ruuansulatus hidastuu ja silmäterät laajenevat. Ihon pinta lämpenee ja hikoaa, mikä nostaa sähkönjohtavuutta.

Nämä havaittavat reaktiot aiheuttaa äärimmäisen nopea kemiallinen prosessi kehossamme. Kaikki tapahtuu tahdosta riippumattomasti. Ihminen on silmänräpäyksessä valmis toimintaan.

Jos uhka on todellinen ja taistelu väistämätön, aktivoituu ensimmäisen adrenaliinipiikin ehtyessä hypotalamus-aivolisäke-lisämunuaiskuori -akseli. Sen tehtävänä on pitää sympaattinen hermosto aktiivisena niin pitkään kuin tarvitaan.

Lisämunuaisen toiminnan käynnistyessä alkaa vereen vapautua stressihormoni kortisolia, jolla on monia tehtäviä. Se pitää mm. veren sokeritason riittävän korkeana stressitilanteiden aikana. Lisämunuaisen kautta tulevia hormonaalisia vaikutuksia kutsutaan välillisiksi stressin vaikutuksiksi, koska ne toimivat verenkierron kautta. Nämä vaikutukset ovat havaittavissa 20–30 sekunnissa.

Lue lisää Moodmetric-älysormuksesta tutkimushankkeissa

Lisätiedot: Niina Venho ([email protected]) 040 710 0487

OSA 3: Fysiologiset mittaukset stressin pitkäkestoisessa seurannassa

Stressin vaikutuksia voidaan mitata monella tavalla ja myös kliiniseen käyttöön soveltuvia menetelmiä löytyy useita. Laboratorio-olosuhteissa tehdyissä mittauksissa saadaan monipuolista ja tarkkaa tietoa. Mutta koska emme asu laboratoriossa, niiden avulla on vaikea tavoittaa arkielämän tapahtumista johtuvia stressitason vaihteluja.

Laboratoriomittaukseen soveltuvia stressinseurannan menetelmiä on ollut saaatavilla vuosikymmenien ajan. Näitä ovat esimerkiksi monilla tarkoilla sensoreilla tehtävä syke- ja sykevälinvaihtelun mittaus, erikoisosaamista vaativat mittaukset (sydänsähkökäyrän ja verenpaineen pitkäaikaisrekisteröinnit, autonomisen hermoston testit) sekä biokemialliset määritykset (hormonaaliset ja immunologiset määritykset verestä, syljestä, virtsasta).

Nämä mittaustavat palvelevat sairaaloita ja tutkimuslaitoksia, mutta eivät anna kattavaa kuvaa henkilön stressitasosta normaaliarjessa. Ylikuormitustilat kehittyvät pitkän ajan kuluessa, ja kroonistuneesta stressistä palautuminen voi viedä viikkoja tai kuukausia. Stressin pitkäaikaiseen fysiologiseen mittaukseen tarvitaan käyttäjäystävällisiä ja normaaliarkeen sopivia menetelmiä.

Kannettavat laitteet soveltuvat pitkäkestoiseen mittaukseen

Pitkäkestoista stressin mittausta voidaan tehdä vain kannettavilla laitteilla, joista ei koidu käyttäjälleen kohtuutonta vaivaa. Aktiivisuus- ja muut hyvinvointimittarit ovat tuoneet mahdollisuuden ymmärtää omaa fysiologiaa jokaisen ulottuville. Osa mittareista tekee päätelmiä myös käyttäjän stressitasosta.

Kliinisessä käytössä olevia fysiologisia mittausmenetelmiä stressin viikkoja tai kuukausia kestävään seurantaan ei vielä ole. Tällä hetkellä jatkuvaa ja pitkäaikaista stressin seurantaa voi tehdä sykevälivaihtelua tai ihon sähkönjohtavuutta mittaamalla.

Sykevälivaihtelu

eng. heart rate variability (HRV)

Terve sydän ei syki jatkuvasti samaan tahtiin. Sykevälivaihtelu tarkoittaa peräkkäisten sydämenlyöntien välisen ajan variaatiota. Sykeväli vaihtelee levossa kymmenistä jopa sataan millisekuntia.

Sykevälivaihtelu on kehon keino säädellä optimaalista verenkiertoa erityisesti aivoihin. Mitä enemmän vaihtelua lyöntien välissä on, sitä suurempi on parasympaattisen hermoston aktiivisuus – eli elimistön palauttavat toiminnot tekevät tehtäviään hyvin. Esimerkiksi pakene tai taistele -reaktio aktivoi sympaattisen hermoston, ja parasympaattinen toiminta menee pois päältä. Tällöin sykevälivaihtelu pienenee sydämen takoessa jatkuvasti samaa tahtia, sillä taistelussa pyritään pysymään hengissä eikä hienosäätämään kehon toimintoja.

Sydämen sykevälivaihteluun vaikuttavat eniten ikä, sukupuoli ja syketaajuus. Mitä korkeampi ikä ja leposyke, sitä pienempi vaihtelu. Sykevälivaihteluun vaikuttavat lisäksi mm. henkinen ja fyysinen stressi, tupa­kointi, alko­holi ja kah­vi, yli­paino, veren­paine, ve­ren rasvap­ro­fiili, soke­riarvot, tuleh­dus­te­kijät, masennus ja ahdis­tu­neisuus. Myös pe­rimä vai­kuttaa ­sy­ke­vä­li­vaih­teluun voimak­kaasti. Yksi­löl­linen vaih­telu on suur­ta, sik­si syke­vä­li­vaih­te­lulle ei voi asettaa sel­keitä raja-ar­voja. Mittauksissa tärkeää on huomioida lepo ja rasitus: kun syke kohoaa fyysisessä kuormituksessa korkealle, sykevälivaihtelu pienenee.

Sykevälivaihtelu on ilmiönä tunnettu 1960-luvulta asti ja terveydenhuollossakin sitä on käytetty jo pitkään. Tarkin tapa mittaukseen on sydänsähkökäyrä (elektrokardiogrammi eli EKG). Hyvinvointikäyttöön on tarjolla useita erilaisia laitteita, joista rinnasta mittaavat, esim. pannat tai liimattavat sensorit ovat tarkimpia. Ranteesta tai sormesta tehtynä mittauksen tarkkuus kärsii liikkeestä erityisesti korkeilla syketaajuuksilla.

Mittauksessa sydänkäyrältä lasketaan perättäisten jaksojen saman vaiheen välinen aika. Yleensä mitataan perättäisten R-piikkien (sydämen vasemman kammion supistuminen) välistä aikaa, R-R -intervallia. Sykevaihtelun analysoinnissa käytetään matemaattisia menetelmiä. Kehittyneellä algoritmiikalla sykevälivaihtelusta voidaan tehdä päätelmiä henkilön psyykkisestä ja fyysisestä kuormituksesta.

Sy­dämen syke­vä­li­vaih­telu on le­vossa ja rentou­tu­neena suur­ta, kun ih­minen on nuori, ter­ve, hyvä­kun­toinen ja -voin­tinen. Alhainen sykevälivaihtelu perusterveellä aikuisella voi antaa indikaatiota stressistä.

Ihon sähkönjohtavuuden muutos

eng. electrodermal activity (EDA), galvanic skin response (GSR), skin conductance response (SCR)

Sykevälivaihtelua pidempään tunnettu ilmiö on ihon sähkönjohtavuuden muutos. Psykologisten tekijöiden vaikutuksen ihon sähkönjohtavuuteen löysivät lähes samaan aikaan ranskalainen neurologi Féré (1888) ja venäläinen fysiologi Tarchanoff (1889). Ensimmäiset havainnot oli tehnyt jo kymmenen vuotta aiemmin ranskalainen terapeutti Vigouroux. Ilmiön lukuisista nimeämiskäytännöistä on englanniksi vakiintunut termi electrodermal activity (EDA).

Ihon sähkönjohtavuuden fysiologia

Ihon sähkönjohtavuus kasvaa, kun hikirauhasten kautta ihon pinnalle nousee hikeä. Sympaattinen autonominen hermosto aktivoi ihon pienet hikirauhaset (eccrine sweat glands) osana pakene tai taistele -reaktiota. Tämä tekee ihon sähkönjohtavuuden ilmiöstä tärkeää stressin seurannan kannalta. Se on erityisen merkittävää sillä ihon sähkönjohtavuutta säätelee autonomisen hermoston eri puolista vain sympaattinen osa. Parasympaattinen puoli ei vaikuta tähän toisin kuin muihin tahdosta riippumattomiin toimintoihin (1).

Ihon sähkönjohtavuuden mittaus

Mittaamiseen on kautta aikojen ollut tarjolla paljon laitteita, joilla voidaan tehdä laboratoriotason mittausta. Yleensä mittaus tehdään kämmenestä tai sormenpäistä elektrodeilla, jotka on johtimin yhdistetty vahvistimeen.

Käsittelemätön signaali on hyvin herkkä liikkeelle, joten useimmissa testiasetelmissa henkilön pitää olla liikkumatta. Tämä on aiemmin rajoittanut mittauksen laboratorioihin.

Viime aikoina puettavan teknologian kehitys on tuonut parannuksia myös ihon sähkönjohtavuuden seurantaan. Kehittyneet algoritmit ja signaalinkäsittely ovat pystyneet kompensoimaa liikeartefaktoja, ja puettavia ihon sähkönjohtavuuden mittareita on tullut markkinoille.

Kannettavuus on kiinnostavaa sekä psykologian että kliinisen käytön näkökulmasta (2). Psykologian piirissä kannettavat sensorit sallivat mittaukset henkilön normaalissa elämänpiirissä, mikä tuo arviointiin uutta näkökulmaa. Etuna on tutkimusprojektien kannalta lisäksi kannettavien laitteiden kohtuullinen kustannus.

Mittausyksikkö, parametrit ja mittauksen tarkkuus

Ihon sähkönjohtavuuden mittaus rekisteröi resistanssin eli sähköisen vastuksen (mittayksikkö ohmi) käänteisarvon konduktanssin (mittayksikkö siemens) kahden ihon pisteen välillä (3). Signaalilla on kaksi komponenttia: hitaasti muuttuva ihon johtavuustaso (skin conductance level, SCL) ja piikkimäinen ihon johtavuusvaste (skin conductace response, SCR), jonka amplitudi ja esiintymistiheys kertovat henkisestä vireystilasta (1). Ihon sähkönjohtavuuden muutos ei kerro henkilön tunnetilasta, eli vireystilan nousu voi johtua yhtä hyvin innostuksesta, paniikista kuin ärsyyntymisestä.

Mittaustarkkuus riippuu käytettävästä laitteesta, ympäristöstä sekä mistä kohtaa kehoa mitataan. Kämmenistä ja jalkapohjista saadaan paras vaste (4). Ikä ja sukupuoli vaikuttavat ihon sähkönjohtavuuden arvoihin jonkin verran. Ulkoinen lämpötila ja henkilön liikkeet vaikuttavat mittaussignaaliin, jota pitää oikeiden johtopäätösten tekemiseksi käsitellä.

Ihon sähkönjohtavuuden mittaus saadaan hyvin tarkaksi myös kannettavassa muodossa. Sitä voi jo tällä hetkellä tehdä kenttätutkimuskelpoisilla laitteilla.

Sovellutukset

Ihon sähkönjohtavuudella on paljon kliinisiä ja käytännön sovellutuksia, joista tunnetuin lienee valheenpaljastustesti. Psykologian tutkimuksessa ilmiön mittausta on sovellettu sen löytämisestä lähtien, myöhemmin esimerkiksi peli- ja käyttäjätutkimuksessa ja huippu-urheilussa.

 

Seuraavassa artikkelissamme kerromme, miten Moodmetric-älysormus mittaa ihon sähkönjohtavuutta.

Lähteet:
(1) Electrodermal Activity (Boucsein, 2012)

(2) Feasibility of an Electrodermal Activity Ring Prototype as a Research Tool (Torniainen, Cowley, Henelius, Lukander, Pakarinen, 2015)

(3) A short review and primer on electrodermal activity in human computer interaction applications (Benjamin Cowley, Jari Torniainen, 2016)

(4) Electrodermal Activity Sensor for Classification of Calm/Distress Condition (Zangróniz et al., 2017)

Moodmetric-mittauksen tieteellinen tausta ja käytännön sovellutukset käydään läpi viisiosaisessa sarjassa

  1. OSA 1: Pakene-tai-taistele -reaktio
  2. OSA 2: Pitkittynyt stressi – aivot tulkitsevat meidän olevan jatkuvassa vaarassa
  3. OSA 3: Fysiologiset mittaukset stressin pitkäkestoisessa seurannassa
  4. OSA 4: Moodmetric-älysormuksen toiminta ja mittausdatan tulkinta
  5. OSA 5: Moodmetric-mittaus ennakoivan työterveyshuollon välineenä