Kognitive Funktion, Leistungsfähigkeit und Unregelmäßiger Schlaf: Ein kombinierter Ansatz aus Epidemiologie und Mathematischer Modellierung

• Antragstellerin: Dr. Dorothee Fischer
• Fachliche Zuordnung: Epidemiologie und Medizinische Biometrie/Statistik ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439835894

Schlaf wird durch einen homöostatischen und einen zirkadianen Prozess bestimmt, die so interagieren, dass der Mensch nachts schläft. Schichtarbeit erfordert, dass Arbeitnehmer zu Zeiten wach sind, an denen der Körper auf Schlaf eingestellt ist. Dies kann zu Schlafschwierigkeiten führen, wie zu kurzer, verspäteter und unregelmäßiger Schlaf. Während die Auswirkungen von zu kurzem und zeitlich ungünstigem Schlaf (z.B. tagsüber) gut dokumentiert sind, kam eine Übersichtsarbeit jüngst zu dem Schluss, dass die Forschung zu Schlafregelmäßigkeit „noch in den Kinderschuhen“ stecke. Unregelmäßiger Schlaf tritt häufig in unregelmäßigen Arbeitszeitregimen (z.B. Schichtarbeit) auf und kann die Gesundheit und Sicherheit von Arbeitnehmern gefährden. Sicherheit ist von enormer Bedeutung in der Luftfahrt, wo Unaufmerksamkeit potenziell tödliche Folgen haben kann. Keine der Studien, die Effekte von unregelmäßigem Schlaf auf kognitive Funktionen untersucht haben, wurde in der Luftfahrt durchgeführt und in allen wurden 'traditionelle' Metriken verwendet. Traditionelle Metriken –wie Standardabweichung (StAbw) und Inter-daily Stability (IS)– quantifizieren die generelle Variabilität im Schlaf statt der Variabilität zwischen zwei aufeinanderfolgenden Tagen. Um eben diese Variabilität von Tag zu Tag abzubilden, wurden Metriken der ‚zweiten Generation‘ entwickelt: die Composite Phase Deviation (CPD) und der Sleep Regularity Index (SRI). Das vorgeschlagene Projekt verbindet Epidemiologie mit mathematischen Modellierungen um mithilfe von CPD und SRI Auswirkungen von unregelmäßigem Schlaf auf das kognitive Leistungsvermögen zu untersuchen sowie Schichtpläne speziell für die Luftfahrt zu entwickeln, die unregelmäßigen Schlaf verringern und das Leistungsvermögen steigern. In den Zielen I–III werden drei epidemiologische Datensätze aus der „Hispanic Community Health Study” (n1=16,415, n2=2,252, n3=6,378) verwendet, um (I) das Ausmaß von unregelmäßigem Schlaf zu bestimmen, (II) Querschnitts- und prospektive Zusammenhänge zwischen unregelmäßigem Schlaf und kognitiver Funktion abzuschätzen, und (III) die Vorhersagekraft von traditionellen (StAbw, IS) und Zweite-Generation Metriken (CPD, SRI) zu vergleichen. In den Zielen IV–VI wird ein auf Adenosin basiertes mathematisches Modell der Schlaf-Wach-Regulierung in drei Datensätzen aus der Luftfahrt (n1=31, n2=24, n3=381) angewandt, um (IV) die Genauigkeit der Modellvorhersagen bei Piloten und Kabinenpersonal zu evaluieren, (V) vom Modell berechnetes Leistungsvermögen mit Schichtmerkmalen der Flugpläne zu assoziieren, und (VI) alternative Flugpläne zu simulieren, die Schlaf und Leistungsvermögen verbessern. Das vorgeschlagene Projekt trägt dazu bei, die Rolle von unregelmäßigem Schlaf über Schlafdauer und –zeitpunkt hinaus für das kognitive Leistungsvermögen zu bestimmen und potenzielle Interventionsansätze zur Optimierung von Schlaf und Leistungsvermögen in der Luftfahrt zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen