Personalized Physician-Assisted Sleep Advice for Shift Workers: Algorithm Development and Validation Study
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: In the modern economy, shift work is prevalent in numerous occupations. However, it often disrupts workers' circadian rhythms and can result in shift work sleep disorder. Proper management of shift work sleep disorder involves comprehensive and patient-specific strategies, some of which are similar to cognitive behavioral therapy for insomnia. OBJECTIVE: Our goal was to develop and evaluate machine learning algorithms that predict physicians' sleep advice using wearable and survey data. We developed a web- and app-based system to provide individualized sleep and behavior advice based on cognitive behavioral therapy for insomnia for shift workers. METHODS: Data were collected for 5 weeks from shift workers (N=61) in the intensive care unit at 2 hospitals in Japan. The data comprised 3 modalities: Fitbit data, survey data, and sleep advice. After the first week of enrollment, physicians reviewed Fitbit and survey data to provide sleep advice and selected 1 to 5 messages from a list of 23 options. We handcrafted physiological and behavioral features from the raw data and identified clusters of participants with similar characteristics using hierarchical clustering. We explored 3 models (random forest, light gradient-boosting machine, and CatBoost) and 3 data-balancing approaches (no balancing, random oversampling, and synthetic minority oversampling technique) to predict selections for the 7 most frequent advice messages related to bedroom brightness, smartphone use, and nap and sleep duration. We tested our predictions under participant-dependent and participant-independent settings and analyzed the most important features for prediction using permutation importance and Shapley additive explanations. RESULTS: We found that the clusters were distinguished by work shifts and behavioral patterns. For example, one cluster had days with low sleep duration and the lowest sleep quality when there was a day shift on the day before and a midnight shift on the current day. Our advice prediction models achieved a higher area under the precision-recall curve than the baseline in all settings. The performance differences were statistically significant (P<.001 for 13 tests and P=.003 for 1 test). Sensitivity ranged from 0.50 to 1.00, and specificity varied between 0.44 and 0.93 across all advice messages and dataset split settings. Feature importance analysis of our models found several important features that matched the corresponding advice messages sent. For instance, for message 7 (darken the bedroom when you go to bed), the models primarily examined the average brightness of the sleep environment to make predictions. CONCLUSIONS: Although our current system requires physician input, an accurate machine learning algorithm shows promise for automatic advice without compromising the trustworthiness of the selected recommendations. Despite its decent performance, the algorithm is currently limited to the 7 most popular messages. Further studies are needed to enable predictions for less frequent advice labels.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,006 | 0,012 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».