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Dynamic ensemble prediction of cognitive performance in spaceflight

Tu, D. und Basner, M. und Smith, M.G. und Spencer Williams, E. und Ryder, V.E. und Romoser, A.A. und Ecker, A. und Aeschbach, D. und Stahn, A.C. und Jones, C.W. und Howard, K. und Kaizi‑Lutu, M. und Dinges, D.F. und Shou, H. (2022) Dynamic ensemble prediction of cognitive performance in spaceflight. Scientific Reports, 12 (1), Seite 11032. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-022-14456-8. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: http://www.doi.org/10.1038/s41598-022-14456-8

Kurzfassung

During spaceflight, astronauts face a unique set of stressors, including microgravity, isolation, and confinement, as well as environmental and operational hazards. These factors can negatively impact sleep, alertness, and neurobehavioral performance, all of which are critical to mission success. In this paper, we predict neurobehavioral performance over the course of a 6-month mission aboard the International Space Station (ISS), using ISS environmental data as well as self-reported and cognitive data collected longitudinally from 24 astronauts. Neurobehavioral performance was repeatedly assessed via a 3-min Psychomotor Vigilance Test (PVT-B) that is highly sensitive to the effects of sleep deprivation. To relate PVT-B performance to time-varying and discordantly-measured environmental, operational, and psychological covariates, we propose an ensemble prediction model comprising of linear mixed effects, random forest, and functional concurrent models. An extensive cross-validation procedure reveals that this ensemble outperforms any one of its components alone. We also identify the most important predictors of PVT-B performance, which include an individual's previous PVT-B performance, reported fatigue and stress, and temperature and radiation dose. This method is broadly applicable to settings where the main goal is accurate, individualized prediction of human behavior involving a mixture of person-level traits and irregularly measured time series.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/188401/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Dynamic ensemble prediction of cognitive performance in spaceflight
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tu, D.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Basner, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Smith, M.G.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spencer Williams, E.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ryder, V.E.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Romoser, A.A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ecker, A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Aeschbach, D.daniel.aeschbach (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stahn, A.C.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jones, C.W.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Howard, K.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaizi‑Lutu, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dinges, D.F.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shou, H.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.1038/s41598-022-14456-8
Seitenbereich:Seite 11032
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:cognitive performance, spaceflight, operator fatigue
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Schlaf und Humanfaktoren
Hinterlegt von: Sender, Alina
Hinterlegt am:22 Sep 2022 10:04
Letzte Änderung:04 Okt 2022 08:59

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