Tu, D. and Basner, M. and Smith, M.G. and Spencer Williams, E. and Ryder, V.E. and Romoser, A.A. and Ecker, A. and Aeschbach, D. and Stahn, A.C. and Jones, C.W. and Howard, K. and Kaizi‑Lutu, M. and Dinges, D.F. and Shou, H. (2022) Dynamic ensemble prediction of cognitive performance in spaceflight. Scientific Reports, 12 (1), p. 11032. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-022-14456-8. ISSN 2045-2322.
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Official URL: http://www.doi.org/10.1038/s41598-022-14456-8
Abstract
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.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/188401/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Dynamic ensemble prediction of cognitive performance in spaceflight | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
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Date: | 2022 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Scientific Reports | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 12 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1038/s41598-022-14456-8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | p. 11032 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | Nature Publishing Group | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 2045-2322 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | cognitive performance, spaceflight, operator fatigue | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | other | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R - no assignment | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - no assignment | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Aerospace Medicine > Sleep and Human Factors Research | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Sender, Alina | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 22 Sep 2022 10:04 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 04 Oct 2022 08:59 |
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