Markers van stress en vermoeidheid: het vocale spoor
Belgische vorsers proberen stress, cognitieve overbelasting en geestelijke vermoeidheid op te sporen met niet-invasieve technieken die gebruik maken van de stem.
Stress en vermoeidheid komen vaak samen voor. In sommige omstandigheden is het interessant en zelfs erg belangrijk de mate van stress, vermoeidheid en geestelijke belasting te meten. Bijvoorbeeld bij piloten. Menselijke fouten zijn immers de belangrijkste oorzaak van vliegtuigongevallen. De groep van prof. Bertrand Blankert van het laboratorium voor farmaceutische analyse van de UMons doet mee aan Biovoc, een transdisciplinair project, dat wordt uitgevoerd door collegae die actief zijn in de metrologie van de taal en de toxicologie. Ze registreren en analyseren de stem van piloten en proberen op grond daarvan na te gaan of de piloten in staat zijn hun vliegtuig te controleren, en dat via specifieke bio-markers van stress en vermoeidheid.
Verraden door de stem
"Je kan in de stem tal van dingen herkennen die het gevolg zijn van de fysiologische eigenschappen van een persoon: de stemsignalen veranderen als je moe en gestresst bent, bij cognitieve overbelasting, legt hij uit. Onze groep heeft dat onderzocht in een complexe situatie, meer bepaald bij piloten. Piloten moeten meerdere taken tegelijkertijd uitvoeren en via hun stem staan ze voortdurend in contact met de controletoren. Wij proberen na te gaan of de stem van een piloot verandert als er iets gebeurt, bijvoorbeeld een motor die in brand vliegt."
We zoeken daarbij naar een correlatie tussen veranderingen van de stem en fysiologische parameters van stress, geestelijke vermoeidheid en overbelasting zoals biomarkers in het speeksel en metabonomics* in het speeksel.
Waarom speeksel? "Je kan geen bloed of urine afnemen. De enige lichaamsvloeistof die je gemakkelijk in de cockpit kunt afnemen, is speeksel. We hebben dan ook geprobeerd markers van stress te bepalen in het speeksel. Daarna hebben we onderzocht of veranderingen van het stemsignaal correleren met markers van stress in het speeksel."
Metabonoom profiel
Verandert het metabonoom profiel bij stress? 3-methoxy-4-hydroxyfenylglycol of MHPG, de belangrijkste metaboliet van noradrenaline, leent zich goed om stress en de emotionele toestand te evalueren. De concentratie in het speeksel correleert immers met de plasmaconcentratie en stijgt in een stresssituatie.
Analyse van de metabonomics geeft een totaalbeeld van de afbraakreacties van organische bestanddelen tijdens het metabolisme. Om de evolutie van de metabolieten in het speeksel te volgen als iemand in een stresssituatie wordt gebracht, hebben ze stalen verzameld bij vrijwilligers die werden onderworpen aan de TSST (Trier Social Stress Test), die psychosociale stress opwekt, en hebben ze het metaboloom profiel vergeleken voor en na de test. Dat profiel blijkt inderdaad te veranderen na de stressfase van de test en herstelt na 30 minuten rust weer tot het initiële profiel. Dat onderzoek zou moeten voortgezet in een vluchtsimulator.
"We zouden een systeem willen ontwikkelen dat in een vliegtuig zou kunnen detecteren dat er iets gebeurt omdat de stem van de piloot verandert, iets dat hij niet kan meedelen, bijvoorbeeld omdat zijn copiloot een infarct heeft of omdat een kaper de cockpit is binnengevallen", voegt prof. Blankert eraan toe.
Speeksel, stress, depressie
Het biologische aspect, de biomarker, dient om het metrologische aspect van de spraak te valideren. Het is de bedoeling variaties van signalen van endogene metabolieten te registreren die continu in het bloed zitten, maar waarbij stress kan leiden tot een verandering van de signatuur. Die signatuur interesseert de vorsers omdat ze stress op een gegeven ogenblik weerspiegelt. Het uiteindelijke instrument zal geen speekseltest meer zijn, maar een softwareprogramma dat reageert op veranderingen van het stemsignaal die door de biologische test zijn bekrachtigd en die zouden kunnen wijzen op stress, cognitieve overbelasting of vermoeidheid van de piloot.
De concentratie van MHPG in het speeksel stijgt bij stress en wordt ook gemeten in andere indicaties zoals depressie. De groep van prof. Blankert is ook getroffen geweest door het geval van die depressieve piloot van Lufthansa die zijn vliegtuig in de Alpen heeft laten neerstorten. "Als je depressief bent, verandert je stemsignaal. Met het instrument dat we proberen te ontwikkelen, zou je dergelijke ongevallen misschien kunnen voorkomen."
* metabonomics: spectroscopische analyse van stoffen waarvan de concentratie in biologische lichaamsvochten verandert volgens de fysiologische toestand van het individu. Die analyse geeft een spectraal profiel, waarbij de metabolieten functionele afdrukken vormen die kunnen samenhangen met specifieke aandoeningen of toestanden.
staff.umons.ac.be/bertrand.blankert/publications
Spoel je mond
Geestelijke vermoeidheid treedt op na een lange periode van concentratie en complexe taken die een sterke cognitieve inspanning vergen. Jeroen Van Cutsem, doctorandus in kinesitherapie en revalidatie (VUB), heeft onderzocht in welke mate geestelijke vermoeidheid invloed heeft op de lichamelijke prestaties.
Een literatuuroverzicht leert dat geestelijke vermoeidheid gepaard gaat met een geringer uithoudingsvermogen. Waarom? Omdat je dan het gevoel hebt dat de inspanning zwaarder is dan normaal. Geestelijke vermoeidheid heeft immers geen directe invloed op de fysiologische variabelen die klassiek correleren met het uithoudingsvermogen (hartfrequentie, lactaatgehalte in het bloed, zuurstofopname, hartdebiet). Daarna heeft hij vastgesteld dat geestelijke vermoeidheid geen negatief effect heeft op het uithoudingsvermogen als het warm is. Dat zou een kwestie van perceptie kunnen zijn. Spelen als het warm is, is oncomfortabel en je hebt dan het gevoel dat de inspanning zwaarder is dan normaal.
"We hebben vastgesteld dat geestelijke moeheid geen effect heeft op fysiologische factoren", vervolgt hij. "De hersenen zijn dus moe als gevolg van cognitieve overbelasting. Om lichamelijk optimaal te kunnen functioneren, heb je geestelijke en lichamelijke rust nodig. Een inspanning kan moeilijker lijken als je geestelijk vermoeid bent. Lichaamsbeweging kan dan helpen om sneller van de geestelijke moeheid te herstellen." Een verrassende vaststelling is voorts dat je geestelijke moeheid kunt bestrijden door je mond te spoelen met een drank die cafeïne of koolhydraten bevat. Die spoeling activeert receptoren in de mond die neurotransmitters zoals dopamine activeren. De communicatie in de hersenen verloopt dan efficiënter zodat je minder moe bent en je minder moe voelt. "Concreet, die interventie biedt de mogelijkheid om de bijwerkingen van consumptie van cafeïne en/of koolhydraten te vermijden", concludeert Jeroen Van Cutsem.
Vubtoday.be
Stress verstoort het geheugen en doet de hersenen krimpen
Neurologen hebben een correlatie vastgesteld tussen een hoge cortisolspiegel en een geringer memorisatievermogen en een geringer vermogen om andere cognitieve taken te verrichten bij volwassenen van ongeveer 40 tot 50 jaar. Een stijging van de plasmaconcentratie van cortisol correleerde ook met kleinere hersenvolumes.
De vorsers hebben gegevens verzameld over 2.231 mensen van gemiddeld 48,5 jaar zonder voorgeschiedenis van dementie uit de bekende 'Framingham Heart'-cohorte. Ze hebben bij die mensen cognitieve tests uitgevoerd (analyse van het geheugen, het vermogen tot abstract redeneren, de visuele perceptie, het aandachtsvermogen en de motorische capaciteiten). Bij 2018 mensen werd ook een MRI uitgevoerd om het hersenvolume te meten.
De cortisolspiegel (cortisol is een van de hormonen die meespelen bij stress) werd gemeten vroeg in de ochtend (tussen 7.30 en 9.00 uur), nuchter, op het ogenblik van de fysiologische cortisolpiek in het lichaam.
De wetenschappers hebben een correlatie vastgesteld tussen een hoge plasmacortisolspiegel en lagere scores op tests van het geheugen en andere cognitieve functies, een kleiner hersenvolume, vooral bij vrouwen, en een kleinere hoeveelheid grijze stof in de achterhoofds- en de voorhoofdskwab.
ApoE4, een genetische risicofactor voor hart- en vaataandoeningen en alzheimer, bleek niet te correleren met een hogere cortisolspiegel.
De auteurs raden aan de cortisolspiegel te volgen bij gestresste patiënten en hen stressmanagement aan te leren.