Characterizing the sleep-wake cycle in adolescents is an important prerequisite to better understand the association of abnormal sleep patterns with subsequent clinical and behavioral outcomes. The aim of this research was to develop hidden Markov models (HMM) that incorporate both objective (actigraphy) and subjective (sleep log) measures to estimate the sleep-wake cycle using data from the NEXT longitudinal study, a large population-based cohort study. The model was estimated with a negative binomial distribution for the activity counts (1-minute epochs) to account for overdispersion relative to a Poisson process. Furthermore, self-reported measures were dichotomized (for each one-minute interval) and subject to misclassification. We assumed that the unobserved sleep-wake cycle follows a two-state Markov chain with transitional probabilities varying according to a circadian rhythm. Maximum-likelihood estimation using a backward-forward algorithm was applied to fit the longitudinal data on a subject by subject basis. The algorithm was used to reconstruct the sleep-wake cycle from sequences of self-reported sleep and activity data. Furthermore, we conduct simulations to examine the properties of this approach under different observational patterns including both complete and partially observed measurements on each individual.


翻译:确定青少年睡眠觉周期特征是更好地了解异常睡眠模式与随后的临床和行为结果关联性的一个重要先决条件。这项研究的目的是开发隐蔽的马尔科夫模型(HMM),其中包括客观(活法)和主观(睡眠记录)措施,以便利用远端纵向研究,即大规模基于人口的组群研究的数据来估计睡眠觉周期。模型是用一个负二进制分布法来估计活动计数(1分钟的耳机),以说明与Poisson进程有关的超散性。此外,自我报告的措施是分解的(每分钟间隔一次),并有分类错误。我们假设,未观测的睡眠觉周期遵循一个两州马尔科夫周期,其过渡概率因摄氏节奏而不同。使用后向前的算法进行最大类似估计,以适应一个主题的纵向数据。使用算法将睡眠觉周期从自我报告睡眠和活动的顺序中重建。此外,我们还假设,在每种观察方法下进行模拟,包括部分观测。

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