Sviluppo e convalida di una misurazione automatizzata dell'uso dei media sullo schermo dei bambini: FLASH

L'uso dei media sullo schermo e la visione della TV sono stati collegati all'obesità infantile attraverso studi epidemiologici e di intervento controllato randomizzato, con il risultato che l'eccesso di visione della TV diventa un problema di salute pubblica. Una maggiore quantità di visione della TV tra i bambini è stata anche associata a una ridotta forma fisica e a un rischio più elevato di sindrome metabolica. Mentre la visione della TV è stata spesso utilizzata come indicatore di comportamento sedentario, è stata distinta dall'inattività (o mancanza di attività fisica (PA)), da una meta-analisi che ha trovato solo una piccola dimensione dell'effetto negativo (-0,13) tra i bambini Visione TV e PA. Una delle principali limitazioni delle meta-analisi era che la maggior parte degli studi inclusi si basava su comportamenti di visualizzazione dello schermo da parte di genitori o autoriferiti, introducendo potenzialmente errori e sottovalutando o sopravvalutando la dimensione reale dell'effetto. L'uso dei media sullo schermo e la visione della TV è un comportamento sedentario comune tra i bambini e una valutazione accurata dell'uso dello schermo è importante per caratterizzare il ruolo che svolge nei comportamenti sedentari complessivi dei bambini. È necessaria anche una valutazione accurata dell'uso dei media sullo schermo e della visione della TV per delineare i percorsi causali che l'uso dello schermo gioca nell'attività fisica dei bambini, nello sviluppo dell'obesità e in altri esiti di salute.

Problemi e limiti sostanziali sono stati identificati nelle misure attualmente disponibili della visione televisiva, il che riduce la probabilità di una "valutazione dell'esposizione di alta qualità" dell'uso dello schermo. La misura più comunemente utilizzata, l'autovalutazione del bambino o la relazione del genitore per stimare i minuti di visione della TV in una giornata tipo, ha una bassa correlazione (0,27) con le osservazioni home video. L'attuale metodo gold standard per misurare la visione televisiva dei bambini, l'osservazione diretta o videoregistrata, è troppo costoso e invadente per la maggior parte degli studi sul campo. Inoltre, può causare problemi di privacy per i partecipanti e richiede costi aggiuntivi per la codifica delle registrazioni video in un secondo momento. I diari televisivi avevano correlazioni più elevate con la registrazione home video (r=0,84) rispetto alle stime dei genitori, ma sono molto onerose e richiedono la documentazione dell'attività del bambino ogni 15 minuti per diversi giorni, il che può introdurre errori sistematici. Infine, i comportamenti di visione della TV dei bambini stanno cambiando rapidamente e molti bambini ora guardano programmi TV e film su altri dispositivi di visualizzazione, come smartphone e tablet mobili (ad es. iPad o Kindle). In sintesi, l'attuale capacità di misurare e monitorare quanta TV guarda un bambino è invadente (osservazioni), gravosa (diari televisivi) o rozza e irta di errori e pregiudizi (stime generali). Ciò limita la capacità del ricercatore di identificare associazioni causali con esiti di salute. Mentre le misurazioni automatiche e oggettive della PA, come gli accelerometri, hanno dimostrato validità e affidabilità per quantificare la PA dei bambini, non è stato sviluppato alcun sistema automatico, accurato e discreto per valutare l'uso dello schermo da parte dei bambini su schermi TV o tablet tradizionali.

Gli algoritmi di imaging, visione artificiale e elaborazione del segnale hanno compiuto enormi progressi nell'ultimo decennio, dando vita ad algoritmi affidabili e ad alte prestazioni per molte attività come il rilevamento facciale, il riconoscimento facciale, il tracciamento dello sguardo, il riconoscimento dell'attività umana e il rilevamento 3D. In collaborazione con gli ingegneri elettrici della Rice University, i ricercatori del Baylor College of Medicine stanno sfruttando questi recenti progressi per costruire un primo nel suo genere "Family Level Assessment of Screen use in the Home" (FLASH), un dispositivo completamente integrato e discreto sistema per un monitoraggio accurato, rispettoso della privacy e affidabile dell'uso della TV e di altri schermi da parte di bambini e adulti nelle loro case. In questo studio, i ricercatori si concentreranno su (a) Integrazione degli algoritmi di elaborazione della visione e del segnale e dell'hardware di imaging necessario per sviluppare FLASH (Rice investigators); (b) Perfezionamento dell'hardware FLASH e della pipeline software per TV e dispositivi mobili tramite studi di laboratorio alfa e beta (ricercatori Rice e BCM); (c) Convalida della FLASH TV e del dispositivo mobile rispetto al gold standard (osservazioni) tra i bambini di 6-11 anni che sono abbastanza grandi da seguire le istruzioni in un laboratorio di osservazione controllato per garantire la fedeltà al protocollo (ricercatori BCM), e (d ) Esecuzione di un'indagine preliminare sulle sfide per l'uso domestico e l'adozione (studio di fattibilità domestica) (ricercatori BCM).

L'obiettivo finale di questo progetto è sviluppare un sistema altamente accurato per misurare l'utilizzo dello schermo da parte del bambino indice, su diversi schermi, inclusi TV, smartphone e tablet. Poiché smartphone e tablet sono simili nel software e nell'hardware, gli investigatori devono solo sviluppare due sistemi: FLASH-TV e FLASH-Mobile. Entrambi i sistemi adotteranno un approccio in tre fasi: 1) rilevamento dell'utilizzo, 2) identificazione dell'utente indicizzato e 3) registrazione dell'utilizzo, per valutare l'utilizzo dello schermo da parte di un bambino indicizzato. L'obiettivo è quello di unire l'utilizzo di un bambino attraverso le piattaforme dello schermo in un database per essere in grado di tenere traccia dell'utilizzo dello schermo su tutti i dispositivi insieme all'uso simultaneo dei dispositivi.

FLASH sarà sviluppato in collaborazione con ingegneri elettrici della Rice University e ricercatori comportamentali del Baylor College of Medicine in una serie di quattro studi:

STUDIO 1: alfa-test iterativi con piccoli campioni di diadi familiari o triadi (n=3-5 famiglie per prova) dei singoli componenti FLASH e sistemi FLASH integrati nel laboratorio di osservazione dell'Unità di ricerca metabolica (MRU) del CNRC. Gli investigatori prevedono che questi test alfa si verifichino circa ogni 3 mesi per valutare i progressi più recenti della tecnologia FLASH. Circa 3-4 test alfa separati con 3-5 triadi per test, risultanti in un campione previsto di 42-60 partecipanti (12-20 triadi). Le esperienze degli studi pilota che abbiamo condotto hanno identificato che il test iterativo di nuovi componenti con un piccolo campione, seguito da perfezionamento e ripetizione del test, consente il feedback a ciclo stretto ideale con il contributo di entrambi i team per capitalizzare la raccolta di dati sui soggetti umani e consentire l'avanzamento dello sviluppo tecnologico.

STUDIO 2: Da uno a sei beta test (a seconda dei risultati) del sistema FLASH prototipo integrato con 10 diadi familiari o triadi per test saranno condotti anche nel CNRC MRU Observational Lab, con un massimo di 240 partecipanti (80 triadi o diadi) . L'esperienza dello studio pilota suggerisce che i dati di 10 triadi o diadi per beta test consentiranno un'adeguata valutazione della funzionalità del prototipo FLASH.

STUDIO 3: Convalida in laboratorio dei dispositivi FLASH-TV e FLASH-Mobile finali nel laboratorio di osservazione MRU del CNRC con 32 triadi genitore-figlio. Questo numero è stato rivisto rispetto alla nostra stima iniziale basata sulle nostre esperienze nei test alfa e beta. Gli investigatori recluteranno 32 triadi genitore-fratello (96 partecipanti) per completare lo studio di convalida. Tre delle triadi genitore-fratello (9 partecipanti) parteciperanno a uno studio pilota prima di iniziare la raccolta dei dati sul campione rimanente per perfezionare il protocollo di convalida finale, se necessario. Per essere prudenti, teniamo conto dell'ICC di 0,6 nel calcolo di una dimensione del campione richiesta per questo studio di convalida. Un campione casuale di 29 soggetti che vengono misurati ciascuno almeno 100 volte produce un intervallo di confidenza bilaterale del 95% con un'ampiezza di 0,25 (margine di errore = 0,25/2 = 0,125 = 12,5%) quando l'ICC stimato è 0,6 come valutato utilizzando un modello ANOVA a effetti misti a due vie.

STUDIO 4: Studio di fattibilità domestica per valutare la volontà delle famiglie di avere dispositivi installati nella loro casa per un periodo di studio di tempo limitato e la capacità dei dispositivi FLASH di catturare l'uso dello schermo dei bambini durante un'intera giornata. Con una potenza dell'80% e un alfa di 0,05, per rilevare un effetto da moderato a ampio (0,4) con correlazione bivariata tra i minuti di visione TV misurati da FLASH rispetto ai diari TV sarà necessaria una dimensione finale del campione di 37 famiglie. Una dimensione dell'effetto da moderata a grande contribuirà a garantire un'elevata precisione per FLASH per misurare la visione della TV in casa. Gli investigatori prevedono di avere dati completi sull'80% delle famiglie partecipanti e recluteranno quindi 46 famiglie (184 partecipanti, stimando 4 membri della famiglia per famiglia) per raggiungere il campione finale di 37 famiglie.

Nei quattro studi, i ricercatori prevedono quindi una dimensione totale del campione di 448 partecipanti (88 triadi negli studi 1-3 e 46 famiglie nello studio 4). Ogni studio è uno studio osservazionale senza assegnazioni di gruppo e nessun controllo/placebo.