A Escala de Sonolência de Johns (JDS™) é um biomarcador neurológico validado que pontua, em uma escala de 0 a 10, o comprometimento de uma pessoa causado pela sonolência, com base exclusivamente nos movimentos das pálpebras. Ela foi desenvolvida pelo fundador da Optalert, o Dr. Murray Johns, cientista do sono que também criou a Escala de Sonolência de Epworth (ESS), e é a medida que fundamenta todos os sistemas da Optalert que medem a sonolência.
Esta página explica o que a JDS mede, como ela é calculada, o que suas pontuações significam na prática operacional e como ela se compara às alternativas disponíveis para engenheiros que desenvolvem sistemas de monitoramento do motorista.
O que a JDS mede
A maioria das abordagens de detecção de sonolência mede a aparência da pessoa, o comportamento dela ou como ela diz que se sente. A JDS não mede nada disso. Ela mede o comprometimento: o aumento do risco relativo de uma falha de desempenho.
Uma falha de desempenho é um evento específico e observável: não responder a um estímulo visual, sair da faixa, não perceber um sinal de parada ou não virar o volante em uma curva. Um acidente relacionado à sonolência ocorre quando uma falha de desempenho coincide com um momento que exigia uma ação crítica para a segurança. O que a operação precisa saber não é se o motorista parece cansado, e sim quanto mais provável é que ele, neste exato momento, deixe de agir.
O sinal que a JDS usa para responder a essa pergunta é o movimento das pálpebras. Os movimentos das pálpebras são controlados pelas mesmas vias neurológicas que regulam o estado de alerta, o que faz deles uma janela direta para o estado cognitivo, e não um indicador indireto.
Como a pontuação é calculada
A JDS é uma escala composta. Ela se baseia em 64 parâmetros matemáticos extraídos do sinal palpebral, como a velocidade e a duração do movimento das pálpebras durante as piscadas, as características do fechamento palpebral e a variabilidade de curto prazo de ambos, e os acompanha ao longo do tempo, gerando uma pontuação atualizada a cada minuto.
Duas propriedades importam mais do que o número de parâmetros:
- Não exige calibração individual. A combinação ponderada de parâmetros oculares produz uma medida única e sensível, que não precisa ser ajustada para cada pessoa. Uma pontuação JDS de 4,5 significa a mesma coisa para qualquer motorista.
- Seu poder preditivo se mantém em diferentes populações. A validade foi demonstrada em diferentes idades, gêneros e etnias.
Nos sistemas vestíveis da Optalert, um LED infravermelho e um sensor embutidos na armação dos óculos medem o movimento das pálpebras 500 vezes por segundo. Desde então, o mesmo algoritmo passou a ser aplicado a sistemas de câmera RGB-IR instalados na cabine dos veículos, que captam a abertura palpebral com taxas de amostragem consideravelmente menores.
O que significam as pontuações da JDS
A escala vai de 0 a 10, em que 0 corresponde a muito alerta e 10, a muito sonolento. A relação entre pontuação e risco não é linear: o risco sobe lentamente na faixa mais baixa e depois dispara.
| Pontuação JDS | Faixa de risco | O que indica |
|---|---|---|
| 0.0 – 3.0 | Baixo | Alerta. O risco de falha de desempenho está na linha de base ou próximo dela. |
| 3.0 – 4.4 | Baixo | O risco começa a subir, mas só levemente. Útil como sinal precoce de tendência. |
| 4.5 – 4.9 | Médio | O risco aumenta substancialmente. É o ponto em que a intervenção passa a valer a pena. |
| 5.0 – 10.0 | Alto | O risco de falha de desempenho é 10 vezes maior do que o de um motorista alerta. |
O valor prático dessa estrutura é oferecer à operação um sinal gradual, e não um alarme binário. O supervisor vê que um motorista está se aproximando de 4,5 e pode agir antes que a pontuação chegue a 5,0. Essa é a diferença entre gerenciar o risco de forma antecipada e apenas reagir a ele.
Quem desenvolveu a JDS
A JDS foi desenvolvida pelo falecido Dr. Murray Johns, cientista do sono e diretor fundador da Optalert. Em 1990, ele criou a Escala de Sonolência de Epworth (ESS), que continua sendo uma referência mundial para avaliar a propensão geral de uma pessoa ao sono no dia a dia e é usada em clínicas do sono de vários países.
A ESS mede a propensão habitual ao sono por meio de autorrelato. A JDS foi criada para responder a outra pergunta: qual é o grau de comprometimento desta pessoa neste exato momento, medido de forma objetiva? Chegar a essa resposta exigiu mais de duas décadas de pesquisa sobre a expressão fisiológica da sonolência.
Uma etapa intermediária desse trabalho foi o Teste de Vigilância de Johns (JTV™), um teste de vigilância psicomotora realizado em laboratório. Cada elemento do teste (o momento de apresentação dos estímulos, o tamanho e o contraste de cor dos elementos visuais) foi ajustado para detectar a forma específica de falha cognitiva que a sonolência provoca. O JTV isola essa falha no laboratório; a JDS a detecta em campo. A JDS foi inicialmente modelada a partir do JTV e depois refinada com o acompanhamento de falhas de desempenho reais em motoristas.
Nenhuma tecnologia além da JDS da Optalert oferece um método para quantificar o risco relativo de falha de desempenho em motoristas, especialmente em seus estágios iniciais.
Dr. Murray Johns
A JDS comparada à Escala de Sonolência de Karolinska
A Escala de Sonolência de Karolinska (KSS) é a medida de referência mais usada no monitoramento do motorista e a alternativa mais comum à JDS. Ela pede que o avaliado classifique o próprio nível de sono em uma escala de 9 pontos, de 1 (extremamente alerta) a 9 (com muito sono, fazendo grande esforço para se manter acordado, lutando contra o sono).
As duas escalas medem coisas fundamentalmente diferentes. A KSS mede o cansaço, que é uma sensação subjetiva. A JDS mede o comprometimento, que é um estado objetivo.
| JDS | KSS | |
|---|---|---|
| O que mede | Comprometimento: risco relativo de falha de desempenho | Sensação subjetiva de sono |
| Fonte dos dados | Movimentos das pálpebras, medidos continuamente | Autorrelato, no momento da pergunta |
| Faixa de valores | 0 a 10, atualizada a cada minuto | 1 a 9, em um único momento |
| Estável ao longo do tempo? | Sim: não exige calibração individual | Não: o “7” de uma pessoa varia de uma ocasião para outra |
| Funciona quando há comprometimento? | Sim: a medição independe da autopercepção | Perde confiabilidade: a própria capacidade de autoavaliação fica comprometida |
| Adequada para intervenção em tempo real? | Sim | Não: exige interromper o motorista |
A KSS tem uma fragilidade estrutural que nenhum refinamento resolve: à medida que o comprometimento de uma pessoa aumenta, sua capacidade de avaliar com precisão o próprio estado se deteriora ao mesmo tempo. O autorrelato é menos confiável justamente quando a medição mais importa. Além disso, o simples ato de perguntar a alguém sua pontuação na KSS desperta a pessoa e neutraliza a sonolência, interferindo em sua progressão natural: a conversa é uma das contramedidas mais eficazes contra a sonolência.
Outras abordagens e por que elas não bastam
O PERCLOS mede o percentual de tempo em que os olhos ficam pelo menos 80% fechados. Em geral, ele só aumenta nos estágios avançados da sonolência, quando o motorista já está com a capacidade perigosamente comprometida, e por isso não consegue antecipar uma situação de alto risco. Além disso, os microssonos podem ocorrer com os olhos abertos, algo que o PERCLOS simplesmente não registra.
A eletroencefalografia (EEG) mede diretamente a atividade elétrica do cérebro. É uma medida robusta em laboratório, mas pouco prática em um veículo, já que normalmente exige eletrodos fixados no couro cabeludo. Por isso, os sistemas de detecção baseados em EEG para veículos estimam os sinais de EEG a partir de um sensor não invasivo, em vez de medi-los.
A detecção de bocejos e a posição da cabeça são indicadores comportamentais indiretos. O bocejo tem baixa correlação com o comprometimento e ocorre por motivos não relacionados à sonolência, o que faz dele um gatilho pouco confiável para intervenção.
As evidências de validação
Um estudo de validação de 2010, com a participação de pesquisadores da Harvard Medical School e publicado na revista Sleep, concluiu que a sonolência em tempo real medida por oculografia por reflectância infravermelha é “equivalente às medidas de laboratório de padrão-ouro”.1
Em um estudo de 2023 publicado no Journal of Sleep Research por uma equipe do Institute for Breathing and Sleep, os participantes foram mantidos acordados por 32 a 34 horas antes de dirigir por duas horas em uma pista fechada.2 Comparando as duas referências (ground truth) com as saídas de faixa observadas:
| Medida | Erros de previsão | Taxa de alertas falsos | Especificidade | AUC |
|---|---|---|---|---|
| JDS | 4% | 6% | 94% | 0.99 |
| KSS | 12% | 18% | 82% | 0.93 |
A JDS previu as saídas de faixa com um terço dos erros da KSS e gerou um terço dos alertas falsos. Esse segundo dado pesa tanto comercialmente quanto o primeiro: um sistema que vive dando alarme falso acaba ignorado e, depois, desligado.
A JDS também foi adotada como medida de desfecho por pesquisadores sem nenhum interesse comercial nela. Um estudo de 2016 publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, conduzido pelo Brigham and Women’s Hospital e pela Harvard Medical School, usou a JDS junto com a eletroencefalografia e a eletro-oculografia para quantificar como o trabalho noturno prejudica a direção. Dezesseis trabalhadores do turno noturno dirigiram duas vezes em uma pista fechada, uma vez após uma noite normal de sono e outra após um turno noturno. A JDS média subiu de 0,97 para 1,71, as saídas de faixa passaram de 1,49 para 3,09 por minuto e 37,5% das sessões após o turno tiveram uma quase colisão, contra nenhuma após o sono normal.4
Além do monitoramento de motoristas, a Optalert já trabalhou sob contrato com a NASA e com a British Airline Pilots Association, duas organizações que exigiam a medição objetiva da sonolência.
A mesma abordagem de medição também foi aplicada fora do monitoramento de motoristas, em pesquisas farmacêuticas e clínicas nas quais a sonolência é um desfecho intencional ou um efeito colateral sob investigação. Um estudo de 2008 publicado na revista Psychopharmacology, em coautoria do fundador da Optalert, Dr. Murray Johns, com pesquisadores da Swinburne University, usou a oculografia por reflectância infravermelha para detectar alterações mensuráveis no estado de alerta após a ingestão de cafeína em participantes bem descansados.3
Uso da JDS para conformidade com o GSR da UE
Para engenheiros automotivos, a JDS tem uma aplicação regulatória específica.
De acordo com o Regulamento Geral de Segurança da UE (UE) 2021/1341, um sistema de alerta de sonolência e perda de atenção do motorista (DDAW) pode emitir um alerta no nível 7 da KSS e deve emitir um alerta no nível 8 ou superior. O ponto crucial é que o regulamento permite medições alternativas à KSS subjetiva, desde que haja evidências de que a alternativa é válida e precisa.
Existe uma relação linear entre a KSS e a JDS. Os dois limiares regulatórios se correspondem da seguinte forma:
| Limiar regulatório | Nível KSS | JDS equivalente |
|---|---|---|
| Alerta precoce opcional | 7 | 4.3 |
| Alerta obrigatório | 8 | 5.9 |
Essa correspondência significa que um sistema DDAW baseado no movimento das pálpebras pode ser validado frente aos requisitos do Regulamento (UE) 2021/1341 sem a realização de um estudo subjetivo com a KSS, e a Optalert pode fornecer as evidências de equivalência que o regulamento exige.
É importante observar que esses valores às vezes se dissociam, porque a KSS é uma medida subjetiva do cansaço. Não é raro uma pessoa relatar uma KSS alta quando não há comprometimento, ou uma KSS baixa quando há. A JDS mede o comprometimento objetivo de uma pessoa; a KSS mede o quanto ela se sente cansada.
Perguntas frequentes
O que é a Escala de Sonolência de Johns?
A Escala de Sonolência de Johns (JDS) é um biomarcador validado que pontua o comprometimento causado pela sonolência em uma escala de 0 a 10. A pontuação é calculada a partir de 64 parâmetros derivados dos movimentos das pálpebras e atualizada a cada minuto. A escala foi desenvolvida pelo Dr. Murray Johns, criador da Escala de Sonolência de Epworth.
O que significa uma pontuação JDS de 5?
Uma pontuação JDS de 5,0 ou mais indica risco alto. Nesse nível, a probabilidade de uma falha de desempenho (como uma saída de faixa ou a falta de resposta a um estímulo) é 10 vezes maior do que a de um motorista alerta. O risco começa a subir levemente acima de 3,0 e aumenta substancialmente a partir de 4,5.
Qual é a diferença entre a JDS e a KSS?
A JDS mede objetivamente o comprometimento a partir dos movimentos das pálpebras. A KSS é uma escala de autorrelato de 9 pontos que mede o quanto a pessoa se sente com sono. Como a capacidade de autoavaliação se deteriora à medida que o comprometimento aumenta, a KSS se torna menos confiável justamente quando a precisão mais importa. Em um estudo de 2023 em pista fechada, a JDS previu as saídas de faixa com um terço dos erros da KSS.
Quem criou a Escala de Sonolência de Johns?
O falecido Dr. Murray Johns, cientista do sono e diretor fundador da Optalert. Ele também desenvolveu, em 1990, a Escala de Sonolência de Epworth, usada como instrumento padrão em clínicas do sono do mundo todo.
A JDS pode ser usada para atender aos requisitos do GSR da UE?
Sim. O Regulamento (UE) 2021/1341 permite alternativas à KSS desde que se comprove que são válidas e precisas. Os limiares 7 e 8 da KSS correspondem aos valores 4,3 e 5,9 da JDS, o que permite validar um sistema DDAW frente ao regulamento usando dados de movimento das pálpebras.
A JDS precisa ser calibrada para cada motorista?
Não. A combinação ponderada de parâmetros oculares produz uma medida que não exige ajuste individual, e sua validade preditiva foi demonstrada em diferentes idades, gêneros e etnias.
Como a JDS é medida em um veículo?
Pelo movimento das pálpebras. Nos sistemas vestíveis da Optalert, um LED infravermelho e um sensor na armação dos óculos fazem a amostragem a 500 Hz. Na cabine dos veículos, o mesmo algoritmo processa dados de abertura palpebral captados por uma câmera RGB-IR do sistema de monitoramento do motorista, com taxas de quadros menores.
Referências
- Anderson C, et al. Real-time drowsiness as determined by infrareflectance oculography is commensurate with gold standard laboratory measures: a validation study. Sleep. 2010;33.
- Cori JM, Wilkinson VE, Soleimanloo SS, Westlake J, Stevens B, Rajaratnam SMW, Howard ME. A brief assessment of eye blink drowsiness immediately prior to or following driving detects drowsiness related driving impairment. J Sleep Res. 2023 Jun;32(3):e13785. doi:10.1111/jsr.13785. PMID: 36478313.
- Michael N, Johns M, Owen C, Patterson J. Effects of caffeine on alertness as measured by infrared reflectance oculography. Psychopharmacology (Berl). 2008 Oct;200(2):255-60. doi:10.1007/s00213-008-1202-z. PMID: 18537025.
- Lee ML, Howard ME, Horrey WJ, Liang Y, Anderson C, Shreeve MS, O’Brien CS, Czeisler CA. High risk of near-crash driving events following night-shift work. Proc Natl Acad Sci USA. 2016;113(1):176-181. doi:10.1073/pnas.1510383112
Medir o que realmente importa
Todo sistema de detecção de sonolência parte de uma escolha sobre o que medir. Sistemas baseados em comportamento detectam a sonolência quando ela já está visível. Sistemas baseados em autorrelato a detectam quando o motorista percebe. A JDS foi desenvolvida para detectar o comprometimento antes que qualquer uma dessas coisas aconteça, porque esse é o único momento em que uma intervenção ainda pode evitar a falha.
Entre em contato com a Optalert para discutir a validação do seu sistema de monitoramento do motorista com base na JDS ou para solicitar as evidências técnicas por trás dos números desta página.
