When the party is over….
Investigating the effects of alcohol, THC and MDMA on simulator driving performance
Janet Veldstra
1
Voor mijn prachtige kindjes
The work in this thesis was made possible through funding from the th European Commission 6 Framework Programme for the project DRUID (Driving Under the Influence of Drugs, alcohol and medicines). Financial Support for the printing of this thesis was received from the university of Groningen Cover design by: Synaesthesik Printing by: Ridderprint B.V. Ridderkerk Copyright © 2014, Janet Veldstra ISBN: 978-90-367-7501-4
2
When the party is over… Investigating the effects of Alcohol, THC and MDMA on simulator driving performance
Proefschrift
ter verkrijging van de graad van doctor aan de Rijksuniversiteit Groningen op gezag van de rector magnificus prof. dr. E. Sterken en volgens besluit van het College voor Promoties. De openbare verdediging zal plaatsvinden op donderdag 11 december 2014 om 12.45 uur
Door
Janna Lubertha Veldstra geboren op 6 maart 1981 te Smallingerland
3
Promotor Prof. dr. K.A. Brookhuis Copromotor Dr. D. de Waard Beoordelingscommissie Prof. dr. J.G. Ramaekers Prof. dr. H. Schulze Prof. dr. O.M. Tucha
4
Contents
5
6
Foreword
7
Chapter 1. When the party is over…
13
1. Introduction
15
2. Thesis outline
17
Chapter 2. The influence of alcohol, MDMA and THC on simulator driving performance and traffic safety: introduction and methods
19
1. Driving under the influence of alcohol
21
2. Driving under the influence of ecstasy (MDMA)
22
3. Driving under the influence of cannabis (THC)
24
4. Framework and methodology
26
5. Measuring driving performance:
27
5.1 Driving related performance 5.2 Measuring driving performance on the road in actual traffic 5.3 Measuring driving performance in a driving simulator
27 28 29
Chapter 3. Developing a simulator test bed for testing dose related effects of psychoactive substances on driving performance
31
1. Introduction
33
2. The road tracking task
33
3. The car following task
34
4. Hazardous driving tasks
35
5. Motorway driving
35 36 36 37
6. Speed management
47
4. 1 The gap acceptance task 4.2 Reactions to unexpected events 4.3 Reaction to a traffic light suddenly turning amber
Chapter 4. Dose related effects of alcohol on simulated driving performance: 39 a calibration study. 1. Introduction
41
2. Methods and materials
43
2.1 Participants 2.2 Study design and treatment 2.3 Procedure 2.4 Apparatus 2.5 Driving tasks 2.5.1 Speed management 2.5.2 Road tracking task 2.5.3 Car following task 2.5.4 Hazardous driving tasks
43 44 44 45 45 46 46 46 46 1
2.5.4.1. Gap acceptance task 2.5.4.2 Running red lights 2.5.4.3 Car pulling out of a car park 2.5.5 Crashes 2.6 Subjective measures 2.6.1 Karolinska Sleepiness Scale 2.6.2 Rating Scale Mental Effort 2.6.3 Driving Quality Scale (DQS) 2.7 Data analysis
46 46 47 47 47 47 47 47 48 48
3.1 Pharmacokinetic assessments 3.2 Driving performance 3.2.1 Speed management 3.2.2 Road tracking 3.2.3 Car following 3.2.3 Hazardous driving tasks and crashes 3.4 Subjective measures 3.4.1 Karolinska sleeping scale 3.4.2 Rating scale mental effort 3.4.3 Driving quality scale 3.4.4 Treatment evaluation
5. Discussion and conclusions
48 48 48 49 49 49 50 50 50 51 51 51
Chapter 5. Effects of alcohol (0.5 ‰) and ecstasy (100 mg MDMA) on simulated driving performance and traffic safety
55
1. Introduction
58
2. Methods and materials
60
3. Results
2.1 Participants 2.2 Study design and treatment 2.3 Procedure 2.4 Pharmacokinetic assessments 2.5 Apparatus 2.6 Driving tasks 2.6.1 Speed management 2.6.2 Road tracking task 2.6.4 Hazardous driving tasks 2.6.4.1 Gap acceptance 2.6.4.2 Running red lights 2.6.4.3 Car pulling out of a car park 2.6.5 Crashes 2.7 Subjective measures 2.7.1. Karolinska Sleepiness Scale 2.7.2 Rating Scale Mental Effort 2.7.3 Driving Quality Scale 2.8 Data analysis
60 61 62 62 62 63 63 63 64 64 64 64 64 65 65 65 65 65 66
3.1 Pharmacokinetics 3.2 Driving tasks
66 66
3. Results
2
4. Discussion and conclusions
66 67 69 69 69 69 69 69 71 71 71
Chapter 6. Effects of medicinal THC (dronabinol) on simulated driving performance and traffic safety for occasional and regular cannabis users
75
1. Introduction
78
2. Methods and materials
82
3.2.1 Speed management 3.2.2 The road tracking task 3.2.3 Car following task 3.2.4 Hazardous driving tasks 3.2.5 Crashes 3.3. Self report measures 3.3.1 Treatment evaluation 3.3.2 Driving quality assessment 3.3.3 Rating scale mental effort 3.3.4 Karolinska Sleepiness Scale
2.1 Ethics statement 2.2 Participants 2.3 Study design and treatment 2.4 Procedure 2.5 Apparatus 2.6 Driving tasks 2.6.1 The Road tracking task 2.6.2 The car following task 2.6.3 Hazardous driving tasks 2.7 Subjective measures 2.8 Pharmacokinetic assessments 2.9 Data analysis
3. Results
81 81 82 82 83 84 84 84 85 85 86 86 87
4. Discussion and conclusions
87 87 88 88 88 88 90 90 91 92
Chapter 7. Comparing treatment effects of oral THC on simulated and on the road driving performance: testing the validity of driving simulator drug research
97
1. Introduction
100
2. Methods and materials
101
3.1 Missing data 3.2 Driving tasks 3.2.1 Road tracking 3.2.2 Car following 3.2.3 Motorway driving 3.2.4 Hazardous driving tasks 3.2.5 Crashes 3.3 Subjective measures 3.4 Pharmacokinetic assessment
2.1 Participants
101 3
2.2 Study design and treatment 2.3 Procedure 2.4 Simulator driving 2.5 On-the-road driving 2.6 Pharmacokinetic assessments 2.7 Data analysis
3. Results
101 101 102 104 105 105 105
4. Discussion and conclusion
105 106 107 108
Chapter 8. Validity of the driving simulator for speed research: comparing speeding in the simulator to speeding in the private car
113
1. Introduction
116
2. Method
119
3.1 Pharmacokinetics 3.2 Road tracking 3.3 Car following
2.1 Participants 2.2 Naturalistic driving data collection 2.3 Simulated driving task data collection 2.4 Perceived reality of the simulator 2.5 Design 2.6 Data analysis 2.6.1 Absolute external validation 2.6.2 Relative external validation
3. Results
3.1 Numerical correspondance between simulator and private car driving: absolute validation 3.2 Relative correspondence between simulator and private car driving: relative validation 3.3 Relationship between evaluated fidelity and external validity of the simulator
119 119 120 121 121 122 123 123 123 123 123
4. Discussion
124 125
Chapter 9. General discussion
129
1. Introduction
131
2. The influence of MDMA on traffic safety
131
3. The influence of oral THC on traffic safety
133
4. Individual differences in drug effects
134
5. Using the simulator to test drug-induced effects on operational level driving skills
136
6. Using the simulator to test drug-induced effects on tactical level driving skills 7. Future research 4
137 138
8. Conclusion
139
English summary
141
Dutch summary
151
References
161
5
6
Foreword
7
8
Een proefschrift schrijven doe je natuurlijk niet alleen. Op verschillende manieren zijn hier een aantal mensen belangrijk voor geweest.
Allereerst Karel Brookhuis, mijn promotor. Dank je voor het vertrouwen dat je in mij hebt gesteld en ook -evenzo belangrijk- altijd naar mij hebt uitgedragen. Je hebt het altijd als vanzelfsprekend beschouwd dat ik dit project tot een goed einde zou brengen. Dat heeft mij zelfvertrouwen gegeven en ook (extra) gemotiveerd om dit ook inderdaad te doen. Dick de Waard, mijn copromotor. Dank je dat je ondanks vele bezigheden altijd tijd vindt om een babbeltje met mij te maken –ik vind het erg gezellig om samen lekker te brompotten- en daarnaast voor je snelle en scherpe feedback op mijn stukken. Jan Ramaekers, dank je voor alles wat ik van je heb mogen leren door je enorme kennis van ons vakgebied. Daarnaast dank dat je zitting hebt willen nemen in mijn leescommissie. Horst Schulze. Danke für die angenehme zusammenarbeit im DRUID projekt und für deine mitgliedschaft in meinem promotionsausschuss. Oliver Tucha. Danke für deinen Sorge und für deine mitgliedschaft in meinem Promotionsausschuss. Kees Keizer en Jan Willem Bolderdijk. Wat fijn dat jullie mijn paranimfen willen zijn. Het is altijd prettig om twee hele sterke mannen aan je zijde te hebben als je je zelf moet verdedigen. JW jou dank ik ook als oud kamergenoot. Voor de geniale plannen die we samen bedachten en de vrolijkheid die je brengt met je aan naïviteit grenzende optimisme en je talent om overal een slechte woordgrap van te kunnen maken. Kees, jij daagt me altijd uit om verder de diepte in te gaan, mijn grenzen op te zoeken en om meer te drinken dan goed voor me is. Heel erg bedankt anonieme deelnemers aan het onderzoek dat beschreven staat in dit proefschrift. Zonder deelnemers kan je natuurlijk geen onderzoek doen en dankbaarheid is hiervoor altijd op zijn plaats. Ik vind echter extra dankbaarheid wel op zijn plaats voor de deelnemers aan het onderzoek in dit proefschrift. Zij kregen middelen toedient en werden ook nog eens gevraagd om minstens vier keer een hele dag op een lab door te brengen. 9
Daarom deelnemers: heel erg veel dank voor jullie trouwe deelname en de gezellige tijd die ik met elk van jullie door heb mogen brengen. Maarten Prinsen, Shannon Fuit, Roxana Elena, en Olga Tsoumane. Dank voor het enthousiasme waarmee
jullie als studenten een zeer waardevolle bijdrage hebben
geleverd aan het onderzoek in dit proefschrift. Gisela Skopp und Riacarda Jantos. Danke für die auswertung von unseren blutproben und für die gute zusammenarbeit im DRUID. Alain Verstraete. Dank u voor het coördineren van de analyse van speekselmonsters. Brenda Samaniego Cameron. Dank je voor het prikken van de deelnemers -ook op lastige tijdstippen. Esther Kroodsma en Barbara Molmans. Hartelijk dank voor jullie hulp bij het farmaceutische deel van ons onderzoek. MDMA maken en er onderzoek mee mogen doen bleek wat lastiger dan gedacht, maar gelukkig hadden we jullie om ons hierbij te helpen. Peter van Wolffelaar, van St Software, dank je voor alle hulp bij het maken van de simulatie omgeving en het programmeren van de simulatorscenario’s. Daarnaast ben ik je ongelofelijk dankbaar dat je altijd vrijwel meteen op de stoep stond als de simulator even niet werkte, ook al testten we in het weekend. Sjourd Houwing. Dank je voor het redden van ons alcoholexperiment. Toen ik de enige breathalizer die we hadden stuk liet vallen was jij zo lief om mij er per koerier één van de SWOV toe te sturen zodat ik toch kon starten met de studie. En natuurlijk voor de gezelligheid die je altijd brengt. Thank you DRUID WP I partners: Catherine Berthelon, Marie Laure Bocca, Gian Marco Sardi, Magnus Hjälmendahl, Anja Knoche, Markus Schumacher, Volker Hagurt, Inneke Klöping, Ries Simons, Marieke Martens, Annemiek Vermeeren, Kim Kuypers, Tim Leufkens, Wendy Bosker and everyone I have forgotten, for the nice time I had with you all and good meetings throughout Europe! Wendy, wat leuk dat we bevriend zijn gebleven na dit project. 10
Collega’s en oud-collega’s: Chris Dijksterhuis, Arjan Stuiver, Ben Lewis Evans, Frank Westerhuis, Daphne Piersma, Leon Faber, Stella Banis, Roos Pals, Martijn Keizer, Mathijs Dicke, Judith de Groot, Geertje Schuitema, Melvyn Hamstra, Marko Milovanovic, Danny Taufik, Ernst Noppers en Marija Bockarjova. Dank voor de fijne samenwerking, belangstelling en gezelligheid. Monique Lorist. Dank je dat je de moeite hebt genomen om mij te helpen bij het krijgen van deze Phd plek en voor het aanwakkeren van mijn liefde voor het onderzoek doen. Ans van Rijsbergen. Dank je voor je belangstelling en goed advies op kattengebied. Linda Steg. Dank je voor het optimisme, het zelfvertrouwen en de vrolijkheid die je verspreid onder de mensen van je labgroep. Ik ben blij dat ik deel mag uitmaken van dat dicht getikte clubje. Jij en Jan beide ook erg bedankt voor jullie gastvrijheid. Eplab B’s: Ellen van der Werf, Berfu Unal, Goda Perlaviciute, Elisabeth Hoekstra, Angela Ruepert, Annemijn Peters, Leonie Venhoeven. Thanks, voor de moral support en de lol die we samen hebben. Imre en Lissette. Ik dank jullie voor jullie vriendschap en jullie hulp bij het afronden van dit proefschrift. Ik ben jullie erg dankbaar voor het passen op de kindjes zodat ik kon schrijven en voor de gezellige afleiding die jullie bieden. Annelien, Sanne, Hyke en Melissa. Dank voor jullie warme vriendschap! Hyke jij extra dank voor het doorspitten van dit proefschrift op foutjes. Pa, dank je voor je belangstelling in mijn werk (je bent waarschijnlijk één van de weinige mensen die dit proefschrift ook echt gaat lezen). Belangrijker nog, dank je voor het zijn van een ontzettend lieve en trotse opa. Vooral dat laatste maakt me echt heel blij. Mama, dank je voor je nimmer aflatende interesse in wat ik doe. Ook al begrijp je er niet zoveel van, je vraagt er toch altijd naar en dat waardeer ik enorm. Daarnaast had ik deze dissertatie nooit af kunnen maken als jij niet voor me had klaargestaan om op de kindjes te passen. Ze boffen maar met zo’n lieve oma. 11
Toos Scheerder, ik wil jou ook bedanken voor je ondersteuning van ons gezin. Lieve broer, jou wil ik bedanken omdat je mij met beide benen op de grond houdt als ik kapsones begin te vertonen en denk dat ik het allemaal beter weet. En natuurlijk begon ik aan deze dissertatie om de hoogstopgeleide in ons gezin te blijven, dat snap je ;-). Lief zusje, dank je voor warme belangstelling en je lieve berichtjes om te checken hoe het met mij ging in de laatste fase van het proefschrift en gewoon voor het zijn van een lieve zus. Chris, mijn lieve man. Ik ben je zo dankbaar voor je liefde en steun, maar ook voor de vrolijkheid die je brengt met je slechte grappen, je liedjes en je groots en meeslepend… Catootje en Willem, mijn lieve kindjes. Ik dank jullie omdat jullie jullie zijn en ik dat geweldig vind!
12
