引言
人工智能 (AI) 正在改变医疗保健的几乎每一个方面,并在许多应用中提供协助。从减少医生诊断疾病的时间到自主管理医疗设备供应链,人工智能消除了人类认识、处理和应对条件变化所需的滞后。用技术处理数据的速度越来越快。再加上物联网和不断增加的连接,人工智能正在持续使用数据来评估和改善它所服务的应用的质量。

 

人工智能的一个新兴应用是协助进行睡眠跟踪、监测和改善。改善睡眠有很多好处,比如提升工作效率,增强免疫系统和心脏健康,以及提高整体幸福感。 而且,缺乏足够的睡眠不仅会让人感到困倦,还可能导致糖尿病的恶化,引起体重增加和血压升高,削弱免疫系统,增加心脏病风险,并带来其他问题。虽然追求最好的休息是值得努力的方向,但要实现这一目标,还需要有重大的技术进步。为了搞清楚技术如何改善睡眠,我们先来看一下睡眠的几个阶段以及身体如何利用休息时间进行恢复,从而确定人工智能的改善方法。


睡眠的几个阶段
睡眠作为一个身体过程,属于神经科学范畴。虽然看起来类似于自动驾驶,但睡眠是一个活跃的大脑过程。这一点很重要,因为对睡眠周期的任何增强或改变必须以不干扰大脑的积极工作为前提。为了找到最佳参与方式,科学家们使用了脑电图 (EEG)、核磁共振 (MRI) 和其他工具来绘制离散的睡眠状态图,并创建基准条件。
睡眠在四个不同的阶段以独特的方式激活一系列神经网络:

 

  • 睡眠阶段1:N1(1-5分钟)

 

  • 睡眠阶段2:N2(10-60分钟)

 

  • 睡眠阶段3:慢波睡眠(SWS,20-40分钟)

 

  • 睡眠阶段4:快速眼动(REM)睡眠(10-60分钟)

 

在这些阶段中,慢波睡眠 (SWS) 每个周期持续约20-40分钟,是睡眠的最深阶段。SWS之后是阶段4 - 快速眼动 (REM) 睡眠,这是一个相当活跃的睡眠期,研究表明可能有助于记忆和表现。这四个阶段共持续大约90分钟。如果受试者圆满完成这些阶段,就会获得最大收益。换句话说,如果睡眠过程被打断,就无法获得最大收益。

 

这些阶段的定义也解释了为什么必须要有7-8小时的睡眠。在睡眠期间,身体总共处理五次完整的睡眠周期。问题是如果这五个周期没有被充分利用, 睡眠有问题的受试者就无法从这个关键的身体过程中得到全部好处。不过即便没有睡足一整晚,定制的睡眠体验也能让他们任意长度的睡眠都更加有益。那么,技术的工作原理是怎样的呢?


技术如何改善睡眠
传感器是所有人工智能应用的起点。传感器监测从心率到运动和声音的一切指标,收集数据并将其馈送到基于云的处理器,该处理器使用人工智能来监测一段时间的数据。通过这些数据可以发现受试者睡眠习惯的趋势和模式,最终使AI技术能够预测睡眠的周期时间。与任何基于回归的过程一样,处理器要处理的数据越多,其预测就越准确。一旦AI技术处理了足够多的睡眠数据,工程师就能为受试者建立一个单独的睡眠周期。

 

监测初始睡眠条件

一旦算法确定了独特的睡眠周期,AI就可以通过各种方式来努力优化睡眠过程。 最早的方法之一是对睡眠周期进行计时,以避免在周期中间醒来,特别是在慢波睡眠期间。 在阶段3醒来往往会使受试者感到昏昏沉沉和过度疲劳。下面举例说明了AI如何改变传统的起床方法:

 

假设你需要在早上7点起床,如果是用普通闹钟,你会把它精确设置为早上7点响铃。如果你的睡眠跟踪设备要在最佳时间唤醒你,那么它将在你完成最后一个约90分钟的周期后唤醒你,这个周期在你指定的唤醒时间之前结束。因此,即使你提前醒来,也可能会感觉睡眠时间比实际时间长,因为你是在周期完成后醒来的。虽然传统的闹钟不知道这一点,但人工智能可以确保将闹钟时间与你的独特周期同步。

 

识别睡眠干扰因素

人工智能改善睡眠的另一种方式是找出可能在夜间干扰睡眠的因素。这些因素可能是环境因素,也可能是潜在的健康因素,工程师可以通过监测心脏和肺部发现这些因素。人工智能改善睡眠的最重要成果是确保睡眠环境有利于人们在夜间,特别是在活跃周期内,保持睡眠。人工智能可以利用的一些控制方法是用百叶窗来保持光/暗周期。这种方法利用了身体对同步于昼夜节律周期 的渴望和智能[昼夜节律]照明,帮助身体在光线充足的时候比较警觉,而在卧室内黑暗时感到疲惫。

 

改善睡眠的其他机制还包括温度控制和噪音控制。利用在足够长的时间内采集的数据,可以观察身体在睡眠期间对雷声或其他噪音的反应,并相应地改变睡眠时的周边条件。甚至还可以利用技术制作连接到共享设备的 "智能枕头",它可以作为只叫醒一个人的起床闹钟。

 

人工智能可以帮助诊断睡眠障碍

除了帮助受试者改善他们的睡眠质量,人工智能还可以帮助医生和医务人员诊断睡眠障碍。睡眠障碍是全世界人们面临的越来越普遍的困扰,可能引起严重的疾病和死亡。长期睡眠不足的主要危险之一是,它可能导致睡眠障碍。

 

睡眠分析的目的是通过在睡眠期间收集和处理足够多的信息,来发现走向睡眠障碍的趋势。例如,丹麦的哥本哈根大学开发了一个名为U-Sleep的神经网络,这是一个面向大众开放的睡眠改善AI平台。科学家们通过对15000名参与者的研究收集了一些基本信息,这些信息构成一个全面的数据矩阵,可以用来与已知睡眠障碍的症状进行比较。例如,睡眠专家可以将氧气浓度变化或呼吸停止的模式与睡眠呼吸暂停、失眠及其他疾病进行比较,从而发现症状。更让人开心的是,人工智能的预测能力可以在症状出现之前推断出观察到的模式,在问题发生之前就发现它。


结语
人工智能正在改变人类的体验,帮助提供技术优势以提升人类的整体生活质量。例如,它可以监测初始睡眠条件,绘制睡眠状态图并找出睡眠干扰因素,然后根据受试者的喜好悄悄地定制睡眠地点的局部环境。因此,人工智能可以帮助人们增强睡眠体验,同时保持正常睡眠周期,诊断和预测睡眠障碍,提高注意力、警觉性和身体健康。


Adam Kimmel拥有近20年执业工程师、研发经理和工程内容撰稿人经验,编写过白皮书、网站副本、案例研究以及博客文章,涉及汽车、工业/制造业、科技和电子等垂直细分领域。Adam拥有化学和机械工程学位,并且是工程和技术内容写作公司ASK Consulting Solutions, LLC的创始人兼总负责人。