人工智能技術(shù)如何改善睡眠

引言

人工智能（AI）正在改變醫(yī)療保健的幾乎每一個方面，并在許多應(yīng)用中提供協(xié)助。從減少醫(yī)生診斷疾病的時間到自主管理醫(yī)療設(shè)備供應(yīng)鏈，人工智能消除了人類認(rèn)識、處理和應(yīng)對條件變化所需的滯后。用技術(shù)處理數(shù)據(jù)的速度越來越快。再加上物聯(lián)網(wǎng)和不斷增加的連接，人工智能正在持續(xù)使用數(shù)據(jù)來評估和改善它所服務(wù)的應(yīng)用的質(zhì)量。

人工智能的一個新興應(yīng)用是協(xié)助進(jìn)行睡眠跟蹤、監(jiān)測和改善。改善睡眠有很多好處，比如提升工作效率，增強免疫系統(tǒng)和心臟健康，以及提高整體幸福感。而且，缺乏足夠的睡眠不僅會讓人感到困倦，還可能導(dǎo)致糖尿病的惡化，引起體重增加和血壓升高，削弱免疫系統(tǒng)，增加心臟病風(fēng)險，并帶來其他問題。雖然追求最好的休息是值得努力的方向，但要實現(xiàn)這一目標(biāo)，還需要有重大的技術(shù)進(jìn)步。

為了搞清楚技術(shù)如何改善睡眠，我們先來看一下睡眠的幾個階段以及身體如何利用休息時間進(jìn)行恢復(fù)，從而確定人工智能的改善方法。

睡眠的幾個階段

睡眠作為一個身體過程，屬于神經(jīng)科學(xué)范疇。雖然看起來類似于自動駕駛，但睡眠是一個活躍的大腦過程。這一點很重要，因為對睡眠周期的任何增強或改變必須以不干擾大腦的積極工作為前提。為了找到最佳參與方式，科學(xué)家們使用了腦電圖（EEG）、核磁共振（MRI）和其他工具來繪制離散的睡眠狀態(tài)圖，并創(chuàng)建基準(zhǔn)條件。

睡眠在四個不同的階段以獨特的方式激活一系列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：

睡眠階段1：N1（1-5分鐘）

睡眠階段2：N2（10-60分鐘）

睡眠階段3：慢波睡眠（SWS，20-40分鐘）

睡眠階段4：快速眼動（REM）睡眠（10-60分鐘）

在這些階段中，慢波睡眠（SWS）每個周期持續(xù)約20-40分鐘，是睡眠的最深階段。SWS之后是階段4 - 快速眼動（REM）睡眠，這是一個相當(dāng)活躍的睡眠期，研究表明可能有助于記憶和表現(xiàn)。這四個階段共持續(xù)大約90分鐘。如果受試者圓滿完成這些階段，就會獲得最大收益。換句話說，如果睡眠過程被打斷，就無法獲得最大收益。

這些階段的定義也解釋了為什么必須要有7-8小時的睡眠。在睡眠期間，身體總共處理五次完整的睡眠周期。問題是如果這五個周期沒有被充分利用，睡眠有問題的受試者就無法從這個關(guān)鍵的身體過程中得到全部好處。不過即便沒有睡足一整晚，定制的睡眠體驗也能讓他們?nèi)我忾L度的睡眠都更加有益。那么，技術(shù)的工作原理是怎樣的呢？

技術(shù)如何改善睡眠

傳感器是所有人工智能應(yīng)用的起點。傳感器監(jiān)測從心率到運動和聲音的一切指標(biāo)，收集數(shù)據(jù)并將其饋送到基于云的處理器，該處理器使用人工智能來監(jiān)測一段時間的數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)受試者睡眠習(xí)慣的趨勢和模式，最終使AI技術(shù)能夠預(yù)測睡眠的周期時間。與任何基于回歸的過程一樣，處理器要處理的數(shù)據(jù)越多，其預(yù)測就越準(zhǔn)確。一旦AI技術(shù)處理了足夠多的睡眠數(shù)據(jù)，工程師就能為受試者建立一個單獨的睡眠周期。

監(jiān)測初始睡眠條件

一旦算法確定了獨特的睡眠周期，AI就可以通過各種方式來努力優(yōu)化睡眠過程。最早的方法之一是對睡眠周期進(jìn)行計時，以避免在周期中間醒來，特別是在慢波睡眠期間。在階段3醒來往往會使受試者感到昏昏沉沉和過度疲勞。下面舉例說明了AI如何改變傳統(tǒng)的起床方法：

假設(shè)你需要在早上7點起床，如果是用普通鬧鐘，你會把它精確設(shè)置為早上7點響鈴。如果你的睡眠跟蹤設(shè)備要在最佳時間喚醒你，那么它將在你完成最后一個約90分鐘的周期后喚醒你，這個周期在你指定的喚醒時間之前結(jié)束。因此，即使你提前醒來，也可能會感覺睡眠時間比實際時間長，因為你是在周期完成后醒來的。雖然傳統(tǒng)的鬧鐘不知道這一點，但人工智能可以確保將鬧鐘時間與你的獨特周期同步。

識別睡眠干擾因素

人工智能改善睡眠的另一種方式是找出可能在夜間干擾睡眠的因素。這些因素可能是環(huán)境因素，也可能是潛在的健康因素，工程師可以通過監(jiān)測心臟和肺部發(fā)現(xiàn)這些因素。人工智能改善睡眠的最重要成果是確保睡眠環(huán)境有利于人們在夜間，特別是在活躍周期內(nèi)，保持睡眠。人工智能可以利用的一些控制方法是用百葉窗來保持光/暗周期。這種方法利用了身體對同步于晝夜節(jié)律周期的渴望和智能［晝夜節(jié)律］照明，幫助身體在光線充足的時候比較警覺，而在臥室內(nèi)黑暗時感到疲憊。

改善睡眠的其他機(jī)制還包括溫度控制和噪音控制。利用在足夠長的時間內(nèi)采集的數(shù)據(jù)，可以觀察身體在睡眠期間對雷聲或其他噪音的反應(yīng)，并相應(yīng)地改變睡眠時的周邊條件。甚至還可以利用技術(shù)制作連接到共享設(shè)備的 “智能枕頭”，它可以作為只叫醒一個人的起床鬧鐘。

人工智能可以幫助診斷睡眠障礙

除了幫助受試者改善他們的睡眠質(zhì)量，人工智能還可以幫助醫(yī)生和醫(yī)務(wù)人員診斷睡眠障礙。睡眠障礙是全世界人們面臨的越來越普遍的困擾，可能引起嚴(yán)重的疾病和死亡。長期睡眠不足的主要危險之一是，它可能導(dǎo)致睡眠障礙。

睡眠分析的目的是通過在睡眠期間收集和處理足夠多的信息，來發(fā)現(xiàn)走向睡眠障礙的趨勢。例如，丹麥的哥本哈根大學(xué)開發(fā)了一個名為U-Sleep的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這是一個面向大眾開放的睡眠改善AI平臺?？茖W(xué)家們通過對15，000名參與者的研究收集了一些基本信息，這些信息構(gòu)成一個全面的數(shù)據(jù)矩陣，可以用來與已知睡眠障礙的癥狀進(jìn)行比較。例如，睡眠專家可以將氧氣濃度變化或呼吸停止的模式與睡眠呼吸暫停、失眠及其他疾病進(jìn)行比較，從而發(fā)現(xiàn)癥狀。更讓人開心的是，人工智能的預(yù)測能力可以在癥狀出現(xiàn)之前推斷出觀察到的模式，在問題發(fā)生之前就發(fā)現(xiàn)它。

結(jié)語

人工智能正在改變?nèi)祟惖捏w驗，幫助提供技術(shù)優(yōu)勢以提升人類的整體生活質(zhì)量。例如，它可以監(jiān)測初始睡眠條件，繪制睡眠狀態(tài)圖并找出睡眠干擾因素，然后根據(jù)受試者的喜好悄悄地定制睡眠地點的局部環(huán)境。因此，人工智能可以幫助人們增強睡眠體驗，同時保持正常睡眠周期，診斷和預(yù)測睡眠障礙，提高注意力、警覺性和身體健康。

Adam Kimmel作者介紹

Adam Kimmel擁有近20年執(zhí)業(yè)工程師、研發(fā)經(jīng)理和工程內(nèi)容撰稿人經(jīng)驗，編寫過白皮書、網(wǎng)站副本、案例研究以及博客文章，涉及汽車、工業(yè)/制造業(yè)、科技和電子等垂直細(xì)分領(lǐng)域。Adam擁有化學(xué)和機(jī)械工程學(xué)位，并且是工程和技術(shù)內(nèi)容寫作公司ASK Consulting Solutions， LLC的創(chuàng)始人兼總負(fù)責(zé)人。

原文標(biāo)題：想改善睡眠質(zhì)量？人工智能可以幫到你

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