Actigraphy theo dõi giấc ngủ hoạt động như thế nào?

Điểm quan trọng là ít chuyển động không đồng nghĩa chắc chắn đang ngủ. Actigraphy hoạt động dựa trên mối liên hệ thống kê giữa vận động và trạng thái ngủ/thức, vì vậy kết quả luôn là một phép ước tính chứ không phải phép đo trực tiếp hoạt động sinh lý của não.

Actigraphy biến chuyển động thành dữ liệu ngủ/thức ra sao?

Cảm biến gia tốc tạo chuỗi mức vận động

Actigraph thường được đeo ở cổ tay hoặc mắt cá chân. Bên trong thiết bị là cảm biến gia tốc, chẳng hạn cảm biến MEMS, có khả năng ghi lại sự thay đổi chuyển động theo thời gian. Một số thiết bị còn có nút đánh dấu sự kiện hoặc cảm biến ánh sáng, nhưng tín hiệu trung tâm của actigraphy truyền thống vẫn là chuyển động.

Dữ liệu gia tốc có thể được lưu ở dạng tín hiệu thô hoặc được xử lý thành activity counts, tức một đại lượng biểu thị mức hoạt động trong một khoảng thời gian xác định. Dòng dữ liệu liên tục được chia thành các epoch — thường là những khoảng ngắn như 30 giây hoặc một phút, tùy thiết bị và phương pháp phân tích.

Thay vì hỏi “người này có ngủ trong cả đêm hay không?”, hệ thống xử lý lần lượt hàng trăm epoch. Mỗi epoch mang thông tin về lượng chuyển động tại thời điểm đó, tạo thành chuỗi vận động thấp và cao xuyên suốt thời gian ghi.

Thuật toán gán từng epoch là ngủ hoặc thức

Các thuật toán chấm điểm giấc ngủ nhận dữ liệu chuyển động làm đầu vào rồi tạo ra chuỗi nhãn ngủ/thức. Trong cách biểu diễn đơn giản, mỗi epoch cuối cùng được gán một trong hai trạng thái: ngủ hoặc thức. Những thuật toán như Cole–Kripke hay Sadeh được phát triển và kiểm định cho các loại dữ liệu actigraphy khác nhau.

Logic nền tảng là: hoạt động rất thấp và kéo dài làm tăng khả năng một epoch được phân loại là ngủ; mức vận động cao làm tăng khả năng được phân loại là thức. Tuy nhiên, thuật toán không chỉ đơn giản kiểm tra xem cảm biến có chuyển động hay không. Tùy mô hình, nó có thể tính đến cường độ hoạt động, cách dữ liệu được thu, độ dài epoch và cấu trúc vận động xung quanh thời điểm đang xét.

Vì vậy, cùng một tín hiệu chuyển động không nhất thiết tạo ra kết quả giống nhau trên mọi hệ thống. Thiết bị, thuật toán chấm điểm và cách thiết lập dữ liệu đều có thể ảnh hưởng đến chuỗi ngủ/thức cuối cùng.

Từ các nhãn ngủ/thức, hệ thống tính chỉ số giấc ngủ như thế nào?

Sau khi các epoch đã được phân loại, actigraphy có thể ghép chúng thành một khoảng ngủ và tính các thông số thường dùng. Nhật ký giấc ngủ, nút đánh dấu sự kiện hoặc thông tin về giờ lên giường và rời giường thường được dùng để giúp xác định chính xác khoảng thời gian cần phân tích.

Các chỉ số chính được hình thành trực tiếp từ chuỗi ngủ/thức:

·         Sleep onset latency – SOL: Khoảng thời gian từ lúc bắt đầu cơ hội ngủ đến khi thuật toán xác định bắt đầu ngủ

·         Total sleep time – TST: Tổng thời lượng của các epoch được phân loại là ngủ trong khoảng phân tích

·         Wake after sleep onset – WASO: Tổng thời gian được phân loại là thức sau khi đã bắt đầu ngủ và trước khi kết thúc khoảng ngủ

·         Sleep efficiency – SE: Tỷ lệ giữa tổng thời gian ngủ và thời gian nằm trong khoảng ngủ được phân tích

Đây là lý do actigraphy có thể đưa ra con số “ngủ 6 giờ 45 phút” dù cảm biến chưa từng đo trực tiếp trạng thái của não. Con số đó được xây dựng theo chuỗi suy luận: chuyển động → nhãn ngủ/thức → tổng hợp các epoch → chỉ số giấc ngủ. Các định nghĩa TST, SOL, WASO và SE là những đầu ra phổ biến trong nghiên cứu và thực hành actigraphy.

Vì sao actigraphy có thể ước tính sai giấc ngủ?

Sai số quan trọng nhất xuất phát từ chính giả định dùng chuyển động làm đại diện cho ngủ và thức. Một người có thể nằm rất yên nhưng vẫn hoàn toàn tỉnh táo. Khi đó, cảm biến nhìn thấy mức vận động giống với một giai đoạn ngủ và thuật toán có thể đánh nhầm thức yên tĩnh thành ngủ.

Điều ngược lại cũng xảy ra. Người đang ngủ có thể trở mình, cử động tay hoặc thay đổi tư thế đủ mạnh để một số epoch bị phân loại thành thức. Vì vậy, actigraphy thường nhận diện trạng thái ngủ tốt hơn trạng thái thức yên tĩnh; độ đặc hiệu đối với thức là một hạn chế đã được ghi nhận trong nhiều nghiên cứu.

Mức sai lệch còn phụ thuộc vào quần thể và chỉ số đang được xét. Trong tổng quan hệ thống và phân tích gộp gồm 96 nghiên cứu với 4.134 người trưởng thành, ở nhóm có bệnh mạn tính, actigraphy trung bình ước tính tổng thời gian ngủ cao hơn PSG khoảng 22,42 phút và hiệu suất ngủ cao hơn khoảng 5,21 điểm phần trăm. Nhóm này thường có mức vận động thấp hơn, làm tăng khả năng những khoảng thức yên tĩnh bị tính thành ngủ.

Sai số cũng không giống nhau giữa các thông số. Tổng quan của AASM ở bệnh nhân mất ngủ cho thấy chênh lệch trung bình giữa actigraphy và PSG đối với TST trong 15 nghiên cứu là khoảng 10,14 phút, trong khi độ phù hợp đối với WASO có độ bất định lớn hơn. Điều đó cho thấy không nên gán cho actigraphy một con số “độ chính xác” duy nhất áp dụng cho mọi chỉ số, thuật toán và nhóm người.

Actigraphy khác polysomnography ở điểm nào?

Sự khác biệt nằm ở thứ được đo. Actigraphy đo vận động ngoại vi rồi suy luận trạng thái ngủ/thức. Polysomnography — PSG — ghi các tín hiệu sinh lý như điện não đồ EEG, chuyển động mắt EOG và điện cơ EMG; các tín hiệu này tạo cơ sở để xác định trực tiếp hơn trạng thái thức và các giai đoạn NREM, REM.

Do đó, actigraphy chuyển động đơn thuần không thể cung cấp kiến trúc giấc ngủ tương đương PSG. Nó không có đủ tín hiệu sinh lý để xác định đáng tin cậy một người đang ở N1, N2, N3 hay REM, cũng không cung cấp thông tin hô hấp mà một khảo sát giấc ngủ đầy đủ có thể thu nhận.

Điều này cũng giải thích vì sao actigraphy và PSG không phải hai công cụ có thể thay thế cho nhau. AASM xem PSG là phép đo chuẩn khi có chỉ định khảo sát trong phòng ngủ và nêu rõ actigraphy không phải phương án thay thế PSG trong những trường hợp cần xét nghiệm đó. Actigraphy tạo giá trị ở một hướng khác: ghi ít xâm lấn hơn và quan sát mô hình ngủ/thức trong môi trường sống thực tế qua nhiều ngày.

Vì vậy, nếu chỉ sử dụng chuyển động, một biểu đồ chia giấc ngủ thành “nhẹ”, “sâu” và “REM” không nên được hiểu là phép đo trực tiếp các giai đoạn ngủ theo tiêu chuẩn PSG.

Kết quả actigraphy nên được diễn giải như thế nào?

Actigraphy phát huy lợi thế khi mục tiêu là nhìn vào mô hình ngủ/thức theo thời gian, thay vì đòi hỏi mô tả sinh lý chi tiết của một đêm duy nhất. Thiết bị nhỏ gọn có thể được đeo liên tục nhiều ngày hoặc nhiều tuần, giúp quan sát giờ ngủ, giờ thức, thời lượng ngủ và sự biến thiên giữa các ngày trong điều kiện sinh hoạt bình thường.

Để kết quả có ý nghĩa, cần biết khoảng nào người dùng thực sự đeo thiết bị, khoảng nào tháo thiết bị và khoảng nào họ chủ động nằm nghỉ nhưng chưa ngủ. Nhật ký giấc ngủ hoặc nút đánh dấu giờ lên giường, tắt đèn và thức dậy có thể bổ sung ngữ cảnh mà cảm biến chuyển động tự nó không quan sát được.

Khi theo dõi sự thay đổi qua thời gian, việc duy trì cùng thiết bị, vị trí đeo, thuật toán và cách xử lý dữ liệu cũng quan trọng. Nếu các yếu tố này thay đổi, một phần khác biệt giữa hai lần đo có thể đến từ phương pháp chứ không phải từ giấc ngủ thực tế.

Do đó, các con số từ actigraphy nên được hiểu là ước tính khách quan dựa trên vận động. Chúng đặc biệt hữu ích để mô tả thời lượng và nhịp ngủ/thức trong nhiều ngày, nhưng cần thận trọng với những giai đoạn thức ít cử động, các chỉ số phụ thuộc mạnh vào việc phát hiện thức như WASO, và mọi diễn giải về cấu trúc các giai đoạn ngủ.

Actigraphy theo dõi giấc ngủ bằng một chuỗi xử lý rõ ràng: cảm biến gia tốc ghi chuyển động, dữ liệu được chia thành các epoch, thuật toán phân loại từng epoch thành ngủ hoặc thức, rồi các nhãn này được tổng hợp thành TST, SOL, WASO và hiệu suất ngủ.

Phương pháp này hữu ích vì có thể theo dõi giấc ngủ trong môi trường tự nhiên qua nhiều ngày với gánh nặng thấp hơn PSG. Đổi lại, chuyển động chỉ là tín hiệu đại diện cho giấc ngủ. Người thức nhưng nằm yên vẫn có thể bị tính là ngủ, và actigraphy đơn thuần không đo được các giai đoạn ngủ như EEG-based PSG. Vì vậy, giá trị lớn nhất của actigraphy nằm ở việc ước tính mô hình ngủ/thức và sự thay đổi của chúng theo thời gian, không phải xác nhận trực tiếp trạng thái sinh lý của não.