Công nghệ theo dõi giấc ngủ hoạt động như thế nào?

Hai nhóm dữ liệu quan trọng nhất là chuyển động và tín hiệu sinh lý. Cảm biến chuyển động cho biết cơ thể đang yên hay hoạt động; cảm biến quang học và các cảm biến khác cung cấp thông tin về nhịp tim, nhịp thở, oxy máu hoặc nhiệt độ da. Khi được kết hợp theo thời gian, các tín hiệu này tạo thành cơ sở để thuật toán xây dựng một bức tranh về giấc ngủ.

Cảm biến chuyển động nhận biết trạng thái ngủ như thế nào?

Một trong những nền tảng phổ biến của theo dõi giấc ngủ là actigraphy, tức phân tích chuyển động của cơ thể theo thời gian. Đồng hồ thông minh, vòng đeo tay và một số thiết bị theo dõi giấc ngủ sử dụng gia tốc kế để ghi nhận những thay đổi rất nhỏ trong vận động của cổ tay hoặc cơ thể.

Khi người dùng nằm yên trong thời gian đủ dài, tín hiệu chuyển động thường giảm mạnh. Thuật toán có thể sử dụng đặc điểm này để xác định một khoảng thời gian có khả năng là giấc ngủ. Ngược lại, chuyển động rõ rệt hoặc liên tục có thể là dấu hiệu của trạng thái thức.

Điểm quan trọng là không chuyển động không đồng nghĩa tuyệt đối với đang ngủ. Một người có thể nằm bất động nhưng vẫn tỉnh, trong khi người đang ngủ vẫn có thể xoay người hoặc cử động chân tay. Vì vậy, chuyển động chủ yếu cung cấp một tín hiệu hành vi, chứ không phải phép đo trực tiếp trạng thái thần kinh.

Tín hiệu sinh lý bổ sung thông tin mà chuyển động không thể cho biết

Để giảm sự phụ thuộc vào chuyển động, thiết bị hiện đại có thể kết hợp dữ liệu sinh lý. Một cảm biến quang học PPG chẳng hạn, chiếu ánh sáng vào da và đo sự thay đổi lượng ánh sáng phản xạ để ước tính nhịp tim và các biến thiên của nhịp tim theo thời gian.

Từ những thay đổi này, thuật toán có thể tìm thêm các đặc điểm liên quan đến trạng thái nghỉ ngơi. Một số thiết bị còn sử dụng cảm biến hoặc thuật toán để ước tính:

·         Nhịp tim

·         Biến thiên nhịp tim

·         Nhịp thở

·         Độ bão hòa oxy trong máu

·         Nhiệt độ da

Giá trị của cách tiếp cận này nằm ở sự kết hợp nhiều tín hiệu. Chẳng hạn, cùng là một khoảng thời gian gần như không có chuyển động, nhưng nhịp tim và các đặc điểm sinh lý đi kèm có thể giúp thuật toán phân biệt các trạng thái có khả năng khác nhau.

Tuy nhiên, mỗi tín hiệu đều có giới hạn. PPG chịu ảnh hưởng bởi vị trí đeo, độ tiếp xúc với da và chuyển động. SpO₂ chịu ảnh hưởng bởi chất lượng tiếp xúc và điều kiện đo. Vì thế, thiết bị thường không dựa vào một tín hiệu đơn lẻ để đưa ra toàn bộ kết luận về giấc ngủ.

Thuật toán biến dữ liệu cảm biến thành các giai đoạn ngủ ra sao?

Sau khi thu thập dữ liệu, thiết bị chia tín hiệu theo các khoảng thời gian rồi tìm những mẫu biến đổi có liên quan đến trạng thái ngủ. Đây là bước suy luận, không phải đo trực tiếp.

Một hệ thống có thể kết hợp:

Chuyển động → nhịp tim → biến thiên nhịp tim → nhịp thở → các tín hiệu bổ sung → mô hình thuật toán → trạng thái giấc ngủ ước tính

Các đặc điểm của tín hiệu được phân tích cùng nhau để tạo ra phân loại như thức, ngủ hoặc các giai đoạn ngủ. Việc phân loại sâu hơn thành ngủ nông, ngủ sâu và REM khó hơn so với việc xác định một người có đang ngủ hay không, vì các giai đoạn này liên quan đến hoạt động thần kinh và những thay đổi sinh lý phức tạp.

Trong nghiên cứu giấc ngủ, polysomnography (PSG) sử dụng nhiều kênh đo trực tiếp hơn, đặc biệt là điện não đồ EEG, cùng các tín hiệu như chuyển động mắt và hoạt động cơ. Vì vậy, dữ liệu từ đồng hồ hoặc vòng đeo tay nên được hiểu là ước tính dựa trên tín hiệu gián tiếp, không phải bản sao của phép đo PSG.

Vì sao cùng một đêm nhưng thiết bị có thể ghi nhận kết quả khác nhau?

Độ chính xác của theo dõi giấc ngủ phụ thuộc vào cả cảm biến, vị trí đeo, thuật toán và đặc điểm của từng người. Đây là lý do một thiết bị có thể cho kết quả khác với một thiết bị khác trong cùng một đêm.

Một số yếu tố ảnh hưởng trực tiếp gồm:

·         Thiết bị tiếp xúc với da như thế nào

·         Người dùng có đeo thiết bị đúng vị trí hay không

·         Cổ tay hoặc cơ thể chuyển động nhiều hay ít

·         Tín hiệu PPG có ổn định hay không

·         Thuật toán của từng nhà sản xuất xử lý tín hiệu như thế nào

·         Đặc điểm sinh lý của từng người

Đặc biệt, thời gian ngủ và giai đoạn ngủ không phải hai bài toán có cùng độ khó. Việc nhận biết một khoảng thời gian ít chuyển động và có tín hiệu sinh lý phù hợp thường đơn giản hơn việc xác định chính xác người đó đang ở REM hay ngủ sâu.

Vì vậy, một biểu đồ có nhiều con số chi tiết không có nghĩa mọi con số đều được đo trực tiếp với độ chính xác tương đương.

Theo dõi giấc ngủ khác gì với đo giấc ngủ trong phòng thí nghiệm?

Khác biệt cốt lõi nằm ở loại tín hiệu được thu thập và mức độ trực tiếp của phép đo.

Thiết bị đeo ưu tiên sự tiện lợi: có thể ghi dữ liệu trong nhiều đêm liên tiếp mà không cần gắn nhiều điện cực. Ngược lại, PSG thu thập nhiều tín hiệu chuyên biệt để đánh giá trạng thái ngủ với độ chi tiết cao hơn.

Do đó, hai hệ thống phục vụ những mục đích khác nhau. Thiết bị tiêu dùng phù hợp hơn với việc theo dõi xu hướng như thời lượng ngủ, thời điểm đi ngủ, thời điểm thức dậy và những thay đổi lặp lại qua nhiều đêm. PSG phù hợp với đánh giá chuyên sâu khi cần xác định các đặc điểm sinh lý của giấc ngủ bằng hệ thống đo chuyên biệt.

Không nên xem một chỉ số từ đồng hồ thông minh như một phép đo chẩn đoán chỉ vì thiết bị hiển thị nó dưới dạng một con số rất cụ thể.

Người dùng nên đọc dữ liệu theo dõi giấc ngủ như thế nào?

Giá trị lớn nhất của công nghệ theo dõi giấc ngủ thường nằm ở xu hướng, thay vì một đêm đơn lẻ.

Một đêm có thời lượng ngủ khác thường có thể chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như lịch sinh hoạt, môi trường, vận động hoặc việc đeo thiết bị không ổn định. Khi dữ liệu được ghi nhận đều đặn, người dùng có thể quan sát những thay đổi lặp lại về thời gian ngủ, thời điểm thức dậy hoặc các chỉ số sinh lý mà thiết bị cung cấp.

Cách đọc hợp lý là xem dữ liệu cảm biến như một nguồn thông tin hỗ trợ nhận biết mô hình giấc ngủ, đồng thời hiểu rằng các giai đoạn ngủ được thiết bị đeo cung cấp là kết quả suy luận của thuật toán.

Nếu một chỉ số bất thường lặp lại hoặc đi kèm triệu chứng khiến người dùng lo ngại, dữ liệu từ thiết bị có thể là thông tin tham khảo để trao đổi với chuyên gia, thay vì được dùng như một kết luận chẩn đoán độc lập.

Cốt lõi của công nghệ theo dõi giấc ngủ là biến các tín hiệu gián tiếp thành một ước tính về trạng thái ngủ. Chuyển động giúp nhận biết mức độ hoạt động của cơ thể, trong khi nhịp tim, biến thiên nhịp tim, nhịp thở, oxy máu và các tín hiệu khác bổ sung thông tin sinh lý. Thuật toán sau đó kết hợp những dữ liệu này để suy luận trạng thái và giai đoạn ngủ. Vì đây vẫn là quá trình suy luận từ tín hiệu gián tiếp, kết quả nên được đọc theo xu hướng và bối cảnh thay vì coi mọi chỉ số là phép đo trực tiếp.