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引言
人工智能 (AI) 正在改變醫(yī)療保健的幾乎每一個(gè)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(shí)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(shí)、處理和應(yīng)對(duì)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(píng)估和改善它所服務(wù)的應(yīng)用的質(zhì)量。
人工智能的一個(gè)新興應(yīng)用是協(xié)助進(jìn)行睡眠跟蹤、監(jiān)測(cè)和改善。改善睡眠有很多好處，比如提升工作效率，增強(qiáng)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(huì)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(xiǎn)，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(shí)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(gè)階段以及身體如何利用休息時(shí)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(gè)階段
睡眠作為一個(gè)身體過程，屬于神經(jīng)科學(xué)范疇。雖然看起來類似于自動(dòng)駕駛，但睡眠是一個(gè)活躍的大腦過程。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)閷?duì)睡眠周期的任何增強(qiáng)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(gè)不同的階段以獨(dú)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(dòng)（REM）睡眠（10-60分鐘）
在這些階段中，慢波睡眠 (SWS) 每個(gè)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(dòng) (REM) 睡眠，這是一個(gè)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(gè)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(huì)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(shí)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(gè)周期沒有被充分利用， 睡眠有問題的受試者就無法從這個(gè)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(yàn)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(diǎn)。傳感器監(jiān)測(cè)從心率到運(yùn)動(dòng)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(cè)一段時(shí)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(shì)和模式，最終使AI技術(shù)能夠預(yù)測(cè)睡眠的周期時(shí)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(cè)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(gè)單獨(dú)的睡眠周期。
監(jiān)測(cè)初始睡眠條件
一旦算法確定了獨(dú)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(duì)睡眠周期進(jìn)行計(jì)時(shí)，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(huì)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(diǎn)起床，如果是用普通鬧鐘，你會(huì)把它精確設(shè)置為早上7點(diǎn)響鈴。如果你的睡眠跟蹤設(shè)備要在最佳時(shí)間喚醒你，那么它將在你完成最后一個(gè)約90分鐘的周期后喚醒你，這個(gè)周期在你指定的喚醒時(shí)間之前結(jié)束。因此，即使你提前醒來，也可能會(huì)感覺睡眠時(shí)間比實(shí)際時(shí)間長，因?yàn)槟闶窃谥芷谕瓿珊笮褋淼?。雖然傳統(tǒng)的鬧鐘不知道這一點(diǎn)，但人工智能可以確保將鬧鐘時(shí)間與你的獨(dú)特周期同步。
識(shí)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(cè)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?cè)谝归g，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(duì)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(shí)候比較警覺，而在臥室內(nèi)黑暗時(shí)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(shí)間內(nèi)采集的數(shù)據(jù)，可以觀察身體在睡眠期間對(duì)雷聲或其他噪音的反應(yīng)，并相應(yīng)地改變睡眠時(shí)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(gè)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(xiǎn)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(shì)。例如，丹麥的哥本哈根大學(xué)開發(fā)了一個(gè)名為U-Sleep的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這是一個(gè)面向大眾開放的睡眠改善AI平臺(tái)。科學(xué)家們通過對(duì)15000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(gè)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(cè)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(yàn)，幫助提供技術(shù)優(yōu)勢(shì)以提升人類的整體生活質(zhì)量。例如，它可以監(jiān)測(cè)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(diǎn)的局部環(huán)境。因此，人工智能可以幫助人們?cè)鰪?qiáng)睡眠體驗(yàn)，同時(shí)保持正常睡眠周期，診斷和預(yù)測(cè)睡眠障礙，提高注意力、警覺性和身體健康。
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(yàn)，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。
