引言

人工智能 (AI) 正在改變醫療保健的幾乎每一個方面，并在許多應用中提供協助。從減少醫生診斷疾病的時間到自主管理醫療設備供應鏈，人工智能消除了人類認識、處理和應對條件變化所需的滯后。用技術處理數據的速度越來越快。再加上物聯網和不斷增加的連接，人工智能正在持續使用數據來評估和改善它所服務的應用的質量。

人工智能的一個新興應用是協助進行睡眠跟蹤、監測和改善。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，還可能導致糖尿病的惡化，引起體重增加和血壓升高，削弱免疫系統，增加心臟病風險，并帶來其他問題。雖然追求最好的休息是值得努力的方向，但要實現這一目標，還需要有重大的技術進步。為了搞清楚技術如何改善睡眠，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行恢復，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，屬于神經科學范疇。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圖，并創建基準條件。

睡眠在四個不同的階段以獨特的方式激活一系列神經網絡：

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，這是一個相當活躍的睡眠期，研究表明可能有助于記憶和表現。這四個階段共持續大約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任意長度的睡眠都更加有益。那么，技術的工作原理是怎樣的呢？

技術如何改善睡眠

傳感器是所有人工智能應用的起點。傳感器監測從心率到運動和聲音的一切指標，收集數據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測一段時間的數據。通過這些數據可以發現受試者睡眠習慣的趨勢和模式，最終使AI技術能夠預測睡眠的周期時間。與任何基于回歸的過程一樣，處理器要處理的數據越多，其預測就越準確。一旦AI技術處理了足夠多的睡眠數據，工程師就能為受試者建立一個單獨的睡眠周期。

監測初始睡眠條件

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化睡眠過程。 最早的方法之一是對睡眠周期進行計時，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如何改變傳統的起床方法：

假設你需要在早上7點起床，如果是用普通鬧鐘，你會把它精確設置為早上7點響鈴。如果你的睡眠跟蹤設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。這些因素可能是環境因素，也可能是潛在的健康因素，工程師可以通過監測心臟和肺部發現這些因素。人工智能改善睡眠的最重要成果是確保睡眠環境有利于人們在夜間，特別是在活躍周期內，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律周期的渴望和智能[晝夜節律]照明，幫助身體在光線充足的時候比較警覺，而在臥室內黑暗時感到疲憊。

改善睡眠的其他機制還包括溫度控制和噪音控制。利用在足夠長的時間內采集的數據，可以觀察身體在睡眠期間對雷聲或其他噪音的反應，并相應地改變睡眠時的周邊條件。甚至還可以利用技術制作連接到共享設備的 "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量，人工智能還可以幫助醫生和醫務人員診斷睡眠障礙。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，來發現走向睡眠障礙的趨勢。例如，丹麥的哥本哈根大學開發了一個名為U-Sleep的神經網絡，這是一個面向大眾開放的睡眠改善AI平臺。科學家們通過對15000名參與者的研究收集了一些基本信息，這些信息構成一個全面的數據矩陣，可以用來與已知睡眠障礙的癥狀進行比較。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、失眠及其他疾病進行比較，從而發現癥狀。更讓人開心的是，人工智能的預測能力可以在癥狀出現之前推斷出觀察到的模式，在問題發生之前就發現它。

結語

人工智能正在改變人類的體驗，幫助提供技術優勢以提升人類的整體生活質量。例如，它可以監測初始睡眠條件，繪制睡眠狀態圖并找出睡眠干擾因素，然后根據受試者的喜好悄悄地定制睡眠地點的局部環境。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，診斷和預測睡眠障礙，提高注意力、警覺性和身體健康。

審核編輯：郭婷