Na spodzie koperty zegarka są dwie rzeczy: kilka diod świecących w skórę oraz układ rejestrujący ruch. To dwa podstawowe źródła danych, którymi urządzenie dysponuje przez całą noc. Rano aplikacja pokazuje wykres z czterema kolorowymi pasami, godziną zaśnięcia i oceną jakości snu. Między jednym a drugim leży warstwa obliczeń, o której producenci mówią niewiele. Przegląd opublikowany w tym roku w piśmie “Sleep Medicine” sprawdził, ile z tych wyliczeń pokrywa się z tym, co czuje i raportuje człowiek. Wyniki są słabsze, niż podpowiadałaby precyzja wykresu.
Jak smartwatch mierzy sen, czyli co naprawdę rejestruje czujnik
Podstawowym sygnałem jest ruch nadgarstka. Akcelerometr zapisuje, jak bardzo i jak często ręka się poruszyła. Metoda nazywa się aktygrafią i w medycynie snu funkcjonuje od dziesięcioleci, także w wersjach klinicznych. Założenie jest proste: człowiek śpiący rusza się mniej niż czuwający.
Drugi sygnał to przepływ krwi. Zielone diody prześwietlają skórę, a czujnik mierzy, ile światła wraca. Na tej podstawie urządzenie wylicza tętno i jego zmienność, czyli różnice w odstępach między uderzeniami serca. Zmienność rytmu zmienia się w cyklu dobowym, więc niesie informację o tym, w jakim stanie jest organizm.
Droższe modele dokładają jeszcze dwa źródła. Czujnik natlenienia krwi wykorzystuje światło czerwone i podczerwone. Czujnik temperatury skóry notuje jej nocne wahania. To wszystko. Fal mózgowych, ruchów gałek ocznych ani napięcia mięśni zegarek nie rejestruje, choć właśnie te trzy sygnały definiują fazy snu w badaniu klinicznym.
Fazy snu są wyliczane, a nie mierzone
Kolorowy wykres z fazą lekką, głęboką i REM powstaje w algorytmie. Urządzenie bierze zapis ruchu, tętna i jego zmienności, tnie noc na krótkie okna i każdemu oknu przypisuje etykietę. Reguła przypisania pochodzi z uczenia maszynowego na danych, w których ludziom zakładano jednocześnie zegarek i aparaturę kliniczną.
Wzorcem jest polisomnografia. To badanie prowadzone w pracowni snu, z elektrodami na głowie, czujnikami przy oczach, na mięśniach i na klatce piersiowej. Technik przypisuje fazy na podstawie łącznego zapisu fal mózgowych, ruchów oczu i napięcia mięśni. Zegarek próbuje odtworzyć ten wynik z dwóch pośrednich sygnałów.
Algorytmy są zamknięte i różnią się między producentami. Dwa urządzenia noszone tej samej nocy na dwóch rękach potrafią pokazać inny podział faz. Żaden z producentów nie publikuje reguły, według której przypisuje etykiety.
Co ustalili autorzy przeglądu w Sleep Medicine
Narat Srivali z Duke University i Wisit Cheungpasitporn z Mayo Clinic zebrali badania porównujące komercyjne urządzenia naręczne ze sprawdzonymi kwestionariuszami jakości snu. Do przeglądu opublikowanego w sierpniowym numerze pisma “Sleep Medicine” weszło pięć badań obserwacyjnych i łącznie 2006 dorosłych uczestników.
Główny wynik dotyczy zgodności. Odczyty z urządzeń tłumaczyły od 2,5 do 16,2 procent różnic w tym, jak badani sami oceniali swój sen. Łączny czas snu korelował umiarkowanie z dzienniczkiem prowadzonym tego samego dnia. Wyniku kwestionariusza PSQI, czyli standardowego narzędzia oceny jakości snu, urządzenia nie odwzorowywały.
Najciekawsza liczba dotyczy jednak tego, kto nosi urządzenie. U osób śpiących dobrze zgodność wyniosła 82,4 procent. U osób z bezsennością spadła do 39,4 procent, a różnica była istotna statystycznie. Słabą zgodność odnotowano także u osób starszych i u pacjentów z rozpoznaniami klinicznymi. Zegarek radzi sobie więc najgorzej dokładnie tam, gdzie ktoś najbardziej chciałby na nim polegać.
Porównanie z badaniem referencyjnym wypada jeszcze słabiej
Przegląd zestawia też odczyty z polisomnografią i tu wyniki są bardziej konkretne. Wydajność snu, czyli udział snu w czasie spędzonym w łóżku, urządzenia systematycznie zawyżały. Zawyżenie mieściło się między 1,75 a 7,9 punktu procentowego.
Dwie pozostałe miary wypadły gorzej. Czas zasypiania praktycznie nie korelował z pomiarem referencyjnym. Czas czuwania po zaśnięciu urządzenia zaniżały o 7 do 30 minut. Znaczy to tyle, że nocne wybudzenia w dużej części nie trafiają do statystyki, którą widać rano.
Autorzy sami oceniają pewność zgromadzonych dowodów jako niską do umiarkowanej. Wniosek formułują ostrożnie: dane z urządzenia mają uzupełniać sprawdzone kwestionariusze i badania, a nie wchodzić na ich miejsce.
Dlaczego akurat przy bezsenności zegarek myli się najbardziej
Jednym z prawdopodobnych wyjaśnień jest ograniczenie pomiaru ruchu. Człowiek leżący nieruchomo i nie mogący zasnąć wygląda dla akcelerometru podobnie do człowieka śpiącego. Urządzenie może wtedy pomylić nieruchome czuwanie ze snem, co pasuje do zaobserwowanego zawyżania wydajności snu i zaniżania czasu czuwania.
Zastrzeżenie jest tu istotne. Sam przegląd nie ustala, że właśnie ten mechanizm odpowiada za różnicę między obiema grupami. Podaje wyniki, a nie ich przyczynę, i tak należy je czytać.
Osobno warto znać ograniczenia samego czujnika optycznego. Pracuje na świetle odbitym od skóry, więc psuje go ruch i wszystko, co zmienia drogę światła. Producenci zalecają zwykle stabilne, ale wygodne dopasowanie paska powyżej kostki nadgarstka. Luźny pasek pogarsza kontakt czujnika ze skórą, natomiast konkretne zalecenie trzeba sprawdzić w instrukcji swojego modelu.
Do czego zegarek nadaje się mimo wszystko
Z powyższego nie wynika, że urządzenie jest bezużyteczne. Wynika, że mierzy co innego, niż sugeruje interfejs, i że pojedyncza noc niczego nie rozstrzyga.
Najlepiej sprawdza się jako rejestrator regularności. Seria pomiarów pomaga zauważyć, o której kładziemy się i wstajemy oraz czy rytm dnia się rozjeżdża. Trzeba przy tym pamiętać, że więcej nocy nie usuwa systematycznego błędu urządzenia. Nie ma też jednego, potwierdzonego dla wszystkich modeli okresu, po którym wynik staje się wiarygodny.
Drugie sensowne zastosowanie to porównywanie siebie ze sobą. Zegarek liczy tym samym algorytmem co noc, więc różnica między tygodniem spokojnym a tygodniem po zmianie nawyku bywa widoczna, nawet jeśli wartości bezwzględne są przesunięte. Porównania między różnymi urządzeniami sensu nie mają, bo każdy producent przypisuje fazy inaczej.
Warto przy okazji sprawdzić, co dzieje się z tymi danymi dalej. Zapis snu jest informacją o zdrowiu i trafia na serwery producenta. Pisaliśmy o tym przy okazji danych z Samsung Health wykorzystywanych do trenowania modeli, a sam mechanizm należy do tej samej rodziny pytań co nagrywanie dźwięku przez telewizory LG.
Pierwsza Misja AI · Kodożercy
AI bez technikaliów – kurs i certyfikat
Pierwsza Misja AI to kurs Kodożerców dla absolutnych początkujących. Fabuła w konwencji science fiction, gamifikacja, ćwiczenia na żywym modelu, certyfikat na koniec.
Zacznij Pierwszą Misję →
Kiedy wykres przestaje wystarczać
Bezdech senny i bezsenność rozpoznaje lekarz, a nie aplikacja. Wynik 39,4 procent zgodności u osób z bezsennością jest tego najlepszą ilustracją. Urządzenie radzi sobie z takim snem najsłabiej, więc uspokajający wykres niczego nie wyklucza.
Amerykańska Akademia Medycyny Snu zajęła w tej sprawie osobne stanowisko dotyczące konsumenckich urządzeń do pomiaru snu. Sprowadza się ono do tego, że takie urządzenia nie są narzędziem diagnostycznym i nie zastępują oceny klinicznej, mogą natomiast posłużyć jako materiał uzupełniający w rozmowie z lekarzem. Sygnały, które zwykle kierują do gabinetu, to chrapanie z przerwami w oddychaniu zauważanymi przez domowników, silna senność w ciągu dnia mimo długiego snu oraz utrzymujące się tygodniami trudności z zaśnięciem.
Osobna ostrożność należy się sytuacji odwrotnej. U części osób silne skupienie na wyniku z urządzenia nasila napięcie związane ze snem. Takie przypadki opisano w literaturze pod nazwą ortosomnii.
Najczęstsze pytania
Czy smartwatch wykrywa bezdech senny?
Część urządzeń sygnalizuje nietypowe spadki natlenienia krwi i producenci opisują to jako wskazówkę, a nie rozpoznanie. Bezdech senny rozpoznaje lekarz na podstawie badania. Sygnał z zegarka może być powodem do umówienia wizyty, natomiast jego brak niczego nie wyklucza.
Dlaczego dwa zegarki pokazują różne fazy snu tej samej nocy?
Każdy producent stosuje własny, zamknięty algorytm przypisywania faz. Sygnały wejściowe są podobne, reguła przetwarzania inna. Z tego powodu porównywanie wyników między urządzeniami nie ma sensu, a porównywanie wyników jednego urządzenia w czasie ma.
Czy opaska jest dokładniejsza od zegarka?
Na podstawie abstraktu tego przeglądu nie da się tego rozstrzygnąć. Autorzy podają wyniki zbiorczo dla komercyjnych urządzeń naręcznych, bez podziału na opaski i zegarki. W praktyce liczy się raczej to, czy urządzenie w ogóle jest noszone przez całą noc i czy dobrze przylega do nadgarstka.
Jak długo trzeba nosić zegarek, żeby wynik coś znaczył?
Pojedyncza noc niesie najwięcej przypadkowego błędu, więc pojedynczy wynik mówi niewiele. Dłuższa seria pozwala zobaczyć regularność rytmu i reakcję na zmianę nawyku, natomiast nie usuwa błędu systematycznego samego algorytmu. Jednego okresu potwierdzonego dla wszystkich modeli po prostu nie ma.
Podsumowanie
Zegarek na nadgarstku dysponuje ruchem, tętnem i jego zmiennością, a w droższych modelach jeszcze natlenieniem i temperaturą skóry. Cała reszta, czyli fazy snu, godzina zaśnięcia i ocena jakości nocy, powstaje w zamkniętym algorytmie na podstawie tych sygnałów. Przegląd pięciu badań z 2006 uczestnikami, opublikowany w piśmie “Sleep Medicine”, pokazuje granice tego przeliczenia. Odczyty tłumaczyły od 2,5 do 16,2 procent różnic w subiektywnej ocenie snu, wydajność snu była systematycznie zawyżana, a czas czuwania po zaśnięciu zaniżany nawet o pół godziny. U osób z bezsennością zgodność spadała do 39,4 procent wobec 82,4 procent u osób śpiących dobrze. Rozsądne zastosowanie sprowadza się do obserwacji własnego rytmu przez tygodnie, a rozpoznanie zaburzeń snu pozostaje po stronie lekarza.
Newsletter · DevstockAcademy & Kodożercy
Bądź na bieżąco ze światem IT, AI i automatyzacji
Co wtorek: newsy z branży, praktyczne tipy i narzędzia które warto znać. Zero spamu.
