如何能夠使得對睡眠問(wèn)題的診斷和研究更加容易呢？

　　來(lái)自MIT和馬薩諸塞州總醫院（MassachusettsGeneralHospital）的研究人員設計了一種監測睡眠階段的新方法，而且不需要在身體上貼上各種各樣的傳感器。他們的設備使用了一個(gè)先進(jìn)的人工智能算法來(lái)分析人體周?chē)臒o(wú)線(xiàn)電信號，并且將這些信號的測量翻譯成睡眠的階段：淺度、深度以及快動(dòng)眼（REM）階段。

　　“設想一下，如果你的Wi-Fi路由器知道你在什么時(shí)間做夢(mèng)，并且可以檢測你是否有足夠的深度睡眠，這對于鞏固記憶是非常重要的，”研究的領(lǐng)導者電氣工程與計算機科學(xué)教授DinaKatabi表示，“我們的愿景是開(kāi)發(fā)健康的傳感器，能夠在無(wú)形中捕獲生理信號和重要的健康指標，而不需要用戶(hù)以任何方式改變他們的行為。”

　　研究發(fā)表在了8月9日的機器學(xué)習國際會(huì )議上。

　　遙控傳感

　　Katabi與她團隊成員來(lái)自MIT計算機科學(xué)與人工智能實(shí)驗室。

　　此前，她們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于無(wú)線(xiàn)電的傳感器，使其能夠遠程測量可以作為健康指標的生命體征和行為。這些傳感器由無(wú)線(xiàn)設備組成，大小相當于一臺手提電腦，能夠發(fā)出低功率的無(wú)線(xiàn)電頻率（RF）信號。當無(wú)線(xiàn)電波被人體反射，微小的身體移動(dòng)都會(huì )使得反射的電波頻率發(fā)生改變。分析這些電波可以揭示生命體征，如脈搏和呼吸頻率。

　　“這是一個(gè)小的就像Wi-Fi一樣的盒子，可以安裝在家里，通過(guò)身體作用在RF信號上的標記，分析這些反射信號并且發(fā)現身體的這些改變，”Katabi解釋說(shuō)。

　　Katabi和她的學(xué)生們也使用了這個(gè)方法創(chuàng )造了一個(gè)傳感器，稱(chēng)為WiGait。這款傳感器可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號測量走路的速度，這可以幫助醫生預測認知減退、跌倒，某些心臟或者肺部疾病，或者其他的健康問(wèn)題。

　　在開(kāi)發(fā)了這些傳感器之后，Katabi考慮到類(lèi)似的方法也可以用于監測睡眠?，F在常規的研究手段，是讓患者一夜都呆在睡眠實(shí)驗室里，并連接到諸如腦電圖（EEG）等監視設備上。

　　“機會(huì )是非常大的，因為我們沒(méi)有很好的了解睡眠，而大量的人口又存在睡眠的問(wèn)題，”第一作者研究生MingminZhao表示，“我們有了這項技術(shù)，如果我們可以使得它有效，可以驅動(dòng)我們從一個(gè)睡眠研究需要在睡眠實(shí)驗室中做幾個(gè)月的世界中，變成只要在家中持續進(jìn)行就可以。”

　　于是，為了達到這一目的，研究人員需要提出一種方式來(lái)將他們測量的數據翻譯成為幾個(gè)睡眠階段的脈搏、呼吸頻率以及運動(dòng)，而最近先進(jìn)的人工智能使得訓練計算機算法成為可能。算法被稱(chēng)為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，用于從復雜的數據中提取和分離信息，例如對于從研究人員傳感器中獲取的無(wú)線(xiàn)信號來(lái)說(shuō)，這些信號包含了大量與睡眠不相關(guān)的信息，對算法造成了干擾。MIT的研究人員因此提出了一種基于深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的AI算法，以消除不相關(guān)信息的干擾。

　　“周?chē)沫h(huán)境對我們的測量引入了很多不必要的變量。新穎之處在于我們能夠保有睡眠的信號，同時(shí)消除其余的，”聯(lián)合作者TommiJaakkola表示。他們的算法可以用于不同位置不同人員，不需要進(jìn)行任何的校驗。

　　研究人員使用了這種方法對25名健康的志愿者進(jìn)行了測試。研究發(fā)現他們的技術(shù)精確度可以達到80%，與睡眠專(zhuān)家基于EEG測量的準確度相當。

　　“我們的設備允許你不但移除原本要施加于人體的傳感器，而且使得實(shí)驗可以以更好的方式在家中進(jìn)行，并且也使得醫生以及睡眠專(zhuān)家的工作更加便捷，”Katabi表示，“他們不必在重重的數據中進(jìn)行手動(dòng)標記。”

　　睡眠不足

　　其他的研究人員曾嘗試使用無(wú)線(xiàn)信號來(lái)監測睡眠，但是這些系統只有65%的精確度并且主要定義受試者是醒著(zhù)還是睡眠狀態(tài)，并不能夠區分他們所在的睡眠階段。Katabi和她的同事們能夠通過(guò)訓練他們的算法提升對不必要的無(wú)線(xiàn)信號去除的能力，去除從房間內其他物體反射的無(wú)線(xiàn)信號，只包含睡眠的人體所反映的數據。

　　現在，研究人員計劃使用這項技術(shù)研究帕金森疾病如何影響睡眠。

　　“當你想到帕金森病，你就會(huì )想到運動(dòng)的障礙，但是疾病與很復雜的睡眠不足相關(guān)，關(guān)于這一點(diǎn)，我們目前還沒(méi)有完全解讀，”Katabi指出。

　　這種新式的傳感器可以用來(lái)學(xué)習阿茲海默病所導致的睡眠改變，與睡眠障礙，例如失眠與睡眠呼吸暫停。它也有望用于研究睡眠中的癲癇發(fā)作，這在通常的研究中是很難被發(fā)現的。

　　在未來(lái)，這種家用的睡眠監測裝置有望能夠收集大量的數據，這些大數據積累對于科學(xué)家們進(jìn)一步解讀睡眠相關(guān)疾病的奧秘，也許有著(zhù)意想不到的作用。