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【睡眠知识】什么是深度睡眠?

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最近很多小伙伴反映说,自己早上醒来,看到的睡眠报告里显示的深睡变少了,特别是后半夜,几乎没有什么深度睡眠,于是担心自己的睡眠质量是不是变差了,或者现在蜗牛睡眠的监测不准确了?
事实上,大家发现的这个变化,是因为我们的算法优化了,监测结果更加准确合理了,只不过这个变化看上去有点“反直觉”!如果将我们的睡眠报告,与科研文献中使用的专业睡眠报告进行对比,可以看出,我们记录的睡眠结构越来越符合人的生理特征了。让我们先用两张图来对比一下,这里第一张是蜗牛睡眠近期的一个典型记录,深度睡眠主要发生在入睡之后的4个小时之内。其下方的图片,是科研论文中记录的是健康成年人的整夜睡眠情况,健康成年人每天平均睡7-9小时左右,深度NREM睡眠的总时长不超过“全夜睡眠总时间”的15%-20%,也就是1-2小时的样子。
该记录使用的是专业睡眠监测设备PSG(多导睡眠图仪),并由睡眠技师进行数据判读的结果,数据显示深睡基本上发生在入睡之后的4小时之内。蜗牛睡眠的分析报告,在进行了算法的优化之后,越来越趋近于科研和临床的结果了。
(图片引自Takuji Suzuki el at 2009年1月会议论文Development of a Sleep Monitoring System with Wearable Vital Sensor for Home Use中记录的一名36岁健康男性的整夜睡眠,图片中的中文标注为本文作者注释)
大家可能会感到很困惑,既然蜗牛睡眠没有给用户派发PSG设备,那是怎样在一部手机上就实现与专业睡眠分析相近的结果呢?其实答案很简单,
一来,这是我们使用深度学习的方法,不断优化的结果,真正体现了“科技改善睡眠”的信念。
二来,也要感谢蜗牛睡眠的小伙伴们,绝不是空喊口号,而是“身体力行”,拿自己的主客观睡眠数据来给机器学习提供训练素材。
在我们办公室里,就有一套睡眠实验室里标配的PSG设备,晚上这里经常成为阿尔法实验室,我们敬业的小伙伴们在自己头上身上贴好电极片、连上导线,同时还要用各种手环、手机、传感器等同步采集数据。数据采集完毕,我们请持有国际睡眠分析认证,并有丰富临床经验的医技人员给我们数据进行判读。然后,这些结果才能成为机器学习的合格“样本”。至于计算机是怎样把各种传感器采集的数据与PSG结果去进行拟合的,据说是个黑箱,人类并不真正了解,但是数据越多,它就会学习得越好。时至今日,我们感到自己的算法确实比以前“聪明”了。
但是我们也不会轻易的止步于机器给出的结论,除了PSG客观监测,我们还会将自己的“主观估计”与优化后的算法不断的比对。在这个过程中,我们首先观察到的是对夜醒的判断越来越准确,这很容易理解,因为人虽然不知道自己的深睡啥时发生,但是记住自己醒了几次并不太难。直到最近几个月,我们的深睡,也越来越趋向于合理了。目前,对于鼾声分析的纬度和精度也在提高,未来你或许不仅能听到自己的鼾声,还能了解到更多关于呼吸动态的结果。蜗们真的不是在假装关心你的睡眠,无论是监测工具,还是改善内容,睡眠科学的标准指南和前沿进展才是我们的参考依据。
新老报告的改变之所以给大家造成了一定的困惑,可能是因为我们平时忽视了对于对睡眠生理知识的介绍。今天,我们从两方面深入的讲解一下相关内容:
深睡浅睡与睡眠周期
人类能够对睡眠进行深度的研究,得益于90多年前脑电图仪的发明。上个世纪50年代,美国芝加哥大学的学者Aserinsky和他的导师Kleitman教授,发现在睡眠期间,人的大脑存在一种与清醒时的脑电活动极其相似,同时伴有快速的眼球活动的特殊状态。从此确证人类睡眠存在两种类型,即非快速眼动( non rapid eye movement,NREM)睡眠和快速眼动( rapid eye movement,REM)睡眠。
我们平时所说的深睡和浅睡,都是睡眠过程中的某个阶段,说它的深与浅,可能在直观上更多的是描述一个人被唤醒的难易程度。浅睡阶段,环境中的一点噪音都可能把人吵醒,而深睡阶段,大声唤醒和轻推身体都未必能一下子把人叫醒。但在生理上去严格的区分每一个睡眠阶段,其实靠的是记录大脑的不同脑电节律。平时我们说浅睡是浅NREM睡眠,包含N1、N2两个阶段,深睡是深NREM睡眠,又被称为N3期,或者慢波睡眠;除此之外,我们还有一个爱做梦的睡眠阶段,REM睡眠,这一阶段我们的大脑与清醒状态近似,但身体却近乎瘫痪,因此又被称为“矛盾睡眠”。

(这就是睡眠实验室用于记录睡眠分期的信号图,其中的红框标出了REM睡眠的眼球运动。)
在科研和临床领域,使用的PSG(多导睡眠图仪),通过几十项导联可以在不影响人睡眠的情况下,获取其脑电信号、眼动信号和肌电信号,以及呼吸心率等数据,使得我们知晓正常人的4个睡眠阶段、有着不同的生理特征和功能:它们分别是1)浅NREM睡眠1期,2)浅NREM睡眠2期,3)深NREM睡眠,4)REM睡眠。下表总结了4个睡眠阶段的特征和部分功能:
二、睡眠周期和睡眠结构
我们每天晚上从清醒进入浅睡N1期,之后并不是像上台阶一样,顺着N2浅睡、N3深睡,最后REM睡眠直至早上醒来。这四个睡眠阶段是大致按照:浅-深-浅-REM-浅-深-浅-REM-浅......这样的组合构成了一个个的睡眠周期。每个周期(从一个REM期到下一个REM期)平均大约是90分钟,如果按整夜睡8小时来计算,平均大约有5个周期在循环。整夜的睡眠结构图,其实就是描绘了睡眠阶段和周期的进展过程。简化版的整夜睡眠周期如下:(只有红框中的部分才是深睡哦)

别看这个睡眠结构图是个简化版本,但是真的有人能睡出这种如同教科书般标准的周期,特别是健康的年轻人!通常来说,从觉醒状态首先进N1期浅睡,持续约3~7分钟,然后进入N2期浅睡,持续约10-25分钟,就会进入N3深睡眠期。N3期可能只有几分钟,也可能长达一小时。深睡眠期结束后,睡眠又回到N2期或N1期浅睡眠。接下来转入第一次REM睡眠,完成第一个睡眠周期。第一个睡眠周期的REM睡眠通常持续时间短暂,约5-10分钟。随后又重新循环一次,后半夜N3深睡就大幅减少,REM睡眠增加。对于婴幼儿和老年人来说,就不太符合这种规律了。
无论我们处于哪一个睡眠阶段,都是可以直接转入觉醒状态的(如果叫不醒岂不是很可怕),但是我们没有办法跳过浅睡直接进入深睡或者REM睡眠。只有在睡眠缺乏,或者深度睡眠被剥夺之后,回复正常睡眠的时候,N3深睡才会比正常情况来的早并且持续的时间更久。所以深睡持续的时间很长,只能说是偶然现象,不应该成为常态。当然,深睡太少,比如只有十几分钟或者半小时,那也是值得注意的问题,它可能暗示了其他健康隐患。
我们都知道深睡很好,这一阶段生长激素的分泌增加,能促进胶原蛋白的合成,让我们的骨骼肌肉得到修复,皮肤和头发也都美美哒,同时还能巩固记忆,维护大脑健康。那么想要增加深睡,应该怎么办呢?其实,我们没有办法操控深睡,我们能做的,就是保证睡眠的时长充足,作息有规律,睡前放松身心,不抽烟不喝酒,多做户外活动......说到底,我们只要按照最基本的健康常识去生活,睡眠健康就会自然而然的发生。
附录一:5种脑电简介
根据脑电频率和幅度的差异,大脑活动主要存在5中节律,分别是:
delta(δ)节律:频率范围约0.5~3.5Hz,幅度约100~200uV,在颞叶、枕叶较显著。δ节律主要出现在深睡眠或昏迷期。
theta(θ)节律:频率范围约4~7Hz,幅度约50~100μV,在颞叶、顶叶较显著。θ节律主要出现在浅睡眠期(NREM睡眠第2期)。
alpha(α)节律:频率范围约8~13Hz,幅度约30~50μV,在枕叶较显著。α节律在成人闭眼、放松的觉醒状态下出现。
beta(β)节律:频率范围约13~30Hz,幅度约30V,在额叶、顶叶较明显。β节律主要出现于脑活动活跃状态如主动思考时。
gamma(γ)节律:频率范围>30Hz,无特定幅度范围。γ节律可能与意识和知觉有关,即联系不同脑区的输入信息形成相关的概念。
参考资料:
1.赵忠新 主编《睡眠医学》人民卫生出版 2016 11-18
2.Søren Grubb,Martin Lauritzen,Deep sleep drives brain fluid oscillations
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1楼2020-02-28 11:20回复