Jak vlastně chytrý náramek měří spánkové fáze?

Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram, Threads a zde na Seznam Médium.

Chytrý náramek, který ve svém dotazu zmiňujete (Mi Smart Band), používá k určení fází spánku kombinaci údajů o vašem pohybu (aktivitě) a tepové frekvenci [1]. Na snímání pohybu používá akcelerometr, který dokáže změřit zrychlení náramku ve třech osách, a gyroskop, který vnímá úhel natočení vaší ruky (2).

Na měření tepu využívá PPG senzor (PPG je zkratka anglického PhotoPlethysmoGram) skládající se ze zdroje světla LED vysoké intenzity (v zelené barvě) a detektoru. To, jak moc je světlo absorbováno nebo odraženo, závisí na tkáni a jejích vlastnostech. Například objem krve v cévách závisí na tom, jak moc srdce pracuje a pumpuje krev do cév – při kontinuálním měření PPG snímá jemné pohyby tepen a vytváří signál v podobě vlny, ze které se dá odečíst tep [3].

V případě PPG senzorů v chytrých hodinkách a náramcích je zdroj světla i detektor na stejné straně, měří tedy množství odraženého světla. Pro tyto senzory se používá zelené světlo, které umožňuje přesnější měření [4]. PPG senzor využívající odraz světla je možné použít kdekoliv na těle, a to i na periferiích těla, kde se obvykle chytré hodinky nosí, i když dochází ke změně objemu krve při pohybu (například když dáme ruku nahoru, tak se sníží objem krve) [4, 5].

V původních PPG senzorech se používá většinou červené a infračervené světlo, protože lépe prostupuje tkání, a detektor je v takovém případě umístěn na opačné straně, než je zdroj světla (například na opačné straně prstu). Tyto senzory lze použít pouze na některých částech těla, například na prstu či na ušních lalůčcích.

PPG senzor je možné využívat také pro měření saturace krve kyslíkem, čehož se využívá běžně v nemocnicích (6).

Jak ale z těchto údajů zjistí náramek fázi spánku? Spánek rozdělujeme do čtyř fází, které se dají zjednodušeně charakterizovat podle tepu, dechu a pohybu [7].

1. fáze – usínání

2. fáze – uvolnění svalového napětí, zpomalení dechu a také tepová frekvence

3. fáze – tzv. hluboký spánek, ještě větší uvolnění svalů a další zpomalení tepu i dechu

4. fáze – REM

V některých případech se do měření přidává jako pátá fáze bdělý stav.

První tři fáze jsou označovány jako non-REM, čtvrtá jako REM. Zkratka REM z anglického „rapid eye movement“ (v překladu rychlý pohyb očí) označuje fázi spánku, ve které se nám mohou zdát nejživější sny a která je charakteristická rychlým pohybem očí pod víčky. Cyklus střídání fází začíná fází 1, následuje fáze 2 a 3, poté REM fáze.

Celý cyklus u dospělého člověka trvá přibližně 90–110 minut, přičemž délka jednotlivých fází se během noci mění. Přibližně 75 % spánku je tvořeno non-REM fázemi. Ve fázi 1 strávíme kolem 5 % spánku, ve fázi 2 asi 45 % a v nejhlubším spánku 25 %. Trvání jednotlivých fází se ale může lišit v závislosti na věku i pohlaví [8].

Profil spánku měřený chytrými náramky je sice podložen několika různými hodnotami (tep a dva údaje o pohybu), ale stále není analýza naprosto přesná. Některé studie zmiňují nepřesnost v měření REM fáze spánku, jelikož se člověk v této fázi občas hýbe, a tak je fáze vyhodnocena jako bdění [9]. Další studie naopak hodnotí systém určování fází spánku na základě PPG senzoru a snímání pohybu jako uspokojivě přesný pro domácí použití.

Nejpřesnější metodou pro zjištění fází spánku je nicméně stále EEG (ElektroEncefaloGram), který ukazuje mozkové vlny měnící se mezi jednotlivými fázemi spánku [10, 11]. EEG se měří připojením elektrod na hlavu, a je tedy omezeno na spánkové laboratoře a další lékařská zařízení.

Analýza spánku pomocí chytrých hodinek slouží podle mého názoru spíše pro osobní monitoring spánku, než pro přesnější určení případných problémů se spánkem. V takovém případě je lepší navštívit odborníka, než spoléhat na analýzu spánku od chytrých hodinek, i když se výpočty a analýza stále zlepšují.

Za Zeptej se vědce odpovídala Zuzka

Mgr. Zuzana Hübnerová, PhD – autorka má doktorát z chronobiologie (Fyziologický ústav AV ČR) a v tuto chvíli je na mateřské dovolené

Projekt Zeptej se vědce se snaží zprostředkovat kontakt mezi vědeckou a nevědeckou veřejností. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na Facebooku, Twitteru nebo Instagramu.