大多数人每晚睡7到8个小时。虽然我们没有意识到，但当我们躺在床上时，我们的身体发生了很多事情。但如果睡眠成了问题怎么办？为了更深入地了解睡眠过程，爱丁堡理工大学的研究人员Iris Huijben和Bernice Wulterkens仔细研究了当前的睡眠测量方法。他们探索了机器学习如何帮助我们从不同的角度看待睡眠，以及这最终如何使睡眠呼吸暂停、失眠和梦游者受益。

　　来源：Cursor / Nicole Testerink

　　Iris Huijben还是个小女孩的时候，经常会梦游下楼，在客厅或厨房里走一圈，然后被带回到床上。第二天早上，她就不记得这些夜间散步了。然而，她确实经常有一双困倦、疲惫的眼睛。

　　伯尼斯·伍尔特肯斯也知道睡眠困难是什么感觉：躺在床上几个小时睡不着觉，结果却昏昏欲睡——“这让你嫉妒那些能马上入睡的人。这对我来说简直是天赐良机。”

　　四年前，他们几乎同时在信号处理系统研究小组（电气工程）开始了他们的博士研究。两个截然不同的睡眠项目，与睡眠医学中心Kempenhaeghe合作。在经历了一段充满了睡眠传感器、可穿戴设备、算法、以睡眠为中心的酒会、甚至是在爱丁堡上空飞行的飞机之后，他们本周都在为自己的论文辩护。

　　“当你深入研究睡眠时，你会发现睡眠是多么迷人。就像一个清醒的昏迷。”直到今天，Iris Huijben仍然对睡眠现象感到惊讶。她说，因为我们对睡觉时到底发生了什么知之甚少。“很长一段时间以来，人们认为睡眠是身体的待机状态。这并不奇怪，因为从外面看，好像什么都没发生。直到20世纪50年代，当人们在睡眠中观察到快速的眼球运动时，我们的研究领域才开始发展。后来，测量夜间大脑活动成为可能，科学家们发现睡眠由多个阶段组成。”

　　一个睡眠记录的例子，显示了一个健康睡眠者的催眠图。来源：Bernice Wulterkens博士论文

　　所以睡眠不仅仅是休息。在你的睡眠中，你在一个重复的模式中循环——一个睡眠周期——由五个睡眠阶段组成：入睡阶段，浅睡眠，浅睡眠到深度睡眠的过渡阶段，深度睡眠，然后是快速眼动睡眠，也被称为做梦睡眠。

　　每个阶段都有自己的特点和作用。在一个正常的夜晚，你会经历4到5次完整的睡眠周期，你可能会在睡眠周期之间短暂醒来。Bernice Wulterkens解释说，有了多导睡眠描记仪，一种夜间睡眠记录，所有的睡眠阶段都可以可视化。“你身上有各种各样的传感器。这些测量你的大脑、眼睛和肌肉的活动，你的心率和呼吸。我们还会制作视频和音频记录，将测量结果与你的睡眠行为联系起来。”

　　慧本补充说：“每隔30秒，数据就会确定睡眠者处于哪个睡眠阶段。”“所以我们测量了很多，但很多数据仍未被使用。从生理学上讲，30秒内可以发生很多事情。这就是为什么我使用机器学习算法来检查大量的睡眠记录。通过这种方式，我们想看看我们是否能从原始数据中提取更多信息，以及在睡眠阶段之外，是否能发现我们目前的测量方式无法检测到的新模式。这可以让我们了解更多关于健康睡眠的知识，当然也可以让我们了解睡眠障碍。”

　　

　　你论文封面上写的是什么？

　　“彩色形状，代表我们使用模式识别在数据中识别出的集群。在背面，有一条小黑线，这是脑电图的一部分，当你把TU/e睡眠系列的所有论文并排放在一起时，它就会变得清晰。伯尼斯的论文和我的有另一种联系。

　　你在一个生日聚会上。你如何用一句话来解释你的研究？

　　“利用机器学习——人工智能的一个分支——我已经开始寻找研究睡眠的新方法。”

　　在研究之余，你是如何发泄情绪的？

　　“我喜欢呆在大自然中，在游泳池里游泳或吹单簧管。我也喜欢和朋友、同事一起出去喝酒。”

　　作为一个刚开始攻读博士学位的人，你希望得到什么建议？

　　“确保从一开始就正确组织数据、文献和代码。一个清晰的结构最终会为你节省大量的搜索时间。”

　　你的下一个篇章是什么？

　　“我还没有决定要不要换一份新工作；那件事我先放一放。首先，我要和男朋友去新西兰和泰国进行为期4个月的旅行。我喜欢徒步旅行，所以我真的很期待。”

　　乌尔特肯斯活跃起来了。虽然慧本花了很多时间在电脑前进行数据分析，但她经常出现在病人的床边。

　　“有一群人被诊断患有睡眠呼吸暂停症，但治疗对他们不起作用。在许多情况下，他们患有失眠和阻塞性睡眠呼吸暂停的组合：COMISA。当疑似睡眠呼吸暂停的患者通过全科医生转介到医院进行睡眠研究时，COMISA很容易被遗漏，并且通常在后期才被诊断出来。这是令人担忧的，因为患有COMISA的患者比只有两种情况中的一种的患者经历更多的症状和限制。在睡眠研究中，我们检查了COMISA是否具有某些可能允许早期诊断的特征。”

　　最初，Wulterkens使用了来自Kempenhaeghe的数据，当病人无法在当地医院治疗时，他们会被转介到Kempenhaeghe。乌尔特肯斯强调，这些人通常有更复杂的睡眠障碍，而肯彭哈格更有能力应对。这有助于她寻找COMISA的特征。

　　“虽然睡眠呼吸暂停包括整个晚上许多短暂的清醒时刻，每次持续几十秒，但我们观察到，在COMISA患者中，这些时期持续的时间要长得多，例如大约5分钟。”但是当她转向医院数据时——Wulterkens还与布雷达的Amphia医院合作过——她遇到了实际问题。“根据标准的睡眠测量，很难诊断COMISA，因为不是每个COMISA患者每晚都失眠。理想情况下，你会想要在家里监视病人几个晚上，没有所有的电线。”

　　尽管在无线睡眠监测方面已经取得了许多进展，许多消费者已经在使用可穿戴设备来跟踪他们的睡眠，但乌尔特肯斯还不能使用它们。“消费类设备是在睡眠模式健康的年轻人身上进行测试的，无法检测出睡眠障碍。此外，作为研究人员，我们无法访问原始数据，制造商可以随时更改他们的算法。不适合进行科学研究。”

　　Wulterkens使用工业合作伙伴飞利浦的可穿戴设备，收集了两周的（原始）睡眠测量数据，这些数据来自于夜间佩戴这款腕带的人。然后，她使用机器学习算法对睡眠障碍患者的睡眠进行评分。乌尔特肯斯热情地说，第一批临床研究很有希望。“通过改进的测量方法，我们可以更好地区分清醒和睡眠。目前的可穿戴设备通常无法区分睡着的病人和躺在床上一动不动的病人。这对正确诊断至关重要。”

　　慧本也渴望转向可穿戴设备。“我们现在可以用真实的临床数据进行最先进的机器学习。模型通常使用合成数据集，例如简单的狗和猫的图片，然后必须对其进行分类。有了Kempenhaeghe的专业数据，我们已经成功地让机器学习离诊所更近了。”

　　慧本解释说，这为从不同角度观察睡眠模式提供了新的机会。“我们现在可以把睡眠描述成一个连续的过程，就像它本来的样子。睡眠阶段内和睡眠阶段之间的变化是渐进的；这种转变并不突兀。我们还可以与工业合作伙伴onera Health合作，使用开发的机器学习模型以一种新的方式检查在家测量的睡眠。他们正在开发用于家庭测量的无线多导睡眠传感器。”

　　除了分析规律的睡眠模式，Huijben还使用她的ML模型来检查梦游者的数据。

　　“我们仍然不太了解这种梦游行为发生的原因和时间；这是身体的一种独特状态。顺便说一下，这并不一定包括身体上的行走。它还包括说话和突然在床上坐直。梦游者也很难被唤醒，如果他们醒来，他们通常具有攻击性。用标准的睡眠周期可视化方法，很难在大脑测量中区分梦游的时期。我们的机器学习模型显示，深度睡眠时间越长，梦游行为发生的可能性就越大。我们对这段时期到底发生了什么了解相对较少。我们希望这种方法能给我们提供更多的见解，同时使用onera Health的传感器在家里监测梦游者数天。”

　　你论文封面上写的是什么？

　　“睡眠障碍症和失眠症这两个黑暗的组合，用两个大字母d来表示。字母有脸，象征着两个人，每个人都患有一种睡眠障碍。当你歪着头时，你突然看到一张更大的脸，有人正遭受着“黑暗二人组”的组合。他把脸转向亮光。希望我的研究结果有助于更快地诊断这种综合睡眠障碍。”

　　你在一个生日聚会上。你如何用一句话来解释你的研究？

　　她笑着说：“当我开始谈论我的研究时，人们经常告诉我他们的梦想；我有时听到最奇怪的故事。然后我解释了新的测量方法如何让我们从不同的角度看待睡眠，我们可以用它来改善对睡眠呼吸暂停和失眠患者的诊断。”

　　在研究之余，你是如何发泄情绪的？

　　“通过做大量的混合健身，或者只是躺在沙发上看一本好书。”

　　作为一个刚开始攻读博士学位的人，你希望得到什么建议？

　　“拥抱不确定性，在未知中寻找快乐。”

　　你的下一个篇章是什么？

　　“我最近开始在医疗技术公司美敦力（Medtronic）担任顾问，我也试图利用我在医疗技术方面的背景弥合技术和医疗保健之间的差距。我们如何优化医疗流程，减少等候名单？简而言之：我们如何让医疗保健面向未来？”

　　

　　尽管惠本和伍尔特肯斯没有直接合作过，但他们能够从彼此身上学到很多东西。慧本：“我们的团队包括整个睡眠管道。我没有直接接触过病人，但通过伯尼斯，我听到了关于睡眠障碍的巨大影响的故事。在我们一起组织的以睡眠为中心的酒会上，除了大学聚会之外，还有分享新想法的空间。”

　　这也导致了一个完全不同的视角——真的，慧本笑着说。因为她和Wulterkens都和他们的博士导师Sebastiaan Overeem一起在埃因霍温上空飞行，从空中看到他们的工作。Sebastiaan Overeem不仅是一名工业大学教授和睡眠学家，还是一名业余飞行员。

　　他们当然已经非常清楚睡眠不好对你的影响，乌尔特肯斯总结道。“很多人没有意识到的是，他们可以做很多事情来改善睡眠习惯。“晚上不喝咖啡，有规律的睡眠节奏，没有屏幕。尤其是后者是一个严重的问题，尤其是在那些不能放下手机的年轻人中。在当今以数据为中心的文化中，越来越多的人以标准的方式监控他们的睡眠，但这反过来又可能成为睡眠问题的根源。适量测量，不要忘记听从你的身体。”

　　伯尼斯·伍尔特肯斯于2024年10月14日星期一为她的博士论文“照亮黑暗的双人组：在COMISA评估中推进睡眠分析”进行了辩护。Iris Huijben博士论文《通过离散表征学习揭示睡眠结构》于10月17日星期四以优等成绩答辩。