Фазы сна по звуку

Как работает определение фаз

Ваше дыхание меняется по мере смены фаз сна, и разницу слышно. Приложение смотрит, насколько дыхание регулярно и насколько сильно оно колеблется, по той же записи, которую оно уже использует для обнаружения храпа и обнаружения нарушений дыхания. Настраивать дополнительно ничего не нужно.

Примерно через 15 минут после начала записи алгоритм вычисляет вашу личную базовую линию дыхания, то есть типичную частоту и регулярность. Дальше он измеряет остаток ночи относительно вашей собственной базовой линии, а не усреднённых показателей, и применяет пороги из опубликованных исследований, чтобы отнести каждый период к фазе.

Регулярность дыхания весит больше всего, но алгоритм смотрит и на:

• Частоту дыхания, которая обычно замедляется, когда вы уходите в более глубокий сон.
• Паттерны храпа, поскольку храп, который приложение находит в течение ночи, поступает в ту же модель.
• Время ночи, потому что сон следует предсказуемой кривой. Глубокий сон скапливается в начале ночи, а быстрый сон нарастает к утру.
• Движение, поскольку резкие изменения звука указывают, что вы шевелитесь, а это говорит о более лёгком сне или коротком пробуждении.

Результат появляется в виде гипнограммы в сводке за ночь.

Четыре фазы и характерные паттерны дыхания

Каждая фаза оставляет в дыхании свой отпечаток:

• Глубокий сон: ровное, регулярное дыхание с низкой вариативностью. Это восстановительная фаза, и ритм у неё самый ровный, почти как у метронома. Большая часть достаётся вам в начале ночи, особенно в первые 90 минут и первые несколько часов.
• Быстрый сон: нерегулярное дыхание с высокой вариативностью. Быстрый сон — это сон со сновидениями. Обычно он начинается через 40–50 минут после засыпания и нарастает к утру, поэтому укороченная ночь отнимает у вас больше быстрого сна, чем чего-либо ещё.
• Лёгкий сон: умеренная регулярность, где-то между двумя другими. Лёгкий сон — переходная фаза и та, из которой проще всего проснуться.
• Бодрствование: движение, звуки или дыхание, которое не вяжется со сном. Приложение также помечает долгую тишину как возможное пробуждение, когда это подтверждают другие сигналы.

Глубокий сон стоит на одном конце шкалы регулярности, а быстрый сон на другом, поэтому приложение хочет увидеть стабильно низкую вариативность, прежде чем назвать период глубоким сном, и выходит из глубокого сна, как только вариативность растёт. Классификация звуков, работающая параллельно, добавляет контекст храпа и движений.

Метка «Тишина»

У определения фаз по звуку есть встроенное ограничение. Оно классифицирует только то, что слышит. Когда дыхание слишком тихое, чтобы микрофон отнёс его к какой-то фазе, и при этом ничто не говорит о бодрствовании, приложение помечает этот отрезок как Тишина, а не гадает. Так часто бывает у людей с тихим дыханием или когда звук перекрывает вентилятор либо кондиционер.

Тишина считается спокойным сном. Она входит в общее время сна и даёт баллы в восстановительную часть вашей оценки сна, так что тихая ночь по-прежнему читается как хорошая. Придумать фазу без всяких оснований значило бы снизить достоверность данных, поэтому приложение просто обозначает неопределённость и на этом останавливается.

Частота дыхания и его регулярность

Модель фаз опирается на два показателя дыхания, и оба видны в ваших результатах:

• Частота дыхания показывается во вдохах в минуту и считается по времени между вдохами, которые слышит приложение. Типичный диапазон для взрослого во сне — от 12 до 20 вдохов в минуту. Приложение снимает показание каждые несколько минут и показывает среднее. Персональную базовую линию оно ставит после первых 10–15 минут зафиксированного сна, беря середину этих ранних показаний, чтобы одно случайное значение её не исказило. Показания держатся в правдоподобном диапазоне примерно от 6 до 25 вдохов в минуту, что отсекает ложные выбросы и всё же пропускает более высокие значения, возможные во время быстрого сна или короткого пробуждения.
• Регулярность дыхания — это то, насколько постоянен ритм между вашими вдохами, по шкале от нерегулярного до ровного. Долгие отрезки очень ровного дыхания указывают на глубокий сон. Переход к более нерегулярному дыханию может означать быстрый сон.

Оба показателя — оценки по звуку, для вашего собственного понимания. Если частота дыхания заметно выходит за пределы нормы, обсудите это с врачом, а не занимайтесь самодиагностикой.

Использует ли приложение данные Apple Watch?

Да, когда они есть. Если носимое устройство вроде Apple Watch сообщает фазы сна за ночь, Snore Timeline берёт для оценки сна проценты глубокого и быстрого сна с часов вместо собственных аудиооценок. Носимое устройство измеряет эти фазы лучше, чем это может звук, поэтому приложение уступает ему дорогу. Без носимого устройства оно возвращается к оценкам по дыханию и движению. Страница Apple Watch рассказывает, что добавляют часы.

Чтение гипнограммы

Гипнограмма в сводке за ночь рисует, как вы перемещались по фазам в течение ночи. Каждая цветная полоса — это 5 минут в определённой фазе:

• Оранжевый: периоды бодрствования
• Голубой (светло-синий): Лёгкий сон
• Индиго (тёмно-синий): Глубокий сон
• Розовый/голубой: Быстрый сон
• Мятный (мягко-зелёный): Тишина, отображается только в ночи, когда она встречается

Увеличено

Читайте её слева направо, и вы сможете подсчитать, сколько полных циклов сна прошли, увидеть, когда глубокого сна было больше всего, и заметить, куда пришёлся быстрый сон. Нажмите на любой блок, и плашка покажет полный временной диапазон этой фазы, например «Лёгкий · 03:50 – 04:15», а шкала времени перейдёт к этому моменту, чтобы вы проверили, совпадают ли ваши эпизоды храпа с определённой фазой. Если потом прокрутить шкалу, линия выбора на гипнограмме пойдёт следом.

В ночи, когда носимое устройство синхронизировало данные о сне, но аудио вы не записывали, полоса шкалы времени рисует ленту фаз в тех же цветах, а строка статуса под центральной линией показывает фазу и ваши показатели, например «Лёгкий · 57 уд/мин · 13 дых./мин · SpO2 96%». Записанные ночи сохраняют обычную форму волны.

Типичное распределение фаз

В сводке за ночь также показано, какой процент ночи вы провели в каждой фазе. Типичная ночь может выглядеть примерно так:

• 45% Лёгкий сон
• 20% Глубокий сон
• 27% Быстрый сон
• 8% Бодрствование

Эти проценты смещаются с возрастом, состоянием здоровья, стрессом и много чем ещё, так что сравнивайте свои ночи между собой и не переживайте о совпадении с учебником. Для оценки приложение считает глубокий сон примерно в 13–23 процента здоровой целью, причём 20 процентов и больше приносят баллы, а быстрый сон — около 20–25 процентов. Попадание в эти диапазоны может добавить баллов к вашему показателю качества сна. Это общие ориентиры, и не более того.

Насколько точны оценки?

Классификация опирается на опубликованные исследования того, как регулярность дыхания связана с фазами сна. Работы, где фазы определяются по одному физиологическому сигналу, например дыханию или вариабельности сердечного ритма, дают около 70% совпадения с полисомнографией, которая является клиническим стандартом исследования сна. Так что оценки дают вам приблизительное представление об общей структуре сна и более точное — о том, как он меняется со временем.

Мы сверили оценку с PSG-Audio, открытым набором данных сомнологических лабораторий, где фазы размечены врачами, на 57 записях полных ночей. Фазы приложения совпали с лабораторной разметкой примерно в 70% 30-секундных эпох, что соответствует опубликованному показателю для определения фаз только по звуку на тех же записях. Это офлайн-проверка на наборе данных, и у большинства пациентов в нём было тяжёлое апноэ сна, поэтому в обычную ночь дома результаты могут отличаться. Приложение не проходило клиническую валидацию.

На точность влияет несколько факторов. Длинные записи помогают, потому что несколько часов сна дают алгоритму больше полных циклов для разбора. Шумная комната, партнёр в постели, домашние животные или телефон далеко от вас затрудняют обнаружение дыхания, и оценки вместе с этим становятся хуже.

Почему фазы не были определены

Для определения фаз нужно слышимое дыхание на протяжении записи. Если за ночь фазы не показаны, обычно дело в одном из этого:

• Слишком тихое дыхание. Ваше дыхание может не доходить до микрофона на уровне, с которым он может работать.
• Телефон слишком далеко. Дыхание быстро теряется с расстоянием. 30–60 см от головы работает хорошо.
• Фоновый шум. Вентиляторы, кондиционеры и другие ровные звуки могут перекрыть дыхание, которое слушает приложение.
• Слишком короткая запись. Алгоритму нужно около 15 минут, чтобы поставить базовую линию, прежде чем он сможет что-либо классифицировать.

Если шкала времени вышла пустой целиком и не хватает не только фаз, см. раздел Устранение неполадок.

Научные источники

Классификация фаз опирается на эти работы:

• Aging Effects on Cardiac and Respiratory Dynamics in Healthy Subjects across Sleep Stages (Schumann et al., 2010). Показывает, что показатели масштабирования дыхания измеримо различаются между фазами сна. У глубокого сна дыхание самое регулярное, у быстрого сна — самое вариативное. Эти различия и стоят за порогами регулярности, которые применяются к каждой фазе.
• Using Spectral Continuity to Extract Breathing Rate from Heart Rate and Its Applications in Sleep Physiology (Orphanides et al., 2024). Подтверждает, что у глубокого сна (N3) дыхание самое стабильное и предсказуемое среди всех фаз. Именно поэтому приложение требует стабильно низкой вариативности, чтобы назвать период глубоким сном, и выходит из глубокого сна, когда вариативность растёт.
• Sleep Stage Classification from Heart-Rate Variability. Сообщает примерно о 70% совпадении с полисомнографией при определении фаз по одному физиологическому сигналу, что сопоставимо с подходом на основе регулярности дыхания, применяемым здесь.