「睡眠鬧鐘」科學嗎？它是如何追蹤用戶的睡眠周期的？ - GetIt01

最近剛好都在使用Sleep cycle，看到這個問題，就來回答一下，這篇回答主要是我對iPhone的sleep cycle app 的原理分析和體驗。

我們來看看這個app的官方說明[1]. 標籤：心理學普通心理學睡眠 「睡眠鬧鐘」科學嗎？它是如何追蹤用戶的睡眠周期的？ 01-07 在手機應用里看見一些可以進行睡眠跟蹤，並根據睡眠周期自動叫醒用戶的應用，像這樣： 這是一款帶有睡眠循環跟蹤功能的鬧鐘，它可以記錄你睡眠的各種信息，並在你處在輕度睡眠的時候將你叫醒，讓你有一個愉快的早晨。

特點：-圖形化的睡眠記錄，睡眠統計 -漸響的自然音效鈴聲(鳥叫，海浪，風暴)，入睡時降低音樂音量-鬧鈴解除驗證，夢話和打呼嚕錄音。

請問這種睡眠鬧鐘科學嗎？它是如何做到追蹤用戶睡眠情況的呢？ 最近剛好都在使用Sleepcycle，看到這個問題，就來回答一下，這篇回答主要是我對iPhone的sleepcycleapp的原理分析和體驗。

我們來看看這個app的官方說明[1] Howdoesitwork?Wakingupeasyisallabouttiming.SleepCyclealarmclocktracksyoursleeppatternsandwakesyouupduringlightsleep.Wakingupduringlightsleepfeelslikewakingupnaturallyrestedwithoutanalarmclock.SleepCyclesWhileyousleep,yougothroughcyclesofsleepstates.Thefirststateinasleepcycleislightsleep,followedbydeepsleepandadreamstatereferredtoasREM-sleep.Afullsleepcyclelastsabout90minutesandisnormallyrepeatedseveraltimeseachnight.SleepCyclealarmclockYourmovementsvarywitheachsleepphase.SleepCycleusessoundanalysistoidentifysleepstatesbytrackingmovementsinbed.SleepCycleusesawakeupphase(30minutesbydefault)thatendsatyourdesiredalarmtime.DuringthisphaseSleepCyclewillmonitorsignalsfromyourbodytowakeyousoftly,whenyouareinthelightestpossiblesleepstate. 總結下來就是SleepCycle根據人們在睡覺的時候的動作，推斷所處的睡眠階段，然後根據這個判斷，在人們處在淺度睡眠的時間叫大家起床＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝首先，我們來看看是否在不同的睡眠階段，人們的動作是否會有比較大幅的變化。

早在1957年，就有了下面這個實驗[2]。

使用EEG（electroencephalogram）來測量不同的人的睡眠，然後試圖尋找睡眠階段和眼珠轉動，身體動作以及做夢的關係。

在這個實驗里，是否做夢被定義為眼珠轉動頻率是否增加。

這張圖裡x代表睡眠時間，y代表EEG記錄的睡眠階段（Stage1-4以及Awake）。

Stage1：淺度睡眠，也是最容易被叫醒的階段。

Stage2：眼睛轉動減少，腦電波減慢。

Stage34：在2008年被統稱為Stage3，也就是深度睡眠，在這個階段身體幾乎不會有動作，也非常難被叫醒。

上面的曲線代表了眼珠的轉動頻率，下面的豎線代表身體的動作，豎線越長，動作越大。

在這三個樣本里，我們可以看到在深度睡眠的時候，人們是不會有動作的。

並且在stage轉換的時候，會有majormovements出現（即長的豎線）。

這個實驗說明了人們的睡眠普遍表現與90-110分鐘一個周期，在處於淺度睡眠的時候，眼睛和身體的動作和深度睡眠時有很大的不同。

1983年的另一個實驗也證明了這一點[3] Therewasastrongrelationshipbetweenrateofbodymovementsandsleepstages,withtheratedecreasingalongthefollowingsequenceofstages:WgreaterthanS1greaterthanREMgreaterthanS2greaterthanS(3+4).譯：身體動作的頻率與睡眠的階段有著重要的關係，頻率隨著睡眠由淺入深而減小。

這個網站[4]對睡眠有非常詳細的解釋，包括睡眠的各個階段，每個階段的表現，以及影響睡眠質量的因素等等，有興趣的可以看看。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 那麼既然我們確實可以通過身體的動作來大概判斷自己處在哪個睡眠階段，SleepCycle又是如何進行bodymovement的監測的呢？最開始的sleepcycle，使用的是accelerometer（motiondetector）。

意味著我們需要把手機放在床上，然後通過手機的移動來判斷身體動作幅度的大小。

但是這個設計的不足有很多，比如說床墊的軟硬度之類的。

但是這個時期我並沒有很多的使用這個app，所以沒有辦法做評價。

升級後的sleepcycle使用的是麥克風以及它自己的演算法來記錄用戶的動作，據說（youtube.com的頁面）這個演算法可以過濾掉各種雜音，比如打呼或者汽車經過窗外的聲音，但是具體是怎麼實現的就不得而知了。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝最後說說這段時間的用戶體驗。

最開始的5個晚上是無法計算睡眠質量的，因為軟體要校準。

之後就會開始顯示每個晚上的睡眠質量，並且有非常詳細的數據統計頁面。

就這些天來看，這個app還是很準的。

因為我有一隻狗，我覺得晚上它會走來走去，或者跳上床。

我一開始還挺擔心這個app到底能不能忽略我的狗的雜音，現在看來效果是不錯的（當然，也有可能我睡著了之後我的狗睡的比我還死，一點動靜都沒有） 早上叫我起床感受也比普通鬧鐘好，它的鬧鐘並不是直接滿音量的響，而是循序漸進的鬧鐘，比如我想要7點起床，它會在6:30就響第一個鬧鐘，但是這個鬧鐘並不會一直持續到七點，而是響一會就自動休眠一段時間，再響第二個鬧鐘，到七點的時候那個鬧鐘才會一直響，而且會加入震動，直到你點「結束」。

一般來說我會在倒數第二個鬧鐘的時候醒來。

但是我發現麥克風一定要面朝自己，有幾次我手機朝著床尾那邊，早上就完全沒能把我叫醒。

除了這兩個主要內容，在打開app之後，手機會靜音，所以晚上不會被簡訊吵醒。

還有一個優點我很喜歡的，它可以添加筆記，然後告訴你這些因素是否和你的睡眠有關，例如睡前是否吃了東西，有沒有喝咖啡，壓力大不大，月亮圓不圓（真的。

。

。

）之類的。

我個人覺得這個只是一個統計，可以當成不錯的參考（比如我喝了酒睡眠質量就直線下降，運動之後睡眠質量就上升），但是這些都因人而異，並沒有根據科學依據來告訴你這些事情是否直接影響你的睡眠質量。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝總的來說這個app，科學根據是有的，演算法也不錯，用來記錄自己睡眠狀態是個很好的選擇。

鬧鐘的話，被這個app叫醒確實心情比較愉悅，但是為了保險起見可以額外再定一個手機自帶的鬧鐘，以防手機沒放好。

iOS10好像也有了一個跟睡眠有關的東西，但我還沒懂怎麼玩，似乎也是可以記錄睡眠時間長短以及質量的。

太久沒有寫中文，有些句子不通順，還請見諒。

希望可以幫到你。

References[1]SleepCycleintroducingsoundanalysissleeptracking[2]Dement,William,andNathanielKleitman."CyclicvariationsinEEGduringsleepandtheirrelationtoeyemovements,bodymotility,anddreaming."Electroencephalographyandclinicalneurophysiology9.4(1957):673-690.[3]Wilde-Frenz,Johanna,andHartmutSchulz."Rateanddistributionofbodymovementsduringsleepinhumans."Perceptualandmotorskills(1983).[4]NaturalPatternsofSleep 謝邀，很抱歉…我沒有用過。

估計比較耗電，白天沒時間給手機充電；更重要的原因是不習慣把手機帶到卧室/床上。

我可以講一講監測睡眠的手段，最常見的是PSG和EEG，PSG(polysomnography)，多導睡眠描記法，EEG(electroencephalography)，腦電圖。

方便起見，下面都用PSG和EEG表示。

PSG是多種方法的結合，包括了EEG，而EEG是PSG中最重要的一個參數。

PSG除了EEG，還包括EOG（記錄眼動），EMG（記錄肌肉活動），ECG（記錄心跳）以及其他。

PSG一般至少包括12條通道連接身體，3條用來記錄EEG，1-2條記錄氣流，1-2條記錄下巴肌肉活動，1-2條記錄大腿移動，2條記錄眼動，1-2條記錄心率等等。

（所以一個手機APP真的能追蹤睡眠周期嗎？）最重要的是EEG，腦電圖，在頭皮上放置若干電極，而且這些電極放置的位置也是有規定的，具體參閱10-20system(EEG)。

根據這些電極的記錄可以把睡眠分成若干階段，就是老生常談的NREM睡眠期（N1,N2,N3），以及REM睡眠期、清醒。

又可以將EEG記錄的腦電圖根據頻率分成Delta,Theta,Alpha,Gamma等。

↑記錄EEG用的電極帽……（所以手機APP能實現嗎？？）繼續說EOG，EOG有兩個電極，一個放在右眼外眥（外眼角）上方1cm，一個放在左眼外眥下方1cm，通過記錄角膜和視網膜的電位差來記錄眼睛活動。

↑紅框部分就是快速眼動睡眠期（REM）（手機APP能實現嗎？）接下來說EMG，用針電極記錄肌肉活動，一般是兩個電極放在下頜，還有兩條腿脛前肌各有一個電極。

有表面電極，也有刺入電極，但表面電極能記錄的活動少。

睡眠時肌肉處於放鬆狀態，做夢時想要做動作一般都是無法完成的，不然可能是病哦（Rapideyemovementsleepbehaviordisorder），也因此EMG經常被用來研究運動控制失調。

在一個睡眠周期內的不同階段，身體運動的確是存在差異的，比如非快速眼動睡眠期（NREM）N3/4階段（即慢波睡眠期）身體幾乎不動，而其他階段則出現不同頻率的短暫運動。

我推測睡眠鬧鐘正是基於這點判斷，通過手機microphone或者加速器判斷，但這個辦法相比於上面提到的方法是很粗糙的，當然是離身體越近記錄越準確，但是我就是不想把手機帶上床…ECG是記錄心臟活動的，不多贅述。

最近發起了一個知乎Live，鏈接：Live，對睡眠感興趣的歡迎一起聊聊睡眠以上。

我不確定它科不科學，原理也不甚瞭然 不過用了幾天的感覺是，叫醒我的時候似乎確實不是深度睡眠被叫醒的感覺。

當然，只用了一周多，而且個人感覺做不得准。

等高手回答。

同意AndrewXu的觀點，前人研究成果主要是腦電與睡眠的關係，也有一些心電（ECG）的研究。

關於體動和聲音與睡眠的關係，數據和資料不多，但是這兩項數據是目前手機/手環比較容易獲取的，我覺得作為一個新奇的功能，供參考，也是可以的。

若想要深究，就需要用科學的方法收集更多的數據來支撐，例如採集腦電、眼動等數據的同時，也採集體動、聲音，發現之間的相關性，進而找到體動、眼動數據與睡眠狀況的相關性。

那東西我用過，其實原理非常簡單。

人在深度睡眠的時候，是不會亂動翻身的，APP就是通過麥克風感知睡眠環境的聲音，然後在一個合理的範圍內，來判斷你是否熟睡。

比如你每小時翻10下是淺睡，翻2下熟睡，類似這種。

睡眠周期也是一樣，使用一段時間，然後給你算出你大體幾點起來（關閉軟體鬧鐘功能的時間）靠譜不靠譜取決這幾點：1.手機自身麥克風靈敏度2.軟體對睡眠質量判定的範圍。

比如1小時內翻身5下深度睡眠還是翻身3下？插電原因還是因為長時間開啟麥克風接收功能，耗電大的關係，目前IOS裡面是一個sleepcycle。

樓主可以自己下載一個測試下，我以前安卓用過幾個類似的原理效果也不錯，這個Ios的用了差不多快半年了，效果也是挺不錯的。

此類軟體最好的效果就是叫醒功能，鬧鈴是滿滿從輕到響，會讓人以一個比較舒服的感覺醒過來，而不是手機自帶鬧鐘一下子轟的一下，讓你驚醒，長期下去焦慮，心跳紊亂都是挺正常的事情。

我也是看中這個功能才用的，卻沒想到檢測睡眠質量也是很OK的。

理論來說，這玩意肯定沒手環監測心跳來的好，比如小米手環。

但是他也是有效果的，而且個人認為效果並不差，畢竟我有在一直用。

那些沒用過的，就別拿你一知半解的只是來回復了好嗎？？你一句不知道也比裝B打的一大串有效（可是偏偏知乎就喜歡這種論調，看來大家都喜歡裝B啊，無奈。

） 上圖，剛做完psg簡直不能更酸爽，這才是真正的睡眠監測好嗎？手機app能像章魚一樣貼在你身上？流程大概是拿電極膏在監測位上塗上，再拿膠布粘住電極，可以看看脖子處的導線就知道有多複雜。

手指位有監測血氧的指套，鼻子處有監測呼吸的樹脂，胸部腹部有呼吸帶，大概是這樣。

睡的非常難受！！ 這個軟體可以記錄和錄音打鼾打呼嚕，光這個我就點贊，區分其它聲音和呼嚕聲，自動加入標籤， 基本上贊同李某某的回答，我對sleepcycle工作原理的猜想也差不多是這樣，只不過我使用3個月的體驗並不好。

我個人的習慣是要看幾頁書再睡，且睡著了幾乎不動，由於我的呼吸頻率也小於平均值，有沒有囈語打鼾的習慣，我也不大發出聲音。

使用三個月，我看書的時間均被誤認為睡覺，如果我設定的時間短於我一般的睡眠時間，sleepcycle叫醒我時並沒有讓我覺得很舒服，跟尋常鬧鐘差不多。

如果接近或長於我一般的睡眠時間，基本上，用不到它叫我，我也就醒了。

我個人認為這只是從表面對睡眠的監測，同時提供白噪音幫助睡眠的工具，至於打鼾時間的記錄也不會特別精確。

我在醫院的睡眠中心做過睡眠質量監測的項目，身體貼滿導線，並且要在醫院裡睡一晚，從睡眠效率到打鼾到身體的血氧含量具體的分鐘都有詳細的記錄和分析。

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