스마트워치 수면측정 원리
수면 측정 원리를 알기 위해서는 인간의 수면 단계부터 이해를 해야합니다. 인간의 수면 단계는 총 5단계로 이루어지며, 5단계 수면단계가 반복되면서 수면을 하게 됩니다. 이 5단계 수면 단계 중 1~4단계를 비렘수면(Non-REM)이라고 하며, 5단계를 렘(REM)수면이라고 합니다. 여기서 REM이란, Rapid Eye Movement의 약자로 인간이 5단계 수면 단계에서 수면 중 안구가 빠르게 움직이는 것을 수면 전문가이자 생리학자인 Nathaniel Kleitman(1895~1999)이 발견하여 붙인 명칭입니다.
수면 단계는 1단계부터 5단계로 순차적으로 진행되는데, 흔히 우리가 ‘잠이 들었다’라고 하는 수면 단계를 1~2단계로 보고 얕은 수면으로 표현합니다. 얕은 수면 단계에서는 맥박이 서서히 낮아지며, 쉽게 기상할 수 있는 수면 단계입니다. 해당 단계에서 10~15분가량이 지나면 3단계의 깊은 수면을 취하게되며, 뇌파가 규칙적으로 변하고 맥박과 호흡 그리고 혈압이 안정됩니다. 더 나아가 4단계 깊은 수면 단계는 숙면 단계로 뇌파가 느린 특성이 있어 저속 파동 단계라고도 하는데, 뇌의 활동성도 떨어지며, 우리가 숨을 쉴 때 사용하는 호흡근을 제외한 모든 근육이 비활성화되며 일과로 쌓인 피로를 해소하는 단계입니다. 4단계 깊은 수면에선 잠에서 깨어나기가 쉽지 않고, 인간의 신진대사 활동이 줄어들며, 성장호르몬이 왕성하게 분비되기 때문에 20세 이전에는 인간의 신체적 성장과 발달을 도우며, 20세 이후에는 세포의 회복을 돕는 역할을 합니다. 즉, 3~4단계 깊은 수면은 인간의 육체적인 회복에 큰 도움이 되는 단계입니다.
수면 단계 중 아주 일부분을 차지하는 5단계 렘수면 단계에선 비렘수면 단계와 반대로 인간의 정신적인 회복에 큰 도움이 되는데요. 렘수면 단계에서는 뇌파가 활성화되지만, 인간이 잠들기 전에 가지고 있던 단기 기억을 장기 기억으로 변환하는 단계로 기억력과 밀접한 관계가 있는 수면 단계입니다. 또한, 렘수면 단계에서는 호흡이나 맥박 등이 불안정하다는 특징이 있습니다. 특히, 렘수면 단계는 꿈을 많이 꾸는 단계라고도 하는데요. 렘수면 단계에서는 뇌가 활성화 돼 있어 꿈을 꾸어도 쉽게 기억하는 한편, 비렘수면 단계에서는 뇌가 상대적으로 비활성화돼있어 꿈을 꾸더라도 잘 기억이 나지 않는 경우가 많은 것입니다.
출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polysomnography_tester.jpg
렘수면 비렘수면을 이해했다면, 수면 측정 원리를 설명할 수 있습니다. 스마트워치와 스마트밴드의 수면 측정 이전에 수면 측정 앱이 한창 유행이었는데요. 수면 측정 앱의 수면 측정 원리는 “소리 감지”를 통해 수면 여부를 확인하고 코골이 유무까지 확인하는 방법입니다. 하지만, 아주대학병원 연구진이 뇌파를 통해 수면 상태를 정확하게 측정하는 수면다원검사와 수면 측정 앱 7개를 비교 분석해본 결과, 수면 앱이 측정한 전체 수면 시간은 거의 정확했지만, 렘수면과 비렘수면의 상세한 비율을 파악하진 못하였다고 합니다. 왜냐하면, 맥박을 점검할 수 없기 때문에 비렘수면의 1단계와 2단계 그리고 렘수면의 차이를 구분할 수 없기 때문이죠.
샤오미 미밴드 5
하지만, 스마트워치나 스마트밴드의 수면 측정 원리는 비교적 정확합니다. 바로, 가속도 센서와 삼박 센서를 함께 활용하며, 고도화된 알고리즘을 통해 개선하고 정확도를 높이기 때문입니다. 예를 들면, 샤오미 미밴드 5는 3축(X, Y, Z 축) 가속도 센서와 3축(X, Y, Z 축) 자이로스코프 센서를 통해 수면 중인 여러분이 팔을 움직였는지 체크하고, 빛 반사를 이용해 맥박을 감지하는 광심박 센서를 통해 여러분의 맥박을 측정하는 것입니다.
샤오미 미밴드5를 통한 수면 측정 데이터
포스팅을 잘 읽어보셨다면 이쯤에서 눈치를 채신 분들이 있으시죠? 스마트기기의 수면 측정 원리는 특정 시간 간격으로 신체의 움직임이 있고 맥박이 점차 느려지고 있다면, 1~2단계의 얕은 수면으로 분류하고, 신체의 움직임이 완전히 멈추었고, 낮은 맥박이 일정하게 반복되면 3~4단계의 깊은 수면으로 분류하며, 신체의 움직임이 완전히 멈추었고, 맥박이 불규칙하다면 렘수면으로 분류하는 것입니다.
물론, 위와 같은 과정에는 각 스마트워치와 스마트밴드별로 고도화된 수면 측정 원리와 알고리즘이 적용될 것이고, 더 나아가 개인 수면 패턴을 분석하고 재적용하여 수면 측정의 정밀도를 올리는 방식 등이 추가로 적용돼 있을 것입니다.