스마트워치는 내가 깊은 잠을 잤는지 얕은 잠을 잤는지 어떻게 알아내나요?

Question

자고 일어나면 워치 앱에 렘수면 몇 분, 깊은 수면 몇 분 이렇게 그래프로 정밀하게 나오더라고요. 저는 그냥 누워서 시계 차고 잠만 잤는데 뇌파를 재는 것도 아니면서 손목 유리에 닿은 센서만으로 수면 단계를 깨닫는 원리가 궁금해요.

Answer 1

안녕하세요. 이승호 전문가입니다.

스마트워치가 손목에 차고만 있어도 수면 단계를 분석할 수 있는 비밀은 심장 박동과 몸의 움직임에 있습니다.

뇌파를 직접 측정하지는 못하지만 우리 몸은 수면 단계에 따라 자율신경계가 변하면서 심장 박동수와 호흡이 달라집니다. 스마트워치 뒷면에 있는 초록색 불빛의 광학 심박 센서는 피부에 빛을 비춰 혈류량의 변화를 관측하고 이를 통해 실시간 심박수와 심박 변이도를 측정합니다. 심박 변이도는 심장 박동과 박동 사이의 미세한 시간 간격 변화를 뜻합니다.

우리가 깊은 잠에 빠지면 부교감 신경이 활성화되면서 심장 박동이 매우 느리고 규칙적으로 변하며 몸의 움직임도 거의 사라집니다. 스마트워치는 가속도 센서로 몸의 뒤척임이 전혀 없고 심박수가 일정하게 낮아진 것을 감지해 이때를 깊은 수면으로 판단합니다.

반대로 꿈을 꾸는 단계인 렘수면 상태나 얕은 잠을 잘 때는 뇌가 활발하게 활동하기 때문에 심장 박동이 불규칙해지고 빨라지며 호흡도 가빠집니다. 가끔씩 몸을 미세하게 뒤척이기도 합니다. 센서가 이러한 불규칙한 심박 변화와 미세한 움직임을 포착하면 렘수면이나 얕은 수면 상태로 기록하게 됩니다.

결국 스마트워치는 손목 피부와 닿은 센서로 움직임과 심장 박동 데이터를 초 단위로 촘촘하게 수집한 뒤, 병원에서 수만 명의 수면 데이터를 학습시킨 인공지능 알고리즘에 대입하여 현재 어떤 수면 단계인지 추정해 내는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

스마트워치의 수면 측정은 실제 병원처럼 뇌파를 재는 방식은 아니고 손목 센서로 심박수 변화 심박 간격 움직임·호흡 패턴 혈중산소 변화 등을 계속 분석해서 지금 얕은 수면인지 깊은 수면인지 를 인공지능 알고리즘으로 추정하는 방식입니다. 예를 들어 깊은 수면 때는 움직임이 거의 없고 심박이 안정되는 경향이 있으며 렘수면 때는 몸은 비교적 조용하지만 심박과 호흡 패턴이 달라지는 특징을 이용합니다. 그래서 꽤 참고는 되지만 병원 수면다원검사처럼 100% 정확한 의료용 측정이라기보다는 생체신호 기반 추정치에 가까운 개념입니다.

Answer 3

안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.

스마트워치 뒤쪽에 초록색 LED 불빛으로 혈관의 수축이랑 이완을 감지합니다. 그래서 심박수랑 심박 변이도를 정밀하게 측정하죠. 여기에 내장된 가속도 센서가 몸에 뒤척이는 거나 움직임을 함께 분석해 줍니다. 그래서 수면 단계를 추정하죠. 깊은 잠을 잘 때는 심장 박동이 늦어지고 움직임이 거의 없습니다. 하지만 램수면 단계에서는 심박수가 불규칙해지는 특성을 인공 지능 알고리즘이 분석하죠. 결국 뇌파를 직접 제지 않아도 심장 신호랑 몸의 움직임 데이터가 쌓이면서 수면 단계를 알아내는 겁니다.