Monitorare le posizioni del sonno per un riposo sano

Il dispositivo wireless acquisisce i dati del sonno senza utilizzare fotocamere o sensori del corpo. Esso potrebbe aiutare i pazienti con malattia di Parkinson, epilessia o piaghe da decubito.

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno sviluppato un modo wireless e privato per monitorare le posture del sonno di una persona - sia che sonnecchi sulla schiena, sullo stomaco o sui lati - utilizzando segnali radio riflessi da un piccolo dispositivo montato su una parete della camera da letto.

Il dispositivo, chiamato BodyCompass, è il primo sistema basato sulla radiofrequenza pronto per la casa a fornire dati accurati sul sonno senza telecamere o sensori collegati al corpo, secondo Shichao Yue, (1) che presenterà il sistema in una presentazione all'UbiComp 2020. Il dottorando ha utilizzato il rilevamento wireless per studiare le fasi del sonno e l'insonnia per diversi anni.

«Pensavamo che la postura del sonno potesse essere un'altra applicazione di grande impatto del nostro sistema» per il monitoraggio medico, afferma Yue, che ha lavorato al progetto sotto la supervisione della professoressa Dina Katabi (2) nel MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory. Gli studi dimostrano che lo stomaco che dorme aumenta il rischio di morte improvvisa nelle persone con epilessia, osserva, e la postura del sonno potrebbe anche essere utilizzata per misurare la progressione della malattia di Parkinson poiché la condizione priva una persona della capacità di girarsi a letto.

In futuro, le persone potrebbero anche utilizzare BodyCompass per tenere traccia delle proprie abitudini di sonno o per monitorare il sonno del bambino, afferma Yue: «Può essere un dispositivo medico o un prodotto di consumo, a seconda delle esigenze».

Altri autori del documento della conferenza, pubblicato negli Atti del Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies, (3) includono gli studenti laureati Yuzhe Yang e Hao Wang e l'affiliato Katabi Lab Hariharan Rahul. Katabi è Andrew ed Erna Viterbi Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica al MIT.

Riflessi riposanti

BodyCompass funziona analizzando il riflesso dei segnali radio mentre rimbalzano sugli oggetti in una stanza, compreso il corpo umano. Simile a un router Wi-Fi collegato alla parete della camera da letto, il dispositivo invia e raccoglie questi segnali quando ritornano attraverso più percorsi. I ricercatori quindi mappano i percorsi di questi segnali, lavorando all'indietro rispetto ai riflessi per determinare la postura del corpo.

Affinché questo funzionasse, tuttavia, gli scienziati avevano bisogno di un modo per capire quale dei segnali rimbalzasse sul corpo del dormiente e non rimbalzasse sul materasso, su un comodino o su un ventilatore a soffitto. Il dottor Yue ei suoi colleghi hanno capito che il loro lavoro passato nel decifrare i modelli di respirazione dai segnali radio potrebbe risolvere il problema.

I segnali che rimbalzano sul petto e sulla pancia di una persona sono modulati in modo univoco dalla respirazione, hanno concluso. Una volta che quel segnale respiratorio è stato identificato come un modo per “etichettare” i riflessi provenienti dal corpo, i ricercatori hanno potuto analizzare quei riflessi rispetto alla posizione del dispositivo per determinare la postura della persona a letto. (Nel momento in cui una persona è sdraiata sulla schiena, ad esempio, le forti onde radio che rimbalzano sul suo petto si dirigono al soffitto e quindi al dispositivo sul muro.) «Identificare la respirazione come codifica ci ha aiutato a separare i segnali dal corpo da riflessioni ambientali, permettendoci di tracciare dove si trovano le riflessioni informative», dice Yue.

I riflessi del corpo vengono quindi analizzati da una rete neurale personalizzata per inferire come è angolato il corpo durante il sonno. Poiché la rete neurale definisce le posture del sonno in base agli angoli, il dispositivo può distinguere tra un dormiente sdraiato sul lato destro da uno che si è semplicemente inclinato leggermente a destra. Questo tipo di analisi a grana fine sarebbe particolarmente importante per i pazienti con epilessia per i quali dormire in posizione prona è correlato a una morte improvvisa inaspettata, afferma Yue.

BodyCompass presenta alcuni vantaggi rispetto ad altri modi di monitorare la postura del sonno, come l'installazione di telecamere nella camera da letto di una persona o il collegamento di sensori direttamente alla persona o al suo letto. I sensori con cui dormire possono essere scomodi e le telecamere riducono la privacy di una persona, osserva Shichao Yue. «Dal momento che registreremo solo le informazioni essenziali per rilevare la postura del sonno, come il segnale respiratorio di una persona durante il sonno, è quasi impossibile per qualcuno dedurre altre attività dell'utente da questi dati».

Una bussola precisa

Il team di ricerca ha testato l'accuratezza di BodyCompass su oltre 200 ore di dati sul sonno di 26 persone sane che dormono nelle loro camere da letto. All'inizio dello studio, i soggetti indossavano due accelerometri (sensori che rilevano il movimento) fissati con nastro adesivo al petto e allo stomaco, per addestrare la rete neurale del dispositivo con dati “ground truth” sulle loro posture del sonno.

BodyCompass era più preciso, prevedendo la corretta postura del corpo il 94% delle volte, quando il dispositivo veniva programmato su una settimana di dati. I dati di allenamento di una notte hanno prodotto risultati accurati nell'87% delle volte. BodyCompass poteva raggiungere una precisione dell'84% con soli 16 minuti di dati raccolti, quando ai dormienti veniva chiesto di mantenere alcune posizioni abituali del sonno davanti al sensore wireless.

Insieme all'epilessia e al morbo di Parkinson, BodyCompass potrebbe rivelarsi utile nel trattamento di pazienti vulnerabili a piaghe da decubito e apnea notturna, poiché entrambe le condizioni possono essere alleviate da cambiamenti nella postura del sonno. Anche il dottor Yue ha il suo interesse: soffre di emicranie che sembrano essere influenzate dal modo in cui dorme. «Dormo sul fianco destro per evitare il mal di testa il giorno dopo», dice, «ma non sono sicuro che ci sia davvero una correlazione tra la postura del sonno e l'emicrania. Forse questo può aiutarmi a scoprire se c'è qualche relazione».

Per ora, BodyCompass è uno strumento di monitoraggio, ma un giorno si potrebbe associare a un avviso che può indurre chi dorme a cambiare postura. «I ricercatori stanno lavorando su materassi che possono trasformare lentamente un paziente per evitare posizioni di sonno pericolose», dice Yue. «Il lavoro futuro potrebbe combinare il nostro rilevatore di postura del sonno con tali materassi per spostare un paziente con epilessia in una posizione più sicura, se necessario».

Riferimenti:

(1) Shichao Yue

(2) Dina Katabi

(3) BodyCompass: Monitoring Sleep Posture with Wireless Signals

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Monitoring sleep positions for a healthy rest