«Ни одно кольцо и ни один браслет не имеет доступа к мозгу»

Стат Унмут — врч-рентгенолог, магистр программы ВШЭ Управление и экономика здравоохранения, который больше полутора лет занимался медицинской валидацией носимых устройств: организовывал исследования сна, пульса и стресса вместе с командой wellness-продукта одной из крупных российских корпораций. В разговоре с Reminder он рассказал, что эти гаджеты действительно умеют, где они ошибаются и кому стоит их носить.

Кольцо или часы?

Большинство носимых гаджетов получают примерно один и тот же набор исходных данных: пульс, вариабельность сердечного ритма, температуру кожи и движение. Все остальное — сон, стресс, восстановление, ресурс — устройство рассчитывает на их основе.

Умные кольца, браслеты и часы устроены похоже. Внутри стоит оптический датчик: несколько светодиодов (зеленый, красный и инфракрасный) и фотодиоды, которые ловят отраженный свет. Когда сердце гонит кровь, сосуды под кожей наполняются, и количество отраженного света чуть меняется — по этим колебаниям и считается пульс. Зеленый свет лучше всего измеряет частоту сердечных сокращений. Красный и инфракрасный помогают рассчитывать насыщение крови кислородом.

Также внутри есть акселерометр. Он регистрирует движения и дает алгоритму информацию: лежит человек неподвижно, идет, бежит или двигает рукой. В умных устройствах часть сигнала обрабатывается непосредственно на устройстве, часть передается по Bluetooth в приложение, где из отдельных замеров собирается понятная пользователю картина.

Гаджет не видит пульс или сатурацию в готовом виде. Сначала он получает оптический сигнал, который необходимо очистить от помех. Устройство может повернуться, немного съехать, неплотно прилегать к коже. Человек может двигаться, потеть или находиться в воде. Алгоритм должен понять, достаточно ли качественный сигнал перед ним и можно ли на его основании показывать данные.

Но идеального места для носимого устройства все равно не существует: какой бы качественной ни была электроника, часть измерений окажется с шумами.

Как проверяют, что устройство не врет

Чтобы понять, правильно ли устройство определяет комплексные показатели — например, сон, — его показания нужно с чем-то сравнить. Золотой стандарт в медицине — полисомнография. Это когда человек приходит в клинику, на него надевают десятки датчиков и записывают все: волны мозга, дыхание, движение грудной клетки, положение тела, подергивание ног, движение глаз во время сна. При разработке умных устройств такие исследования могут проходить совместно с клиниками.

Процесс выглядит так: врач-сомнолог берет запись полисомнографии, разбивает шесть часов сна на 30-секундные отрезки и вручную размечает каждый отрезок: вот здесь фаза 1, здесь фаза 2, здесь глубокий сон, а здесь человек проснулся. 

Мы берем эти гипнограммы, накладываем на них данные, собранные кольцом за ту же ночь, и смотрим, где графики расходятся. Далее с помощью алгоритмов машинного обучения начинаем настраивать математические модели так, чтобы они максимально совпадали с вердиктом врача.

Но важно понимать: полисомнография сама по себе — штука неидеальная. Спать, когда ты весь в проводах и не можешь толком перевернуться, сложно. Человек то и дело просыпается, и его ночь в клинике совсем не похожа на ночь дома. Поэтому во время исследования мы заметили, что алгоритмы кольца, обученные на полисомнографии, в домашних условиях начинают некорректно фиксировать данные о сне. Дома человек спит спокойнее и реже просыпается среди ночи. Поэтому некоторые бытовые сценарии, в том числе пробуждения дома, пришлось дополнительно изучать на данных реальных пользователей.

По точности базовых измерений хорошие потребительские устройства могут быть довольно близки друг к другу. Пульс в состоянии покоя они часто определяют достаточно уверенно. А вот дальше начинаются оговорки.

Полисомнограф снимает данные с головы, ловит движение глаз, дыхание. У гаджета этого нет — значит, относительно медицинского оборудования он всегда будет неточен. Но большинству людей, которые просто хотят изучать свой сон, сверхточность и не нужна. Достаточно знать время засыпания, время пробуждения и сколько было глубокого сна — той фазы, когда ты действительно восстанавливаешься. Все остальное — легкий сон, быстрый сон — среднестатистическому пользователю эти тонкости обычно не нужны.

Самое важное для здоровья — это общая регулярность и продолжительность сна в пределах индивидуальной нормы. Усредненный референс — от 6 до 8 часов, но генетическая норма может варьироваться от 4 до 12 часов. Гаджет отлично справляется с фиксацией времени засыпания и пробуждения, и этого более чем достаточно для формирования здоровой рутины.

Референсные значения — отдельная история. Возьмем норму пульса: считается, что она от 60 до 100, а у спортсменов — от 40. Это огромный разброс. Поэтому современные гаджеты идут в персонализацию: они не сравнивают тебя с усредненным человеком, а запоминают именно твои ритмы. Пульс 80 в покое — это много или нормально? Зависит от того, какой у тебя обычно. Для одного человека 60 ночью — прекрасно, для другого 75 — тоже норма.

Ресурс и стресс — что это и как измеряется?

Еще одна туманная и субъективная метрика в современных носимых устройствах — это уровень стресса и ресурса. Эти понятия не подчиняются точным медицинским формулам, если мы не берем в расчет лабораторные анализы крови на кортизол или энцефалограмму.

Многие гаджеты делят стресс на «ментальный» и «физический», хотя по сути это практически один и тот же процесс. Просто при физическом стрессе на тело влияют внешние обстоятельства, связанные с физической активностью и нагрузкой, а при ментальном триггером становятся внутренние переживания. Организм может похожим образом реагировать на конфликт, рабочую встречу, пробежку за автобусом, жару, кофе или начинающуюся инфекцию: пульс повышается, а вариабельность сердечного ритма снижается. И именно это видит гаджет, когда говорит, что у вас стресс. При этом контекст он может считывать плохо.

Если человек минуту быстро бежал, а затем его показатели восстановились, алгоритм должен понять, что это была реакция на нагрузку. Если же человек неподвижно сидит на совещании, но его пульс растет, а вариабельность падает, стоит предположить, что организм испытывает напряжение другого типа.

Чтобы научить модель отличать нормальную физиологическую реакцию от психологического стресса, мы использовали различные контролируемые нагрузки. Например, организовали психологический тест Струпа. Брали карточки, на которых были написаны слова — «зеленый», «красный», «желтый» и так далее — при этом цвет слов не совпадал с тем, что они означали. Например, слово «красный» было написано синим, а «желтый» — зеленым. Участники эксперимента с датчиками на пальцах должны были называть цвета слов.

Мозг во время такого упражнения паникует, ошибается, пытается подавить автоматический ответ — возникает физиологическая реакция в виде стресса, и гаджет ее регистрирует. Еще у нас был тест Вальсальвы — это когда человека просят сделать интенсивный выдох в трубку под сильным давлением, что тоже вызывает стресс.

Однако повторюсь, что в реальной жизни стресс — понятие субъективное, он зависит от контекста и от особенностей конкретного человека, ведь все мы обладаем разным уровнем психологической стрессоустойчивости. Кто-то может сидеть на тяжелой бизнес-встрече и не замечать, что организм работает на износ, удерживая высокий пульс и низкую вариабельность. А кто-то, наоборот, может быть уверен, что он в стрессе, при этом по цифрам все прекрасно.

Даже если мы определили стресс каким-то из вышеперечисленных методов, это еще не значит, что человек сам его ощущает. Поэтому пользователи умных устройств могут замечать несоответствия. Кто-то чувствует себя хорошо, а кольцо показывает запредельный стресс. Или наоборот, человек провел ужасную неделю на нервах, а гаджет утверждает, что он полон сил.

То же самое бывает со сном и восстановлением. Человек говорит: «Я плохо выспался», а гаджет показывает, что все хорошо. Или ты проснулся в отличном состоянии, а приложение сообщает, что у тебя «низкий ресурс», — и ты сразу расстраиваешься. Поэтому плохой паттерн — когда с тобой что-то происходит и ты тут же лезешь сверяться с гаджетом. Не надо параноить и воспринимать каждую цифру как окончательный вывод о своем состоянии.

То же самое с показателями вроде «ресурса», «готовности» или «заряда организма». Они объединяют несколько параметров в собственную формулу производителя, которая не имеет медицинского эквивалента.

Почему у двух приложений получаются разные результаты

Один и тот же набор исходных данных разные системы могут интерпретировать по-разному. 

Допустим, кольцо Oura собрало информацию о сне. Сначала приложение Oura обрабатывает ее и строит гипнограмму. Затем часть данных передается в Apple Health, где применяется уже другой алгоритм обработки. В результате пользователь может увидеть две различающиеся картины одной ночи. Это не обязательно означает, что одно приложение врет, а другое говорит правду. Просто у каждого производителя собственные алгоритмы, фильтры и способы работы с данными.

Именно поэтому не стоит постоянно менять устройства или сравнивать показатели разных брендов. Гораздо полезнее выбрать один гаджет и наблюдать, как его данные меняются относительно вашей собственной нормы. Для этого устройству требуется время. В первые дни кольцо еще практически не знает пользователя и сравнивает его с усредненным показателем. Постепенно оно накапливает историю и начинает замечать личные отклонения.

Как интерпретировать данные правильно

Обычно пользователю трудно разобраться, что делать с сотнями измерений пульса и вариабельности. Большинство врачей тоже не работают с непрерывными данными потребительских устройств каждый день. Для их интерпретации нужно знать образ жизни человека: как он спал, тренировался ли, употреблял ли алкоголь, болел ли, испытывал ли необычную нагрузку. Работать с такими данными умеют разве что спортивные врачи и специалисты по превентивной медицине — их единицы, они дорогие, и им нужно погружаться в ваш образ жизни целиком.

Здесь будет полезен ИИ-ассистент. Он может обнаруживать повторяющиеся паттерны, задавать вопросы и переводить графики на обычный язык. Например: «Последние несколько вечеров перед сном у вас был повышен пульс. Попробуйте выделить час на спокойное переключение и дыхательную практику». Это система, которая помогает поддерживать привычки и осмыслять накопленные данные. Но доверять ей как врачу нельзя.

ИИ может ошибаться и галлюцинировать, а его ответ не становится медицинским заключением. Он способен хорошо выполнять рутинную работу, напоминать, обобщать историю и предлагать безопасные действия вроде отдыха или расслабления. Диагностировать заболевание и назначать лечение он не должен. 

Особенно осторожно следует относиться к ситуации, когда ИИ выдает уверенное объяснение одного необычного показателя. Однократное отклонение может быть результатом болезни, употребления алкоголя, недосыпа, тренировки, плохого контакта сенсора или простой ошибки.

Могут ли гаджеты обнаружить болезнь

Кольцо или браслет не заменят медицинское оборудование. Чтобы устройство стало медицинским изделием, требуется другой уровень доказательности, проверок, регистрации и контроля. Это делает разработку намного сложнее и дороже. Но у носимых устройств есть потенциал: не ставить диагноз, а замечать устойчивые отклонения и предлагать человеку обратиться к врачу.

Самый показательный пример — апноэ, остановки дыхания во сне. Сам человек может годами не знать, что во сне у него возникают остановки дыхания. Иногда об этом сообщает партнер, который слышит громкий храп и резкие всхрапывания. Если же человек спит один, проблема может оставаться незамеченной. А между тем апноэ молодеет. Если научить гаджет ловить такие паттерны отклонений, человек сможет заметить проблему и прийти к врачу заранее — до того, как разовьется болезнь. Вот это, на мой взгляд, экологичный способ следить за здоровьем: не лечиться постфактум, а действовать превентивно.

Кому нужны носимые гаджеты

Признаюсь: сам я вообще не пользуюсь трекерами и не занимаюсь спортом на постоянной основе. Я хорошо себя чувствую, а при необходимости корректирую состояние с помощью физической нагрузки. Чтобы вовремя замечать возможные отклонения, раз в год прохожу чекап и восполняю выявленные дефициты.

При этом я считаю, что гаджет может быть полезен, если человек хочет изменить образ жизни. Одна из моих любимых реализованных функций — «Привычка сна». Ты задаешь цель, например ложиться в десять вечера и вставать в шесть утра, а на следующий день видишь, во сколько действительно уснул и проснулся. Такие объективные данные хорошо помогают замечать собственные привычки и проблемы.

До того, как я начал работать с wellness-продуктами, я не вполне осознавал, насколько важен для меня стабильный режим. Конечно, я смотрел на часы, но когда появляется наглядная визуализация, становится проще увидеть закономерности: одинаковое время сна и пробуждения помогает лучше планировать нагрузку на день. Даже в выходные я редко позволяю себе долго лежать в постели. Могу лечь в час или два ночи, но ближе к восьми все равно проснусь — причем без будильника.

Я считаю, что гаджеты должны быть утилитарными. Они должны решать конкретную задачу. Если ты бегун — тебе нужен датчик, который покажет пульсовые зоны. Велосипедисту, возможно, будет полезно фиксировать продолжительность маршрута и изменение нагрузки. Человеку с хаотичным графиком — контролировать регулярность сна. Тому, кто пытается больше двигаться, — получить простую геймификацию и напоминания.

Предположим, вы начали регулярно ездить на велосипеде в горку. Сначала пульс будет сильно повышаться, а через месяц эта нагрузка будет даваться вам легче. Отдельная цифра в один конкретный день вам почти ничего не скажет. Но в долгосрочной перспективе вы можете наблюдать, как организм адаптируется к нагрузке — и вот тут носимое устройство будет полезно.

Кольцо особенно подойдет тем, кто предпочитает цифровой аскетизм. Не все любят часы и браслеты, не всем хочется видеть экран, который светится, вибрирует и зовет проверить метрики. Кольцо — это тишина: вышел на пробежку, оно на пальце, и ты просто бежишь, а не думаешь о пульсе. Данные посмотришь потом. У кольца нет экрана и почти нет лишних функций — поэтому оно держится до недели без подзарядки, тогда как часы и браслеты приходится заряжать постоянно. 

Само по себе кольцо не умнее часов. Оно просто менее заметно и в некоторых ситуациях удобнее для непрерывного ношения, особенно ночью.

Будущее носимых устройств 

Думаю, дальше умные гаджеты будут развиваться по трем сценариям.

• Повышение точности. Производители будут добавлять новые сенсоры и пытаться надежнее распознавать определенные состояния. Например, измерение электрического сопротивления кожи (по сути — то, как вы потеете) способно дать дополнительную информацию о физиологическом возбуждении и стрессе.
• Геймификация и изменение образа жизни. Гаджет станет не столько измерительным прибором, сколько интерфейсом для привычек: сна, движения, питания, восстановления.
• Глубокая персонализация. Вместо сравнения с общей нормой устройство будет все лучше понимать, что нормально именно для вас, и замечать небольшие, но устойчивые отклонения в вашей базовой линии. Вероятно, главным продуктом в итоге окажется не само кольцо и не часы, а приложение — единый справочник здоровья, куда поступают данные о сне, пульсе, активности, питании и других аспектах жизни. Носимый гаджет будет лишь одним из источников информации.