Chương 1: Tông quan dé tài. Gidi thiệu vê van dé nghiên cứu và mục tiêu của khóa luận. Chương 2: Cơ sở lý thuyết và các nghiên cứu liên quan. Tìm hiểu về các khái niệm cơ bản liên quan đến phân lớp giai đoạn giấc ngủ và tổng hợp những nghiên cứu có liên quan đến đề tài.
Chương 3: Một số phương pháp phân lóp giai đoạn giấc ngủ dựa trên học sâu. Trình bày chỉ tiết về các phương pháp sử dụng học sâu dé phân lớp giai đoạn giấc ngủ và đánh giá hiệu suất của chúng. Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá. Mô tả quy trình thực hiện thực nghiệm, các bộ dữ liệu sử dụng và kết quả đạt được từ các phương pháp đã thực nghiệm.
Chương 5: Thử nghiệm cải tiễn và đánh giá kết quả. Trình bày thử nghiệm cải tiễn dé nâng cao hiệu suất phân lớp giai đoạn giấc ngủ và đánh giá hiệu quả của những thử nghiệm. Chương 6: Xây dựng công cụ phân lớp giai đoạn giác ngủ. Trình bày quá trình vận dụng mô hình máy học đã được huấn luyện để hiện thực công cụ dự đoán giai đoạn giấc ngủ.
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển. Tông kết những kết quả đạt được từ nghiên cứu và đề xuất hướng phát triển tiếp theo trong lĩnh vực phân lớp giai đoạn giâc ngủ. CƠ SỞ LÝ THUYET VA CÁC NGHIÊN CỨU LIEN QUAN Nội dung chương này sẽ giới thiệu cơ sở lý thuyết và các công trình nghiên cứu liên quan gan đây về việc dự đoán giai đoạn giấc ngủ. Nhóm sinh viên đã tiến hành tìm hiểu các nghiên cứu có liên quan đến dé tài dé có kiến thức sâu hơn về bài toán và các phương pháp đã được áp dụng trong lĩnh vực này.
Việc nắm vững cơ sở lý thuyết và tổng quan về các nghiên cứu trước đây sẽ giúp nhóm xác định và xây dựng một cách tiếp cận hiệu quả trong việc giải quyết bài toán phân lớp các giai đoạn giác ngủ. Cac khái niệm về sóng não và các giai đoạn của giác ngủ 2. Sóng não và điện não đồ 2. Sóng não Não bộ của con người được tạo thành từ hàng tỷ nơ-ron thần kinh, chúng kết nối với nhau thông qua các tín hiệu điện.
Những tín hiệu này di chuyển qua não đồng thời, tao ra dòng điện trong não. Hoạt động này được biểu hiện dưới dạng sóng não. Tốc độ của sóng não được đo bằng công cụ y tế gọi là điện não đồ (EEG - Electroencephalography), và được đo bằng đơn vị Hertz (Hz) [16]. Gamma Problem solving, concentration 0.0 Beta Busy, active mind 0.0 Äiphìs ^^ Reflective, restful : 0.0 Theta rrme-3lh"\ Drowsiness 0.0 Delta ah Sleep, dreaming 99 02 04 06 08 7.1: Biểu diễn các loại sóng não [16] Don vị uV (microvolt) được sử dung dé đo biên độ của các tín hiệu điện não.
Trong nghiên cứu sóng não giấc ngủ, biên độ của sóng não được sử dụng để phân tích các đặc trưng của các giai đoạn giắc ngủ. Đơn vị Hz (hertz) được sử dụng để đo tần số của các sóng não. Trong nghiên cứu sóng não giấc ngủ, tần số của các sóng não cũng được sử dung dé phân tích các đặc trưng của các giai đoạn giấc ngủ. Điện não đồ EEG Điện não đồ EEG: EEG (Electroencephalography) là hệ thống ghi lại các xung điện từ não con người.
Đây là sự phản ứng điện sinh học từ tế bào não được ghi lại thông qua vỏ não. EEG thu thập các tín hiệu điện nhỏ từ các khu vực khác nhau của não bằng cách gắn nhiều điện cực xung quanh đầu. Mỗi điện cực được coi là một kênh, thu nhận các xung điện từ khu vực riêng biệt [17].2: Các vị trí đặt điện cực theo chuẩn quốc té 10 — 20 [17] 10 Theo hệ thống đặt điện cực chuẩn quốc tế 10-20, sẽ sử dụng một bộ 21 điện cực gắn lên da đầu: - Vị trí các điểm mốc: e _ Điểm gốc mũi (Nasion), năm giữa hai chân lông mày (Glabella). e Ong tai ngoài hai bên.
- Các ký hiệu ving não: e F 1a vùng trán (Frontal). e Ca vùng trung tâm (Central). e _ O là vùng châm (Occipital). e =P là vùng đỉnh (Parietal).
- Các điện cực được đánh số lẻ nếu ở phía trái và sô chăn nếu ở phía phải. - Các điểm mốc được kết nối trên mạng phi điện não đồ bao gồm: Fpz, Fz, Cz, Pz, Oz, T3, T4, C3, C4, E3, F4, P3, P4. e _ Điểm Fpz đặt cách gốc mũi 10%. e _ Điểm Cz là trung tâm đỉnh đầu.
e DiémPz đặt cách điểm châm 10%. e Đường vòng cung phía trong gồm các diém Fpl, C3, OI bên trái va Fp2, C4, O2 bên phải. e _ Đường vòng cung phía ngoài gồm các điểm Fpz, T3, Oz, T4. Cac giai đoạn của giác ngủ Theo tài liệu tên “Physiology, Sleep Stages” [18] giấc ngủ xảy ra trong năm giai đoạn: Wake (Wakefulness), N1 (NREM 1), N2 (NREM 2), N3 (NREM 3) và REM (Rapid Eye Movement).
Các giai đoạn N1 đến N3 được gọi là giai đoạn giắc ngủ chuyên động mắt không nhanh (None Rapid Eye Movement - NREM), với mỗi giai đoạn là một giấc ngủ sâu hơn dần dần. Khoảng 75% giấc ngủ được dành cho giai đoạn NREM, với phần lớn được dành cho giai đoạn N2 (45%), giai đoạn NI là 5% và giai đoạn N3 là 25% [18]. Một giấc ngủ ban đêm điển hình bao gồm 4 đến 5 11 chu kỳ giác ngủ, voi su tiến triển của các giai đoạn ngủ theo thứ tự sau: N1, N2, N3, N2, REM [19]. Một chu kỳ giấc ngủ hoàn chỉnh mat khoảng 90 đến 110 phút.
Giai đoạn REM đầu tiên ngắn và khi màn đêm kéo dai, giai đoạn REM dài hơn và giảm thời gian ngủ sâu (NREM) xảy ra. Giác ngủ NREM gồm ba giai đoạn khác nhau. Giấc ngủ NREM có giai đoạn càng cao thì càng khó đánh thức một người. Khi chuyên qua giai đoạn NI, giai đoạn N2 và sau đó là giai đoạn N3 của giấc ngủ NREM, các chức năng cơ thê khác nhau sẽ chậm lại hoặc dừng hoàn toàn, cho phép các quá trình phục hồi và tái tạo sức khỏe điển ra.3: Chu kỳ giắc ngủ [18] 2.
— Giai đoạn W (Wake) Giai đoạn Wake là giai đoạn khi con người ở trạng thái tỉnh táo và có khả năng tương tác với môi trường xung quanh, thường xảy ra khi con người thức dậy sau một đợt ngủ hoặc trong suốt khoảng thời gian thức trong ngày. Trong giai đoạn này, hoạt động não bộ được kích hoạt, cho phép con người tham gia vào các hoạt động như làm việc, học tập, giao tiếp xã hội và thực hiện các nhiệm vụ hàng ngày. Giai đoạn Wake đóng vai trò quan trọng trong chu kỳ giấc ngủ và ảnh hưởng đến sự tỉnh táo và năng suât của con người trong thời gian thức dậy. Giai đoạn NI Giai đoạn NI của giấc ngủ thường chỉ kéo dài từ 1 đến 7 phút.
Trong giai đoạn này, mặc dù các hoạt động của cơ thể và não bộ bắt đầu chậm lại với những khoảng thời gian chuyên động ngắn, nhưng cơ thê vẫn chưa hoàn toàn thư giãn. Ngoài ra, có một số thay đổi nhỏ trong hoạt động của não liên quan đến việc chìm vào giấc ngủ trong giai đoạn này. Mặc dù có thé dé dàng đánh thức ai đó trong giai đoạn ngủ này, nhưng nếu không bị quay ray, người đó có thé nhanh chóng chuyền sang giai đoạn 2. Vào buồi tối, nêu một người ngủ không bị gián đoạn, họ có thé không dành nhiều thời gian hơn cho giai đoạn 1 khi chuyên sang chu kỳ giấc ngủ tiếp theo.
Giai đoạn N2 Trong giai đoạn N2, cơ thé giam nhiét d6 va co bap thư giãn, nhip thở va nhịp tim chậm lại. Sóng não hiển thị một mô hình mới và chuyển động của mắt dừng lại. Tuy hoạt động của não chậm lại, nhưng vẫn có những dot hoạt động ngắn giúp chống lại việc bị đánh thức bởi kích thích bên ngoài. Giai đoạn N2 có thé kéo dai từ 10 đến 25 phút trong chu kỳ ngủ đầu tiên và kéo dài hon trong đêm.
Trong tổng thời gian ngủ của một người thì khoảng một nửa thời gian là ở giai đoạn N2. Giai đoạn N3 Giai đoạn N3 còn được gọi là giai đoạn giấc ngủ sâu, là giai đoạn khó đánh thức nhất trong quá trình ngủ. Trong giai đoạn này, cơ thể hoàn toàn thư giãn, dẫn đến giảm lực cơ, mạch và nhịp thở. Ngoài ra, hoạt động của não cũng rơi vào mô hình sóng delta, được gọi là giấc ngủ delta hoặc giấc ngủ sóng chậm.
Giai đoạn này rất quan trọng đối với quá trình phục hồi và tăng trưởng cơ thể. Nó có thé tăng cường hệ thống miễn dịch và các quá trình khác của cơ thé. Mặc dù hoạt động của não giảm nhưng có bằng chứng cho thấy giấc ngủ sâu có thể giúp con người suy nghĩ sâu sắc hơn, sáng tạo và cải thiện bộ nhớ. Con người dành nhiều thời gian nhất dé ngủ sâu trong nửa đầu của đêm.
Trong chu kỳ ngủ sớm, giai đoạn N3 thường kéo dai từ 20 đến 40 phút. Tuy nhiên, khi tiếp 13 tục ngủ, thời gian cho giai đoạn này sẽ ngăn lại và thay vào đó, con người sẽ dành nhiều thời gian hơn cho giai đoạn giấc ngủ REM. Giai đoạn REM Trong giai đoạn REM, mắt di chuyền nhanh sau khi nhắm mắt, nhịp tim tăng nhanh và hơi thở trở nên không đều. Trái ngược với các giai đoạn khác của giấc ngủ, ở giai đoạn REM sóng não chậm lại, não hoạt động tích cực hơn trong giác ngủ REM va sóng não của trở nên biến đổi hơn.
Giác ngủ REM là một trong những giai đoạn hấp dẫn nhất của giấc ngủ vì nó liên quan đến giấc mơ, một phan vì nó rất khác so với các giai đoạn khác của giắc ngủ. Các đặc điểm của giấc ngủ REM giúp phân biệt nó với giấc ngủ NREM bao gồm: - Hoạt động của sóng não giống với trạng thái tỉnh táo hơn bất kỳ giai đoạn nào khác của giấc ngủ. - Mất trương lực cơ hoàn toàn so với trương lực cơ một phan của giấc ngủ NREM. - Nhịp thở không đều so với nhịp thở đều đặn, chậm hơn của giấc ngủ NREM.
- Nhịp tim tăng so với sự chậm lại trong giấc ngủ NREM. - Não hoạt động tích cực trong suốt giai đoạn REM, và chuyền hoá não tăng lên khoảng 20% [18]. Cách phân lớp các giai đoạn của giác ngủ Dé xác định các giai đoạn của giấc ngủ dựa trên EEG, cần phân tích dữ liệu EEG theo các đặc điểm khác nhau của sóng não. Các sóng não này được phân lớp thành các giai đoạn khác nhau của giấc ngủ, từ giai đoạn tỉnh táo đến giai đoạn REM.