Wie und wie genau misst WHOOP Schlaf?

Die Schlafphasenanalyse von WHOOP wurde in einer unabhängigen Untersuchung der University of Arizona validiert, deren Ergebnisse im Journal of Clinical Sleep Medicine veröffentlicht wurden. Während die Studienteilnehmer:innen ein WHOOP trugen, wurden biologische Parameter während ihres Schlafs gleichzeitig per Polysomnographie gemessen. Dabei handelt es sich um das führende diagnostische Verfahren zur Schlafuntersuchung. Und die Ergebnisse waren eindeutig: Das Schlaftracking von WHOOP erzielte eine ausgezeichnete Messgenauigkeit im Vergleich zur Polysomnographie. WHOOP erwies sich somit als eine äußerst zuverlässige, nicht-invasive Möglichkeit zur Schlafüberwachung. Laut Dr. Sairam Parthasarathy, Medizinprofessor am College of Medicine Tucson der University of Arizona und Leiter des Center for Sleep and Circadian Sciences, „ist WHOOP nicht nur sehr genau, sondern als Wearable auch eine wesentlich leichter verfügbare Methode zur Schlafüberwachung als das aufwendige Polysomnographie-Verfahren. Dadurch ließe sich dieser Teil des Gesundheitsmanagements auf Bevölkerungsebene drastisch vereinfachen.“ Die wichtigsten Ergebnisse der Studie zusammengefasst:

• Die von WHOOP ermittelte Atemfrequenz im Schlaf wich maximal einen Atemzug pro Minute von den im Goldstandard-Verfahren ermittelten Werten ab.
• Die von WHOOP ermittelte Herzfrequenz im Schlaf wich höchstens einen Schlag pro Minute von den im EKG ermittelten Werten ab.
• Die Nutzung von WHOOP ging nachweislich mit einer Verbesserung der Schlafqualität einher.
• Die von WHOOP ermittelten Schlafphasen stimmten in hohem Maße mit den Polysomnographie-Resultaten überein.

Im Folgenden gehen wir darauf ein, wie WHOOP diese beeindruckende Leistung vollbringen konnte, legen dar, was die Polysomnographie umfasst, und erläutern die Studie und ihre Ergebnisse ausführlicher.

Darum ist Schlaf so wichtig

Das Tracken und Analysieren des Schlafs ist eine der zentralen Funktionen von WHOOP. Schlaf ist von entscheidender Bedeutung für unsere Erholung und Leistungsfähigkeit – das haben jahrzehntelange Forschungen ohne jeden Zweifel gezeigt, und darum spielt Schlaf bei WHOOP auch eine so große Rolle. Heutzutage ist es jedoch schwieriger denn je, genug Schlaf zu bekommen. So ergab eine Befragung des Meinungsforschungsinstituts Gallup, dass die Menschen in den USA heute durchschnittlich eine Stunde weniger pro Nacht schlafen als noch vor 70 Jahren. Der um sich greifende Schlafmangel sorgt nicht nur für mehr Müdigkeit, sondern erhöht auch das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und Adipositas und verkürzt zudem unsere Lebenserwartung. WHOOP Mitglieder schneiden beim Thema Schlaf zwar im Durchschnitt deutlich besser ab als die allgemeine Bevölkerung, doch auch bei ihnen ist noch Luft nach oben. Und wie genau überwacht und analysiert WHOOP den Schlaf überhaupt?

Mit schlafwandlerischer Genauigkeit

WHOOP trackt Schlaf so präzise wie kein anderes Wearable. Dazu erfassen der Beschleunigungsmesser, das Gyroskop und der PPG-Herzfrequenzsensor hunderte Datenpunkte pro Sekunde. Das Wearable verfügt auch über einen kapazitiven Berührungssensor und einen Temperatursensor, die damit erfassten Daten fließen allerdings nicht in den Schlafalgorithmus ein. Bei der Photoplethysmographie, kurz PPG, werden Veränderungen des Blutvolumens über die Hautoberfläche erfasst und daraus die Durchblutung ermittelt. Die winzigen grünen LEDs an der Unterseite des Wearables spielen dabei eine wichtige Rolle – zusammen mit einem kleinen Photorezeptor zwischen den beiden LEDs, der Licht misst. Bei der PPG wird die Haut mit bestimmten Farben (also Licht unterschiedlicher Wellenlängen) beleuchtet. Das Blut absorbiert bestimmte Farben, während andere wiederum reflektiert werden. Somit kann anhand des gemessenen reflektierten Lichts die Menge des Blutes, das zu diesem Zeitpunkt unter der Haut fließt, ermittelt werden. Aus der gemessenen Durchblutung lassen sich dann Herzfrequenz, Herzfrequenzvariabilität und Atemfrequenz ableiten. Diese Informationen wiederum werden für die Algorithmen zur Schlaferkennung und Bestimmung der Schlafphasen benötigt. Bei der Studie stimmte die von WHOOP ermittelte Herzfrequenz während des Schlafs fast vollständig mit den im EKG gemessenen Werten überein: Bei allen 32 Teilnehmer:innen betrug die durchschnittliche Abweichung nur einen Herzschlag pro Minute. Außerdem zeigte sich, dass WHOOP die Atemfrequenz sehr genau misst: Die Abweichung vom Goldstandard-Messverfahren betrug nur einen Atemzug pro Minute. Präzise Daten zu Herz- und Atemfrequenz sind denn auch unerlässlich, um Schlafphasen genau zu bestimmen.

So wird WHOOP getestet

Damit die Daten des Beschleunigungsmessers sowie die gemessene Herzfrequenz, Herzfrequenzvariabilität und Atemfrequenz in die tägliche Schlafanalyse für unsere Mitglieder umgewandelt werden können, hat sich WHOOP mit einem Schlaflabor zusammengetan. Dort unterzogen sich mehrere hundert Teilnehmer:innen, die ein WHOOP trugen, einem Polysomnographie-Test. Dabei wurden ein Elektrokardiogramm (EKG), ein Elektrookulogramm (EOG), ein Elektroenzephalogramm (EEG) und ein Elektromyogramm (EMG) angefertigt. Die Ergebnisse wurden von speziell geschulten Techniker:innen manuell ausgewertet. Dabei wurde jeder 30-sekündige Aufzeichnungsabschnitt einer der vier Schlafphasen zugeordnet: Wachphase, Leichtschlaf, REM-Schlaf oder Slow-Wave-Schlaf (Tiefschlaf). Die Polysomnographie ist zwar das derzeit präziseste Verfahren zur Ermittlung der Schlafphasen und gilt damit als Goldstandard, aber sie ist auch äußerst kostspielig und umständlich. Die aktuelle Studie in Zusammenarbeit mit der University of Arizona hat gezeigt, dass WHOOP entsprechende Daten mit einer Messgenauigkeit ermittelt, die an das Polysomnographie-Verfahren heranreicht – und das deutlich einfacher. Dazu wurden Algorithmen des maschinellen Lernens so verfeinert, dass sie die von den Schlaflabortechniker:innen manuell zugeordneten Schlafphasen abbilden können, wodurch gleichzeitig die Bestimmung der Schlafphasen automatisiert wird. Da die Studienteilnehmer:innen während der Polysomnographie-Tests ein WHOOP trugen, konnte das Modell für maschinelles Lernen genau feststellen, wie die WHOOP Daten in der jeweils ermittelten Schlafphase aussehen.

Ein genauerer Blick auf die Daten

Manche Datenunterschiede zwischen verschiedenen Schlafphasen fallen sofort ins Auge, andere wiederum muss man mit der Lupe suchen. Das nachfolgende Diagramm zeigt beispielhaft die Atemfrequenz über einen Zeitraum von rund 80 Minuten. Der hellblau hervorgehobene Abschnitt steht für Slow-Wave-Schlaf und das türkisgrüne Segment für REM-Schlaf. Bei den Abschnitten ohne farbliche Markierung handelt es sich um Leichtschlaf. Auffällig ist, dass die Atemfrequenz während des Slow-Wave-Schlafs relativ konstant war, während sie im REM-Schlaf stärker variierte und höher ausfiel.

Das obige Diagramm veranschaulicht nur einen von vielen physiologischen Unterschieden zwischen den Schlafphasen, die von WHOOP ermittelt werden können. Tatsächlich vereint der Schlafphasenalgorithmus von WHOOP etliche physiologische Variablen, die in der Auswertung allerdings nicht alle mit bloßem Auge zu erkennen sind.

Wie genau ist WHOOP also wirklich?

Bei der kürzlich veröffentlichten Validierungsstudie stellten Dr. Sairam Parthasarathy und sein Team fest, dass WHOOP die Schlafdauer auf 17,8 Minuten genau ermittelt. Außerdem erwies sich die Erkennung von REM-Phasen und Slow-Wave- bzw. Tiefschlaf als äußerst präzise.

Darüber hinaus ergab eine weitere aktuelle Untersuchung der beliebtesten Wearables für das Handgelenk, dass WHOOP im Vergleich zum Goldstandard der Polysomnographie am genauesten ist.