Omni-Sleep：基于中枢与自主神经层级对比学习的睡眠基础模型
从生理学出发，重新定义睡眠基础模型
现有睡眠基础模型在处理多模态生理信号（如脑电图、心电图、呼吸等）时，往往采用拓扑无关的融合方式，忽视了中枢神经系统（CNS）与自主神经系统（ANS）之间固有的生理层级结构。近日，一项发表于 arXiv 的研究提出了 Omni-Sleep——一个利用 CNS/ANS 分区作为生理先验的睡眠基础模型，在表征学习中引入拓扑约束，从而更准确地捕捉睡眠过程中的脑-体动态。
三大学习目标：层级对比与时间建模
Omni-Sleep 的核心在于三个精心设计的训练目标：
- 系统内一致性：在神经信号（如 EEG、EOG、EMG）和心肺信号（如 ECG、呼吸）内部，分别学习共享的子系统级表征，捕捉同一系统内不同通道的共性因素。
- 系统间同步性：对齐 CNS 与 ANS 的表征轨迹，建模脑与身体之间的动态耦合关系。
- 潜空间掩码时间建模：通过掩码预测任务，学习长时程的睡眠动态，提升对时间依赖关系的建模能力。
这种设计使得模型能够从超过 10 万小时 的多中心多模态多导睡眠图（PSG）数据中，学习到具有生理意义的结构化表征。
性能全面超越现有基线
在睡眠分期和多疾病分类任务上，Omni-Sleep 均表现出色。与当前最强的基础模型基线相比，它在标签效率、跨数据集泛化能力以及对缺失模态的鲁棒性方面实现了显著提升。即使在某些模态缺失的情况下，Omni-Sleep 依然能保持较高的分类精度，这在实际临床场景中尤为重要——因为患者数据常因设备或记录条件限制而不完整。
生理层级先验的价值
Omni-Sleep 的成功证明了将生理学知识融入模型设计的巨大潜力。传统方法将不同信号一视同仁，而 Omni-Sleep 通过显式利用 CNS/ANS 分区，让模型学会区分“大脑的内部状态”与“身体的自主调节”，从而更准确地表征睡眠的不同阶段和病理特征。
研究者已在 GitHub 上开源代码（论文中提供的链接），这将推动睡眠医学领域的基础模型研究，并为其他生物医学信号处理任务提供新思路。
小结
Omni-Sleep 并非简单的“更大数据+更大模型”，而是从睡眠生理学本质出发，设计了匹配生物系统的表征学习框架。对于睡眠研究者而言，它可能意味着更精准的自动分期工具；对于 AI 从业者，则是一次将领域知识与自监督学习巧妙结合的示范。未来，这一思路有望扩展到其他依赖多模态生理信号的领域，如癫痫监测、重症监护等。