Muse 2 forehead photoplethysmography agrees with Polar H10 for heart rate but overestimates ultra-short RMSSD

Das menschliche Herz schlägt nicht wie ein Metronom. Zwischen einem Schlag und dem nächsten liegt eine winzige, natürliche Variation in der Zeit. Diese Fluktuation, bekannt als Herzratenvariabilität, ist ein Zeichen eines gesunden, reaktionsfähigen Nervensystems. Wenn der Körper entspannt ist, verlangsamt sich das Herz und beschleunigt im Rhythmus der Atmung, wodurch ein komplexes, sich veränderndes Muster entsteht. Wissenschaftler nutzen dieses Muster schon lange, um zu verstehen, wie der Körper mit Stress und Ruhe umgeht. Traditionell erforderte die Messung dafür ein medizinisch zertifiziertes Elektrokardiogramm, eine Maschine, die die elektrischen Signale des Herzens direkt von der Brust abliest. Doch da die Wearable-Technologie jedoch massiv an Popularität gewonnen hat, möchten Menschen nun dieselben Daten mit einfachen Geräten verfolgen, die am Handgelenk oder an der Stirn sitzen. Diese Geräte lesen keine Elektrizität aus; stattdessen nutzen sie Licht, um den Puls des Blutflusses durch die Haut zu beobachten. Die Frage für Forscher ist, ob diese optische Methode, die die Ankunft einer Pulswelle statt des elektrischen Funkens misst, der ihn auslöst, dieselbe Geschichte erzählen kann wie der medizinische Standard.

In einer kürzlich in Physiological Reports veröffentlichten Studie stellte ein Forscherteam in Bali, Indonesien, diese Frage unter Verwendung zweier beliebter Geräte auf die Probe: dem Polar H10, einem Brustgurt, der Herzschläge mit hoher Präzision aufzeichnet, und dem Muse 2, einem Kopfband, das für Meditation entwickelt wurde und ebenfalls den Puls an der Stirn misst. Die Forscher stellten eine einfache, aber entscheidende Frage: Wenn man beide Geräte gleichzeitig trägt, während man ruhig sitzt, stimmen sie in den Details des Herzrhythmus überein? Sie konzentrierten sich auf zwei spezifische Maße. Das erste war die durchschnittliche Herzfrequenz, also einfach, wie oft das Herz pro Minute schlägt. Das zweite war ein subtileres Maß der Variabilität, das untersucht, wie sehr sich die Zeit zwischen den Schlägen von einem Moment zum nächsten verändert. Dieses zweite Maß wird oft verwendet, um zu messen, wie entspannt eine Person ist, es ist jedoch auch viel empfindlicher gegenüber kleinen Zeitfehlern.

Die Studie umfasste achtundzwanzig Erwachsene, die zwei Minuten lang ruhig saßen, während sie beide Geräte trugen. In der ersten Minute hielten sie die Augen offen, und in der zweiten Minute schlossen sie diese. Die Forscher verglichen dann die Datenströme des Kopfbandes mit denen des Brustgurtes. Die Ergebnisse waren eindeutig und teilten sich in zwei sehr unterschiedliche Geschichten auf. Wenn es um die durchschnittliche Herzfrequenz ging, waren die beiden Geräte praktisch identisch. Das Kopfband berechnete die Anzahl der Schläge pro Minute mit einer solchen Genauigkeit, dass der Unterschied weniger als ein Schlag pro Minute betrug. In dieser Hinsicht arbeitete der Stirnsensor perfekt und bestätigte, dass er zuverlässig anzeigen kann, wie schnell das Herz schlägt.

Doch die Geschichte änderte sich völlig, als die Forscher die subtilen Variationen im Rhythmus untersuchten. Das Kopfband berichtete konsistent, dass der Herzrhythmus variabler war, als es der Brustgurt tat. In fast jeder einzelnen Sitzung zeigte das Kopfband einen viel größeren Unterschied zwischen den Schlägen an, als der Brustgurt aufzeichnete. Im Durchschnitt überschätzte das Kopfband diese Variabilität um etwa neunzehn Millisekunden, was im Bereich der Herzrhythmen ein signifikanter Unterschied ist. Um dies in Perspektive zu setzen: Wenn der Brustgurt ein gewisses Maß an Entspannung maß, suggerierte das Kopfband, dass die Person sogar noch entspannter war, als sie tatsächlich war. Diese Überschätzung war so konsistent, dass die Forscher feststellten, dass der Wert des Kopfbandes in einigen Fällen fast doppelt so hoch war wie der des Brustgurtes. Die Daten deuteten darauf hin, dass das Kopfband mit jedem einzelnen Schlag ein kleines Maß an Timing-Rauschen erfasste, und da die Berechnung der Variabilität auf der Differenz zwischen einem Schlag und dem nächsten basiert, summierten sich diese winzigen Fehler auf und ließen das Herz viel unregelmäßiger erscheinen, als es tatsächlich war.

Die Forscher untersuchten auch, warum dies geschah. Sie überlegten, ob das Gerät schlichtweg Schwierigkeiten hatte, den exakten Moment des Pulses aufgrund der Bewegung der Stirn oder der Art und Weise, wie Licht durch die Haut reist, zu finden. Sie fanden heraus, dass der Fehler konsistent mit einer Zeitunsicherheit von etwa sechzehn Millisekunden pro Schlag war. Dies könnte eine Mischung aus den eigenen Einschränkungen des Geräts und der natürlichen Tatsache sein, dass Blut einen Bruchteil einer Sekunde braucht, um vom Herzen zur Stirn zu gelangen – eine Zeit, die sich mit jedem Herzschlag leicht verändert. Da die Studie die tatsächlichen elektrischen Signale des Herzens nicht aufzeichnete, konnten sie den Fehler des Geräts nicht von dieser natürlichen biologischen Verzögerung trennen. Was sie jedoch sicher wussten, war, dass die beiden Geräte für diese spezifische Messung nicht austauschbar waren. Das Kopfband konnte den Brustgurt nicht einfach ersetzen, wenn es darum geht, die feinen Details der Herzratenvariabilität zu messen.

Die Studie untersuchte auch, ob die Geräte in der Lage sind, Veränderungen im Körper zu verfolgen. Als die Teilnehmer die Augen schlossen, eine gängige Entspannungstechnik, zeigte der Brustgurt eine klare Zunahme der Herzratenvariabilität, was darauf hindeutete, dass sich der Körper beruhigte. Das Kopfband lieferte jedoch keine ausreichenden Beweise dafür, dass es diese Änderung zuverlässig verfolgte. Die Daten waren kompatibel mit allem, von keiner bis hin zu mäßig guter Verfolgung, was bedeutet, dass es nicht genügend Beweise gab, um zu bestät dass das Kopfband die Veränderung detektieren konnte, aber auch nicht genug, um zu beweisen, dass es unmöglich war. Dies bedeutet, dass, während das Kopfband exzellent darin ist, die Herzfrequenz anzuzeigen, man nicht bestätigen kann, dass es Verschiebungen der Entspannung basierend auf der Pulsvariabilität mit derselben Zuverlässigkeit wie der Brustgurt verfolgt.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass das Muse 2 Kopfband ein zuverlässiges Werkzeug zur Messung der durchschnittlichen Herzfrequenz ist, seine Messungen der Herzratenvariabilität jedoch mit Vorsicht zu behandeln sind. Das Gerät misst nicht dasselbe wie der Brustgurt; es misst die Pulsratenvariabilität, die zusätzliches Rauschen und biologische Verzögerungen enthält, die der Brustgurt nicht sieht. Für Wissenschaftler und Kliniker, die präzise Daten darüber benötigen, wie das Nervensystem funktioniert, ist das Kopfband kein direkter Ersatz für den Brustgurt. Die Studie legt nahe, dass, falls diese Geräte zur Messung der Variabilität verwendet werden, die Ergebnisse als Maß für den Pulsrhythmus und nicht für den Herzrhythmus gemeldet werden sollten, und dass Nutzer verstehen sollten, dass die Zahlen wahrscheinlich höher sein werden, als es ein medizinisches Gerät zeigen würde. Die Technologie ist nützlich, aber sie hat eine spezifische Grenze: Sie kann die Schläge zählen, aber sie kann das subtile, sich verändernde Tanzen des Timings des Herzens noch nicht perfekt erfassen.