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

Il cuore umano non batte come un metronomo. Tra un battito e l'altro, c'è una minuscola, naturale variazione di tempo. Questa fluttuazione, nota come variabilità della frequenza cardiaca, è segno di un sistema nervoso sano e reattivo. Quando il corpo è rilassato, il cuore rallenta e accelera in ritmo con la respirazione, creando un modello complesso e mutevole. Gli scienziati usano da tempo questo schema per capire come il corpo gestisce lo stress e il riposo. Tradizionalmente, misurare questo richiedeva un elettrocardiogramma di grado medico, una macchina che legge i segnali elettrici del cuore direttamente dal torace. Tuttavia, con l'esplosione di popolarità della tecnologia indossabile, le persone ora vogliono tracciare questi stessi dati utilizzando semplici dispositivi che si posizionano sul polso o sulla fronte. Questi dispositivi non leggono l'elettricità; invece, usano la luce per osservare il polso del sangue che scorre attraverso la pelle. La domanda per i ricercatori è se questo metodo ottico, che misura l'arrivo di un'onda di polso piuttosto che la scintilla elettrica che la genera, possa raccontare la stessa storia dello standard medico.

In uno studio recente pubblicato su Physiological Reports, un team di ricercatori a Bali, in Indonesia, ha messo alla prova questa domanda utilizzando due dispositivi popolari: il Polar H10, una fascia toracica che registra i battiti cardiaci con alta precisiono, e il Muse 2, una fascia per la testa progettata per la meditazione che misura anche il polso sulla fronte. I ricercatori hanno posto una domanda semplice ma critica: se indossi entrambi i dispositivi contemporaneamente mentre siedi tranquillamente, concordano sui dettagli del ritmo del tuo cuore? Si sono concentrati su due misure specifiche. La prima era la frequenza cardiaca media, che è semplicemente quanti battiti il cuore compie in un minuto. La seconda era una misura più sottile della variabilità, che osserva quanto cambia il tempo tra i battiti da un momento all'altro. Questa seconda misura è spesso usata per valutare quanto una persona sia rilassata, ma è anche molto più sensibile ai piccoli errori di temporizzazione.

Lo studio ha coinvolto ventotto adulti che sono rimasti seduti tranquillamente per due minuti indossando entrambi i dispositivi. Per il primo minuto, tenevano gli occhi aperti e, per il secondo minuto, li hanno chiusi. I ricercatori hanno poi confrontato i flussi di dati della fascia per la testa rispetto alla fascia toracica. I risultati sono stati chiari e divisi in due storie molto diverse. Per quanto riguarda la frequenza cardiaca media, i due dispositivi erano virtualmente identici. La fascia per la testa calcolava il numero di battiti al minuto con tale precisione che la differenza era inferiore a un battito al minuto. In questo senso, il sensore frontale ha funzionato perfettamente, confermando che può dirti in modo affidabile quanto velocemente batte il tuo cuore.

Tuttavia, la storia è cambiata completamente quando i ricercatori hanno esaminato le sottili variazioni del ritmo. La fascia per la testa ha costantemente riportato che il ritmo del cuore era più variabile di quanto non lo fosse la fascia toracica. In quasi ogni singola sessione, la fascia per la testa mostrava una differenza molto più grande tra i battiti rispetto a quella registrata dalla fascia toracica. In media, la fascia per la testa ha sovrastimato questa variabilità di circa diciannove millisecondi, che è una differenza significativa nel mondo dei ritmi cardiaci. Per mettere questo in prospettiva, se la fascia toracica misurava un certo livello di rilassamento, la fascia per la testa suggeriva che la persona fosse ancora più rilassata di quanto non fosse in realtà. Questa sovrastima era così costante che i ricercatori hanno scoperto che la lettura della fascia per la testa era quasi il doppio del valore della fascia toracica in alcuni casi. I dati suggerivano che la fascia per la testa stesse captando una piccola quantità di rumore temporale con ogni singolo battito e, poiché il calcolo della variabilità osserva la differenza tra un battito e il successivo, questi piccoli errori si sono accumulati rendendo il cuore molto più erratico di quanto non fosse realmente.

I ricercatori hanno anche indagato sul perché ciò fosse accaduto. Hanno considerato se il dispositivo stesse semplicemente faticando a trovare l'istante esatto del polso a causa del movimento della fronte o del modo in cui la luce attraversa la pelle. Hanno scoperto che l'errore era coerente con un'incertezza temporale di circa sedici millisecondi per battito. Questo potrebbe essere un mix tra i limiti del dispositivo stesso e il fatto naturale che il sangue impiega una frazione di secondo per viaggiare dal cuore alla fronte, un tempo che cambia leggermente con ogni battito cardiaco. Poiché lo studio non ha registrato i segnali elettrici effettivi del cuore, non potevano separare l'errore del dispositivo dal naturale ritardo biologico. Ciò che sapevano con certezza era che i due dispositivi non erano intercambiabili per questa specifica misurazione. La fascia per la testa non poteva semplicemente sostituire la fascia toracica quando si cerca di misurare i dettagli fini della variabilità della frequenza cardiaca.

Lo studio ha anche esaminato se i dispositivi potessero tracciare i cambiamenti del corpo. Quando i partecipanti hanno chiuso gli occhi, una tecnica di rilassamento comune, la fascia toracica ha mostrato un chiaro aumento della variabilità della frequenza cardiaca, indicando che il corpo si stava calmando. La fascia per la testa, tuttavia, non ha fornito prove sufficienti per dimostrare che tracciasse in modo affidabile lo stesso cambiamento. I dati erano compatibili con qualsiasi scenario, da un mancato tracciamento a un tracciamento moderatamente buono, il che significa che non c'erano prove sufficienti per confermare che la fascia potesse rilevare il cambiamento, ma nemmeno prove sufficienti per dimostrare che fosse impossibile. Ciò significa che, sebbene la fascia sia eccellente per dirti la tua frequenza cardiaca, non può essere confermato che tracci i cambiamenti nel rilassamento basati sulla variabilità del polso con la stessa affidabilità della fascia toracica.

I ricercatori hanno concluso che la fascia Muse 2 è uno strumento affidabile per misurare la frequenza cardiaca media, ma le sue misurazioni della variabilità della frequenza cardiaca dovrebbero essere trattate con cautela. Il dispositivo non misura la stessa cosa della fascia toracica; misura la variabilità della frequenza del polso, che include rumore extra e ritardi biologici che la fascia toracica non vede. Per gli scienziati e i clinici che necessitano di dati precisi sul funzionamento del sistema nervoso, i numeri della fascia non sono un sostituto diretto di quelli della fascia toracica. Lo studio suggerisce che, se questi dispositivi vengono utilizzati per misurare la variabilità, i risultati dovrebbero essere riportati come una misura del ritmo del polso piuttosto che del ritmo del cuore, e gli utenti dovrebbero comprendere che i numeri saranno probabilmente più alti di quelli mostrati da un dispositivo di grado medico. La tecnologia è utile, ma ha un limite specifico: può contare i battiti, ma non è ancora in grado di catturare perfettamente la danza sottile e mutevole del tempo del cuore.