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

Het menselijke hart slaat niet als een metronoom. Tussen de ene klap en de volgende zit een kleine, natuurlijke variatie in tijd. Deze fluctuatie, bekend als hartslagvariabiliteit, is een teken van een gezond, responsief zenuwstelsel. Wanneer het lichaam ontspannen is, vertraagt het hart en versnelt het in ritme met de ademhaling, wat een complex, verschuivend patroon creëert. Wetenschappers gebruiken dit patroon al lang om te begrijpen hoe het lichaam met stress en rust omgaat. Traditioneel vereiste het meten hiervan een medische elektrocardiogram, een machine die de elektrische signalen van het hart direct van de borst afleest. Echter, nu de draagbare technologie een enorme vlucht heeft genomen, willen mensen deze gegevens nu ook volgen met eenvoudige apparaten die op de pols of het voorhoofd zitten. Deze apparaten meten geen elektriciteit; in plaats daarvan gebruiken ze licht om de hartslag van de bloedstroom door de huid te observeren. De vraag voor onderzoekers is of deze optische methode, die de aankomst van een pulsgolf meet in plaats van de elektrische vonk die deze start, hetzelfde verhaal kan vertellen als de medische standaard.

In een recente studie gepubliceerd in Physiological Reports hebben een team onderzoekers in Bali, Indonesië, deze vraag getoest met behulp van twee populaire apparaten: de Polar H10, een borstband die hartslagen met hoge precisie registreert, en de Muse 2, een hoofdband die ontworpen is voor meditatie en ook de pols op het voorhoofd meet. De onderzoekers stelden een eenvoudige maar cruciale vraag: als je beide apparaten tegelijkertijd draagt terwijl je rustig zit, komen ze dan overeen wat betreft de details van je hartritme? Ze richtten zich op twee specifieke maten. De eerste was de gemiddelde hartslag, wat simpelweg is hoeveel keer het hart per minuut slaat. De tweede was een subtielere maat van variabiliteit, die kijkt naar hoeveel de tijd tussen de slagen van een moment naar het volgende verandert. Deze tweede maat wordt vaak gebruikt om te peilen hoe ontspannen een persoon is, maar is ook veel gevoeliger voor kleine fouten in de timing.

De studie omvatte achtentwintig volwassenen die twee minuten lang rustig zaten terwijl ze beide apparaten droegen. Tijdens de eerste minuut hielden zij hun ogen open, en tijdens de tweede minuut sloten zij deze. De onderzoekers vergeleken vervolgens de datastromen van de hoofdband met die van de borstband. De resultaten waren duidelijk en verdeeld in twee zeer verschillende verhalen. Wat betre de gemiddelde hartslag betreft, waren de twee apparaten vrijwel identiek. De hoofdband berekende het aantal hartslagen per minuut met een zodanige nauwkeurigheid dat het verschil minder dan één hartslag per minuut was. In die opzichten werkte de sensors op het voorhoofd perfect, wat bevestigt dat het betrouwbaar kan aangeven hoe snel je hart slaat.

Echter, het verhaal veranderde volledig toen de onderzoekers keken naar de subtiele variaties in het ritme. De hoofdband rapporteerde consequent dat het ritme van het hart variabeler was dan dat van de borstband. In bijna elke sessie liet de hoofdband een veel groter verschil tussen de hartslagen zien dan de borstband registreerde. Gemiddeld overschatte de hoofdband deze variabiliteit met ongeveer negentien milliseconden, wat een aanzienlijk verschil is in de wereld van hartritmes. Om dit in perspectief te plaatsen: als de borstband een bepaald niveau van ontspanning mat, suggereerde de hoofdband dat de persoon zelfs meer ontspannen was dan in werkelijkheid het geval was. Deze overschatting was zo consistent dat de onderzoekers vonden dat de meting van de hoofdband in sommige gevallen bijna de dubbele waarde van de borstband bereikte. De gegevens suggereerden dat de hoofdband bij elke hartslag een kleine hoeveelheid timingruis oppikte, en omdat de berekening voor variabiliteit kijkt naar het verschil tussen de ene en de volgende hartslag, telden deze kleine fouten zich op en lieten ze het hart veel grilliger lijken dan het werkelijk was.

De onderzoekers onderzochten ook waarom dit gebeurde. Ze overwogen of het apparaat simpelweg moeite had om het exacte moment van de puls te vinden door de beweging van het voorhoofd of de manier waarop licht door de huid reist. Ze vonden dat de fout consistent was met een onzekerheid in de timing van ongeveer zestien milliseconden per hartslag. Dit zou een combinatie kunnen zijn van de eigen beperkingen van het apparaat en het natuurlijke feit dat bloed een fractie van een seconde nodig heeft om van het hart naar het voorhoofd te reizen, een tijd die bij elke hartslag licht kan variëren. Omdat de studie de werkelijke elektrische signalen van het hart niet registreerde, konden zij de fout van het apparaat niet scheiden van deze natuurlijke biologische vertraging. Wat zij wel zeker wisten, was dat de twee apparaten niet uitwisselbaar waren voor deze specifieke meting. De hoofdband kon de borstband niet simpelweg vervangen wanneer men de fijne details van de hartslagvariabiliteit probeert te meten.

De studie keek ook naar de vraag of de apparaten veranderingen in het lichaam konden volgen. Wanneer de deelnemers hun ogen sloten, een veelgebruikte ontspanningstechniek, toonde de borstband een duidelijke toename in de hartslagvariabiliteit, wat aangaf dat het lichaam tot rust kwam. De hoofdband leverde echter onvoldoende bewijs om aan te tonen dat deze hetzelfde proces betrouwbaar volgde. De gegevens waren compatibel met alles van het niet volgen tot het matig goed volgen, wat betekent dat er niet genoeg bewijs was om te bevestigen dat de hoofdband de verschuiving kon detecteren, maar ook niet genoeg bewijs om te bewijzen dat het onmogelijk was. Dit betekent dat hoewel de hoofdband uitstekend is voor het aangeven van je hartslag, het niet bevestigd kan worden dat het verschuivingen in ontspanning op basis van de variabiliteit van je polsslag met dezelfde betrouwbaarheid volgt als de borstband.

De onderzoekers concludeerden dat de Muse 2-hoofdband een betrouwbaar hulpmiddel is voor het meten van de gemiddelde hartslag, maar dat de metingen van de hartslagvariabiliteit met voorzichtigheid moeten worden behandeld. Het apparaat meet niet hetzelfde als de borstband; het meet pulsvariabiliteit, wat extra ruis en biologische vertragingen bevat die de borstband niet ziet. Voor wetenschappers en clinici die precieze gegevens nodig hebben over hoe het zenuwstelsel functioneert, is de meting van de hoofdband geen direct substituut voor die van de borstband. De studie suggereert dat als deze apparaten worden gebruikt om variabiliteit te meten, de resultaten gerapporteerd moeten worden als een maat voor de polsritmiek in plaats van het hartritme, en dat gebruikers moeten begrijpen dat de cijfers waarschijnlijk hoger zullen zijn dan wat een medisch apparaat zou laten zien. De technologie is nuttig, maar heeft een specifieke grens: het kan de slagen tellen, maar het kan nog niet de subtiele, verschuivende dans van de timing van het hart perfect vastleggen.