Électrocardiographie (ECG) – Le guide de poche complet

Découvrez des informations sur les liens entre le cœur et le cerveau. Cet article explore la manière dont les rythmes cardiaques révèlent les états émotionnels et physiologiques, l’interaction entre l’activité cardiaque et cérébrale, ainsi que les fondements scientifiques des données ECG. Découvrez comment ces informations font progresser la recherche dans les domaines de la santé, des jeux vidéo et de l’IA émotionnelle, tout en mettant en avant la puissance de l’association de l’ECG à des outils tels que l’oculométrie et l’EEG.

Que fait le cœur, et comment fonctionne-t-il ?

Ton cœur, qui a à peu près la taille de ton poing, bat plus de 100 000 fois par jour et achemine le sang vers tous les organes de ton corps. Le sang riche en oxygène nourrit les cellules, leur permettant ainsi d’accomplir les fonctions pour lesquelles elles ont été conçues. Les déchets produits par ces mêmes cellules – le dioxyde de carbone – sont évacués simultanément, garantissant ainsi la poursuite de la vie.

Si l’on peut considérer le cerveau comme le centre de commande du corps, le cœur fonctionne quant à lui comme une centrale électrique ; et comme nous l’expliquerons plus loin, ces liens sont encore plus profonds qu’on pourrait le croire.

Le cœur

Si la fonction première du cœur est d’assurer la survie et le bon fonctionnement de l’organisme, son rôle ne se limite pas à la simple circulation sanguine. Les nutriments, les hormones et les cellules du système immunitaire sont également régulés par les rythmes cardiaques (sans parler de la régulation de la température interne). De plus, les nuances de ces rythmes peuvent déterminer notre capacité à gérer toutes sortes de situations, qu’il s’agisse de fuir un danger, de résoudre un sudoku ou de faire la blague parfaite. Le cœur est véritablement au cœur de tout ce que nous faisons. Voyons comment il s’y prend.

Le système cardiovasculaire : le plus vaste réseau de l’organisme

Quel est le rôle du cœur ?

Le cœur n’est pas seulement au centre de notre corps au sens figuré : il est réellement situé au centre de la poitrine, idéalement placé pour acheminer le sang fraîchement oxygéné des poumons vers le reste de l’organisme, et renvoyer le sang riche en dioxyde de carbone vers les poumons. Ce processus, régulé par le cycle cardiaque, implique une coordination minutieuse entre ces deux organes, qui permet en fin de compte d’alimenter l’organisme en énergie. Le cycle cardiaque lui-même peut être divisé en plusieurs étapes :

• Une impulsion électrique est générée par le cœur (à partir du nœud sino-auriculaire situé au sommet du cœur), ce qui provoque la contraction des oreillettes.
• Cette contraction force le sang des oreillettes droite (contenant du sang désoxygéné) et gauche (contenant du sang riche en oxygène) à passer respectivement dans les ventricules gauche et droit
• La valve tricuspide (à droite) et la valve bicuspide (à gauche) se ferment toutes deux lorsque le sang passe, empêchant ainsi tout reflux. Il s'agit du premier « battement » du cœur, qui marque ce que l'on appelle le début de la « systole ».
• L'augmentation de la pression dans les ventricules pousse le sang à s'écouler de la zone de haute pression vers l'organisme, respectivement par la valve pulmonaire et la valve aortique.
• Lorsque ces valves se ferment, le deuxième « battement » du cœur se produit et la « diastole » commence

Le battement du cœur propulse le sang du côté droit, où il est désoxygéné, vers les poumons, où le dioxyde de carbone est évacué des globules rouges et où l’oxygène y est absorbé. Ce sang nouvellement oxygéné retourne ensuite vers le côté gauche du cœur, d’où il est propulsé dans l’aorte.

De retour dans l’aorte, le sang se ramifie ensuite en artères, puis en vaisseaux plus petits appelés artérioles, et enfin en capillaires. Les capillaires sont présents dans toutes les parties de notre corps, et c’est là que l’oxygène passe dans les cellules (et que le dioxyde de carbone en ressort sous forme de déchet). Le sang peut ensuite poursuivre son chemin vers les veinules, puis les veines, et enfin revenir vers le cœur, avant de recommencer son cycle (encore et encore, et encore…).

Signaux ECG

Le complexe QRS et au-delà

L’activité électrique générée par le cœur est détectée et enregistrée par des électrodes fixées à la surface de la peau (nous reviendrons plus en détail sur la disposition de ces électrodes dans les pages suivantes). Le signal enregistré – chez un cœur en bonne santé – est appelé « complexe QRS ». Il s’agit de la courbe en zigzag caractéristique que l’on voit sur un électrocardiogramme et que vous connaissez peut-être déjà. Nous expliquerons ci-dessous ce qui se cache derrière les fluctuations de chaque partie du signal.

L’onde P

Juste avant le complexe QRS, on observe une légère augmentation du potentiel électrique du cœur. L’onde P correspond à la dépolarisation auriculaire, au cours de laquelle les oreillettes, situées au sommet du cœur, commencent à se contracter, poussant le sang vers les ventricules. Cette partie du signal se situe dans la phase diastolique du cycle cardiaque, durant laquelle le cœur est détendu et se remplit de sang. L’intervalle entre les ondes P et Q est (sans surprise) appelé segment P-Q.

Le complexe QRS

Le QRS est la composante la plus importante et la plus informative du battement cardiaque ; il se divise en trois parties :

Q – L’onde Q correspond à la première descente du signal de l’ECG avant qu’il ne monte en flèche. Elle représente la dépolarisation (baisse du potentiel électrique relatif) du cœur. Ce phénomène se produit plus précisément au niveau du septum interventriculaire, c’est-à-dire la paroi qui sépare les ventricules. C’est à ce moment-là que les ventricules se remplissent de sang provenant des oreillettes.

R – L’onde R correspond à la repolarisation des ventricules, au cours de laquelle le signal électrique, qui avait baissé auparavant (comme l’indique l’onde Q), remonte jusqu’à un pic. Les ventricules constituant la partie la plus volumineuse du cœur, cette variation du signal est particulièrement importante. C’est également à ce moment-là que les valves séparant les ventricules et les oreillettes se ferment, produisant le premier des deux battements du cœur.

S – L’onde S est en quelque sorte le prolongement de l’onde R, au cours de laquelle le signal se dépolarise à nouveau. Le signal, qui était auparavant élevé, redescend de son pic et passe sous la ligne de base. Le sang est expulsé des ventricules sous haute pression, et le sang fraîchement arrivé commence à pénétrer dans les oreillettes.

L’onde T

L’onde T correspond essentiellement au moment où l’activité électrique du cœur revient à son état initial, en prévision du déclenchement d’un nouveau signal et de la reprise du cycle PQRS. À la fin de l’onde T, les valves ventriculaires (valves pulmonaire et aortique) se ferment, produisant le deuxième battement du cœur. La trajectoire relative des signaux, des phases et des variations de pression est illustrée dans le graphique ci-dessous.

Le cœur et l’esprit

Lorsqu’on demande aux gens d’identifier la cause d’une augmentation de l’excitation physiologique, ils en attribuent souvent à tort la source. On pourrait croire qu’on comprend tout ce qui se passe dans notre corps, mais des études montrent que ce n’est souvent pas le cas.

Une étude marquante menée par Schacter et Singer en 1962 a montré comment ce phénomène se produit. On avait dit aux participants que leur vue serait testée après qu’on leur aurait administré des vitamines. Or, on leur a en réalité administré soit de l’épinéphrine (également appelée adrénaline), soit un placebo.

On leur a ensuite expliqué que les effets du médicament étaient identiques à ceux de l’épinéphrine, ou qu’ils pourraient ressentir un certain inconfort, ou bien on ne leur a rien dit du tout. L’épinéphrine est connue pour stimuler le système nerveux central, entraînant des changements tels qu’une accélération du rythme cardiaque et une dilatation des pupilles. Les participants ont ensuite été placés dans une salle d’attente en compagnie d’un complice (un comédien engagé par les chercheurs) qui faisait semblant d’être soit en colère, soit heureux.

Les conditions « colère » et « joie » consistaient en une série d’étapes standardisées (étape n° 15 de la condition « joie » : « Stooge range le hula-hoop et s’assoit, les pieds sur la table. Peu après, l’expérimentateur revient dans la pièce. ») destinées à influencer l’état émotionnel du participant.

Le participant devait ensuite remplir un questionnaire sur son état d’esprit.

Ils ont constaté que non seulement l’état émotionnel du participant était influencé par l’émotion apparente du complice (et ce, davantage dans la condition « épinéphrine »), mais aussi que les participants attribuaient cette émotion à des événements n’ayant absolument aucun rapport avec la situation dans laquelle ils se trouvaient à ce moment-là.

Cela suggère que les participants (et les gens en général) sont moins conscients de la malléabilité de leurs états émotionnels et attribuent à tort les causes de ces états. Pourquoi abordons-nous ce sujet ? Voici pourquoi : l’excitation physiologique est liée à l’excitation émotionnelle, mais il peut être difficile de cerner les raisons de notre état émotionnel.

Dans cette optique, la mesure de l’état d’éveil à l’aide de biocapteurs offre une alternative objective aux interprétations subjectives que les participants ne manquent pas de formuler. L’activité cardiaque étant étroitement liée à l’état d’éveil physiologique et psychologique, elle constitue un outil idéal pour mieux cerner nos états mentaux. Dans les pages suivantes, nous vous expliquerons en détail comment cela fonctionne.

Le cœur et le cerveau

Le cœur et le cerveau entretiennent une relation étroite : l’activité de l’un peut déterminer le fonctionnement de l’autre, et tous deux dépendent l’un de l’autre pour fonctionner correctement. Bien que l’activité cardiaque soit essentiellement autonome (c’est-à-dire qu’elle peut déclencher ses propres mouvements), le cerveau influence le rythme et le profil de la fréquence cardiaque de deux manières principales : par le biais de l’activité sympathique et de l’activité parasympathique.

Vous connaissez peut-être ces systèmes pour leur rôle dans la réaction de « combat ou fuite » (activité sympathique) ou dans le « repos et la digestion » (activité parasympathique). On peut également considérer que l’activité sympathique a un effet stimulant sur le plan physiologique, tandis que l’activité parasympathique a un effet apaisant.

L’influence du système sympathique et du système parasympathique sur le cœur est spécifiquement déclenchée par l’action du nerf vague (système parasympathique) ou des nerfs du tronc sympathique. Le tronc sympathique peut également influencer la force de la contraction cardiaque, c’est-à-dire la puissance avec laquelle le cœur expulse le sang. Ces nerfs sont reliés au bulbe rachidien, situé tout en bas du tronc cérébral, près de la moelle épinière.

Si l’on explore davantage ces connexions, on constate que le bulbe rachidien est influencé par l’activité des structures cérébrales dites « supérieures » – des zones du cerveau qui participent (ou qui sont reliées à d’autres zones du cerveau qui participent) à pratiquement tous les aspects de la vie : voir, agir, penser et tout le reste. Cette activité peut agir sur le bulbe rachidien, qui peut à son tour envoyer un signal vers le cœur, modifiant ainsi son activité.

Allons plus loin et examinons deux mécanismes précis par lesquels l’activité cérébrale influence l’activité cardiaque.

Les influences tant sympathiques que parasympathiques sur le cœur trouvent leur origine dans le cortex préfrontal (situé dans le lobe frontal). Il s’agit de la zone du cerveau située à l’avant de la tête, souvent considérée comme le centre de commande du cerveau, où s’opèrent la planification, la prise de décision et la régulation de nos comportements. Lorsque nous réfléchissons à quelque chose, c’est notre cortex préfrontal qui s’active pour effectuer les calculs.

Il contrôle également l’amygdale – cette partie du cerveau joue un rôle prépondérant dans notre réaction face à la peur (il existe deux amygdales, situées symétriquement dans le cerveau, au niveau des lobes temporaux). Si quelque chose nous effraie, déclenchant une réaction du système nerveux sympathique, le cortex préfrontal permet alors à l’amygdale de s’activer.

Cette activité permet alors au bulbe rachidien d’envoyer un signal au cœur pour lui indiquer qu’il doit s’activer : un danger se profile. S’il n’y a rien d’effrayant dans les environs, l’activité parasympathique prend le relais, l’amygdale reste inactive et le cœur revient à un rythme normal.

L’amygdale peut également permettre à une zone du cerveau appelée « faisceau solitaire » (sans doute la partie la plus solitaire du cerveau) d’influencer une autre partie du bulbe rachidien. Cette zone (plus précisément le noyau ambigu et le noyau moteur dorsal du nerf vague) empêche généralement le rythme cardiaque de s’accélérer (réponse parasympathique).

Cependant, si cette zone reçoit un signal provenant de l’amygdale ou d’ailleurs (une réponse sympathique), elle cesse d’ordonner au cœur de ralentir, et celui-ci réagit en augmentant son activité.

Si le cœur bat plus fort, il permet à davantage d’oxygène d’atteindre l’organisme, y compris le cerveau. Cela peut alors avoir un effet apaisant (à condition, bien sûr, qu’il n’y ait pas de raison de maintenir un rythme cardiaque élevé !), ce qui renforce la réponse parasympathique et permet au cerveau d’envoyer au cœur le signal de ralentir à nouveau. Tout cela crée une boucle de rétroaction complexe, dans laquelle le cerveau et le cœur fonctionnent en tandem.

Mais comment cela se traduit-il dans la vie de tous les jours ? En général, notre cœur ne bat pas la chamade de peur lorsque nous regardons une publicité à la télévision, jouons à un jeu vidéo ou regardons un film (qui ne fait pas peur !). En réalité, notre cerveau et notre corps évaluent en permanence le monde qui nous entoure. Des ajustements et des réévaluations mineurs s’opèrent sans cesse, déclenchant de minuscules changements qui façonnent nos expériences – et sont à leur tour façonnés par celles-ci.

Même si ces différences peuvent être minimes, elles peuvent être détectées par un ECG. Cela nous permet de mieux comprendre comment le cerveau réagit aux stimuli qui l’entourent, qu’il s’agisse d’une prise de parole en public qui fait battre le cœur à tout rompre ou d’une immersion totale dans un jeu sur mobile. Le cœur nous raconte ce qui se passe sous la surface.

Collecte de données ECG

Domaines d’application – Dans quels contextes utilise-t-on l’ECG ?

Les données ECG peuvent être utilisées pour fournir des informations sur l’état physiologique et émotionnel des participants dans de nombreux domaines et contextes. Grâce à son utilisation sans contact, à la haute fidélité des données et à la grande diversité des méthodes d’analyse, l’ECG est particulièrement bien adapté à la compréhension des comportements, tant dans la recherche universitaire que dans la recherche industrielle.

Santé	Simulations et formation
L’ECG est largement utilisé en milieu médical , mais trouve également des applications dans le domaine des traitements psychologiques, notamment dans le cadre de la thérapie par réalité virtuelle. Les sciences du sport ont également couramment recours à l’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) à partir de l’ECG (nous y reviendrons plus tard).	La formation sur simulateur de vol (ou autre simulateur) peut tirer profit d’une meilleure compréhension des réactions de stress et de peur des participants, qui doivent en outre utiliser leurs deux mains ; l’ECG est parfaitement adapté à cet effet.
IA émotionnelle	Jeux vidéo
La création de systèmes d’IA émotionnelle nécessite de comprendre les émotions humaines dans le monde réel. L’ECG est une solution largement utilisée pour la R&D dans ce domaine.	L’ECG est la solution idéale pour mesurer de manière non invasive et sans intervention manuelle l’excitation émotionnelle pendant le jeu. Les indicateurs à court et à long terme peuvent s’avérer utiles pour analyser l’expérience de jeu, que ce soit en réalité virtuelle ou sur écran.

Collecte de données ECG fiables

Rien ne remplace des données fiables

Des données propres constituent la pierre angulaire d’une recherche de qualité. Bien qu’il existe des méthodes permettant de nettoyer des données partiellement bruitées, l’approche la plus courante consiste simplement à les écarter. Il est donc important de veiller à collecter des données qui reflètent le plus fidèlement possible le processus physiologique étudié.

Le principe fondamental du « GIGO » (garbage in, garbage out) s’applique également aux données ECG. Il est donc essentiel de toujours partir de données correctement enregistrées. L’enregistrement de données de qualité présente plusieurs avantages qui vont au-delà de la simple facilité d’analyse :

Fiabilité et validité scientifiques : plus vos données sont fiables, plus vos résultats sont solides. Pour réaliser une analyse crédible, il faut disposer d’autant de points de données valides que possible (ou du moins autant que le permet la pratique).

Publiez davantage d’articles de meilleure qualité : des données fiables permettent de mieux vérifier vos hypothèses. Si vous ne disposez que de données de mauvaise qualité, comment pouvez-vous être sûr qu’un effet est dû à des différences d’états physiologiques ou cognitifs, et non simplement à un effet secondaire d’un artefact ? Les évaluateurs apprécient particulièrement les données exemptes d’artefacts.

Réalisez davantage d’expériences chaque année : ne perdez pas votre temps à essayer de tirer le meilleur parti de données mal enregistrées. La collecte de données fiables permet de rationaliser la conduite des expériences et de réaliser des économies, car il n’est pas nécessaire de répéter la collecte de données.

Positionnement des électrodes

Les systèmes d’ECG utilisent des électrodes fixées sur la peau pour capter les potentiels électriques générés par le cœur. Plus précisément, l’ECG enregistre l’activité électrique produite par les dépolarisations du muscle cardiaque, qui se propagent sous forme d’ondes électriques pulsatoires vers la peau. Bien que l’intensité du courant soit en réalité très faible, elle peut être captée de manière fiable par les électrodes d’ECG (en microvolts, ou uV).

Une configuration ECG complète comprend au moins quatre électrodes (on en utilise souvent davantage) qui sont placées sur la poitrine ou aux quatre extrémités, conformément à la nomenclature standard (RA = bras droit ; LA = bras gauche ; RL = jambe droite ; LL = jambe gauche). Il existe bien sûr des variantes de cette configuration afin de permettre des enregistrements plus souples et moins intrusifs, par exemple en fixant les électrodes sur les avant-bras et les jambes. Les électrodes ECG sont généralement des capteurs humides, nécessitant l’utilisation d’un gel conducteur pour améliorer la conductivité entre la peau et les électrodes.

Analyse de l’ECG – Que peut vous révéler le cœur ?

L’enregistrement des données relatives à la fréquence cardiaque vous permet d’accéder aux paramètres suivants, qui peuvent être interprétés en fonction du niveau d’éveil d’un participant :

Fréquence cardiaque (FC). La FC correspond à la fréquence à laquelle un cycle cardiaque complet se déroule, depuis sa génération jusqu’au début du cycle suivant, dans un intervalle de temps donné. Elle est généralement exprimée en bpm. La FC peut être mesurée à l’aide de capteurs ECG et PPG (photopléthysmographie).

Intervalle inter-systolique (IBI). L’IBI correspond à l’intervalle de temps entre deux battements cardiaques successifs ; il est généralement mesuré en millisecondes (ms). En règle générale, on utilise l’intervalle RR pour cette analyse.

Variabilité de la fréquence cardiaque (VFC). La VFC exprime la variation naturelle des valeurs de l’IBI d’un battement à l’autre. Elle est étroitement liée à l’excitation émotionnelle : on a constaté que la VFC diminue en cas de pression temporelle intense et de stress émotionnel (ce qui signifie que le rythme cardiaque devient plus régulier).

Analyse de la VRC – Comprendre la variabilité de la fréquence cardiaque

L’une des premières choses à savoir pour bien comprendre la fréquence cardiaque, c’est que l’un des indicateurs les plus révélateurs ne repose pas seulement sur la fréquence cardiaque elle-même, mais aussi sur l’amplitude de ses variations. Ce qui semble souvent contre-intuitif à première vue à propos de cet indicateur, c’est qu’une variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) plus élevée est associée à une bonne santé : plus votre cœur bat de manière irrégulière (dans une certaine mesure, bien sûr), plus vous êtes prêt à l’action. À l’inverse, une faible VFC est associée à une mauvaise santé : c’est un facteur prédictif important de mortalité pour plusieurs maladies.

Si les applications médicales de la VRC sont largement répandues, les données issues de la VRC permettent également d’étudier certains aspects liés aux pensées, aux émotions et aux comportements.

Des études en psychologie nous ont appris que la VRC est liée à de nombreux facteurs. Les chercheurs ont notamment constaté qu’une augmentation de la VRC s’accompagne d’une meilleure maîtrise de soi, de meilleures aptitudes sociales et d’une meilleure capacité à gérer le stress. Ses applications dépassent donc clairement le cadre des situations purement médicales.

D’une manière générale, on peut considérer que la VRC est un indicateur du stress physiologique ou de l’état d’éveil, un état d’éveil accru étant associé à une faible VRC, et un état d’éveil réduit à une VRC élevée. L’utilisation de l’ECG en complément d’autres mesures offre donc un autre moyen d’étudier la manière dont les individus réagissent à différents environnements ou stimuli.

C’est toutefois dans le calcul de la VRC que les choses peuvent se compliquer. Les différentes méthodes fonctionnent de manière variée, et leurs résultats ne sont pas toujours directement comparables ; il est donc essentiel d’opter pour la bonne méthode pour votre travail ou vos recherches.

Avant d’en arriver là, il y a toutefois certaines choses à savoir sur la forme que prend le signal ECG enregistré. L’image ci-dessous représente un battement cardiaque type (présenté plus en détail aux pages 7 et 8). On appelle cela le complexe QRS, chaque lettre correspondant à une phase différente de l’activité cardiaque.

Il est important de noter que le « R » du complexe correspond à la zone à partir de laquelle les valeurs sont relevées pour l’analyse. Lorsque plusieurs battements cardiaques se succèdent, la distance (en millisecondes) entre chaque « R » est définie comme l’« intervalle RR » (ou parfois l’« intervalle NN » pour souligner que les battements cardiaques sont normaux).

L’une des principales distinctions dans le calcul de la VRC réside dans le fait d’utiliser soit le domaine temporel, soit le domaine fréquentiel. Dans ce contexte, les méthodes du domaine temporel consistent à utiliser le nombre de battements par unité de temps, tandis que les méthodes du domaine fréquentiel comptent le nombre de battements à basse et haute fréquence. Ceci est expliqué plus en détail dans l’image ci-dessous.

C’est l’amplitude des variations de la fréquence cardiaque sur un intervalle de temps donné, ou la répartition de celle-ci sur différentes fréquences, qui détermine le niveau de VFC.

Il existe également d’autres façons d’analyser les données relatives à la fréquence cardiaque, notamment des méthodes géométriques et non linéaires. Ces méthodes offrent de nouvelles perspectives d’analyse des données, mais elles ne sont pas encore très répandues à l’heure actuelle.

ECG – Méthodes dans le domaine temporel

La méthode la plus couramment utilisée pour analyser la VRC est une méthode dans le domaine temporel appelée RMSSD. Il s’agit de la valeur quadratique moyenne des différences successives entre chaque battement cardiaque. Elle est relativement simple à calculer (ce qui est important pour les traitements à grande échelle) et fournit une mesure fiable de la VRC et de l’activité parasympathique. La manière de la calculer est illustrée dans l’image ci-dessous.

Deux autres méthodes courantes dans le domaine temporel utilisées pour calculer la VRC sont appelées SDNN et SDANN. Le SDNN correspond à l’écart-type de tous les intervalles RR (la distance entre chaque battement cardiaque, ou la « R » du complexe QRS). Le SDANN est similaire, mais nécessite de calculer d’abord la moyenne des intervalles RR sur plusieurs segments de 5 minutes d’un enregistrement, puis d’en déterminer l’écart-type.

Méthodes du domaine fréquentiel

Parmi les méthodes du domaine fréquentiel, on utilise souvent les données relatives à la proportion de battements cardiaques à basse fréquence (LF) (0,04 à 0,15 Hz) comme indicateur de l’activité du système nerveux sympathique. Les mesures des fréquences élevées (HF ; 0,15 Hz à 0,4 Hz) et très basses (VLF) sont également utilisées. La fréquence ne concerne pas la fréquence cardiaque en soi, mais la modulation de la VFC.

De plus, on peut calculer un rapport entre les fréquences hautes (HF) et basses (LF) (HF/LF) afin d’obtenir des informations sur le niveau d’activité du système nerveux sympathique, mais la pertinence de cette méthode fait l’objet de débats. Il est important de noter que les valeurs en Hz ne se réfèrent pas strictement au nombre de battements cardiaques, mais à la fréquence de variation de la fréquence cardiaque.

Diagrammes de Poincaré

L’une des méthodes de visualisation les plus courantes de la VRC est un graphique appelé « diagramme de Poincaré ». Nommé d’après l’illustre mathématicien français, ce graphique représente les intervalles RR (la durée entre chaque battement cardiaque), en y ajoutant l’intervalle RR immédiatement précédent (voir ci-dessous).

Le diagramme de Poincaré montre donc dans quelle mesure chaque intervalle RR permet de prédire le suivant : un écart plus important entre les valeurs indiquerait une VFC plus élevée, tandis que plus les valeurs sont regroupées, plus la VFC est faible.

On trouve ci-dessous deux exemples de diagrammes de Poincaré : celui de gauche illustre une variabilité de la fréquence cardiaque élevée, tandis que celui de droite montre une variabilité de la fréquence cardiaque limitée. Grâce aux diagrammes de Poincaré et à d’autres techniques d’analyse sophistiquées, il est possible de quantifier davantage la VFC des participants.

Comparaison des valeurs de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC)

Si les méthodes basées sur le temps et celles basées sur la fréquence diffèrent tant dans leur calcul que dans leur mise en œuvre, elles aboutissent au fond au même résultat : une quantification de la VRC. Les résultats obtenus grâce à chacune de ces méthodes et à chacun de ces tests peuvent fournir des indications non seulement sur notre bien-être, mais aussi sur notre état psychologique.

Bien qu’il n’existe pas de valeurs standard reconnues permettant de comparer les résultats de la VRC, il est possible d’examiner comment les résultats des participants se comparent les uns aux autres. Cette mesure offre également une comparaison plus pertinente que l’utilisation du nombre de battements par minute (bpm). L’image ci-dessous illustre comment cela pourrait se présenter.

Lancez-vous dans vos recherches

Recherche en électrocardiographie et multimodale

L’ECG est une technique d’enregistrement peu coûteuse, non invasive et entièrement passive. Les données ECG offrent en outre une excellente résolution temporelle de l’ordre de la milliseconde, ce qui en fait un outil de recherche idéal pour étudier la chronologie précise des processus émotionnels et physiologiques. Les méthodes d’analyse, qu’elles soient standard ou avancées, fournissent des informations approfondies et fiables sur les processus du comportement humain.

Bien sûr, les données fondées uniquement sur la fréquence cardiaque fournissent des informations précieuses sur l’excitation inconsciente provoquée par des stimuli à forte charge émotionnelle. Cependant, les données issues uniquement de l’ECG ne permettent pas de déterminer si cette excitation était due à un contenu positif ou négatif.

Pourquoi ? En réalité, la variation du rythme cardiaque est identique. Les stimuli positifs comme négatifs peuvent entraîner une augmentation de l’état d’éveil, ce qui provoque des variations du rythme cardiaque.

En d’autres termes : si l’ECG est un outil idéal pour suivre l’excitation émotionnelle, il ne permet pas de déterminer la valence émotionnelle, c’est-à-dire la nature d’une émotion. C’est lorsqu’il est associé à d’autres sources de données, telles que l’analyse des expressions faciales, l’EEG et l’oculométrie, que l’ECG révèle tout son potentiel. Ainsi, même si l’ECG à lui seul fournit déjà de nombreuses informations sur le comportement humain, il peut être judicieux d’envisager d’y ajouter d’autres capteurs afin d’obtenir une vision complète de la situation.

Électrocardiogramme et suivi oculaire

Publicités télévisées, jeux vidéo, films, sites web, appareils, mais aussi interlocuteurs dans la vie privée et au travail : nous ne pourrions appréhender aucun de ces éléments sans notre vision. Si vous présentez des stimuli visuels à l’écran, vous devriez toujours collecter des données d’oculométrie afin d’être absolument certain de l’endroit où les participants dirigent leur regard et de la manière dont cela affecte le traitement cognitif. Les enregistrements combinés d’ECG et d’oculométrie vous permettent de surveiller à la fois l’attention des participants et leurs niveaux d’excitation pendant la présentation de stimuli émotionnels ou cognitivement stimulants.

Analyse de l’ECG et des expressions faciales

L’ECG seul ne permet pas de déterminer si les participants expriment une émotion positive ou négative à travers leur comportement observable. C’est pourquoi vous devriez toujours envisager d’ajouter l’analyse des expressions faciales à la liste des capteurs utiles pour votre prochaine étude ECG. L’analyse des expressions faciales est une méthode non intrusive permettant d’évaluer la position et l’orientation de la tête, les mouvements des unités d’action (tels que le soulèvement des sourcils ou l’ouverture de la bouche) et de mesurer les expressions faciales globales des émotions fondamentales (joie, colère, surprise, etc.), le tout à l’aide d’une webcam placée devant le participant. Les données faciales sont extrêmement utiles pour mieux comprendre l’excitation physiologique.

ECG et EEG

L’électroencéphalographie (EEG) enregistre l’activité électrique à l’aide d’électrodes placées à la surface du cuir chevelu et traduit cette activité en une série d’ondes cérébrales sous-jacentes. La mesure de l’activité électrique du cerveau est utile car elle reflète la manière dont les nombreux neurones du cerveau communiquent entre eux par le biais d’impulsions électriques, ainsi que leur lien avec des processus cognitifs tels que la somnolence/l’état de veille, la relaxation en état de veille et les comportements d’approche ou d’évitement.

L’élément central de l’EEG réside dans son excellente résolution temporelle. Il permet de capturer des centaines, voire des milliers d’instantanés de l’activité électrique en l’espace d’une seule seconde. Cela fait de l’EEG une technologie idéale pour étudier le déroulement temporel précis des processus cognitifs et émotionnels qui sous-tendent le comportement. La combinaison de l’EEG et de l’ECG permet de comprendre non seulement comment une personne réagit à un stimulus, mais aussi avec quelle intensité.

ECG et EDA/GSR

L’activité électrodermique (EDA ; ou réponse galvanique de la peau (GSR)) reflète la quantité de sueur sécrétée par les glandes sudoripares de notre peau. Une transpiration accrue entraîne une augmentation de la conductivité cutanée. Lorsque nous sommes exposés à des stimuli émotionnels, nous transpirons sous l’effet de ces émotions. La conductance cutanée est contrôlée de manière inconsciente, c’est-à-dire automatiquement. L’EDA peut servir à la fois de vérification de l’ECG (car les deux sont capables de mesurer l’excitation physiologique) et de complément puissant aux données de l’ECG.

ECG et EMG

Les capteurs électromyographiques mesurent l’activité électrique générée par les mouvements du corps. Les capteurs EMG permettent d’évaluer les réponses musculaires du visage, des mains ou des doigts en réaction à tout type de stimulus. Même les schémas d’activation les plus subtils associés à des mouvements de la main ou des doigts contrôlés de manière inconsciente (réflexe de sursaut) peuvent être analysés à l’aide de l’EMG.

La plateforme iMotions

Avant de vous lancer dans votre prochaine étude ECG, vous voudrez certainement réfléchir au logiciel d’enregistrement et d’analyse de données à utiliser. En général, il faut des logiciels distincts pour la présentation des stimuli et l’enregistrement ECG (et cela avant même d’ajouter d’autres capteurs biologiques pour obtenir davantage d’informations). Et s’il existait une solution logicielle multimodale permettant de présenter tout type de stimulus tout en enregistrant les données issues de l’ECG, de l’oculométrie, de l’analyse des expressions faciales et d’autres biocapteurs (tels que l’EEG, l’EDA, l’EMG) sans avoir à tout assembler manuellement ?

La plateforme iMotions est une solution logicielle conviviale qui permet la conception d’études, l’étalonnage multicapteurs, la collecte de données et leur analyse.

Dès sa mise en service, iMotions prend en charge plus de 50 biocapteurs de pointe, notamment pour l’analyse des expressions faciales, l’électrodermographie (EDA), l’oculométrie, l’électroencéphalographie (EEG) et l’électromyographie (EMG), ainsi que des technologies d’enquête pour la recherche multimodale sur le comportement humain. Contactez notre équipe chez iMotions pour découvrir comment nous pouvons vous aider à faire progresser vos recherches !

Références

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