Découvrez comment l’activité cardiaque peut être mesurée à l’aide de deux techniques de biosignaux largement utilisées : l’électrocardiographie (ECG) et la photopléthysmographie (PPG). En comparant ces approches, cette analyse met en évidence la manière dont différentes stratégies de mesure permettent de saisir le même cycle cardiaque sous-jacent avec des niveaux variables de précision, de complexité et d’applicabilité pratique. L’objectif plus large est de clarifier comment les signaux physiologiques sont traduits en indicateurs significatifs de l’éveil et du comportement dans les contextes de recherche, et comment ces mesures contribuent à une compréhension plus complète de la réponse humaine.
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De tous les organes du corps humain, le cœur est l’un des plus impressionnants. Il doit pomper le sang de manière continue et fiable dans tout le corps pendant toute la durée de la vie d’un être humain. Avec une espérance de vie moyenne de 79 ans, cela équivaut à environ 3 milliards de battements cardiaques qui s’enchaînent dans une danse complexe de contractions et de relâchements.
Il existe plusieurs techniques basées sur des capteurs permettant de mesurer le cycle cardiaque et d’obtenir des données sur la fréquence cardiaque. Les deux méthodes les plus couramment utilisées sont l’électrocardiographie (ECG) et la photopléthysmographie (PPG). Bien qu’iMotions prenne en charge ces deux techniques, chacune présente des avantages et des inconvénients qu’il convient de prendre en compte en fonction du type de recherche mené.
ECG
L’électrocardiographie mesure l’activité électrique du cœur à l’aide d’électrodes placées sur la peau. Pour que le cœur se contracte et pompe le sang, une série de signaux électriques coordonnés lui est transmise par le système nerveux autonome.
Bien qu’ils proviennent des profondeurs de l’organisme, ces signaux peuvent être mesurés assez efficacement au niveau de la peau à l’aide de deux électrodes ou plus placées à différents endroits sur la poitrine et les membres. Il en résulte un tracé très révélateur de l’activité électrique, appelé « onde ECG ».
Bien que de nombreux aspects de ce signal puissent être quantifiés, la caractéristique la plus marquante est ce qu’on appelle le complexe QRS, qui correspond aux principales contractions de pompage du cœur. Cette caractéristique est illustrée dans l’image ci-dessous :
Le complexe QRS. Chaque lettre correspond à un point différent du signal et, par conséquent, à une action différente du cœur. L’onde R représente le pic d’activité électrique produit par le cœur ; elle est couramment utilisée pour mesurer la fréquence cardiaque.
Au sein du complexe QRS, on distingue également le pic R, qui est la composante la plus marquée de la courbe de l’ECG. C’est cette composante que les algorithmes de fréquence cardiaque utilisent pour mesurer l’intervalle de temps entre chaque battement cardiaque.
Comme les signaux électriques se propagent pratiquement instantanément, les mesures basées sur l’ECG sont généralement précises à quelques millisecondes près, ce qui en fait un moyen très fiable de mesurer la fréquence cardiaque.
PPG
La photopléthysmographie mesure les variations de volume du cœur en analysant la transmission ou la réflexion de la lumière. Lorsque le cœur se contracte, la pression sanguine à l’intérieur du ventricule gauche – la principale cavité de pompage – augmente.
Cette augmentation provoque une « poussée » de sang sous pression dans les artères du corps, ce qui les fait légèrement gonfler avant qu’elles ne reprennent leur état initial.
Il suffit de diriger une source lumineuse à LED sur une zone de peau pour que l’augmentation de la pression pulsée entraîne une différence mesurable dans la quantité de lumière réfléchie vers le capteur ou transmise à travers celui-ci. La LED doit être placée à un endroit où les artères sont proches de la surface de la peau, comme le bout d’un doigt ou le lobe de l’oreille.
L’amplitude de ce signal est directement proportionnelle à la pression différentielle : plus le pic est élevé, plus le pouls est fort. Même si le signal peut être moins perceptible lorsqu’il est mesuré sur la peau à un endroit éloigné du cœur (comme un orteil), la variation de pression est tout de même suffisante pour provoquer une dilatation mesurable de ces artères.
Chaque pic du signal obtenu peut être identifié à l’aide d’un algorithme spécifique de mesure de la fréquence cardiaque, qui permet en fin de compte de déterminer l’intervalle de temps entre chaque pic successif, fournissant ainsi une autre mesure de la fréquence cardiaque.
Exemple d’un signal PPG typique, illustrant la variation de débit sanguin.
Comme la PPG est une technique indirecte (qui n’enregistre pas l’activité cardiaque réelle à sa source), elle n’est pas toujours précise à la milliseconde près, mais elle constitue néanmoins un moyen simple de mesurer la fréquence cardiaque d’une personne.
Conclusion
L’ECG et la PPG permettent tous deux de mesurer la fréquence cardiaque et peuvent donc fournir des informations sur le niveau d’excitation physiologique d’une personne. Grâce à ces données, la recherche peut aider à comprendre comment certains stimuli affectent un individu (par exemple, la fréquence cardiaque augmente-t-elle lorsqu’on lui montre l’image d’un serpent ou d’une araignée ? Et qu’en est-il d’un produit qu’il apprécie ?).
Si le stimulus augmente la fréquence cardiaque, et donc l’état d’excitation, on peut alors dire que l’image a un effet sur la personne : cela permet de mesurer l’ampleur de cet impact, mais ne permet pas de savoir exactement ce qu’elle ressent. En combinant ces mesures de l’état d’excitation avec des mesures de la valence émotionnelle, on peut renforcer la portée de ces résultats et déterminer précisément ce que la personne a ressenti, ainsi que l’intensité de cette émotion.
En associant l’analyse des expressions faciales à l’ECG ou à la PPG, il est possible de déterminer l’état émotionnel d’un participant, ainsi que l’intensité de ses réactions physiologiques. En combinant ces données avec l’oculométrie, on peut savoir exactement ce que la personne regarde, ainsi que son niveau d’excitation et la valence de ses émotions.
L’utilisation combinée de ces mesures permet d’acquérir une compréhension véritablement multidimensionnelle du comportement humain, offrant ainsi des perspectives inédites. De quoi faire battre votre cœur un peu plus fort.
Nous espérons que vous avez apprécié cette présentation des mécanismes qui sous-tendent l’ECG et la PPG, ainsi que de la manière dont vous pouvez les utiliser dans vos recherches. Si vous souhaitez en savoir plus sur la manière de mener des recherches passionnantes sur le comportement humain, téléchargez notre guide gratuit ci-dessous.