Qu'est-ce que l'ECG et comment fonctionne-t-il ?

Découvrez comment l’ECG enregistre les signaux électriques du cœur pour révéler l’état d’excitation émotionnelle. En surveillant la fréquence cardiaque et sa variabilité, il montre l’intensité de la réaction du corps face à des stimuli. Associé à d’autres capteurs, il permet de mettre en lumière des schémas plus profonds liés à l’attention, au stress et aux réactions émotionnelles, qui vont au-delà de ce que les seules données cardiaques peuvent expliquer.

L’ECG (électrocardiographie) est une méthode permettant de recueillir les signaux électriques générés par le cœur. Cela permet de déterminer le niveau d’excitation physiologique d’une personne, mais peut également servir à mieux comprendre son état psychologique.

Nous aborderons ci-dessous l’importance de l’excitation physiologique dans les émotions, la physiologie du cœur, les méthodes permettant de mesurer cette activité, ainsi que les paramètres pertinents.

Physiologie et fonctionnement du cœur

Avant d’approfondir les principes fondamentaux de l’ECG, passons en revue les bases de la physiologie et du fonctionnement du cœur :

• Le cœur comporte quatre cavités. Les deux cavités supérieures (les oreillettes gauche et droite) servent de points d'entrée dans le cœur, tandis que les deux cavités inférieures (les ventricules gauche et droit) sont des cavités de contraction qui propulsent le sang vers l'organisme.
• Le sang arrive dans les oreillettes supérieures après être revenu des poumons ou d'autres parties du corps, puis est pompé vers les ventricules inférieurs, avant d'être à nouveau propulsé (vers une destination différente de celle qu'il venait de quitter).
• La circulation sanguine du cœur est donc divisée en deux « boucles » : l'une passe par les poumons (la boucle pulmonaire) et l'autre par le corps (la boucle systémique).
• Ces circuits permettent soit d'oxygéner le sang dans les poumons, soit d'acheminer cet oxygène vers les autres parties du corps qui en ont besoin.
• Le cycle cardiaque désigne un battement cardiaque complet, depuis la contraction initiale qui propulse le sang dans les oreillettes jusqu'à la contraction qui vide les ventricules. La fréquence du cycle cardiaque est exprimée par la fréquence cardiaque (battements par minute, ou bpm).
• Le cœur fonctionne de manière autonome : il est auto-excitable (il s'agit là d'une caractéristique unique par rapport aux autres muscles du corps, qui ont besoin de stimuli nerveux pour s'exciter).
• Les contractions rythmiques du cœur se produisent spontanément, mais sont sensibles aux influences nerveuses ou hormonales, en particulier à l'activité sympathique (stimulante) et parasympathique (calmante).

Excitation émotionnelle

Le cœur n’agit pas seul. Bien qu’il puisse fonctionner de manière autonome, il entretient de nombreuses connexions profondes et complexes avec le cerveau, qui peut réguler son rythme en fonction des besoins de l’organisme à tout moment. L’activité cardiaque peut également interagir avec le cerveau et, en fin de compte, influencer notre état d’esprit.

Une étude marquante menée par Schacter et Singer en 1962[1] 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 ; pour eux, il s’agissait apparemment d’une étude médicale assez classique. 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.

On sait que l’épinéphrine stimule le système nerveux central, accélère le rythme cardiaque, provoque une dilatation des pupilles et induit un état général d’excitation (si vous avez déjà ressenti une « montée d’adrénaline », vous savez à quoi s’apparentent ces effets). Les participants ont ensuite été placés dans une salle d’attente en compagnie d’une personne qui semblait elle aussi attendre. Cette personne était en réalité un comédien engagé par les chercheurs, qui feignait d’être en colère ou joyeux.

Les conditions « en colère » ou « joyeuse » consistaient en des séquences que l’acteur devait exécuter (par exemple, la quinzième étape de la condition « joyeuse » se lit comme suit : « Stooge [l’acteur] range le hula-hoop et s’assoit, les pieds sur la table. Peu après, l’expérimentateur revient dans la pièce. ») et qui visaient à influencer l’état émotionnel du participant.

Le participant devait ensuite remplir un questionnaire sur son état émotionnel. Les chercheurs ont constaté que les états émotionnels des participants étaient influencés par les actions de l’acteur : ceux qui se trouvaient dans la condition « joie » ou « colère » se disaient plus heureux ou plus en colère que ceux des conditions témoins. Ils ressentaient également cette émotion plus intensément après avoir reçu une dose d’épinéphrine.

Mais il y avait un rebondissement : les participants ont rarement indiqué que la drogue ou la performance de l’acteur influençait leur état d’esprit, affirmant plutôt qu’ils passaient simplement une bonne ou une mauvaise journée, et que cela n’avait rien à voir avec l’expérience. 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 influences.

Pourquoi évoquons-nous cela ? Cette expérience, ainsi que bien d’autres depuis, montre comment l’excitation physiologique peut être liée à l’excitation émotionnelle, même si les raisons de notre état émotionnel peuvent être plus difficiles à cerner.

Dans cette optique, la surveillance de l’excitation physiologique ou émotionnelle à l’aide de biocapteurs offre une alternative objective aux interprétations subjectives auxquelles les individus se livrent inévitablement. L’activité cardiaque étant étroitement liée à l’excitation, elle constitue un excellent outil pour aider à mieux comprendre les états mentaux.

Mais comment enregistrer les battements de votre cœur pour les analyser et les interpréter ? Et que signifient ces résultats ? Voyons cela de plus près.

Comment mesurer l’activité cardiaque ?

L’activité cardiaque peut être enregistrée de deux façons :

1. Électrocardiographie (ECG)

L’ECG enregistre l’activité électrique générée par les dépolarisations du muscle cardiaque (une variation négative de la charge électrique), qui se propage sous forme d’ondes électriques pulsatoires vers la peau. Bien que l’intensité du courant soit en réalité très faible, elle peut être détectée de manière fiable à l’aide d’électrodes d’ECG fixées sur la peau (en microvolts, ou uV).

Une configuration ECG complète comprend au moins quatre électrodes placées sur la poitrine ou au niveau des quatre membres (bras droit, bras gauche, jambe droite et jambe gauche). Il existe également des variantes de cette configuration afin de permettre des enregistrements plus souples et moins intrusifs. Par exemple, il est possible de fixer les électrodes uniquement sur les avant-bras et les jambes. Les électrodes ECG sont généralement des capteurs humides, ce qui signifie qu’elles nécessitent l’utilisation d’un gel conducteur pour améliorer la conductivité entre la peau et les électrodes.

2. Phléthysmographie photoélectrique (PPG).

Tout au long du cycle cardiaque, la pression artérielle augmente et diminue dans l’ensemble de l’organisme, y compris dans les couches superficielles et les petits vaisseaux de la peau. Ce flux sanguin périphérique peut alors être mesuré à l’aide de capteurs optiques fixés au bout du doigt, au lobe de l’oreille ou sur d’autres tissus capillaires.

L’appareil est équipé d’une LED qui envoie de la lumière dans les tissus et enregistre la quantité de lumière absorbée ou réfléchie vers la photodiode (un capteur photosensible). Lorsque le sang afflue dans les tissus, une plus grande quantité de lumière est absorbée ; lorsque le sang s’écoule hors des tissus, une plus grande quantité de lumière est réfléchie. Les clips PPG utilisent des capteurs secs et peuvent être fixés beaucoup plus rapidement que les installations ECG, ce qui rend l’appareil relativement facile à utiliser et un peu moins gênant pour les participants.

Paramètres cardiaques d’intérêt

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. Une augmentation de la FC traduit généralement une augmentation de l’état d’éveil.

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 qu’elle diminuait en situation de pression temporelle intense et de stress émotionnel (ce qui signifie que le rythme cardiaque devient plus régulier).

On a également constaté que la VRC était considérablement réduite chez les personnes faisant état d’une fréquence et d’une durée accrues de leurs inquiétudes quotidiennes [2], ainsi que chez les patients souffrant d’un syndrome de stress post-traumatique (SSPT) [3]. Pour l’analyse de l’IBI et de la VRC, il est recommandé d’utiliser des capteurs ECG, car ceux-ci sont plus sensibles à certaines caractéristiques du signal que les capteurs PPG ne peuvent pas détecter.

Pour tirer pleinement parti de ces informations avancées, il est essentiel de bien comprendre les principes fondamentaux de l’ECG. Consultez le guide complet sur l’ECG (électrocardiographie) afin d’optimiser l’analyse de vos données cardiaques.

Pour comprendre rapidement et intuitivement comment l’activité électrique de votre cœur est surveillée et interprétée, consultez notre infographie sur l’ECG.

Pourquoi associer l’ECG à d’autres capteurs ?

Bien sûr, les données fondées uniquement sur la fréquence cardiaque fournissent des informations précieuses sur l’excitation inconsciente provoquée par des stimuli chargés d’émotion. Cependant, les données issues uniquement d’un ECG ou d’un PPG ne permettent pas de déterminer si cette excitation était due à un stimulus 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 et la PPG constituent des mesures idéales pour suivre l’excitation émotionnelle, elles ne permettent pas de déterminer la valence émotionnelle, c’est-à-dire la nature d’une émotion. C’est lorsque ces capteurs sont associés à d’autres sources de données, telles que l’analyse des expressions faciales, l’EEG et l’oculométrie, que les techniques ECG/PPG révèlent tout leur potentiel.

Si vous souhaitez en savoir plus sur l’ECG et sur ce que le cœur peut révéler de l’état de santé d’une personne, téléchargez notre guide de poche ci-dessous.

Références

[1] Schacter, S., & Singer, J. (1962). Déterminants cognitifs, sociaux et physiologiques de l’état émotionnel. Minneapolis : Psychological Review.

[2] Brosschot, J. F., Dijk, E. V., & Thayer, J. F. (2007). L’inquiétude quotidienne est associée à une faible variabilité de la fréquence cardiaque pendant la période d’éveil et la période de sommeil nocturne qui suit. International Journal of Psychophysiology, 63(1), 39-47. doi:10.1016/j.ijpsycho.2006.07.016

[3] Tan, G., Dao, T. K., Farmer, L., Sutherland, R. J., & Gevirtz, R. (2010). Variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et syndrome de stress post-traumatique (SSPT) : une étude pilote. Applied Psychophysiology and Biofeedback, 36(1), 27-35. doi:10.1007/s10484-010-9141-y

Pour en savoir plus

Vous souhaitez approfondir vos connaissances en matière d’ECG ? Consultez notre liste d’ouvrages incontournables pour en savoir plus sur l’enregistrement et l’analyse des données cardiaques.

• Dutton & Aron (1974). Quelques éléments indiquant une intensification de l'attirance sexuelle dans des conditions de forte anxiété. Journal of Personality and Social Psychology 30 : 510-517. (lien)
• Nickel & Nachreiner (2003). Sensibilité et diagnostic de la composante à 0,1 Hz de la variabilité de la fréquence cardiaque en tant qu'indicateur de la charge de travail mental. Human Factors 45 (4) : 575-590. (lien)
• Jönsson (2007). L'arythmie sinusale respiratoire en fonction de l'anxiété de situation chez des individus en bonne santé. International Journal of Psychophysiology 63 (1) : 48-54. (lien)
• Brosschot, Van Dijk et Thayer (2007). L'inquiétude quotidienne est associée à une faible variabilité de la fréquence cardiaque pendant la période d'éveil et la période de sommeil nocturne qui suit. International Journal of Psychophysiology 63 (1) : 39-47. (lien)
• Hagit et al. (1998). Analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque chez des patients atteints d'un syndrome de stress post-traumatique en réponse à un élément rappelant le traumatisme. Biological Psychiatry 44.