Heart rate atau denyut jantung diukur menggunakan elektrokardiogram atau EKG yang dapat mencerminkan aktivitas jantung. Untuk mengukur usaha mental, pengukuran dilakukan terhadap durasi antar denyut jantung. Heart rate atau denyut jantung (HR) merupakan jumlah denyut pada periode waktu tertentu (biasanya satu menit), adapun periode jantung rata-rata atau interval antar detak (IBI) adalah durasi waktu rata-rata detak jantung dalam periode tersebut. Detak jantung memiliki durasi waktu yang bervariasi, sehingga menghasilkan rangkaian waktu IBI dengan pola karakteristik dan konten frekuensi. Ini disebut variabilitas denyut jantung (HRV). Selama melakukan tugas, seseorang harus mengeluarkan upaya mental, yang dapat tercermin dalam peningkatan HR dan penurunan HRV jika dibandingkan dengan situasi istirahat.


Irama jantung normal dikontrol oleh proses membran nodus sinoatrial jantung, yang dimodulasi oleh persarafan dari cabang simpatis dan parasimpatis dari sistem saraf otonom dan menunjukkan hubungan nonlinier yang jelas antara aktivitas simpatik dan parasimpatik di satu sisi dan HR di sisi lain. Terdapat hubungan antara dua cabang otonom dan periode jantung sifatnya lebih linier.
EKG dapat diukur dengan tiga elektroda di dada. Perekaman yang baik yang menghasilkan gelombang R yang relatif tinggi dan gelombang T yang lebih rendah (paling ideal untuk mendeteksi puncak R) adalah rekaman bipolar prekordial dengan elektroda pada posisi V6 dan yang lainnya di sternum. Derivasi menggunakan elektroda di ekstremitas (lengan, kaki) harus dihindari karena alasan sensitivitas artefak. Untuk registrasi durasi panjang, elektroda berperekat yang digunakan dalam kardiologi anak direkomendasikan.

Alat pendeteksi puncak R dalam EKG dan pencatatan waktu kejadian gelombang R pada akurasi 1 milidetik merupakan metode akuisisi data yang paling efektif dan mudah serta dapat dianggap sebagai teknik yang paling banyak digunakan. Alternatifnya, fitur yang sama dapat diimplementasikan melalu penggunaan perangkat lunak untuk aplikasi off-line. Dalam kasus ini, EKG harus diambil sampelnya setidaknya pada 400 Hz untuk memperoleh akurasi deteksi 2 hingga 3 msec. Dalam situasi saat perubahan HRV kecil harus diukur (misalnya, studi blokade vagal), tingkat akurasi tersebut mungkin sangat rendah. EKG sering diukur dalam kombinasi dengan sinyal lain, seperti pernapasan, tekanan darah jari, dan EEG. Dalam kasus seperti itu, laju pengambilan sampel yang lebih rendah daripada yang diperlukan untuk deteksi puncak R yang memadai sering dipilih.

HR dan HRV digunakan sebagai indikator upaya mental: semakin tinggi upaya yang dilakukan, semakin tinggi HR dan semakin rendah HRV. Namun, karena hubungan HR yang kompleks dengan kontrol tekanan darah barorefleks dan dengan aktivitas saraf otonom, ada beberapa alasan mengapa titik awal yang sederhana tidak berlaku dalam semua keadaan. Hasil yang paling stabil, menurut sudut pandang ini, diperoleh ketika sebagai contoh tugas laboratorium berdurasi pendek dilakukan dengan tuntutan relatif tinggi pada memori kerja.

Kekurangan dari metode ini adalah sensitivitasnya terhadap artefak yang terdeteksi saat akan menggunanakan IBI yang diperoleh dan sensitivitasnya terhadap perubahan pola pernapasan. Dalam pengukuran ini, efek berbicara dan mendesah pada HRV berdampak besar. Untuk itu diperlukan pembersihan artefak dan hal ini akan memakan waktu. Kelemahan lainnya dalam mengukur upaya mental menggunakan HR adalah adanya kebutuhan untuk menggunakan elektroda dan peralatan yang registrasi. Namun, saat ini sudah tersedia smartwatch (jam tangan pintar) yang dapat mampu mendeteksi HR dari ketukan ke ketukan dengan tingkat akurasi yang memadai untuk studi faktor manusia.

Ada beberapa metode terkait, seperti skala subjektif dan kuesioner, untuk memperoleh indikasi upaya mental. Namun, metode tersebut harus dianggap sebagai pelengkap dan bukan sebagai pengganti pengukuran HRV karena ada beberapa alasan mengapa indeks subjektif dan psikofisiologis mungkin berbeda. Ada hubungan kuat antara HR dan HRV dengan perubahan tekanan darah dan pola pernapasan. Karena alasan ini, penting untuk mengukur pernapasan dan tekanan darah (jari) dari detak ke detak dalam situasi yang memungkinkan. Memiliki informasi tambahan tentang pola pernapasan pada tingkat individu sangat membantu interpretasi HRV. Begitu juga dengan pengukuran tekanan darah jari memberikan kemungkinan untuk memperoleh nilai tekanan darah sistolik dan diastolik dari denyut ke denyut.


Sumber:
Lambertus (Ben) J.M. Mulder (University of Groningen)
Dick de Waard (University of Groningen)
Karel A. Brookhuis (University of Groningen)
Handbook of Human Factors and Ergonomics Methods