Mierzenie stresu

Stres potrafi się bardzo dobrze ukrywać. Pokazujemy, czemu aplikacje oparte na jednym wskaźniku, tzw. stress-index, popełniają błędy.

W Aidlab blisko współpracuję z naszymi klientami, pomagając im sprawnie prowadzić badania. Obecnie większość projektów, które wspieramy, dotyczy fizjologicznych skutków stresu. Monitorowaliśmy na przykład graczy podczas rozgrywki, aby sprawdzić, jak ich organizmy reagują pod presją i czy gra rzeczywiście ich angażuje.

Czym właściwie jest stres?

Gdy wyczuwasz zagrożenie, mózg nie czeka, aż się nad nim zastanowisz. Uruchamia reakcję autonomicznego układu nerwowego (AUN). Ten układ steruje większością procesów, które działają w tle i utrzymują Cię przy życiu: tętnem, trawieniem, ciśnieniem krwi czy oddychaniem. Przecież nie musisz pamiętać o każdym oddechu.

Ma dwie części: współczulną i przywspółczulną.

Pierwsza działa jak pedał gazu. Przyspiesza pracę serca, napina mięśnie, kieruje krew do kończyn i zwiększa napełnianie płuc powietrzem. Druga jest hamulcem. Spowalnia wszystko, gdy zagrożenie mija.

Człowiek w obliczu rzeczywistego czynnika stresowego.

Stres pojawia się wtedy, gdy ta równowaga zostaje zaburzona. Pedał gazu pozostaje wciśnięty odrobinę za długo.

Po co mierzyć stres?

Niedawno dowiedziałem się czegoś zaskakującego: możemy doświadczać stresu, nawet jeśli w ogóle nie zdajemy sobie z tego sprawy!

Szczególnie ciekawym zjawiskiem jest tak zwany syndrom białego fartucha. U około jednej na pięć osób, które nie cierpią na nadciśnienie, pomiar wskazuje wtedy bardzo wysokie ciśnienie krwi. Dzieje się tak jednak wyłącznie podczas badania u lekarza. Przyczyną jest niepokój wywołany widokiem personelu medycznego. Część pacjentów zdaje sobie z tego sprawę i wyraźnie denerwuje się podczas wizyty, ale większość mówi, że czuje się normalnie.

I w tym tkwi problem.

Nie możesz w pełni polegać na mózgu, by rozpoznać, kiedy doświadczasz stresu. Możesz polegać tylko na swojej fizjologii. A żeby ją uchwycić, trzeba mierzyć ją stale, nie tylko od czasu do czasu.

Gdy układ współczulny przejmuje kontrolę, dzieje się kilka rzeczy. Oddech się pogłębia. Zmienność rytmu serca (HRV) spada. Ciśnienie krwi nieco rośnie. Jeśli organizm się nie regeneruje, poziom wyjściowy powoli przesuwa się w górę. To przewlekły stres, czyli to, co badacze nazywają obciążeniem allostatycznym — skumulowany koszt zbyt długiego utrzymywania organizmu w gotowości. Nie przypomina paniki. Możesz nie czuć nic szczególnego.

Po prostu szybciej się męczysz, gorzej śpisz i trudniej Ci się skupić. Organizm nigdy w pełni nie wraca do stanu wyjściowego.

Jak mierzyć stres?

Ciekawostka: obiektywny pomiar stresu jest zaskakująco trudny.

Być może masz smartwatch, który według producenta monitoruje poziom stresu. Takie urządzenia zwykle szacują go na podstawie zmian rytmu serca. Ale jak dokładnie to robią?

Istnieje od dawna znana, ale wciąż użyteczna miara: wskaźnik stresu Baevsky’ego (SI). Opiera się na rozkładzie odstępów RR, czyli czasu między kolejnymi uderzeniami serca. Pokazuje, jak silnie układ współczulny wpływa na pracę serca.

SI to coś innego niż tętno. Nie chodzi o to, jak szybko bije serce, lecz jak sztywny staje się jego rytm. Zdrowe serce nie tyka jak metronom. Jego rytm powinien nieznacznie się zmieniać, dostosowując się do każdego drobnego bodźca.

Różnice między kolejnymi uderzeniami serca (HRV).

Gdy pojawia się stres, ta elastyczność zanika. Rytm staje się mechaniczny.

Można jednak argumentować, że dokładny pomiar HRV za pomocą smartwatcha jest niemal niemożliwy. Większość takich urządzeń korzysta z czujników optycznych, które wykrywają przepływ krwi przez skórę. Sprawdza się to przy ogólnym śledzeniu tętna, ale jest zdecydowanie zbyt mało precyzyjne do mierzenia milisekundowych różnic między uderzeniami. Nawet niewielki ruch nadgarstka, odcień skóry czy oświetlenie mogą zniekształcić odczyty. Poza tym samo HRV nie daje pełnego obrazu.

Weźmy na przykład dane zebrane u pracownika biurowego pozostającego w bezruchu:

Wykres 1. Sam skok tętna, bez kontekstu, może nie wystarczyć do ustalenia przyczyny stresu.

Wzrost tętna w zebranych danych sugeruje nasilenie stresu. Później okazało się jednak, że przyczyna była inna.

Jeśli chcemy sprawdzić, czy wniosek oparty wyłącznie na tętnie jest trafny, możemy uwzględnić częstość oddechów, która może, ale nie musi zmieniać się wraz z nasileniem stresu, oraz objętość oddechową. Ta musi wzrosnąć ze względu na większe zapotrzebowanie na tlen — na przykład dzięki głębszym oddechom, niekoniecznie częstszym.

Uwzględnienie tych danych pomaga zobaczyć zależności między zdarzeniami oraz zrozumieć ich przyczyny i skutki:

Wykres 2. Im więcej wiemy, tym mniej musimy zgadywać.

Dodatkowe dane oddechowe diametralnie zmieniły interpretację. Stabilny zapis oddechu pozwala stwierdzić, że wzrost tętna nie był wywołany stresem.

Kiedy stres widać w danych?

Nagła zmiana tętna nie musi oznaczać arytmii. Mogą ją wywołać choćby temperatura otoczenia lub zmiana pozycji ciała. Aby odróżnić stres psychiczny od obciążenia fizycznego, trzeba też wiedzieć, czy dane zbierano podczas ruchu, czy po kilku minutach pozostawania w bezruchu:

Wykres 3. Biosygnały są stabilne, ponieważ badany pozostaje w bezruchu i jest spokojny.

Pomiary zaznaczone na powyższym wykresie wykonano, gdy pracownik zajmował się codziennymi obowiązkami. Wszystkie sygnały są stabilne, co wskazuje, że jest zrelaksowany.

Wykres 4. Wahania biosygnałów nasilają się po pojawieniu się czynnika stresowego.

Parametry na wykresie 4 gwałtownie wzrosły, gdy pracownik otrzymał trudne, pilne zadanie. Zauważ, że częstość oddechów wzrosła tylko nieznacznie. Znacznie zwiększyła się za to ich objętość. Oznacza to, że badany pokrywa większe zapotrzebowanie na tlen, oddychając głębiej, a nie częściej. Sama znajomość tętna i częstości oddechów nie wyjaśniłaby więc charakteru tych zmian.

Wykresy 3 i 4 pokazują, jak łatwo można wykryć stres i określić jego nasilenie, jeśli zbieramy odpowiednie dane.

Ostatni element: aktywność elektrodermalna

Najwięcej o stresie nauczyliśmy się dzięki grom.

Podczas jednego z naszych badań (Czekaj i in., 2023) monitorowaliśmy biosygnały graczy podczas dynamicznych rozgrywek w Tetris, Tower Defense i Space Invaders. Zestaw pomiarowy był prosty: EKG, oddech, aktywność elektrodermalna oraz okulograf jako pomiar pomocniczy.

Zaskoczyło nas to, jak wcześnie przewodnictwo skóry reagowało w porównaniu z innymi sygnałami. W Tetrisie zauważyliśmy na przykład niewielkie skoki EDA na kilka sekund przed przyspieszeniem gry lub pojawieniem się kluczowego klocka na ekranie. W Tower Defense skoki występowały tuż przed szybkimi decyzjami graczy o rozmieszczeniu obiektów pod presją czasu. Tętno i oddech reagowały później. Ciało wiedziało wcześniej niż gracz.

Aktywność elektrodermalna (EDA), czyli przewodnictwo skóry, bezpośrednio odzwierciedla pobudzenie układu współczulnego. Nie zależy od rytmu serca ani częstości oddechów. To czyste pobudzenie — sygnał organizmu, że właśnie wydarzyło się coś ważnego.

Trenowaliśmy klasyfikator, który na podstawie biosygnałów miał rozpoznawać stopień zaangażowania gracza podczas rozgrywki. Cel był prosty: sprawdzić, czy możemy wykrywać momenty skupienia, przepływu (flow) lub stresu wyłącznie na podstawie fizjologii.

Przy wykorzystaniu samego EKG i oddechu trafność modelu dla różnych graczy oscylowała wokół 0,61.

Korelacja perspektywy gracza z perspektywą gry

Zestaw sygnałów	Niezależnie od gracza	Dla konkretnego gracza
SIG-1: EKG + oddech	0.611	0.789
SIG-2: EKG + oddech + GSR	0.622	0.879
SIG-3: EKG + oddech + GSR + śledzenie wzroku	0.883	0.938

Korelacja perspektywy gracza z samooceną

Zestaw sygnałów	Niezależnie od gracza	Dla konkretnego gracza
SIG-1: EKG + oddech	0.538	0.811
SIG-2: EKG + oddech + GSR	0.585	0.881
SIG-3: EKG + oddech + GSR + śledzenie wzroku	0.728	0.920

Dodanie EDA podniosło ją do 0,88.

Wtedy wszystko stało się dla nas jasne. Stres i zaangażowanie nie są konstruktami psychologicznymi. Są sekwencjami reakcji fizjologicznych. EDA jest po prostu pierwszym sygnałem w tej sekwencji, cichym komunikatem organizmu: zwróć uwagę.

Jak zbudować nowoczesny model badania stresu?

Połączmy to, co omówiliśmy do tej pory. Pomiar stresu jest skomplikowany, ponieważ każdy układ w organizmie reaguje w nieco innym tempie. Tętno skacze w ciągu sekund. Objętość oddechowa zmienia się wolniej. EDA może być opóźnione nawet o pełną minutę. Potrzebujemy więc nie pojedynczej liczby, ale obrazu całego procesu — kaskady reakcji:

• EKG, które dostarcza tętna i odstępów RR, czyli danych wyjściowych do obliczania HRV oraz wskaźnika stresu Baevsky’ego.
• Oddech — zarówno jego częstość, jak i głębokość, ponieważ stres zwykle ujawnia się w nim, zanim go zauważysz.
• Aktywność elektrodermalna (EDA), czyli przewodnictwo skóry, które poprzez aktywność gruczołów potowych odzwierciedla pobudzenie układu współczulnego. To jeden z najwyraźniejszych wskaźników pobudzenia w czasie rzeczywistym.
• Ruch, aby oddzielić stres psychiczny od wysiłku fizycznego.
• Kontekst, taki jak pora dnia czy temperatura otoczenia, który wpływa na zachowanie sygnałów.

Ważny jest też moment pomiaru. Badacze zwykle zaczynają od pomiaru bazowego tuż po przebudzeniu. Organizm jest wtedy najspokojniejszy w ciągu całego dnia — bez kofeiny, napięcia mięśniowego i natłoku myśli. Autonomiczny układ nerwowy pozostaje w spoczynku, więc widzimy rzeczywisty poziom wyjściowy: względną aktywność części współczulnej i przywspółczulnej, zanim codzienne wydarzenia zaczną na nie wpływać.

Oto uproszczony schemat przekształcania surowych biosygnałów w możliwe do interpretacji wskaźniki stresu:

Na wyższym poziomie warstwa analityczna przekształca uporządkowane dane fizjologiczne w wyniki badań, które można interpretować:

Takie podejście sprawia, że współczesne badania nad stresem stają się bardziej odtwarzalne i łatwiejsze do prowadzenia na większą skalę.

Jak wiarygodny może być pomiar stresu?

Mimo całej tej struktury badania nad stresem wciąż przypominają trochę Dziki Zachód. Najtrudniejsze nie jest zebranie danych, lecz zaufanie do nich. Każdy rejestrowany sygnał pochodzi z biologicznej rzeczywistości pełnej zakłóceń. Parametry elektrod zmieniają się z czasem, pasy oddechowe się zsuwają, a przewodnictwo skóry skacze, bo ktoś podrapał się po nosie. Po pewnym czasie okazuje się, że połowa pracy wcale nie polega na analizie, lecz na oczyszczaniu danych, które miały odzwierciedlać rzeczywiste reakcje.

To właśnie spędza sen z powiek większości badaczy: nie brak danych, ale niepewność, co naprawdę oznaczają. Dwa zbiory danych mogą wyglądać identycznie, a w zależności od kontekstu opowiadać zupełnie inne historie. Skok tętna wywołał stres czy kofeina? Nagły wzrost EDA wynikał z oczekiwania na coś czy z ciepła w pokoju? Nie da się tego ustalić bez pełnego obrazu: zsynchronizowanych kanałów fizjologicznych i odpowiednich oznaczeń kontekstu.

W kilku badaniach próbowano już ocenić, jak daleko możemy się posunąć w mierzeniu stresu za pomocą konsumenckich urządzeń ubieralnych.

Na przykład Flett i in. (2024) testowali smartwatche Garmin przy kontrolowanych czynnikach stresowych. Urządzenia potrafiły wykryć część zmian fizjologicznych, ale siła i spójność sygnału gwałtownie spadały w zależności od rodzaju czynnika stresowego. Z kolei Li i in. (2023) zaproponowali systematyczną metodę oceny dokładności HRV względem referencyjnego EKG. Pokazali, jak nawet niewielkie zakłócenia mogą zniekształcać wskaźniki stresu wyliczane na podstawie HRV.

W szerszym procesie walidacji Darwish i in. (2025) wykazali, że wraz z przenoszeniem pomiarów z laboratorium do codziennego życia dokładność systematycznie spada — co właściwie mówi samo za siebie. Nowsze badania urządzeń konsumenckich pokazują to samo. Apple Watch Series 9 zaniża HRV średnio o około 8 ms, przy średnim bezwzględnym błędzie procentowym wynoszącym niemal 29%. Natomiast smartwatche Samsung działają dobrze tylko podczas snu, gdy ciało i nadgarstek pozostają nieruchome.

A nawet jeśli modele dobrze radzą sobie w laboratorium, Amin i in. (2025) pokazali, że często zawodzą po przeniesieniu na inne urządzenia. Sprzęt naprawdę ma znaczenie.

Konsumenckie urządzenia ubieralne próbują uprościć ten proces, ale idą na skróty, na które badacze nie mogą sobie pozwolić. Paradoks polega na tym, że zegarki z dumą prezentują codzienny „wynik stresu”, a po porównaniu go z rzeczywistymi danymi EKG korelacja często znika.

Dlatego badania zmierzają w stronę pomiarów wielomodalnych. Zamiast polegać na jednym niedoskonałym sygnale, łączymy kilka: EKG, oddech, EDA i ruch. Gdy wszystkie zmieniają się jednocześnie, wiemy, że zbliżamy się do prawdy. To jednak dopiero pierwszy krok.

Prawdziwa wartość pojawia się wtedy, gdy przestajemy patrzeć na krótkie wycinki i zaczynamy śledzić długoterminowe trendy. Na przykład to, jak wzorce stresu zmieniają się w ciągu dni, tygodni czy całych cykli terapii. Możemy wtedy zobaczyć, czy podejmowane działania rzeczywiście pomagają, czy regeneracja przebiega szybciej i czy czujemy się lepiej nie tylko dzisiaj, ale również w dłuższej perspektywie.

Źródła: [1] [2] [3]