Warum sieht meine Messkurve glatter aus als früher?

Mit den App-Versionen 8.1.x haben wir die Darstellung der Messsignale in der eSense App verbessert. Die Kurven wirken seither ruhiger und klarer. Auf dieser Seite erklären wir, was dahintersteckt und was das für die Bewertung Ihrer Messungen bedeutet.

Warum eine Glättung nötig war

Jede Messung enthält neben dem eigentlichen Körpersignal auch einen kleinen Anteil Messrauschen. Beim eSense entsteht es an der Auflösungsgrenze des Sensors: Der eSense Skin Response löst in Schritten von 0,01 Mikrosiemens auf, der eSense Temperature in Schritten von 0,01 Grad Celsius.

Solange Ihre Messwerte hoch sind, fällt dieses Rauschen kaum auf. Liegt Ihr Hautleitwert aber im Bereich von ein bis zwei Mikrosiemens, dann macht das Rauschen einen spürbaren Teil der sichtbaren Zacken aus. Die Kurve wirkt dann unruhig, obwohl sich physiologisch wenig tut. Beim eSense Temperature ist derselbe Effekt besonders auffällig, weil sich die Hauttemperatur ohnehin nur langsam verändert.

Was der Filter tut

Wir verwenden ein Verfahren namens One-Euro-Filter. Es unterscheidet sich von einer einfachen Mittelwertbildung in einem wesentlichen Punkt: Es passt sich laufend an die Geschwindigkeit des Signals an.

• Solange sich das Signal langsam verändert, glättet der Filter kräftig. Das Rauschen verschwindet weitgehend.
• Sobald eine echte, schnelle Änderung auftritt, öffnet sich der Filter sofort und lässt sie unverändert und ohne Verzögerung durch.

Eine klassische Mittelwertbildung könnte das nicht. Sie würde jede Reaktion abflachen und zeitlich verschieben. Genau das wollten wir vermeiden, denn beim Biofeedback zählt die unmittelbare Rückmeldung.

Die Einstellungen des Filters sind für jeden Sensor eigens abgestimmt, weil sich die Signale physiologisch unterschiedlich verhalten. Der Hautleitwert verändert sich anders als die Atmung, und die Muskelspannung wieder anders als die Hauttemperatur.

Was sich für Sie ändert

Die Kurve wirkt ruhiger. Der Verlauf, das Niveau in Mikrosiemens und alle deutlichen Anstiege bleiben unverändert.

Reaktionen bleiben vollständig sichtbar. Ein Anstieg des Hautleitwerts, etwa nach einem tiefen Atemzug, einem Geräusch oder einem Gedanken, erscheint genauso schnell und genauso hoch wie vorher.

Die Anzahl der Spontanfluktuationen kann sinken. Die eSense App zählt Spontanfluktuationen (Skin Conductance Responses, SCR) und zeigt sie als SCR pro Minute an. Diese Zahl hängt davon ab, wie unruhig das Signal ist. Vor der Glättung wurde bei niedrigen Messwerten ein Teil des Rauschens als Fluktuation mitgezählt. Diese Zählungen waren zu hoch. Seit der Glättung fällt das weg, und deshalb kann Ihre SCR-Rate niedriger ausfallen als früher. Im Biofeedback-Snake erscheinen dann mehr grüne Symbole.

Ihre tatsächliche vegetative Aktivität ändert sich dadurch nicht. Verändert hat sich nur, was zusätzlich mitgezählt wurde.

Wie vergleiche ich ältere und neuere Messungen?

Uneingeschränkt vergleichbar bleiben der Kurvenverlauf, das Grundniveau in Mikrosiemens, die Spannweite zwischen Minimum und Maximum sowie die deutlichen Anstiege und Abfälle.

Nicht eins zu eins vergleichbar ist die Anzahl der Spontanfluktuationen (SCR und SCR pro Minute) samt der daraus abgeleiteten Farbeinstufung, wenn eine Messung vor und eine nach dem Update entstanden ist. Das betrifft vor allem Messungen mit niedrigen Werten.

Seit Version 8.1.6 kommt eine zweite Änderung hinzu, die in dieselbe Richtung wirkt: Wir haben die Erkennung der Spontanfluktuationen selbst überarbeitet. Ein Anstieg vom lokalen Minimum zum folgenden Maximum zählt jetzt als SCR, wenn er mindestens 0,02 µS in 1 bis 20 Sekunden erreicht. Beide Änderungen zusammen führen dazu, dass Sie SCR-Werte über die Versionsgrenze hinweg nicht direkt gegenüberstellen sollten. Die Einzelheiten stehen unter Skin Conductance Response (SCR).

Wenn Sie Ihren Trainingsfortschritt über einen längeren Zeitraum verfolgen, vergleichen Sie am besten Messungen innerhalb desselben Zeitraums miteinander.

Worauf Sie stattdessen achten können

Gerade bei niedrigen Messwerten ist die Anzahl der Fluktuationen nicht die aussagekräftigste Größe. Ergiebiger sind zwei andere Beobachtungen:

1. Das Grundniveau über die Sitzung. Sinkt Ihre Kurve im Verlauf der Messung ab? Das ist ein guter Hinweis auf zunehmende Entspannung.
2. Die deutlichen Ausschläge. Wenn Ihr Hautleitwert an einer Stelle klar ansteigt und danach langsam wieder abklingt, lohnt es sich zu überlegen, was in diesem Moment passiert ist. Solche Reaktionen sagen mehr über Ihre vegetative Reaktionsbereitschaft aus als jede Zählung.

Für welche Sensoren gilt das?

Die Glättung ist für eSense Skin Response, eSense Temperature, eSense Respiration, eSense Muscle und eSense Pulse aktiv, jeweils mit eigener Abstimmung.

Und der CSV-Export? Sind das noch Rohdaten?

Ja. Der Filter wirkt auch auf die aufgezeichneten Daten, und das ist bewusst so.

Der Grund liegt darin, was der Filter entfernt. Die eSense-Sensoren Skin Response, Temperature und Respiration übertragen ihr Messsignal als analoges Audiosignal über die Klinkenbuchse. Die App rechnet dieses Audiosignal in Messwerte um. Bei dieser Umrechnung entsteht am unteren Ende der Auflösung ein technisch bedingtes Rauschen. Es stammt aus der Messkette, nicht aus Ihrem Körper. Wenn wir dieses Rauschen entfernen, verfälschen wir Ihre Daten also nicht, sondern befreien sie von einem Störanteil, der ohnehin nicht zu Ihnen gehört. Ihr physiologisches Signal bleibt dabei unangetastet, einschließlich aller schnellen Reaktionen.

Für Sie hat das einen praktischen Vorteil: Die Kurve, die Sie während der Messung in der App sehen, ist genau die Kurve, die Sie erhalten, wenn Sie Ihre CSV-Datei in Excel, Python oder MATLAB plotten. Beide zeigen dasselbe.

Damit das nachvollziehbar und überprüfbar bleibt, legen wir das Verfahren vollständig offen. Wir verwenden den One-Euro-Filter nach Casiez, Roussel und Vogel (CHI 2012). Die Referenzimplementierung ist öffentlich unter github.com/casiez/OneEuroFilter verfügbar. Der Filter ist rund zwanzig Zeilen Code und lässt sich in jeder Sprache nachbauen. Er hat drei Parameter, die wir je Sensor unterschiedlich gewählt haben:

Sensor	minCutoff	beta	dCutoff
eSense Skin Response (µS)	0,3 Hz	0,3	1,0
eSense Temperature (°C)	0,12 Hz	0,007	1,0
eSense Respiration (RA)	1,0 Hz	0,02	1,0

minCutoff ist die Grenzfrequenz bei ruhigem Signal, beta bestimmt, wie stark sich der Filter bei schnellen Änderungen öffnet, und dCutoff glättet die intern verwendete Änderungsgeschwindigkeit. Beim Skin Response ist beta bewusst hoch gewählt, weil echte Spontanfluktuationen schnell auftreten und ungehindert durchkommen sollen. Beim Temperature ist beta sehr niedrig, weil sich die Hauttemperatur ohnehin nur langsam ändert und dort fast ausschließlich Rauschen zu entfernen ist. Beim Respiration liegt die Grenzfrequenz bewusst zwischen der Atemfrequenz und dem Rauschband, sodass die Atmung ungedämpft hindurchgeht.

Wenn Sie mit den Daten wissenschaftlich arbeiten und Fragen zum Verfahren haben, wenden Sie sich gerne an unseren Support.

Meine Werte sind generell sehr niedrig. Was kann ich tun?

Dauerhafte Werte unter 1 Mikrosiemens deuten meist auf einen unzureichenden Hautkontakt hin. Bitte prüfen Sie in diesem Fall:

• Verwenden Sie frische Gel- oder Klebeelektroden. Angebrochene Packungen trocknen über die Monate aus und leiten dann schlechter. Lagern Sie sie luftdicht.
• Waschen Sie die Hände vor der Messung mit klarem Wasser und trocknen Sie sie gut ab. Desinfektionsmittel und Handcreme verschlechtern den Kontakt.
• Drücken Sie die Elektroden vollflächig an und warten Sie nach dem Anlegen ein bis zwei Minuten, bevor Sie die Messung starten.

Ausführlich dazu im Artikel Die Werte sind sehr klein und sehr konstant.