コヒーレンス

HeartMathの定義によるコヒーレンスは、心拍変動（HRV）スペクトルの0.04〜0.26 Hzの部分で最も高いピークのパワーを、それ以外すべてのパワーで割った値です。単位はありません。

この指標が生まれた理由

McCratyとShafferは、「コヒーレント」な心拍リズムを、拍ごとの間隔が正弦波のようになめらかに変動し、LF領域に狭くて高いピークが1本あり、大きなVLFやHFのピークがないものと説明しています。この形を採点するために比を設計したもので、Institute of HeartMathのInner BalanceやemWaveといった製品がこれを報告します。同じ論文は、体の共鳴周波数が約0.1 Hzであるため、1分あたり約6回の呼吸が、心拍をまさにこのパターンに導くと述べています。その論文の開示事項には、McCratyが、論じられているバイオフィードバック機器の一つを販売するInstitute of HeartMathに勤務していることが記されています。

計算式

$$\mathrm{Coherence} = \frac{P_{\mathrm{peak}}}{P_{\mathrm{total}} - P_{\mathrm{peak}}},\qquad P_{\mathrm{peak}} = \int_{f_0 - 0.015}^{f_0 + 0.015} P(f)\,\mathrm{d}f$$

0.04〜0.26 Hzの間で最も高いピーク$f_0$を見つけ、それを中心にした幅0.030 Hzのウィンドウ内のパワー$P(f)$を合計して、スペクトルの残りのパワーで割ります。鋭いピークが1つだけあれば比は高くなり、パワーが多くのリズムに分散していれば低くなります。アプリは、この比をスコア、または低・中・高の3段階のラベルに変換します。

計算例

リズムを分解する

教材用の記録から5分間

周波数（Hz）ごとのパワー 呼吸

VLFLFHF

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

ULF

24時間分の記録が必要

VLF

3 ms²

LF

120 ms²

HF

635 ms²

トータルパワー

758 ms²

LF n.u.

15.9

HF n.u.

84.1

LF/HF

0.19

ピーク

0.250 Hz, HF

休息十分、1分あたり15回（0.250 Hz）、5分、Welch法（トレンド除去後）。 呼吸のピークはHF帯の0.250 Hzにあり、約0.1 Hzの血圧の波が、LF帯の小さなピークになっています。LF/HFは0.19です。

休息十分 ストレス状態 ドリフトあり 異所性拍動あり

呼吸数 1分あたり15回 記録時間 5分

Welch法（FFT） Lomb–Scargle法

先にトレンドを除去する（smoothness priors法、λ = 500）

JavaScriptをオンにすると操作できます。

0〜0.5 Hzの周波数に対するパワーの折れ線グラフです。VLF帯（0.003〜0.04 Hz）、LF帯（0.04〜0.15 Hz）、HF帯（0.15〜0.4 Hz）に色が付き、呼吸周波数の位置に印があります。表示欄には、ULF、VLF、LF、HF、トータルパワー（ms²）、正規化単位のLFとHF、LF/HF比、ピーク周波数が表示され、何が変わったかを説明する文が続きます。操作は、1分あたり5〜20回の呼吸数スライダー、記録時間スライダー、トレンド除去のチェックボックス、WelchまたはLomb–Scargleのボタン、そして休息十分、ストレス状態、ドリフトあり、異所性拍動ありの記録を選ぶ4つのプリセットボタンです。

呼吸数を1分あたり6回にします。呼吸のピークは0.100 Hzにあり、そこにはすでに約0.1 Hzの血圧の波があって、2つが重なります。LFパワーは4939 ms²、HFパワーは20 ms²で、 LF LF LFパワー 心拍間隔の分散のうち0.04〜0.15 Hzの帯域に入る部分で、単位はms²。7〜25秒ごとに繰り返すリズムです。かつては交感神経の活動と読まれましたが、現在は異論があります。 LFパワーについてさらに詳しく n.u.は99.6です。パワーのほとんどが1つのピークの下に集まっており、コヒーレンスのスコアは高くなります。1分あたり15回の呼吸では、スペクトルに2つの別々のピークがあります。呼吸のピークは0.250 Hzに、小さなLFのピークは別にあり、比は低くなります。どちらの場合も神経系の働きは同じで、変わったのは呼吸のペースです。

何が値を動かすか

何より呼吸のペースと安定性です。LehrerとGevirtzは、共鳴周波数では心拍数と血圧が180°ずれた位相で振動するため、圧受容器反射が揺れのたびに加わり、大きなピークが1本できると説明しています。Shaffer、McCraty、Zerrは、成人でのこの周波数を1分あたり4.5〜6.5回としています。穏やかで規則的なリズムは値を上げ、不規則な呼吸、会話、動きは値を下げます。

誤解を招くとき

呼吸ではなく感情の状態の指標として読むときです。ゆっくり均等に呼吸する人は、どう感じているかにかかわらず高いスコアになり、話している人は低いスコアになります。Task ForceのLF帯が捉えるのと同じ生理でもあるため、コヒーレンスのスコアが高いときは、通常LFパワーも高くなります。McCratyとShafferは、コヒーレントな状態を、ウェルビーイングや、認知面・社会面・身体面のパフォーマンスと相関するものと説明しています。これらは相関であり、彼らが引用する研究の多くはHeartMath自身の研究によるものです。

どこで目にするか

HeartMathのInner BalanceアプリやemWaveアプリ、およびそのセンサーに、コヒーレンスのスコアとして表示されます。ほかの呼吸アプリには、この言葉を借りているものもあります。Task Forceはこれを定義していません。HRVバイオフィードバックは、このスコアが対象としているトレーニングを取り上げています。このサイトの共鳴呼吸テストは、自分自身のピークを探します。