Si stima che 40 milioni di persone negli Stati Uniti abbiano smartwatch o fitness tracker che possono monitorare i loro battiti cardiaci. Ma alcune persone di colore possono essere a rischio di ottenere letture imprecise.
Quasi tutti i più grandi produttori di wearable tracker per la frequenza cardiaca si basano su una tecnologia che potrebbe essere meno affidabile per i consumatori che hanno la pelle più scura, secondo i ricercatori, ingegneri e altri esperti che hanno parlato con STAT. Fitbit usa la tecnologia potenzialmente problematica in ogni cardiofrequenzimetro che offre, ed è anche in molti dispositivi Garmin e Samsung. Anche altri tracker popolari, come l’Apple Watch, la usano, ma simultaneamente tracciano le frequenze cardiache con un altro metodo.
Il fenomeno non ha ricevuto quasi nessuna attenzione da parte dei media, anche se il mercato degli smartwatch e dei fitness tracker è cresciuto esponenzialmente negli ultimi anni – e mentre sia i consumatori che gli scienziati hanno sollevato preoccupazioni più ampie sull’accuratezza dei tracker. Ci sono una serie di lamentele online da parte dei consumatori che suggeriscono che i dispositivi non possono ottenere una lettura sulla pelle più scura. Ma le aziende che producono i dispositivi non rivelano il fatto che potrebbero essere meno accurati per alcuni consumatori.
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Le potenziali imprecisioni hanno ampie implicazioni per il crescente corpo di ricerca scientifica che si basa su questi wearables – così come per il crescente numero di persone i cui datori di lavoro offrono incentivi finanziari o altri benefici per l’utilizzo di Fitbits e altri trackers.
Le preoccupazioni sui dispositivi arrivano anche nel mezzo di una più ampia valutazione sul fatto che le nuove tecnologie siano così oggettive come appaiono – e se i pregiudizi impliciti stanno modellando il loro sviluppo.
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“Si tratta davvero dei pregiudizi esistenti nella medicina che abbiamo già”, ha detto Kadija Ferryman, un antropologo culturale che studia le implicazioni sociali, culturali ed etiche delle tecnologie dell’informazione sanitaria al Data & Society Research Institute. “Non importa quale sia la tecnologia, ci sono prove che … l’inserimento di un altro strumento, non importa quanto sia avanzato, probabilmente continuerà e continuerà a sostenere i pregiudizi esistenti o esacerbarli.”
Quasi tutti i dispositivi di consumo che tracciano la frequenza cardiaca si basano su sensori ottici che monitorano continuamente il volume del sangue. Tra un battito e l’altro, c’è meno volume di sangue al polso, e quindi più luce che viene riflessa al sensore. Ma non tutti i dispositivi si basano sullo stesso tipo di luce.
Fitbits, orologi Samsung, e diverse altre marche si basano solo su luci verdi. Queste luci sono più semplici ed economiche da usare rispetto alle luci a infrarossi che alimentano i cardiofrequenzimetri di livello ospedaliero – ma, poiché la luce verde ha una lunghezza d’onda più corta, è più facilmente assorbita dalla melanina, un pigmento naturale della pelle che è più diffuso nelle persone con la pelle più scura.
In breve: la pelle con più melanina blocca la luce verde, rendendo più difficile ottenere una lettura accurata. Più scura è la tua pelle, più difficile diventa.
“Potremmo vedere che ci sono alcune differenze di precisione tra, per esempio, diversi tipi di pelle e colori della pelle,” ha detto Mikael Mattsson, un ricercatore senior presso il Karolinska Institutet svedese e un autore su uno dei soli documenti per esaminare il legame tra la precisione del cardiofrequenzimetro e la razza.
I portavoce di Fitbit hanno detto a STAT che ha aumentato la corrente che alimenta la sua luce verde nel tentativo di affrontare la questione. Un portavoce ha anche detto “Fitbit prende molto sul serio l’accuratezza e il nostro team esegue continuamente studi per testare rigorosamente l’accuratezza dei nostri prodotti”. Apple, nel frattempo, ha spiegato che mentre i suoi dispositivi si basano sulla luce verde per il monitoraggio continuo, il dispositivo prende anche una lettura con una luce a infrarossi circa ogni cinque minuti. Garmin e Samsung non hanno risposto alle ripetute richieste di commento.
Ricercatori e scienziati che hanno parlato con STAT sono stati attenti a sottolineare che non c’è una chiara ricerca che mostra esattamente quanto siano accurati i cardiofrequenzimetri dei consumatori per le persone con la pelle scura – la questione è stata studiata a malapena, in parte perché la tecnologia cambia così velocemente. Ma hanno anche sottolineato che l’effetto della melanina sull’assorbimento della luce verde è ben documentato – e che senza ulteriori ricerche o più informazioni pubbliche da parte dei produttori sulla precisione, è altrettanto difficile dimostrare che non c’è un impatto.
Vernon Ross, 49 anni, consulente di podcasting a St. Louis, ha usato il suo Fitbit Charge HR per monitorare la sua frequenza cardiaca dopo che gli è stata diagnosticata una pressione sanguigna leggermente elevata nel 2017. Fluttuava molto, e la sua frequenza cardiaca tracciata non sempre corrispondeva alle letture che prendeva quando misurava alla vecchia maniera, mettendo le dita sul polso.
“A seconda di quello che facevo, la mia frequenza cardiaca saltava molto fuori dalle classifiche e poi ricadeva giù”, ha detto. “Questo tipo di cose può causare un bel po’ di stress se pensi che stai avendo, sai, un possibile incidente di ‘AFib’. … Questa potrebbe essere una situazione pericolosa.”
Ross, che ha scritto a Fitbit circa il problema sul suo sito web, ha detto che ha sentito esperienze simili da amici e spera che in futuro, le aziende forniranno dati che mostrano chiaramente che la tecnologia funziona per le persone di ogni tono di pelle.
“Va a un po’ di una questione più profonda, quando si inizia a parlare di chi è nella stanza quando questi dispositivi vengono testati, chi è nella stanza quando questi dispositivi vengono progettati, e … le aziende stanno prendendo il tempo per assicurarsi che l’intera popolazione sia rappresentata quando stanno sviluppando questa tecnologia”, ha detto Ross.
L’effetto di assorbimento è ben documentato nella ricerca. Ma c’è molta meno ricerca su come e se questo effetto ha avuto un impatto sull’accuratezza dei tracker di frequenza cardiaca dei consumatori.
Solo uno studio, un documento del 2017 pubblicato nel Journal of Personalized Medicine, ha tirato fuori i tassi di errore per una serie di dispositivi che erano sul mercato in quel momento. Ha scoperto che mentre le tecnologie erano “entro un intervallo di errore accettabile” nella maggior parte delle impostazioni, l’errore del dispositivo era più alto per quelli con un tono di pelle più scuro. I tassi di errore per i dispositivi Fitbit Surge, Samsung Gear e Basis Peak (v. 2) erano statisticamente significativi. Quelli per Apple Watch, Microsoft Band (v.1), Mio e PulseOn non lo erano.
Mattsson, il ricercatore svedese e autore di quel documento, ha detto che il loro studio ha fatto in modo di reclutare un corpo diverso di partecipanti – che ha detto non è stato sottolineato in “molte delle convalide dalle aziende stesse.”
Diversi ricercatori hanno detto che il modo in cui Fitbit e Apple hanno detto di aver cercato di spiegare il problema potrebbe aiutare. Aumentare la corrente della luce verde, come Fitbit ha detto di aver fatto, potrebbe aiutare. Così come l’algoritmo di Apple, se bilanciasse le diverse letture tra i suoi sensori di luce verde e infrarossa.
“Più scura è la pelle, più forte deve essere la corrente per ottenere una buona lettura”, ha detto Mattsson.
“Il segnale non è l’unica cosa che conta, anche gli algoritmi contano molto, quindi se hai algoritmi che possono tenere conto di queste differenze, allora anche se il tuo segnale è più rumoroso, può ancora andare bene”, ha detto Jessilyn Dunn, assistente professore di ingegneria biomedica alla Duke University.
Ma Dunn e Massimiliano de Zambotti, un ricercatore dello SRI International che conduce studi di convalida delle tecnologie indossabili nello spazio del sonno, hanno sottolineato che senza set di dati pubblici sui tassi di errore o informazioni pubbliche sugli algoritmi, è difficile dire se gli sforzi delle aziende affrontano pienamente il problema.
“Non sappiamo, perché il ritmo della tecnologia è estremamente veloce. Il ritmo della ricerca che valuta questa tecnologia è estremamente lento”, ha detto de Zambotti. “Dobbiamo capire se possiamo fidarci dei loro risultati o no.”
Ci sono buone ragioni per usare la luce verde. La maggior parte dei cardiofrequenzimetri da polso usa la luce verde perché è migliore della luce infrarossa in situazioni in cui l’utente è in movimento, o dove ci sono altre fonti di luce che potrebbero anche avere un impatto sul sensore, hanno detto gli scienziati a STAT. La luce infrarossa, tuttavia, è migliore a penetrare più profondamente nella pelle, soprattutto quando l’utente è ancora – che lo rende attraente in ambienti medici, hanno detto. In una dichiarazione condivisa con STAT dopo la pubblicazione di questo articolo, il chief technology officer di Fitbit, Eric Friedman, ha citato gli stessi benefici come spiegazione del perché Fitbit ha scelto di utilizzare “la luce verde a una forza sufficiente” per fornire “le prestazioni ottimali e più coerenti per gli utenti di tutti i toni della pelle.”
Il rapido ritmo del progresso tecnologico rende difficile dire esattamente quale colore della luce diversi produttori stanno usando nei loro ultimi tracker di frequenza cardiaca. Pochi rendono le informazioni pubbliche, e non è sempre evidente guardando il dispositivo. Alcuni stanno anche andando oltre il rilevamento ottico; Apple Watch ora include un monitor ECG elettrico; un rapporto proprio questo mese ha suggerito che anche il prossimo orologio Samsung lo farà.
Rappresentanti di Fitbit e Apple hanno spiegato la loro tecnologia a STAT per questo articolo. Una pagina di supporto sul sito web di Garmin descrive i sensori di luce nei suoi tracker ottici di frequenza cardiaca come “verdi”. I siti web e i video dell’industria mostrano che il Galaxy Watch di Samsung usa luci verdi.
STAT ha anche parlato con due dirigenti le cui aziende vendono cardiofrequenzimetri che usano più colori di luce per affrontare alcune delle carenze della luce verde, ed entrambi hanno suggerito che la maggior parte dei tracker popolari si basa esclusivamente sulla tecnologia a luce verde.
“Se si fa una scansione del mercato per la misurazione della frequenza cardiaca, la maggior parte dei dispositivi sul mercato utilizzano il verde come componente chiave per misurare la frequenza cardiaca”, ha detto Steven LeBoeuf, il co-fondatore e presidente di Valencell, che sviluppa sensori biometrici, compresi alcuni che utilizzano sia la luce verde che ambra. “Se si dovesse immergere la mano in un mucchio casuale di sensori, si vedrebbe che 9 volte su 10, avrebbero luce verde, e probabilmente nella maggior parte dei casi, sono solo luce verde.”
Sameer Sontakey, la cui azienda Biostrap sviluppa tracker di salute che utilizzano luce rossa e infrarossa per monitorare la frequenza cardiaca, ha spiegato che le luci verdi sono semplicemente più economiche.
“È una merce”, ha detto. “È facile comprare un sensore che ha. C’è un sacco di gente che ci ha lavorato. La barriera d’ingresso è davvero bassa.”
“L’inserimento di un altro strumento, non importa quanto sia avanzato, probabilmente continuerà e continuerà a sostenere i pregiudizi esistenti o ad esacerbarli.”
Kadija Ferryman, antropologa culturale presso il Data & Society Research Institute
I problemi di precisione potrebbero anche significare che un campo di ricerca sempre più robusto sulla frequenza cardiaca non riflette accuratamente le informazioni sulla frequenza cardiaca per alcuni individui. Anche se numerose aziende indicano sui loro siti web che i loro dispositivi non sono accurati dal punto di vista medico, i Fitbit sono attualmente utilizzati in quasi 300 studi clinici. I ricercatori della Stanford University hanno anche recentemente concluso l’ampiamente pubblicizzato “Apple Heart Study” su più di 400.000 partecipanti da cui hanno riportato che “la tecnologia indossabile può identificare in modo sicuro le irregolarità della frequenza cardiaca.”
Tuttavia, la stragrande maggioranza degli studi effettuati che esaminano l’accuratezza dei dispositivi indossabili da polso, non prendono in considerazione il tono della pelle quando testano i loro soggetti – un fatto che Benjamin Nelson, un dottorando in psicologia clinica presso l’Università dell’Oregon, pensa debba cambiare prima che questa tecnologia possa essere utilizzata per scopi medici.
“In passato, la scienza non ha reclutato partecipanti così diversi come potenzialmente dovrebbe, per essere in grado di creare risultati generalizzabili che non solo generalizzino agli individui bianchi caucasici, ma anche alle persone di diversi gruppi etnici e razziali minoritari”, ha detto Nelson.
“È davvero importante per la ricerca futura raccogliere e poi controllare il tono della pelle, perché è stato dimostrato in alcuni studi preliminari di influenzare effettivamente l’accuratezza di questi dispositivi”, ha continuato.
Nelson ha anche notato che campioni più grandi attraverso vari gruppi demografici diversi “possono essere in grado di controllare le diverse caratteristiche individuali che permetteranno a questi dispositivi di diventare più accurati nel lungo periodo.”
Le potenziali imprecisioni potrebbero avere un impatto ancora maggiore sulle persone di colore i cui datori di lavoro incentivano l’uso di fitness tracker da parte dei dipendenti con giorni di ferie extra, attrezzi, o anche premi di assicurazione sanitaria più bassi.
Già, grandi aziende come IBM e Target offrono tracker come parte dei programmi di benessere, e ci sono segni che i datori di lavoro potrebbero iniziare a rendere i programmi di benessere – molti dei quali includono questi tracker – obbligatori. A un certo punto, il sistema scolastico del West Virginia voleva richiedere agli insegnanti di indossarli. Anche Yale è stata citata in giudizio proprio questo mese per un programma che avrebbe fatto pagare 25 dollari al mese a chiunque non partecipasse al suo programma di benessere per i dipendenti.
Il 21% dei grandi datori di lavoro che offrono assicurazioni sanitarie stanno già raccogliendo informazioni dai dispositivi indossabili dei loro dipendenti, secondo un sondaggio della Kaiser Family Foundation.
Philip Gordon, un avvocato di Denver dello studio legale Littler Mendelson che si concentra sui problemi di privacy sul posto di lavoro, ha detto che i potenziali problemi di accuratezza sono un altro motivo per cui i datori di lavoro dovrebbero procedere con cautela prima di implementare qualsiasi programma di benessere importante.
“È un buon esempio di un potenziale effetto collaterale nascosto della tecnologia”, ha detto. “Ed è per questo che è così importante per i datori di lavoro capire davvero la tecnologia e le informazioni che sta generando prima di lanciare gli indossabili sul posto di lavoro.”
Da quando ha abbandonato il suo Fitbit, Ross è passato a usare un Apple Watch per monitorare la sua frequenza cardiaca. Pensa che sia più accurato – ma non è convinto che sia buono come il semplice calcolo delle pulsazioni con un timer.
“Lo uso per monitorare la frequenza cardiaca … Ma controllo anche manualmente la mia frequenza cardiaca per essere sicuro di sapere esattamente qual è la mia frequenza cardiaca”, ha detto. “È un buon strumento, ma non è qualcosa da cui dipendere.”
I ricercatori hanno fatto eco allo stesso sentimento – che la tecnologia è utile, ma forse non così ben studiata come dovrebbe essere.
“Queste tecnologie sono davvero utilizzate in modo da poter raccogliere la frequenza cardiaca in ambienti reali. Tecnologicamente, è uno dei pochi modi in cui possiamo farlo in questo momento”, ha detto Nelson, il candidato post-dottorato in Oregon. “Quindi, mentre ci sono una serie di limitazioni davvero importanti a cui gli scienziati dovrebbero prestare attenzione, comprese cose come il tono della pelle, l’indice di massa corporea e la circonferenza del polso, è un po’ la tecnologia che abbiamo in questo momento.”
Questa storia è stata aggiornata dopo che Apple ha chiarito che ha usato la luce infrarossa nei suoi dispositivi per il monitoraggio periodico della frequenza cardiaca, non per affrontare il modo in cui la melanina nella pelle assorbe la luce verde, e per includere dichiarazioni di funzionari Fitbit.