66
1 The effects of transcutaneous electroacupuncture stimulation (TEAS) on heart rate variability (HRV) and nonlinearity (HRNL): Is stimulation frequency or amplitude more important? David Mayor, a, 1 Tony Steffert, a, b Deepak Panday a a. University of Hertfordshire; b. Open University. Contents Background p. 2 Heart rate variability (HRV) Nonlinearity (NL) Electroacupuncture Parameters of EA and TEAS, their effects on HRV, and the rationale for this study Methods p. 5 Results p. 7 1. Coefficient of variation (CV) 2. Significant differences in HRV measures and HRNL when comparing stimulation amplitudes and frequencies in the same time slots 3. Changes over time: Significant differences in HRV measures and HRNL between baseline (Slot 1) and post‐TEAS (Slot 6), for the different TEAS amplitudes and frequencies 4. Significant differences in HRV measures and HRNL within the same time slots and over time: Comparing effect sizes 5. Numbers of significant differences in HRV measures and HRNL indices when comparing TEAS amplitudes and frequencies within slots 6. Graphical illustrations of changes in median values of HRV measures and HRNL indices over time, showing TEAS amplitude and frequency effects 7. Summarising %Diff between median values of HRV measures and HRNL indices over time, showing TEAS amplitude and frequency effects 8. Increases and decreases in HRV measures over time, between slots 1 and 6 Discussion p. 58 Main findings Possible directions for further research Limitations 1 Corresponding author: davidmayorwelwynacupuncture.co.uk

The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

1  

The effects of transcutaneous electroacupuncture stimulation (TEAS)          

on heart rate variability (HRV) and nonlinearity (HRNL):  

Is stimulation frequency or amplitude more important?  David Mayor,a, 1 Tony Steffert,a, b Deepak Pandaya  

 

a. University of Hertfordshire; b. Open University. 

 

 

Contents 

Background                                 p. 2  

  Heart rate variability (HRV) 

  Nonlinearity (NL) 

  Electroacupuncture 

  Parameters of EA and TEAS, their effects on HRV, and the rationale for this study 

 

Methods                                 p. 5 

Results                                   p. 7 

  1. Coefficient of variation (CV) 

  2. Significant differences in HRV measures and HRNL when comparing stimulation    

    amplitudes and frequencies in the same time slots 

  3. Changes over time: Significant differences in HRV measures and HRNL between baseline 

    (Slot 1) and post‐TEAS (Slot 6), for the different TEAS amplitudes and frequencies 

  4. Significant differences in HRV measures and HRNL within the same time slots and 

    over time: Comparing effect sizes 

  5. Numbers of significant differences in HRV measures and HRNL indices when comparing 

    TEAS amplitudes and frequencies within slots 

  6. Graphical illustrations of changes in median values of HRV measures and HRNL indices 

    over time, showing TEAS amplitude and frequency effects 

  7. Summarising %Diff between median values of HRV measures and HRNL indices over time, 

    showing TEAS amplitude and frequency effects 

  8. Increases and decreases in HRV measures over time, between slots 1 and 6 

 

Discussion                                 p. 58 

 

  Main findings 

  Possible directions for further research 

  Limitations 

 

                                                            1 Corresponding author: davidmayorwelwynacupuncture.co.uk 

Page 2: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

2  

Conclusions                                 p. 61  

 

Author contributions 

 

Acknowledgements 

 

Appendix                                 p. 62 

References                                 p. 63 

 

 

 

Background 

In March 2019, the corresponding author (DM) presented a poster about the frequency‐specific 

effects of transcutaneous electroacupuncture stimulation (TEAS) on heart rate variability (HRV) at 

the 21st International Acupuncture Research Symposium in London organised by the Acupuncture 

Research Resource Centre (Mayor et al. 2019).  

What follows in italics is taken directly from the online background information provided for that 

poster.  

Heart rate variability (HRV) 

Heart rate (HR) is not a constant, but varies, and heart rate variability (HRV) is considered to be a 

measure of the interplay between the sympathetic and parasympathetic nervous systems. The 

general consensus is that – up to a point – the greater the HR variability or its complexity, the more 

healthy are the autonomic and cardiac systems – as well as other physiological functions with which 

they interact (see below for further information; further references may be found in Steffert & Mayor 

2014). HRV is thus increasingly used, both clinically and experimentally, with over 9000 citations 

currently in PubMed, over 130 of which also mention acupuncture (around 1.4% of the total, 

although down from 1.5% in 2014). The earliest study on acupuncture and HRV in PubMed dates 

back to 1995 (Shi et al.). 

Nonlinearity (NL) 

Nonlinearity (NL) can be defined as characterising a system whose output is not simply definable or 

predictable from knowing its input – in other words, its components interact non‐additively. The 

heart, influenced by many physiological factors, is such a system, and its activity – in particular the R‐

to‐R inter‐beat interval (IBI) – is nonlinear as well as variable.  

Several HRV measures in the frequency domain – usually computed using the fast Fourier transform 

(FFT) – assume linearity of data; other, ‘nonlinear’ measures assume that data are nonlinear. Both 

linear and nonlinear measures are often recommended to be used together, and many studies have 

Page 3: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

3  

been published with findings that nonlinear measures provide greater diagnostic differentiation than 

linear measures alone.  

Therefore, it would be useful to have some measure of how nonlinear a data sample is in order to 

assess the accuracy of results using measures which assume at least a degree of linearity or 

nonlinearity (Acharya et al. 2006). 

Pedro Bernaola‐Galván and colleagues at the University of Málaga have proposed a family of NL 

indices of a time series based on the deviation of the autocorrelation function of the magnitude 

(absolute value, |x|) of the original time series from the same function for a sample of linear 

Gaussian noise (Bernaola‐Galván et al. 2017). They have used these indices to explore differences in 

nonlinear heart dynamics (heart rate nonlinearity, HRNL) during rest and exercise in soccer players 

(Gómez‐Extremera et al. 2018). Ours is the first large‐scale study by other researchers to make use 

of the Málaga method. 

Electroacupuncture 

Electroacupuncture (EA) and transcutaneous electroacupuncture stimulation (TEAS) are generally 

applied at low (2‐4 Hz), midrange (8‐25 Hz) or high (50‐200 Hz) frequencies, or using alternating 

(‘dense‐disperse’) low and high frequencies (Mayor 2016).  

In 2014, DM presented a poster at an earlier Acupuncture Research Symposium on how acupuncture 

treatment factors contribute to changes in HRV (Steffert & Mayor 2014), especially when using EA or 

TEAS. Based on three small pilot studies (total number of participants 23, attending for 76 visits in 

all), the conclusion was that there was a small but non‐significant difference in several HRV measures 

in response to stimulation at 2.5 Hz (cycles per second) or pulses per second (pps), with less of an 

effect for stimulation at 10 Hz/pps. These effects of frequency on HRV were probably masked by 

those of other treatment factors, particularly the individual responsiveness of study participants.  

Following these and other pilot studies, in 2015‐2016 we conducted a larger study with the same 

objective, namely to ascertain if stimulation has frequency‐specific effects on HRV. In February this 

year the ECG R‐to‐R ‘inter‐beat interval’(RR) data from the study finally became available (Fig 1), and 

we were able to start analysing the data.  

 

Figure 1. The ECG RR inter‐beat interval, from which all HRV measures are derived 

(from Cornforth et al. 2015). 

Page 4: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

4  

During the poster presentation at the ARRC Symposium this year, one of the delegates questioned 

DM’s unspoken assumption that acupuncture should be non‐stressful to achieve beneficial effects, 

and asked whether we had considered the effects of stimulation amplitude on HRV. This second 

presentation on HRV from our more comprehensive study is the result of that question. 

Parameters of EA and TEAS, their effects on HRV, and the rationale for this study  

Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is traditional 

acupuncture or electroacupuncture (EA), indicating that both have effects on the autonomic nervous 

system (Mayor 2007). However, EA and transcutaneous EA stimulation (TEAS) are often used 

without understanding the autonomic effects of different parameters of frequency and amplitude. 

This study investigates such effects using HRV measures and HRNL indices.  

A brief review of prior research into these effects was provided in our 2014 study (Steffert & Mayor 

2014). A further literature review was then undertaken, with 591 papers located in Medline using 

the search terms “(TENS OR electroacupuncture) AND (autonomic OR parasympathetic)”.        

Findings from the few papers comparing different parameters or reporting parameter‐specific 

effects indicated that: 

Low frequency (LF) TENS or EA may decrease sympathetic nervous system (SNS) activity and/or 

increase parasympathetic nervous system (PNS) activity (Cui et al. 2016; do Amaral Sartori et al. 

2018; Liu et al. 2014; Michikami et al. 2006; Olyaei et al. 2004).  

In particular, 1 Hz EA at point P4 (ximen) was found to decrease heart rate (HR) more than EA at 5 or 

10 Hz (Nakahara et al. 2016), and 2 Hz EA at acupuncture points ST36 (zusanli) and ST37 (shangjuxu) 

to increase vagal activity whereas 15 Hz EA increased sympathetic activity (Jia et al. 2011). In 

contrast, other researchers found increased SNS activity following 2 Hz EA at ST36 (Chang et al. 

2005).  

However, the amplitude of 2 Hz EA was also found to be important, with stronger deqi leading to 

more sympathetic activation (Yu & Jones 2013), and similarly for high amplitude TENS (20 x motor 

threshold, albeit in anaesthetised rats) (Liao et al. 2002). Thus amplitude may have a confounding 

effect in some of these studies on the effects of frequency.     

Furthermore, it should always be borne in mind that EA tends to have a normalising effect (Mayor 

2007), and in acute myocardial ischaemia LF EA may in fact increase sympathetic activity (Cai et al. 

2007; Wu et al. 2010). 

Mid frequency: Comparing the effects of TENS at 10 Hz and 100 Hz on HRV, Stein et al. (2011) found 

the former tended to enhance parasympathetic activity and decrease sympathetic activity, with 100 

Hz TENS having an opposite effect. 10 Hz EA similarly stimulated parasympathetic activity and 

inhibited sympathetic activity when applied at ST36 in rats suffering restraint stress (Imai et al. 

2009), although if applied at ST25, the same stimulation had a stimulatory effect on SNS activity 

(Imai et al. 2008).      

High frequency: On the other hand, high frequency (HF) EA may enhance SNS activity immediately 

after stimulation, although after a further 20 minutes it may also enhance PNS activity             

Page 5: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

5  

(Hideaki et al. 2015).2 Other researchers have also found that HF EA may increase PNS activity (Lee 

et al. 2011; Waki et al. 2017), and some that neither HF nor LF EA have significant effects on HRV in 

healthy volunteers (Chang et al. 2010) or dogs (Kimura & Hara 2008). TENS – whether high‐

frequency/low‐intensity, low‐frequency/high‐intensity, or sham, similarly failed to differentially 

effect SNS responses in an earlier study (Reeves et al. 2004).  

In the present study, which is larger than most of those cited above, we aim to clarify the effects of 

both amplitude and frequency of stimulation on the autonomic nervous system, using a greater 

variety of HRV measures than is usual, as well as some innovative HRNL indices. We believe our 

findings may have clinical application for those that use EA and TEAS, but will also throw light on 

broader issues that are relevant to acupuncture practice as a whole and assist understanding of the 

dynamics of the autonomic nervous system.    

Methods                                  

The methods used in this single‐centre, randomised, single‐blind, four‐way cross‐over study are 

taken directly from the online background material to our earlier poster (Mayor et al. 2019): 

Ethics approval for the study was granted by the Health and Human Sciences Ethics Committee with 

Delegated Authority of the University of Hertfordshire (UH) – Protocol number HSK/SF/UH/00124. 

Participants were healthy volunteers recruited from among staff and students at the University, local 

complementary health practitioners and other contacts. Exclusion criteria included past serious head 

injury, respiratory conditions that might impair nose breathing, wearing of an implanted electronic 

device, impaired peripheral circulation or cutaneous sensory deficit of the hands, or current 

shoulder, arm or hand injury. Those with severe learning disabilities unlikely to be able to complete 

their involvement in or otherwise comply with the requirements of the study were also excluded, as 

was anyone with only minimal understanding of English. Dependency on prescribed or other 

psychoactive substances, or very heavy use of caffeine, nicotine or alcohol, also led to exclusion. 

Those currently undergoing other non‐routine (i.e. not ‘preventive’) non‐pharmacological or 

complementary medical treatments could also be excluded (depending on circumstances). Women 

who knew they were pregnant were excluded in all cases. 

 

After completion of some online questionnaires and an explanation of the procedures to be followed, 

participants attended for their first session, attending for four in all (except for four who dropped out 

after only one session, and another who only completed three sessions).  

Informed consent was obtained, further paper questionnaires completed, and the participants were 

then prepared for the session. This preparation, which took around 15 minutes, involved fitting an 

EEG cap with head movement sensors attached, and affixing ECG electrodes to the forearms, as well 

as other sensors to the fingers of both hands (Fig 2A). The EEG cap, ECG electrodes and other sensors 

were worn for the remainder of the session (usually around 60 to 90 minutes). The EEG cap and other 

sensors were being used for further experiments for which the data have not yet been analysed.  

                                                            2 This may correspond to patterns of initial activation followed by deactivation found for both high‐ and low‐frequency EA and TEAS in fMRI studies (Jiang et al. 2014; Li et al. 2014). 

Page 6: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

6  

Following an initial 5‐minute baseline recording, TEAS was applied for 20 minutes to each hand, with 

a short pause halfway through to allow further questionnaires to be completed and participants to 

rest briefly. In each 10‐minute period, TEAS was applied first to the left hand at a slowly increasing 

amplitude, the output level at which the participant first felt the stimulation (their ‘sensory 

threshold’) was recorded, and then output increased to a level considered ‘strong but comfortable’ 

by the participant. This was recorded and taken to indicate the participant’s ‘tolerance threshold’ on 

the left hand. While TEAS on this hand continued, stimulation was turned up in the same way on the 

right, and then TEAS continued for ten minutes on both hands (see Mayor 2018 for further details). 

ECG recording continued during stimulation, which was between the acupuncture point LI4 (hegu) 

and the ulnar border of each hand (JR Worsley’s location for SI3, houxi ). In other words, current only 

passed between the electrodes on each hand, and did not flow through the arms and torso, so that it 

should not affect the heart directly.3 After stimulation (and completion of other questionnaires), 

recording was continued for a further 15 minutes to assess post‐stimulation changes. Electrodes and 

sensors were removed, and further questionnaires filled out before the participant left.  

 Figure 2. A. ECG electrodes for two separate amplifiers on right forearm, with additional pulse 

oximeter for photoplethysmography (PPG) on finger. B. The stimulator used in our study. 

A charge‐balanced Equinox E‐T388 stimulator (Equinox International, St Peter Port, Guernsey, shown 

in Fig 2B) was used in all four sessions, and set at one of four different frequencies – 2.5 alternating 

monophasic pulses per second (pps), 10 pps, 80 pps or 160 pps in each session (strictly speaking, the 

frequency or number of cycles of stimulation per second, in units of Hertz, was at half these values). 

For the three lower frequencies, output amplitude was set to provide a ‘strong but comfortable’ 

sensation for that particular participant – as described in a presentation on the effects of amplitude 

at the AACP conference in Leeds last October (Mayor 2018). In contrast, 160 pps was applied as a 

‘sham’ treatment, with the device switched on (and a flashing light visible), but the output amplitude 

remaining at zero throughout – although a pretence was made of turning up the amplitude out of 

sight of the participants. Nonetheless, the stimulation (at 80 and 160 pps) was visible as an 

interference pattern (envelope) on one of the screens showing the recorded ECG (although hidden 

                                                            3 In our earlier pilot studies, we used acupuncture points LI4 and ST36, in accordance with common practice in studies researching the effects of TEAS (or EA) on the EEG (Mayor 2015, unpublished) and HRV (Liu et al. 2014; Yu & Jones 2013). SI3 was only used to provide a location for the return electrode on each hand, not for any specific therapeutic purpose.   

A  B

Page 7: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

7  

from participants’ view so as not to distract them), and some participants were aware of a sensation 

in their hands at some moments during their sham session. The different stimulation frequencies for 

each participant were applied in a semi‐randomised balanced order.      

ECG data was collected using two different systems concurrently, the data for this HRV analysis being 

collected in eight five‐minute recordings during each session (i.e. for a total of 40 minutes) from a 

Mitsar‐EEG‐202 amplifier with WinEEG software v2.114.81 (Mitsar, St Petersburg, Russia), sampled 

at 2000 Hz and stored at 500 Hz.  

Following collection, the data for each session was split into its eight five‐minute component 

recordings (‘slots’), exported into Matlab, and each recording was then processed separately using 

Kubios HRV Premium software (v3.1; Kuopio, Finland), with an automatic RR correction algorithm to 

deal with artefacts and a ‘smoothness priors’ method of trend removal. For spectrum estimation, a 

piecewise cubic spline interpolation was used with the default rate of 4 Hz, and the Lomb‐Scargle 

rather than Welch’s periodogram (Clifford & Tarassenko 2005; Van Dongen et al. 1999). 

The graphed output from the Kubios HRV software for each of the resulting recordings was then 

examined carefully for any remaining unusual findings or artefacts (focusing on plots of the RR inter‐

beat intervals, RR and heart rate (HR) histograms and SD2/SD1 Poincaré plots). RR Data that was too 

noisy for automatic artefact correction was then pre‐processed manually in Matlab R2015a 

(Mathworks, Cambridge, UK), and the results processed using the Kubios HRV software as before. 

Following this lengthy procedure, 1988 5‐minute time series were available for further analysis 

(complete datasets for 55 participants, with one session incomplete for each of 2.5 pps and 80 pps, 

two for sham and four for 10 pps stimulation). The various measures produced by the software were 

finally sorted and collated in Matlab into spreadsheets suitable for statistical analysis using Excel 

2010 (Microsoft, Seattle, WA) and SPSS (v 23; IBM, Armonk, NY).  

 

Standard procedures were used to assess whether our HRV data were normally distributed or not, 

and non‐parametric statistical methods adopted as a result. For correlations, Spearman’s rho was 

used in preference to Pearson’s r (for further details, see Mayor et al. 2019, p. 7). Other non‐

parametric methods used were the Wilcoxon signed ranks test and the Binomial test. Data were 

analysed for the various stimulation frequencies (2.5 pps, 10 pps, 80 pps and, where relevant, sham) 

and amplitudes. Amplitude was defined as the average of the four tolerance thresholds recorded in 

each session (beginning on the left and then on the right hand, at the start of the first and second 

ten‐minute periods of stimulation). For each active frequency, amplitude was defined as ‘high’ or 

‘low’, relative to the group median amplitude for that frequency. An initial graphical analysis was 

also undertaken to obtain an overview of trends and differences.  

 

Results 

 

1. Coefficient of variation (CV) 

As described in our ARRC Symposium poster and in the Appendix here, those HRV measures and 

heart rate nonlinearity (HRNL) indices with coefficient of variation (CV) greater than 0.4 were initially 

considered most likely to show differences in response to stimulation at different frequencies or 

amplitudes. Table 1 shows those HRV measures and the two HRNL indices with highest CV.   

Page 8: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

8  

Table 1. HRV and main HRNL measures with CV > 4. 

Measure PNS  SNS  HFabs LF/HF D2 D1+D2 

Av  ‐1.641  1.015  1.841  2.519  41026.168  8.830 

SD  45.467  9.989  9.649  15.429 1155221.277 108.559 

CV  27.713  9.844  5.240  6.126  28.158  12.294 Measure MSE1  MSE4 MSE5 MSE6 MSE18 MSE20 

Av  1.146  1.240  1.198  1.250  2.666  2.649 

SD  4.657  6.525  4.946  5.793  13.089  18.0750 

CV  4.063  5.262  4.130  4.636  4.910  6.815 

 

However, it may not always be the case that a measure with greater CV is more likely to 

demonstrate statistically significant differences between conditions than a measure with lower CV; 

other factors may also contribute to such differences (see e.g. Kobayashi et al. 2011). We therefore 

did not follow this line of investigation further. 

2. Significant differences in HRV measures and HRNL when comparing stimulation amplitudes and 

frequencies in the same time slots 

Table 2 shows those HRV measures and one HRNL index that most often showed significant 

differences between the various TEAS conditions in each of the different slots, using the non‐

parametric Wilcoxon signed ranks test (high vs low amplitude for the same stimulation frequency, 

i.e. in 8 x 3 comparisons, and among the different stimulation frequencies disregarding amplitude, 

i.e. in 8 x 6 comparisons). These overlap with but are not the same as those shown in Table 1.   

Table 2. HRV measures and HRNL index most responsive to different TEAS conditions.             

Numbers indicate how many times differences in each measure were significant, summed over       

all eight slots. Only those measures in the upper quartile of counts are included (N ≥ Q3). 

Category  Measure/index  N comparing amplitudes (max 24) 

N comparing frequencies (max 48)  

Shared   General PNS Time domain rMSSD 4 

NNxx pNNxx Frequency domain HFabs HFlog Nonlinear SD14 SD2/SD1 DFA α1 

 7  7 7 6  6 6  7 8 12 

 12  15 11 7  6 5  15 13 6 

N ≥ Q3 (6) for amplitude only 

General n/a Time domain n/a 

    

 

                                                            4 rMSDSS and SD1 are – although classified as ‘time domain’ and ‘nonlinear’, respectively – computationally identical (Brennan et al. 2001; Ciccone et al. 2017).   

Page 9: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

9  

Frequency domain HF% HFnu LFabs LFlog LF% LFnu LF/HF Nonlinearity indices D1+D2 

 14 14 6 6 15 14 15  6 

N ≥ Q3 (5) for frequency only 

General SNS Time domain n/a Frequency domain n/a Nonlinear ShannEn SampEn/MSE1 MSE5 MSE7 MSE19 

   5      8 8 6 7 9 

Totals    156  133 

 

Note that the measures in the upper quartile for TEAS amplitude were all (apart from D1+D2) in the 

frequency domain, and those in the upper quartile for TEAS frequency were all (apart from SNS) in 

the nonlinear (entropy or complexity) domain, and that total numbers of differences between 

stimulation amplitudes exceeded those for the differences among stimulation frequencies by around 

17%. 

Key to abbreviations in Tables 1, 2, 5 and 11.   General measures  PNS: Parasympathetic nervous system (PNS) tone index [P]   This is a relatively new HRV measure developed by Mika Tarvainen’s team in Finland, and is a composite based on two time‐domain HRV measures – the mean R‐to‐R (RR) inter‐beat interval and the square root of the mean squared differences between successive RR intervals (rMSSD) – together with one frequency‐domain HRV measure, normalised power in the high‐frequency band of the HRV spectrum, or HFnu (Mayor et al. 2019 p. 6).5  SNS: Sympathetic nervous system (SNS) tone index [S]   This index, again developed by Tarvainen’ group, is a composite based on measures from three different domains – mean heart rate (HR), the square of Baevsky’s ‘Stress index’ (SI) (Baevsky & 

                                                            5 In later versions of the Kubios HRV software than that used to process our study data (Version 3.1.0, released 19.3.2018), HFnu has now been replaced by the Poincaré plot parameter SD1 (Tarvainen et al. n.d.).   

Page 10: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

10  

Berseneva 2008; Tarvainen et al. n.d.) and normalised power in the low‐frequency band of the HRV spectrum, or LFnu (Mayor et al. 2019 p. 6).6  SI: Stress index [S] – See under SNS.  Time domain measures  RR: Mean R‐to‐R inter‐beat interval in the ECG data [P].  HRmean: Mean heart rate [S]; also HRmax [S] and HRmin [S].    rMSSD: Square root of the mean squared differences between successive RR intervals [P].  NNxx: The number of successive RR interval pairs that differ more than xx ms (with xx= 50 by default) [P].  pNNxx: NNxx divided by the total number of RR intervals (Malik 1996) [P].  Frequency domain measures  HFabs: Absolute power (ms2) in the high‐frequency band of the HRV spectrum (0.15 to 0.4 Hz) [P].  HFlog: Natural logarithm transformed value of HFabs [P].  HF%: Relative power in the HF band [P].  HFnu: Ratio of HFabs/(Total Power – VLFabs) x 100 [P].  LFabs: Absolute power (ms2) in the low‐frequency band of the HRV spectrum (0.04 to 0.15 Hz) [S].  LFlog: Natural logarithm transformed value of LFabs [S].  LF%: Relative power in the LF band [S].  LFnu: Ratio of LFabs/(Total Power – VLFabs) x 100 [S].  LF/HF: The ratio of LF and HF powers (LF/HF) [~S] (Heathers 2014)  [VLFabs: Absolute power (ms2) in the very low‐frequency band of the HRV spectrum.7]  TotPwr: Sum of LFabs, HFabs and VLFabs [P].  HF.Hz: Peak frequency in the HF band [P?].  LF.Hz: Peak frequency in the LF band [S?].  

                                                            6 Prior analysis of SI values for participants in our study (Mayor et al. 2019) was not altogether reassuring as to its validity, and this may also have impacted the SNS indices that resulted. In recent versions of Kubios HRV, LFnu has now been replaced by the Poincaré plot parameter SD2 (Tarvainen et al. n.d.).        7 VLFabs is only appropriate for ECG recordings lasting longer than a few minutes, so was not analysed in this study.  

Page 11: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

11  

Nonlinear (complexity/entropy) measures  SD1: Short‐term standard deviation of the RR interval Poincaré plot [P] (Brennan et al. 2001).   SD2/SD1: Ratio of the short‐ and long‐term standard deviations of the RR interval Poincaré plot [~S] ( Hsu et al. 2012).  ApEn: Approximat entropy [P] (Pincus 1991), a precursor to SampEn, but still often used in HRV studies.  SampEn: Sample entropy [P], a ‘conditional entropy’ measure of complexity (Azami & Escudero 2018), considered more accurate than ApEn (Richman & Moorman 2000).   ShannEn: Shannon entropy [S?], the simplest form of entropy to calculate, but in some ways more difficult to interpret than conditional entropy measures such as SampEn .8   DFA α1: Detrended fluctuation analysis (DFA) short term fluctuation slopes (alpha1) [S] measures the fractal properties of HRV (Silva et al. 2017).  MSE1 [P] to MSE20 [S?]: Multiscale entropy, scales 1 to 20 (Costa et al. 2005), with scale 1 equivalent to Sample entropy (SampEn).   Nonlinearity indices  D2 and D1+D2 [P]: These are HRNL indices (see above, pp. 2‐3). pD2 [S] is the probability that a given time series is linear when NL is computed using D2.    PNS‐like [P] and SNS‐like [S] measures and indices  In the list above, those measures whose increase in healthy volunteers may indicate enhanced parasympathetic functioning or beneficial effects are followed by ‘[P]’, and those whose increase may indicate enhanced sympathetic functioning (and possibly stress or less good parasympathetic or other functioning) with ‘[S]’. However, there is still considerable controversy on whether it is correct to allocate even some of the most commonly used HRV measures – HF and LF variants and their ratio – to the ‘[P]’ or ‘[S]’ category (Heathers 2014), so although this classification is useful in distinguishing ‘PNS‐like’ and ‘SNS‐like’ measures, it should not be taken as immutable,9 and for some measures – particularly MSE at scales >2 – attempting such a Procrustean binary classification may be inappropriate.   It is therefore often considered advisable to utilise more than one measure when analysing HRV findings (Voss et al. 2006). This is the approach we have adopted here. Further information on HRV measures can be found in Tarvainen et al. 2019, and the HRV literature.  

 

                                                            8 In our last conference poster (Mayor et al. 2019), ShannEn was interpreted as ‘PNS‐like’, but further analysis of our HRV study data has indicated that it may change in the opposite direction to SampEn (see below, p. 30). This has been found in certain circumstances by other authors as well (Intharakham et al. 2017).  9 There is a lack of agreement on which MSE scales can be considered ‘PNS‐like’ and which ‘SNS‐like’, for example (Mayor et al. 2019, pp. 13‐14). 

Page 12: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

12  

2.1. Comparisons within the same time slots: Effect size (ES) for the significant results found with the 

Wilcoxon signed‐ranks test 

Effect size (ES) was calculated from Z scores and the total number N of participants in each 

comparison using the formula ES = Z/√(N) (Watson 2011). Median ESs are shown in Table 3. 

Table 3. Summary of median ES for the various comparisons outlined in Table 2. 

Category  Measure/index  Median ES comparing amplitudes 

Median ES comparing frequencies   

Shared   General PNS Time domain rMSSD  

NNxx pNNxx Frequency domain HFabs HFlog Nonlinear SD1 SD2/SD1 DFA α1 

 0.27  0.26 0.27 0.275  0.31 0.31  0.26 0.295 0.31 

 0.29  0.30 0.27 0.28  0.295 0.31  0.30 0.37 0.285 

N ≥ Q3 (6) for amplitude only 

General n/a Time domain n/a Frequency domain HF% HFnu LFabs LFlog LF% LFnu LF/HF Nonlinear D1+D2 

     0.345 0.35 0.265 0.265 0.34 0.345 0.34  0.30 

     0.305 0.33 n/a n/a 0.34 0.33 0.28  0.27 

N ≥ Q3 (5) for frequency only 

General SNS Time domain n/a Frequency domain n/a Nonlinear ShannEn SampEn/MSE1 MSE5 MSE7 MSE19 

 0.27      0.27 0.25 0.35 0.34 0.375 

 0.29      0.33 0.315 0.295 0.33 0.34 

 

Page 13: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

13  

Note that ES for a particular ‘shared’ or ‘frequency only’ HRV measure was more often marginally 

larger when comparing frequencies than when comparing amplitudes (10 vs 5 instances) , and more 

often smaller for HRV measures not in the upper quartile (11 of 14 results in the greyed‐out cells). 

The largest ES was for SD2/SD1, comparing frequencies, and the smallest ES for SampEn/MSE1, 

comparing amplitudes.    

Table 4 shows median values of ES in the different slots, for all measures and indices taken together, 

illustrating again that ES was often marginally larger when comparing frequencies than when 

comparing amplitudes.10  

Table 4. Median values of ES in the different slots, for all measures and indices taken together. 

Comparison  Slot 1  Slot 2  Slot 3  Slot 4  Slot 5  Slot 6  Slot 7  Slot 8  Median

High/low  2.5 pps 

0.33  0.35  0.30  0.34  0.26  0.255  0.25  0.27  0.285 

High/low  10 pps 

0.28  0.32  0.30  0.30  0.29  0.33  0.315  0.30  0.30 

High/low  80 pps 

0.26  0.30  0.28  0.29  0.27  0.28  0.265  0.35  0.28 

Median All  0.28  0.32  0.30  0.30  0.27  0.28  0.265  0.30  0.29 

Comparison  Slot 1  Slot 2  Slot 3  Slot 4  Slot 5  Slot 6  Slot 7  Slot 8  Median

2.5 vs sham  0.32      0.32      0.33  0.28  0.32 

2.5 vs 10  0.28    0.30    0.315  0.27    0.28  0.28 

2.5 vs 80  0.315  0.31  0.26  0.30  0.315  0.28    0.27  0.30 

10 vs sham  0.41    0.275  0.29    0.295  0.315  0.30  0.30 

10 vs 80    0.33  0.345  0.28  0.285    0.28    0.285 

80 vs sham  0.45  0.30  0.30  0.31  0.295  0.31  0.30  0.26  0.30 

Median All  0.32  0.31  0.30  0.30  0.305  0.2875  0.3075  0.28  0.30 

 

Median ES across all slots for the difference between amplitudes was greatest at 10 pps, and for the 

difference between 2.5 pps and sham. 

   

A somewhat problematic finding here is that there were already some significant differences at 

baseline (in Slot 1). Although for the amplitude comparisons the ES of the baseline differences was in 

general less than that for those in subsequent slots (except at 2.5 pps from Slot 5 onwards), in 

contrast, for the frequency comparisons, median ES was greatest at baseline, reducing thereafter. 

This issue is discussed further below.  

 

3. Changes over time: Significant differences in HRV measures and HRNL between baseline (Slot 1) 

and post‐TEAS (Slot 6), for the different TEAS amplitudes and frequencies 

 

Table 5 lists those measures which exhibited significant changes between baseline and post‐TEAS, 

for different frequencies and amplitudes of stimulation. As previously stated (Mayor et al. 2019), by 

Slot 8 several participants were fatigued or experiencing discomfort, so for a first analysis, only the 

difference between baseline and Slot 6 is considered here. The measures are separated into ‘PNS‐

                                                            10 Although amplitudes were compared for each stimulation frequency separately, and frequencies for high and low amplitudes taken together, the resulting difference in sample sizes would not influence the ESs found (Sullivan & Feinn 2012). 

Page 14: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

14  

like’ measures, whose increase probably indicates more parasympathetic activation, and ‘SNS‐like’ 

measures, whose increase probably indicates more sympathetic activation. However, this is not 

altogether clear‐cut in the literature, with increases in some SNS‐like measures more likely to 

represent decreased parasympathetic activity, or a different balance between sympathetic and 

parasympathetic activity (Heathers 2014). 

Table 5. HRV and HRNL measures exhibiting significant changes between baseline and post‐TEAS. 

Changes in measures in red type were in the opposite direction to those expected from the 

literature or prior analysis. ES is shown for each significant result using the Wilcoxon signed ranks 

test, as well as counts of increases and decreases over time. Maxima in each section of the Table are 

shown in bold, minima underlined. 

  PNS‐like  ES  Inc:dec  SNS‐like  ES  Inc:dec 

sham  PNS HF% HFnu SampEn/MSE1 

0.44 0.49 0.49 0.33 

19:44 19:44 20:43 22:41 

HRmean HRmax LFlog LF% LFnu LF/HF SD2/SD1 DFA α1  MSE8 MSE9 MSE19 

0.26 0.34 0.32 0.48 0.49 0.40 0.35 0.47 0.26 0.29 0.38 

40:23 42:21 37:26 45:18 43:20 43:20 41:22 47:16 38:25 41:22 19:44 

2.5 pps (high amp) 

SDNN SDHR HF% HFnu TotPwr MSE2 

0.64 0.57 0.48 0.48 0.67 0.35 

26:5 24:7 7:24 8:23 25:6 11:20  

SI LFabs LFlog LF% LFnu LF/HF SD2 SD2/SD1 DFA α1  pD2 

0.44 0.71 0.70 0.44 0.48 0.52 0.71 0.40 0.44 0.36 

8:23 27:4 27:4 23:8 23:8 23:8 27:4 22:9 20:11 21:9 

2.5 pps (low amp) 

PNS NNxx pNNxx HF% HFnu 

0.48 0.39 0.55 0.59 0.55 

10:22 12:18 10:20 8:24 8:24 

LF% LFnu LF/HF SD2/SD1 MSE9 MSE16 

0.50 0.54 0.53 0.43 0.48 0.37 

22:10 24:8 24:8 22:10 22:10 21:11 

2.5 ALL  PNS SDNN SDHR HF% HFnu TotPwr SampEn/MSE1 

0.26 0.37 0.37 0.54 0.52 0.40 0.26 

25:38 40:23 41:22 15:48 47:16 41:22 23:40 

LFabs LFlog LF% LFnu LF/HF SD2 SD2/SD1 DFA α1 MSE12 MSE18 pD2 

0.56 0.50 0.47 0.52 0.53 0.45 0.42 0.42 0.27 0.25 0.32 

45:18 45:18 45:18 47:16 47:16 44:19 44:19 38:25 40:23 39:24 38:23 

Page 15: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

15  

10 pps (high amp) 

SDNN SDHR HF% HFnu 

0.35 0.43 0.46 0.45 

21:11 22:10 8:24 8:24 

SI LFabs LFlog LF% LFnu LF/HF SD2 DFA α1 MSE4 MSE16 

0.39 0.37 0.41 0.40 0.45 0.37 0.37 0.52 0.42 0.39 

9:23 23:9 23:9 23:9 24:8 24:8 22:10  24:8 22:10 11:21 

10 pps (low amp) 

RR ApEn 

0.37 0.40 

20:11 10:21 

HRmean pD1+D2 

0.36 0.44 

11:20 9:22 

10 ALL  HF% HFnu 

0.25 0.25 

24:39 23:40 

LF.Hz LF% LFnu LF/HF SD2/SD1 

0.28 0.26 0.25 0.25 0.27 

20:38 40:23 40:23 40:23 40:23 

80 pps (high amp) 

HF% HFnu 

0.63 0.61 

7:23 8:22 

LF% LFnu LF/HF SD2/SD1 DFA α1 

0.61 0.61 0.48 0.40 0.52 

23:7 22:8 22:8 19:11 23:7 

80 pps (low amp) 

HF% HFnu SampEn/MSE1 

0.50 0.47 0.36 

8:23 8:23 13:18 

LFabs LFlog LF% LFnu LF/HF SD2/SD1 DFA α1 MSE9 MSE19 

0.41 0.44 0.43 0.47 0.40 0.45 0.49 0.39 0.56 

22:9 22:9 24:7 23:8 23:8 23:8 25:6 22:9 22:9 

80 ALL  PNS HF% HFnu  

0.30 0.56 0.55  

27:34 15:46 16:45  

HRmin LFabs LFlog LF% LFnu LF/HF SD2/SD1 DFA α1 ShannEn MSE11 MSE19 

0.35 0.30 0.39 0.52 0.55 0.45 0.44 0.50 0.28 0.28 0.34 

24:37 41:20 41:20 47:14 45:16 45:16 42:19 48:13 38:23 39:22 37:24 

ALL  PNS SDNN SDHR HF.Hz HF% HFnu TotPwr SampEn/MSE1 

0.28 0.24 0.25 0.14 0.46 0.45 0.22 0.21 

98:152 154: 96 149:101 101:122 73:177 75:175 151:99 104:146 

SI HRmin HRmax LF.Hz LFabs LFlog LF% LFnu 

0.19 0.19 0.16 0.13 0.31 0.35 0.43 0.45 

104:146 111:139 142:108 105:126 160:90 160:90 177:73 175:75 

Page 16: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

16  

MSE2  0.13  106:144  LF/HF SD2 SD2/SD1 DFA α1 DFA α2 ShannEn MSE8 MSE9 

0.41 0.27 0.40 0.42 0.13 0.22 0.16 0.16 

175:75 156:94 167:83 170:80 139:111 141:109 139:110 151:98 

 

Thirteen different measures occur in the PNS‐like column in the above Table, 24 in the SNS‐like 

column. Those measures occurring most frequently in each category (i.e. in the upper quartile of 

counts, > 4 for the PNS‐like measures, > 6.25 for the SNS‐like measures) are shown in Table 6. 

Table 6. PNS‐like and SNS‐like measures occurring most frequently  

(in the upper quartiles of counts) in Table 5. 

PNS‐like  SNS‐like 

Measure  N  median ES  Measure  N  median ES 

PNS HF% HFnu 

5 10 10 

0.3 0.49 0.48 

LFlog LF% LFnu LF/HF SD2/SD1 DFA α1 

7 10 10 10 9 8 

0.41 0.455 0.485 0.43 0.40 0.47 

  

4. Significant differences in HRV measures and HRNL within the same time slots and over time: 

Comparing effect sizes  

Table 7 displays the measures occurring most frequently (in the upper quartiles of counts) in Tables 

3 and 5. 

Table 7. HRV measures and HRNL indices occurring most frequently  

(in the upper quartiles of counts) in Tables 3 and 5. 

Category  Measure/index  Median ES comparing amplitudes 

Median ES comparing frequencies   

Median ES comparing Slots 1 and 6 

General  PNS SNS 

0.27 0.27 

0.29 0.29 

0.3  

Time domain  rMSSD  

NNxx pNNxx 

0.26 0.27 0.275 

0.30 0.27 0.28 

 

Frequency domain 

HFabs HFlog HF% HFnu LFabs LFlog LF% LFnu 

0.31 0.31 0.345 0.35 0.265 0.265 0.34 0.345 

0.295 0.31 0.305 0.33   0.34 0.33 

  0.49 0.48  0.41 0.455 0.485 

Page 17: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

17  

LF/HF  0.34  0.28  0.43 

Nonlinear/ entropy 

SD1 SD2/SD1 DFA α1 ShannEn SampEn/MSE1 MSE5 MSE7 MSE19 

0.26 0.295 0.31 0.27 0.25 0.35 0.34 0.375 

0.30 0.37 0.285 0.33 0.315 0.295 0.33 0.34 

 0.40 0.47 

HRNL indices  D1+D2  0.30  0.27   

Median ALL     0.30  0.30  0.455 

 

Clearly, ES for changes in HRV measures over time is greater than ES for differences between either 

stimulation amplitude or frequency. 

 Table 7. Commentary Note  In Table 5, several HRV measures are shown in red. SDNN, SDHR, TotPwr and possibly ApEn  were considered from the literature to be PNS‐like, SI, LF.Hz and HRmin as SNS‐like (although there is little information available on LF.Hz, as mentioned in Footnote 13 below). However, these all showed changes predominantly in the opposite direction to that expected from the changes in the other, often better‐established measures that were found for the same comparisons. MSE16 and MSE19 showed more decreases than increases with some TEAS conditions (10 pps high amplitude and sham, respectively), and more increases than decreases for others (2 pps low amplitude and 80 pps ALL/low amplitude, respectively). As already mentioned (Footnote 9, p. 11), there is lack of agreement in the literature on the allocation of different MSE scales as PNS‐like or SNS‐like.    If these ‘problematic’ measures are removed, median ES for all significant changes at a particular TEAS frequency and amplitude taken together either increases or remains unchanged for the SNS‐like measures for all except sham and 10 pps TEAS (disregarding amplitude). Correspondingly, median ES either increases or remains unchanged for the PNS‐like measures for all except high‐amplitude 2.5 pps and low‐amplitude 10 pps TEAS. Thus, in general, the problematic measures appeared to contribute less to ES than the other measures, irrespective of their predominant directions of change.  

 

5. Numbers of significant differences in HRV measures and HRNL indices when comparing TEAS 

amplitudes and frequencies within slots 

Counts of significant differences found with the Wilcoxon signed‐ranks test gives some results that 

are perhaps easier to understand than some of the above, as shown in Table 8. The upper part of 

the Table shows comparisons between amplitudes for each frequency, the lower part comparisons 

between pairs of frequencies, ignoring amplitude. 

 

 

Page 18: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

18  

Table 8. Numbers of significant differences in the different slots,  

for all measures and indices taken together. 

Comparison  Slot 1  Slot 2  Slot 3  Slot 4  Slot 5  Slot 6  Slot 7  Slot 8  Total 

High/low  2.5 pps 

9  6  12  9  5  8  4  8  61 

High/low  10 pps 

20  17  20  17  15  22  17  12  140 

High/low  80 pps 

2  3  1  1  5  3  2  2  19 

Total All  31  26  33  27  25  33  23  22  220 

Comparison  Slot 1  Slot 2  Slot 3  Slot 4  Slot 5  Slot 6  Slot 7  Slot 8  Total 

2.5 vs sham  2  0  0  1  0  0  12  7  22 

2.5 vs 10  5  0  2  0  2  1  0  1  11 

2.5 vs 80  8  10  5  9  6  6  0  1  45 

10 vs sham  1  0  2  7  0  11  15  12  48 

10 vs 80  0  15  12  9  8  0  1  0  45 

80 vs sham  2  4  12  12  10  1  2  3  46 

Total All  18  29  33  38  26  19  30  24  217 

 

The numbers of significant differences for both amplitude and frequency comparisons are 

comparable (220 vs 217), but patterns are very different for the different frequencies: amplitude 

appears to have had a much greater differential effect on HRV and HRNL at 10 pps than at the other 

frequencies, for example, and there are somewhat fewer significant differences between 2.5 pps 

and sham, or 2.5 and 10 pps, than between the other frequency combinations. As found in our 

previous poster (Mayor et al. 2019), there were fewer significant differences at baseline than in 

subsequent slots, but the finding there (Table 6, p. 17) that there were considerably more significant 

differences during stimulation than before or after is less marked here for all frequencies considered 

together. However, although it is still the case for all comparisons involving 80 pps, for 10 pps (and 

2.5 pps) vs sham, greater numbers of significant differences were present after than during or before 

stimulation. 

 

An increase in PNS‐like measures or a decrease in SNS‐like measures relative to sham following TEAS 

could both be considered a ‘good’ outcome, while a decrease in PNS‐like measures or an increase in 

SNS‐like measures relative to sham following TEAS could both be considered a ‘good’ outcome.  

Table 9 shows the relative number of ‘good’ and ‘bad’ outcomes, post‐stimulation (i.e. in Slots 6 to 

8) when comparing results for the three active stimulation frequencies relative to sham stimulation, 

at both high and low amplitudes.  

 

Table 9. Numbers of significant differences from sham in Slots 6 to 8. 

    2.5 pps vs sham  10 pps vs sham  80 pps vs sham 

    > sham   < sham  > sham   < sham  > sham   < sham 

High amp  PNS‐like  4  3  12  13  2  0 

SNS‐like  4  6  1  8  2  1 

Low amp  PNS‐like  5  3  24  1  1  1 

SNS‐like  0  10  0  14  1  2 

 

Page 19: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

19  

Stimulation at 2.5 pps resulted in 15 more good than bad outcomes, at 10 pps in 45 more good than 

bad outcomes, and at 80 pps in just 2 more good than bad outcomes. As stated in our earlier poster 

presentation (Mayor et al. 2019), TEAS at 10 pps was more likely to decrease the stress response 

than at 2.5 or 80 pps, particularly following stimulation.  

 Table 9. Commentary Note  Comparisons were also made in all slots between active frequencies and sham, with the data for high and low amplitudes of the active frequency considered separately. This resulted in 150 significant differences in HRV measures and HRNL indices, with a further 149 significant differences for comparisons between the active frequencies themselves (with stimulation at both frequencies being either at high or low amplitude, so that mixing amplitudes when comparing frequencies would not be a confounding factor). Thus the total of significant differences between stimulation frequencies when taking amplitude into account was 299 (6 pairwise comparisons), considerably more than the numbers of significant differences between amplitudes when taking frequency into account (220, based on only one comparison).      

 

When taking amplitude into consideration, counts of significant differences in all slots were as 

shown in Table 10. 

 

Table 10. Numbers of significant differences in HRV measures and HRNL indices  

when comparing stimulation frequencies in all slots. 

Amplitude  2.5 vs sham  2.5 vs 10  2.5 vs 80  10 vs sham   10 vs 80  80 vs sham  ALL 

High   31  19  24  15  31  32  152 

Low   8  16  28  47  31  17  147 

Totals  39  35  52  62  62  49  299 

 

For the comparisons between the active frequencies, there were very similar numbers of significant 

differences at both high and low amplitudes. For two of the comparisons with sham, there were 

significantly more significant differences at higher amplitude (using the Binomial test, p < 10‐3 for 2.5 

pps vs sham and p=0.044 for 80 pps vs sham), but significantly more at lower amplitude for 10 pps vs 

sham (p < 10‐4). Highest numbers of significant differences were found for comparisons between 10 

pps and sham, and 10 pps vs 80 pps, fewest for 2.5 pps vs 10 pps.    

 

Those HRV measures and HRNL indices occurring most commonly in these comparisons (in the upper 

quartile of counts, i.e. N ≥ 7) are shown in Table 11. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 20: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

20  

Table 11. Incidence of most frequently occurring HRV measures and HRNL indices  

in Table 10 (N ≥ 7).     

Measure  All  Amplitude  Comparison 

      Between active freqs  With sham  

SD2/SD1 [~S]  14 High  7  4  

Low  2  1 

ShannEn [S]  14 High  2  3 

Low  7  2 

RMSSD [P]  11 High  1  5 

Low  2  3 

SD1 [P]  11 High  1  5 

Low  2  3 

PNS [P]  10 High  2  4 

Low  2  2 

HFabs [P]  10 High  2  6 

Low  0  2 

MSE5 [?]  10 High  0  0 

Low  4  6 

MSE19 [?]  10 High  1  3 

Low  2  4 

SampEn/MSE1 [P]  8 High  3  1 

Low  3  1 

MSE3 [?]  8 High  2  2 

Low  2  2 

MSE7 [?]  8 High  2  1 

Low  2  3 

HFlog [P]  7 High  2  3 

Low  0  2 

MSE10 [?]  7 High  1  1 

Low  4  1 

D2 [P]  7 High  4  3 

Low  0  0 

pD2 [S]  7 High  3  3 

Low  1  0 

D1+D2 [P]  7 High  1  1 

Low  2  3 

Totals  149 High  34  45 

Low  35  35 

 

 

 

 

 

 

 

Page 21: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

21  

6. Graphical illustrations of changes in median values of HRV measures and HRNL indices over 

time, showing TEAS amplitude and frequency effects  

The Figures below show median values of the major measures listed in Table 7, plotted against time 

(Slots 1 to 8). The first set (Figures 1.1 to 1.14) compare values at high and low stimulation 

amplitudes for the three active stimulation frequencies. The second set (Figures 2.1 to 2.14) 

compare values for sham stimulation and the active frequencies, separately for high and low 

amplitude stimulation.11 Brief ‘commentary notes’ are included following each Figure. 

6.1. Graphical illustrations of changes in median values of HRV measures and HRNL indices over time, 

showing values at high and low stimulation amplitudes for each active frequency and median values 

for all frequencies taken together  

The percentage differences (‘%Diff’) in each graph are calculated as the medians of the differences 

between the values of the measure under consideration at high and low amplitudes, normalised as 

percentages of the median of high and low amplitude values in Slot 1 (i.e. at baseline). This method 

of normalising the data was adopted as a work‐around to reduce the carry‐over effects in 

subsequent slots of pre‐existing differences at baseline (see above, p. 13). 

6.1.1. General HRV overview measures 

                                                            11 Note that that these graphs show differences between median group values, not median values of the differences for each participant, so that sometimes the relationship among ‘high’, ‘low’ and ‘ALL’ plots will appear somewhat counter‐intuitive.    

Page 22: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

22  

 

Figure 1.1. The ‘benchmark’ general HRV measures, PNS [P] and SNS [S] indices (CV > 0.4). 

 Figure 1.1. Commentary Note  At all stimulation frequencies except 80 pps, median PNS was consistently greater when stimulation was at (or accepted as ‘strong but comfortable’ at) lower amplitudes of TEAS, and less for stimulation at higher amplitudes. This was also true for all active frequencies taken together (Figure bottom left). Correspondingly, SNS values were greater at 10 pps – and for all frequencies taken together – at higher amplitudes of stimulation, but this was reversed at 80 pps and the pattern over time was not consistent for 2.5 pps (Figure top right). Both PNS and SNS show greatest consistent separation between the two amplitude plots at 10 pps, with PNS showing least consistent separation at 80 pps and SNS showing least at 2.5 pps. Note that PNS was in general higher at low amplitude (except sometimes at 80 pps), and SNS higher at low amplitude (except immediately following cessation of stimulation).       

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 23: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

23  

6.1.2. Time‐domain HRV measures 

For comparison, graphs are provided for four time‐domain HRV measures with CV < 0.4, mean RR [P] 

and rMSSD [P] (Figure 1.2) and NNxx [P] and pNNxx [P] (Figure 1.3).  

Figure 1.2. Two time‐domain HRV measures, RR [P] and rMSSD [P]. 

 

 

Page 24: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

24  

 Figure 1.2. Commentary Note  There are intriguing ‘crossovers’ of the high‐ and low‐amplitude plots early on during sessions in both RR and rMSSD at 2.5 pps. There are further crossovers in RR (at 10 pps) and rMSSD (at 80 pps). RR shows greatest consistent separation between the amplitude plots at 80 pps, rMSSD at 10 pps. Note that to a certain extent stimulation amplitude has opposite effects on these two HRV measures. 

 

Figure 1.3. Two further time‐domain HRV measures, NNxx [P] and pNNxx [P]. 

Page 25: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

25  

 Figure 1.3. Commentary Note  NNxx and pNNxx are quite similar, related measures (Bigger et al. 1988). Again, cross‐overs are found at 2.5 and 80 pps, with the greatest consistent separation between amplitude plots at 10 pps and the least at 80 pps. At 10 pps, clearly low stimulation amplitude results in higher values for both these measures, but at 2.5 pps, except during the first two slots, higher amplitude TEAS results in lower values of NNxx and pNNxx.      

 

6.1.3. Frequency‐domain HRV measures 

Page 26: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

26  

Figure 1.4. Two frequency‐domain HRV measures, LF% [S] and the LF/HF ratio [S]. 

 Figure 1.4. Commentary Note  LF% and LF/HF are, like NNxx and pNNxx, closely related HRV measures. Both show greatest consistent separation between the amplitude plots at 10 pps, least at 80 pps, with no cross‐overs of the two plots for either measure. Note that both LF% and LF/HF SNS‐like are both ‘SNS‐like’ measures, are greater for high amplitude stimulation at all frequencies, and increase over time in this study.  

 

Page 27: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

27  

Figure 1.5. Two further frequency‐domain HRV measures, HFabs [P] and HF% [P]. 

 Figure 1.5. Commentary Note  HFabs and HF% are closely related HRV measures, well established as ‘PNS‐like’ in the literature. Here their amplitude plots show maximal separation at 10 pps, and almost consistently indicate greater values of the two measures for lower amplitude stimulation. HF% shows a clear decrease over time, whereas HFabs does not.     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 28: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

28  

6.1.4. Nonlinear and entropy HRV measures 

Figure 1.6. Two measures of HRV complexity derived from Poincaré plots, SD1 [P] and the SD2/SD1 

ratio [~S]. 

 Figure 1.6. Commentary Note  Although not always considered strictly speaking ‘nonlinear’ (Brennan et al. 2001), the standard deviations of the Poincaré plot axes are often included in discussions of nonlinear HRV measures. SD1 is clearly identical to rMSSD (Ciccone et al. 2017) and is PNS‐like. Whereas SD1 

Page 29: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

29  

was more often greater for low amplitude stimulation, the opposite was true for the SD2/SD1 ratio, more likely to be SNS‐like measure. Both measures show greatest separation between amplitude plots at 10 pps, and least and 80 pps. SD2/SD1 (like LF/HF) appears to have increased over time.   

 

Figure 1.7. Two measures of HRV complexity derived from detrended fluctuation analysis (DFA), DFA 

DFA α1 [S] and DFA α2 [S?]. 

 

Page 30: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

30  

 Figure 1.7. Commentary Note  DFA α1 shows much greater differences between the two amplitude plots than DFA α2, with higher values for stronger simulation, except perhaps at 80 pps. DFA α2 appears perhaps to be higher for stronger stimulation post‐TEAS, except at 2.5 pps, but this pattern is not altogether clear. DFA α1 appears to increase consistently over time.     

  

Figure 1.8. Two measures of HRV complexity, ShannEn [P] and SampEn [P]. 

Page 31: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

31  

 Figure 1.8. Commentary Note  Differences with amplitude for both these measures appear most consistent at 80 pps. However, they also change over time in opposite directions at this frequency.   

 

Figure 1.9. Scales 5 [P?] and 19 [S?] of the multiscale entropy measure (MSE) based on SampEn [P]. 

 

Page 32: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

32  

 Figure 1.9. Commentary Note  In these graphs, both MSE5 and MSE19 are more often greater at higher amplitudes, with most separation between the amplitude traces at 10 pps for both MSE5 and MSE19. This may contradict the Taiwanese hypothesis that lower scales of SampEn‐based MSE are more PNS‐like and higher scales more SNS‐like (see discussion in Mayor et al. 2019, p. 14). MSE19 appears to increase more than MSE5 over time, but in some other respects their patterns of change are quite similar.   

 

6.1.5. The ‘problematic’ HRV measures from Table 5 

Graphs of those measures listed in red in Table 5 are provided here, for comparison.  

Page 33: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

33  

Figure 1.10. Two time‐domain HRV measures based on standard deviations                                                  

of the RR interval and heart rate, SDNN [P] and SDHR [P]. 

 Figure 1.10. Commentary Note  As shown in Table 5, both these indices increase over time between baseline and Slot 6 at 2.5 and 10 pps, particularly for higher amplitude stimulation, in contrast to a number of other PNS‐like measures shown in these graphs. Also somewhat unexpectedly for PNS‐like measures, SDNN was greater for higher amplitude 2.5 pps TEAS, although greater for lower amplitude TEAS at the other two active frequencies (SDHR – a less used measure12 – follows a similar pattern, although not at 10 pps). Differences between high and low amplitudes are most marked at 2.5 pps.  

 

                                                            12 Mika Tarvainen. Personal communication, 8 May 2019. 

Page 34: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

34  

Figure 1.11. Minimum heart rate (HRmin) [S] and Total HRV power (TotPwr) [P]. 

 Figure 1.11. Commentary Note  HRmin was almost consistently higher at lower amplitudes of stimulation, and decreases over time – as found for a number of PNS‐like measures. As its presence in red in Table 5 indicates, this suggests that HRmin in this study has itself acted more as a PNS‐like than a SNS‐like measure. Greatest separation of the two HRmin amplitude plots was found at 80 pps, for which the greatest decrease between Slots 1 and 6 also appears.   In that it as in general greater for lower amplitude TEAS, TotPwr behaved as expected for a PNS‐like measure, except at 2.5 pps, where it was greater for higher amplitude stimulation. However, it increased over time for all stimulation frequencies. This is a genuine anomaly, but one explanation might be that TotPwr is defined as the sum of LFabs, HFabs and the absolute power in the very low frequency band, VLFabs; the last of these cannot be accurately computed for 5‐minute recordings (Malik 1996).     

 

 

Page 35: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

35  

Figure 1.12. Peak frequencies in the HRV HF and LF bands, HF.Hz [P?] and LF.Hz [S?].13 

 

 

 

                                                            13 HF.Hz – and indeed HF power – may not be meaningful If the respiration rate falls within the HRV LF band. This may be the case for respiratory rate at rest in very physically fit people. In principle LF.Hz should be around 0.1 Hz, but there is little information available in the literature about this measure and how to interpret its changes (Mika Tarvainen. Personal communication, 8 May 2019). 

Page 36: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

36  

 Figure 1.12. Commentary Note  HF.Hz was greater for stronger stimulation at all three active TEAS frequencies, except after TEAS at 10 pps. LF.Hz, correspondingly, was lower for lower amplitude TEAS, except initially during stimulation at 10 and 80 pps, and for much of the time during stimulation 2.5 pps. This suggests that the tentative attributions of PNS‐like and SNS‐like suggested recently (Mayor et al. 2019) should in fact be reversed. However, over time both HF.Hz and LF.Hz decrease (cf Table 5), so re‐attributing HF.Hz as SNS‐like may not be completely straightforward, given that other SNS‐like measures tend rather to increase over time.    

 

Page 37: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

37  

Figure 1.13. SI, a general ‘Stress index’ [S] in Kubios HRV software, and ApEn, a measure of entropy 

[P?].14 

 Figure 1.13. Commentary Note  SI was greater at lower amplitudes of 2.5 pps stimulation, but in general greater at higher amplitudes for the other two active TEAS frequencies – as was also found for RR, SD1, SDNN, SDHR, TotPwr and ShannEn (the underlined measures appear in Table 5 in red, as does SI). However, it decreased over time between Slots 1 and 6, which was not the case for either these other six measures or other more established SNS‐like measures such as SNS, LF%, LF/HF, SD1/SD2 and DFA α1. Thus the suggestion that SI is itself SNS‐like appears somewhat problematic.   ApEn – on which SampEn and MSE are ultimately based (Costa et al. 2005; Richman & Moorman 2000) – appears to be higher for stronger stimulation at all frequencies of TEAS, more consistently so than SD2/SD1, and far more so than ShannEn and SampEn. It is unclear why it dips so much in Slot 6 (cf Table 5, where it appears in red).    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                             14 HF.Hz – and indeed HF power – may not be meaningful If the respiration rate falls within the HRV LF band. This may be the case for respiratory rate at rest in very physically fit people. In principle LF.Hz should be around 0.1 Hz, but there is little information available in the literature about this measure and how to interpret its changes (Mika Tarvainen. Personal communication, 8 May 2019). 

Page 38: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

38  

6.1.6. Heart rate nonlinearity indices 

Figure 1.14. Two HRNL indices, D2 [P] and D1+D2 [P]. 

 Figure 1.14. Commentary Note  Both HRNL indices – but particularly D1+D2 – are greater at lower simulation amplitudes, like most of the PNS‐like HRV measures, and both appear to decrease over time.    

 

Page 39: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

39  

Table 12 (below, p. 49) summarises the percentage differences between amplitudes for the various 

measures and indices shown in Figure 1.1 to Figure 1.14. 

6.2. Comparing percentage differences (%Diff) between sham and the different active frequencies for 

median values of HRV measures and HRNL indices  

The following graphs each show three plots of percentage differences (‘%Diff’) between the values 

of a particular HRV measure or HRNL index at the three active frequencies (2.5, 10 and 80 pps) and 

the values for sham stimulation. %Diff was calculated as the difference between the median value of 

the measure under consideration from the median value for sham, divided by the median value for 

sham and multiplied by 100. The numbers shown for the three frequencies in each graph are the 

medians of the absolute percentage differences in the measure between the active frequencies and 

sham for all eight time slots. Results are shown separately for high and low amplitudes, and are 

normalised as percentages of the median sham value for that HRV measure or HRNL index. 

Figure 2.1. The ‘benchmark’ general HRV measures, PNS [P] and SNS [S] indices. 

 Figure 2.1. Commentary Note  At high amplitude, both PNS and SNS showed more negative differences from sham at 80 pps, with more positive differences from sham at the other two active frequencies – particularly 10 pps. At low amplitude, this pattern is reversed, with largest negative differences from sham at 10 pps. For both HRV measures, differences from sham decreased over time at high amplitude, but not at low amplitude.   

 

 

Page 40: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

40  

Figure 2.2. Two time‐domain HRV measures, RR [P] and rMSSD [P]. 

 Figure 2.2. Commentary Note  At high amplitude, RR %Diff from sham increased most markedly at 80 pps, although %Diff was also positive for the other two active frequencies, while at low amplitude RR %Diff from sham decreased initially at 2.5 and 10 pps.   rMSSD showed largest negative %Diff from sham at 10 pps with strong stimulation, but with less strong stimulation rMSSD showed largest positive %Diff from sham at the same frequency.  

 

Page 41: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

41  

Figure 2.3. Two further time‐domain HRV measures, NNxx [P] and pNNxx [P]. 

 Figure 2.3. Commentary Note  Both NNxx and pNNxx %Diff from sham showed opposing trends for 2.5/80 and 10 pps, increasing for 10 pps at low amplitude but decreasing at high amplitude, with the opposite happening for 2.5 and 80 pps stimulation.     

 

Figure 2.4. Two frequency‐domain HRV measures, LF% [S] and the LF/HF ratio [S]. 

 Figure 2.4. Commentary Note  LF% %Diff from sham was greatest at 2.5 pps for high amplitude TEAS, but at 10 pps for low amplitude TEAS, with 80 pps somewhere between the two, for the most part.  LF/HF shows greatest positive %Diff from sham at 10 pps for high amplitude TEAS, and greatest negative %Diff from sham at the same frequency for low amplitude TEAS. 

Page 42: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

42  

Figure 2.5. Two further frequency‐domain HRV measures, HFabs [P] and HF% [P]. 

 Figure 2.5. Commentary Note  Both HFabs and HF% show somewhat similar patterns of %Diff change over time, with the 80 pps plots having greater values than the 10 pps and 2.5 pps plots during high‐amplitude stimulation, but lower values during low‐amplitude stimulation. Greatest %Diff from sham was for 10 pps for both measures at both amplitudes.     

 

Page 43: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

43  

Figure 2.6. Two measures of HRV complexity derived from Poincaré plots, SD1 [P] and the SD2/SD1 

ratio [~S]. 

 Figure 2.6. Commentary Note  SD1 (equivalent to rMSSD) showed largest negative %Diff from sham at 10 pps with strong stimulation, but with less strong stimulation showed largest positive %Diff from sham at the same frequency. The plots for 2.5 pps and 80 pps stimulation are somewhat similar and slightly separated from the plot for 10 pps.   SD2/SD1 showed an opposite effect, with the plots for 2.5 and 10 pps closer to each other and showing positive %Diff from sham at high amplitude (the plot for 80 pps having a negative %Diff from sham, overall), but at low amplitude the plot for 10 pps (and that for 2.5 pps to some extent) having a negative %Diff from sham, and 80 pps having a positive %Diff from sham.  

 

Figure 2.7. Two measures of HRV complexity derived from detrended fluctuation analysis (DFA), DFA 

DFA α1 [S] and DFA α2 [S?]. 

 

 

Page 44: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

44  

 Figure 2.7. Commentary Note  DFA α1 shows a pattern that is now becoming familiar: at both amplitudes, the plots for 2.5 and 10 pps %Diff from sham are more bunched together, and directions of %Diff from sham are opposite for the two amplitudes.   The plots for DFA α2 again show somewhat opposite effects for the two amplitudes, but are more difficult to interpret – not perhaps surprisingly, as DFA α2 produced only one significant result in this study, with a very low effect size (Table 5).   

 

Figure 2.8. Two measures of HRV complexity, ShannEn [P] and SampEn [P]. 

 Figure 2.8. Commentary Note  Like DFA α1, ShannEn shows a familiar pattern: at both amplitudes, the plots for 2.5 and 10 pps %Diff from sham are more bunched together, and directions of %Diff from sham are opposite for the two amplitudes.   A similar pattern – although less defined – was found for SampEn/MSE1.   

 

 

Page 45: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

45  

Figure 2.9. Scales 5 [P?] and 19 [S?] of the multiscale entropy measure (MSE) based on SampEn [P]. 

 Figure 2.9. Commentary Note  These MSE graphs are both difficult to interpret, although it is possible to say that there is more similarity between the two amplitude plots for MSE5 than for MSE19, and that %Diffs from sham are larger for the latter.   

 

Figure 2.10. Two time‐domain HRV measures based on standard deviations                                                  

of the RR interval and heart rate, SDNN [P] and SDHR [P]. 

Page 46: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

46  

 Figure 2.10. Commentary Note  The SDNN plots are closer together for 10 and 80 pps, with more separation between these and the plot for 2.5 pps, at both stimulation amplitudes. %Diff from sham at 2.5 pps was positive at high amplitude and negative at low amplitude, with %Diff from sham at 10 and 80 pps showing an opposite pattern.   The SDHR plots are more similar at 2.5 and 10 pps, but for those frequencies again the %Diff signs are opposite for each stimulation frequency.     

 

Figure 2.11. Minimum heart rate (HRmin) [S] and Total HRV power (TotPwr) [P]. 

 Figure 2.11. Commentary Note  HRmin shows a positive %Diff from sham at low amplitude TEAS, but negative %Diff at high amplitude, with %Diff from sham at 80 pps being more strongly negative during low amplitude than high amplitude stimulation.   TotPwr %Diff from sham was consistently positive for 2.5 pps at high amplitude, and consistently negative at low amplitude, with the plots for 10 and 80 pps being more closely bunched together.    

 

 

Page 47: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

47  

Figure 2.12. Peak frequencies in the HRV HF and LF bands, HF.Hz [P?] and LF.Hz [S?]. 

 Figure 2.12. Commentary Note  These graphs are difficult to interpret in any meaningful way (see too Note 13, p. 35).  

 

Figure 2.13. SI, a general ‘Stress index’ [S] in Kubios HRV software, and ApEn, a measure of entropy 

[P?]. 

 

Page 48: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

48  

 Figure 2.13. Commentary Note  SI appears to be greater than for sham for strong 10 pps stimulation, but less than for sham at less strong stimulation at the same frequency, while it was less than for sham for strong 2.5 pps stimulation and greater than for sham for less strong stimulation at that frequency.   %Diff from sham for ApEn is difficult to interpret, although it appears to increase over time.  

 

Figure 2.14. Two HRNL indices, D2 [P] and D1+D2 [P]. 

 Figure 2.14. Commentary Note  There do not at first sight appear to be any easily recognisable patterns in %Diff from sham for D2 or D1+D2.   

 

7. Summarising %Diff between median values of HRV measures and HRNL indices over time, 

showing TEAS amplitude and frequency effects  

The median %Diff results shown in the above graphs were collated. The results are summarised 

below.   

Table 12 summarises the percentage differences in the 28 measures and indices shown in Figure 1.1 

to Figure 1.14 between high and low stimulation amplitudes, showing the medians of all such 

differences for each active frequency, as well as counts of how many times maxima and minima 

occurred for all the measures and indices at each active frequency (for example, the maximum of 

Page 49: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

49  

highest %Diff in HFabs values between frequencies occurred at 10 pps, the minimum or lowest at 80 

pps). 

Table 12. Percentage differences in the 28 measures and indices shown in Figure 1.1 to Figure 1.14 

between high and low stimulation amplitudes, with the medians for all differences and counts  

of how many times maxima (Max) and minima (Min) occurred for all the measures and indices  

at each active frequency. Significance values using the Binomial test are shown  

for ratios of maxima to minima. 

Measure  2.5 pps  p  10 pps  p  80 pps  p 

PNS‐like  Median    Median    Median   

24.5    27    14   

N Max  N Min 

  N Max 

N Mini    N Max  N Min   

5  5  ns  12  4  ns  2  10  0.039 

SNS‐like  Median    Median    Median   

15.95    24.45    8.8   

N Max  N Min 

  N Max 

N Min    N Max  N Min   

1  3  ns  6  3  ns  3  5  ns 

ALL  Median    Median    Median   

17.8    26.55    10.1   

N Max  N Min 

  N Max 

N Min    N Max  N Min   

6  8  ns  18  7  0.043  5  15  0.041 

 

Table 13 summarises median percentage differences from sham for the 28 measures and indices 

shown in Figure 2.1 to Figure 2.14, for the three different active frequencies, with results split by 

stimulation amplitude (defined as high or low relative to the median amplitude for that frequency). 

Also shown are the counts of how many times maxima and minima occurred for all the measures 

and indices at each active frequency. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 50: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

50  

Table 13. Median percentage differences from sham for the 28 measures and indices shown in 

Figure 2.1 to Figure 2.14, for the three different active frequencies, with results split by stimulation 

amplitude (high or low relative to the median for that frequency). Counts are also shown of how 

many maxima and minima occurred for all the measures and indices at each active frequency. 

Significance values using the Binomial test are shown for ratios of maxima and of minima                  

for the two stimulation amplitudes. 

Measure  Descriptives 2.5 pps  p  10 pps  p  80 pps  p 

    mdn %Diff Hi 

mdn %Diff Lo 

  mdn %Diff Hi 

mdn %Diff Lo 

  mdn %Diff Hi 

mdn %Diff Lo 

 

PNS‐like  

Median  13.4  7.15    6.1  25.5    8  9.15   

N maxima  10  4  ns  4  14  0.031 4  0  ns 

N minima  4  7  ns  10  1  0.012 4  11  ns 

SNS‐like  Median  11.2  8.35    8.8  13.9    5.3  7.55   

N maxima  4  0  ns  3  7  ns  3  3  ns 

N minima  1  6  ns  3  0  ns  6  4  ns 

ALL  Median  11.9  7.4    7.25  16.8    7.15  9.05   

N maxima  14  4  0.031 7  21  0.013 7  3  ns 

N minima  5  13  ns  13  1  0.002 10  15  ns 

 

From Table 12 it can be seen that most maxima were found at 10 pps, and most minima at 80 pps, 

indicating that greater differentiation between stimulation amplitude effects occurred at 10 pps 

and least at 80 pps– with 2.5 pps showing mostly an intermediate difference between amplitude 

effects. At 10 pps, relatively greater numbers of maxima than minima – and greater median 

differences – were found for PNS‐like rather than SNS‐like measures and indices, and similarly for 

greater numbers of minima than maxima at 80 pps, although here lower median differences were 

found for the SNS‐like rather than PNS‐like measures and indices.  

In Table 13, most (and greatest) differences from sham were found for 10 pps TEAS at low amplitude 

(particularly for PNS‐like measures and indices), and fewest for low‐amplitude stimulation at the 

other two active frequencies. Amplitude did not affect differences from sham at 80 pps in any major 

way, but at 2.5 pps more and greater differences from sham were found at high rather than low 

amplitude. 

Those measures and indices in the above graphs with upper quartile median differences in are listed 

in Table 14.  

 

 

 

 

 

 

Page 51: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

51  

Table 14. HRV measures and HRNL indices in the upper quartile of median differences  

in Figures 1.1 to 1.14 and 2.1 to 2.14. 

HRV/HRNL  2.5 pps  10 pps  80 pps   

  Hi vs Lo Diff to sham hi

Diff to sham lo

Hi vs Lo Diff to sham hi

Diff to sham lo

Hi vs Lo Diff to sham hi

Diff to sham lo

N “y” 

PNS‐like   

PNS index  y  y  y  y  n  y  y  y  n  7 

NNxx  y  y  n  y  y  y  y  n  y  7 

pNNxx  y  y  n  y  y  n  n  y  y  6 

HFabs  n  n  n  y  y  y  n  n  n  3 

HF%  y  n  y  n  y  y  n  n  y  5 

TotPwr   y  y  y  n  n  n  y  y  y  6 

D2  y  y  y  n  y  y  y  y  y  8 

D1+D2  n  y  y  y  y  y  n  y  y  7 

SNS‐like   

SNS index  n  n  n  y  n  n  y  y  n  3 

HF.Hz   n  n  n  n  n  n  y  n  n  1 

LF/HF  y  y  y  y  y  y  y  y  y  9 

 

Five PNS‐like HRV measures , two PNS‐like HRNL indices and one SNS‐like measure appear 

particularly useful in differentiating the effects of TEAS amplitude (at fixed frequency) or frequency 

(at ‘high’ or ‘low’ amplitude) compared to sham.  

Table 15 compares results in Table 13 derived from estimating separations between plots as 

aggregate percentage differences over time, with those from Tables 7 and 11 above, which are 

based on the significance of differences found. 

Table 15. HRV measures and HRNL indices found in Tables 7, 11 and 14. 

    Table 7   Table 7 Table 7 Table 11  Table 13 ALL

Category  Measure/index  Median ES comparing amplitudes 

Median EScomparing frequencies   

Median EScomparing Slots 1 and 6 

Counts (≥Q3) comparing frequencies 

N “y”  N 

General  PNS SNS 

0.27 0.27 

0.29 0.29 

0.3  aa

10  aa

7 3 

5 3 

Time domain  rMSSD  

NNxx pNNxx 

0.26 0.27 0.275 

0.30 0.27 0.28 

  11 aa   aa

aa  7 6 

3 3 3 

Frequency domain 

HFabs HFlog HF% HFnu LFabs LFlog LF% LFnu LF/HF TotPwr HF.Hz 

0.31 0.31 0.345 0.35 0.265 0.265 0.34 0.345 0.34 aa  aa

0.295 0.31 0.305 0.33 aa aa 0.34 0.33 0.28 aa   aa

aa aa 0.49 0.48 aa 0.41 0.455 0.485 0.43 aa   aa

10 7 aa  aa aa aa aa aa aa aa  aa

3   aa

5 aa  aa  aa  aa  aa  9 6 1 

4 3 3 3 1 2 3 3 4 1 1 

Nonlinear/ entropy 

SD1 SD2/SD1 

0.26 0.295 

0.30 0.37 

aa 0.40 

11 14 

  3 4 

Page 52: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

52  

DFA α1 ShannEn SampEn/MSE1 MSE5 MSE7 MSE19 MSE3 MSE10 

0.31 0.27 0.25 0.35 0.34 0.375 aa   aa

0.285 0.33 0.315 0.295 0.33 0.34 aa   aa

0.47 aa aa aa aa aa aa   aa

  aa14 8 10 8 10 8 7 

3 3 3 3 3 3 1 1 

HRNL indices  D2 D1+D2 pD2 

  aa0.30  aa

  aa0.27  aa

  7 aa 7 

8 7  aa

2 3 1 

 

Of the measures and indices shown in Table 15, only PNS appears in all five columns from the 

previous Tables, and only three HRV measures in four columns (HFabs, LF/HF and SD2/SD1). Sixteen 

further HRV measures and one HRNL index appear in three columns.   

 Table 15. Commentary Note  The relationship between ES and %Diff was explored for a sample of 13 of the HRV measures and HRNL indices in Table 15, in the hope that %Diff, which is quick and easy to calculate in Excel, might be useful as a surrogate for ES based on Wilcoxon (or Mann‐Whitney) tests, for which statistical software is really required.15 This hope was soon dashed, as although ES and %Diff were strongly correlated for some measures and indices (e.g. for HFabs or D1+D2, with Pearson’s R = 0.806 and 0.862, respectively, when comparing values for high and low amplitudes at 2.5 pps), other correlations were not significant (e.g. for PNS, again at 2.5 pps), or even negative (e.g. for pNNxx at 2.5 pps). For some measures, correlations were higher at 10 pps than at 2.5 pps, but for others they were higher at 2.5 pps, so stimulation frequency appeared to have no bearing on correlation between the two measures.   

 

8. Increases and decreases in HRV measures over time, between slots 1 and 6 

In our previous 2019 poster, we included Tables showing the counts of HRV measures that increased 

or decreased over time, for each stimulation frequency (Mayor et al. 2019, p. 19, Tables 10 & 11). 

The measures were considered as ‘PNS‐like’ [P] or ‘SNS‐like’ [S] from the literature, and also 

according to their correlations with the ‘benchmark’ general measures of parasympathetic or 

sympathetic nervous system activity, PNS and SNS.   

In Table 16 we update our previous Tables to include the HRNL indices, take into account stimulation 

amplitude, and also to allow for some HRV measures whose ‘PNS‐like’ or ‘SNS‐like’ effect was found 

in the literature to be somewhat ambiguous or uncertain. With this re‐categorisation of measures, 

21 were considered ‘PNS‐like’, 33 ‘SNS‐like’, and six as equivocal (MSE2 to MSE6 and ShannEn). The 

latter were then allocated either as ‘PNS‐like’ or ‘SNS‐like’ to see if a difference in allocation 

                                                            15 In addition, rather than repeating the Wilcoxon and Mann‐Whitney tests for different time slots in order to calculate ES, a non‐parametric equivalent to the repeated measures ANOVA such as the Friedman test could also be used. 

Page 53: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

53  

markedly changed the significance of the resulting Binomial ratios of ‘increasing’ and ‘decreasing’ 

HRV/HRNL counts.    

Table 16. Numbers of measures increasing or decreasing over time, for each stimulation frequency. 

High amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Change  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec 

PNS‐like + equivocal 

922  713  492  361  472  385  444  357  2330  1816 

SNS‐like  852  1143  433  605  426  614  424  554  2135  2916 

equivocal  230  136  111  78  105  85  112  67  558  366 

High amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Change  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec 

PNS‐like  692  577  381  283  367  300  332  290  1772  1450 

SNS‐like + equivocal 

1082  1279  544  683  531  699  536  621  2693  3282 

equivocal  230  136  111  78  105  85  112  67  558  366 

Low amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Change  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec 

PNS‐like + equivocal 

922  713  470  389  442  393  444  390  2278  1885 

SNS‐like  852  1143  419  629  436  582  414  598  2121  2952 

equivocal  230  136  108  84  108  78  104  82  550  380 

Low amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Change  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec 

PNS‐like  692  577  362  305  334  315  340  308  1728  1505 

SNS‐like + equivocal 

1082  1279  527  713  544  660 518  680  2671  3332 

equivocal  230  136  108  84  108  78  104  82  550  380 

 

Ratios between numbers of increases and decreases were tested for significance using the Binomial 

test. Results are shown in Table 17. 

Table 17. Significance of the ratios of increases to decreases (from Table 15), using the Binomial test. 

High amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec  p value

PNS‐like + equivocal 

1.293  <10‐6  1.363  <10‐5  1.226  <10‐3  1.244  <10‐2  1.283  <10‐11 

SNS‐like  0.745  <10‐10  0.716  <10‐6  0.694  <10‐8  0.765  <10‐4  0.732  <10‐27 

equivocal  1.691  <10‐4  1.423  <10‐1  1.235  n.s.  1.672  <10‐2  1.525  <10‐13 

High amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec  p value

PNS‐like   1.199  <10‐2 1.346  <10‐3  1.223  <10‐1  1.145  n.s.  1.222  <10‐7 

SNS‐like + equivocal 

0.846  <10‐4  1.498  <10‐4  0.999  <10‐5  1.311  <10‐1  0.821  <10‐13 

equivocal  1.691  <10‐4  1.423  <10‐1  1.235  n.s.  1.672  <10‐2  1.525  <10‐13 

Low amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec  p value

PNS‐like + equivocal 

1.293  <10‐6  1.208  <10‐2  1.125  n.s.  1.138  n.s.  1.208  <10‐8 

Page 54: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

54  

SNS‐like  0.745  <10‐10  0.666  <10‐10  0.749  <10‐5  0.692  <10‐8  0.718  <10‐30 

equivocal  1.691  <10‐4  1.286  n.s.  1.385  <10‐1  1.268  n.s.  1.447  <10‐7 

Low amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec  p value

PNS‐like  1.199  <10‐2  1.187  <10‐1  1.060  n.s.  1.104  n.s.  1.148  <10‐4 

SNS‐like + equivocal 

0.846  <10‐4  0.739  <10‐6  0.824  <10‐2  0.762  <10‐5  0.802  <1016 

equivocal  1.691  <10‐4  1.286  n.s.  1.385  <10‐1  1.268  n.s.  1.447  <10‐7 

 

8.1. Increases and decreases in HRV measures over time: re‐allocating equivocal measures to PNS‐ or 

SNS‐like  

For low‐amplitude stimulation, whether the equivocal measures are considered PNS‐ or SNS‐like 

makes little difference to predominant directions of change, although if considered as themselves 

PNS‐like they obviously increase the ratios of increases to decreases for the PNS‐like measures, and 

if considered as SNS‐like, they also increase the ratios of increases to decreases for the SNS‐like 

measures.    

For high‐amplitude stimulation, the equivocal measures again make little difference to directions of 

change if considered as PNS‐like, but if taken as SNS‐like, the ratios of increases to decreases are not 

only increased for both 2.5 and 10 pps but the predominant directions of change at these 

frequencies are also reversed.   

This suggests that at least some of the equivocal measures should be considered as PNS‐like. 

To investigate this issue further, correlations between changes in the various equivocal and other 

HRV measures at each stimulation frequency were examined (changes from baseline to Slots 3, 5 

and 6, and changes between Slots 3 and 5). ShannEn was consistently found to change significantly 

in the same direction as SD2, SD2/SD1 and DFA α1, indicating that it is more likely to be a SNS‐like 

than a PNS‐like HRV measure (cf Footnote 8 above, p. 11).  

A similar exploration of MSE was undertaken for Slots 1 and 6 and the changes between them for all 

stimulation frequencies, resulting in 12 correlation tables. In 11 of these (but not for the change 

between Slots 1 and 6 at 2.5 pps), MSE2 was found to correlate positively with MSE1, but directions 

of correlation with MSE1 were not at all consistent at higher MSE scales. MSE1 itself (i.e. SampEn) 

correlated positively with the PNS index in 11 comparisons, significantly so in nine of them. 

Nonsignificant positive correlations between PNS and MSE1 were for sham stimulation in Slot 1 and 

for 80 pps in the change data, with a nonsignificant negative correlation between PNS and MSE1 for 

10 pps in the change data. This supports the [P] classification of SampEn/MSE1, and also suggests 

that MSE2 could also be considered as PNS‐like, at least in this study.16   

                                                            16 Correlations between MSE1 and MSE3 to MSE20 in Slots 1 and 6 and the changes between them for all stimulation frequencies resulted in four significant correlations for MSE7, three for MSE3, two for MSE5, MSE6, MSE12 and MSE19, none for MSE8, MSE9 and MSE17, and one for the remainder. Of the latter, seven were negative correlations, all for MSE11 and above; MSE12 and MSE19 showed one negative and one positive correlation each. These findings appear to cast doubt on attempts to classify low MSE scales up to MSE5 or MSE6 as PNS‐like and higher scales as SNS‐like (see Mayor et al. 2019, pp. 13‐14 for a brief discussion).      

Page 55: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

55  

Using these findings, Tables 16 and 17 can be amended, as in Tables 18 and 19. 

Table 18. Numbers of measures increasing or decreasing over time, for each stimulation frequency, 

with ShannEn and MSE2 re‐allocated as PNS‐like and MSE3 to MSE 6 as SNS‐like. 

High amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Change  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec 

PNS‐like + MSE2 

752  578  411  283  399  300  361  290  1772  1450 

SNS‐like +  ShannEn, MSE3‐6 

1022  1278  514  683  499  699  507  621  2135  2916 

Low amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Change  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec  inc  dec 

PNS‐like + MSE2 

752  578  394  305  365  315  370  309  1728  1505 

SNS‐like +  ShannEn, MSE3‐6 

1022  1278  495  713  513  660  488  679  2121  2952 

    

Table 19. Significance of the ratios of increases to decreases (from Table 15), using the Binomial test. 

High amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec p value

PNS‐like + MSE2 

1.031  <10‐5  1.452  <10‐5  1.330  <10‐3  1.245  <10‐2  1.222  <10‐7 

SNS‐like +  ShannEn, MSE3‐6 

0.800  <10‐6  0.753  <10‐5  0.714  <10‐8  0.816  <10‐2  0.732  <10‐27 

Low amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec p value

PNS‐like + MSE2 

1.031  <10‐5  1.292  <10‐2  1.159  n.s.  1.197  <10‐1  1.148  <10‐4 

SNS‐like +  ShannEn, MSE3‐6 

0.800  <10‐6  0.694  <10‐9  0.777  <10‐4  0.719  <10‐7  0.718  <10‐31 

 

8.2. Increases and decreases in HRV measures over time: a brief summary 

For all stimulation frequencies and at both amplitudes, the PNS‐like measures now show significantly 

more increases than decreases, and the SNS‐like measures significantly more decreases than 

increases. Thus changes between baseline and Slot 6 (post‐stimulation) indicate an improvement in 

autonomic balance, i.e. favouring the PNS but not SNS, for all frequencies.  

For all three active frequencies, the ratio of PNS‐like increases to decreases was higher at high than 

at low amplitude. For 2.5 pps and 80 pps, this was also the case for the ratio of SNS‐like increases to 

decreases at, but for 10 pps this ratio was lower at high than at low amplitude. 

Page 56: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

56  

At high amplitude, 2.5 pps appears to be the frequency with most PNS‐like effects, and sham 

stimulation the frequency with fewest PNS‐like effects, while 80 pps has the most SNS‐like effects 

and 10 pps the fewest.  

At low amplitude, 2.5 pps appeared to have the most PNS‐like effects, and sham stimulation the 

most SNS‐like effects, with sham stimulation the fewest PNS‐like effects and 2.5 pps the fewest SNS‐

like effects. 

8.3. Using only those measures and indices for which significant differences were found using the 

Wilcoxon signed ranks test 

Table 20 (based on Table 5) shows corresponding ratios and Binomial test significance values for the 

reduced number of HRV measures and HRNL indices which showed significant differences between 

Slots 1 and 6 when using the Wilcoxon signed ranks test. The problematic measures in red in Table 5 

have been included. Table 21 shows results with them excluded.  

 Table 20. Significance of the ratios of increases to decreases of significant differences between Slots 

1 and 6 (from Table 5), using the Binomial test and including measures with reversed ratios.  

High amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec p value

PNS‐like + reverse measures 

0.465  <10‐8  1.188  n.s.  0.855  n.s.  0.333  <10‐3  0.687    <10‐5 

SNS‐like +  reverse measures 

1.697  <10‐10  2.511  <10‐13 1.783  <10‐6  2.659  <10‐7  1.938  <10‐34 

Low amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec p value

PNS‐like + reverse measures 

0.465  <10‐8  0.444  <10‐5  0.938  n.s.  0.453  <10‐3  0.497  <10‐14 

SNS‐like +  reverse measures 

1.697  <10‐10  2.368  <10‐7  0.476  <10‐2  2.822  <10‐12  1.858  <10‐25 

ALL  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec p value

PNS‐like + reverse measures 

0.465  <10‐8  1.110  n.s.  0.595  <10‐2  0.464  <10‐6  0.834  <10‐4 

SNS‐like +  reverse measures 

1.697  <10‐10  2.155  <10‐12  1.385  <10‐2  1.996  <10‐17  1.476  <10‐33 

 

Table 21. Significance of the ratios of increases to decreases of significant differences between Slots 

1 and 6 (from Table 5), using the Binomial test and excluding measures with reversed ratios. 

High amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec p value

PNS‐like ‐ reverse 

0.465  <10‐8  0.388  <10‐4  0.333  <10‐4  0.333  <10‐3  0.413  <10‐19 

Page 57: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

57  

measures 

SNS‐like ‐  reverse measures 

1.958  <10‐15  3.280  <10‐18  2.606  <10‐12  2.659  <10‐7  2.369  <10‐49 

Low amp  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec p value

PNS‐like ‐ reverse measures 

0.465  <10‐8  0.444  <10‐5  1.818a n.s.  0.453  <10‐3  0.499  <10‐14 

SNS‐like ‐  reverse measures 

1.958  <10‐15  2.368  <10‐7  0.476b <10‐2  2.822  <10‐12  2.021  <10‐11 

ALL  0 pps  2.5 pps  10 pps  80 pps  ALL 

Ratio  inc:dec  p value  inc:dec  p value inc:dec p value inc:dec p value  inc:dec p value

PNS‐like ‐reverse measures 

0.465  <10‐8  0.775  n.s.  0.595  <10‐2  0.464  <10‐17  0.608  

<10‐20 

SNS‐like ‐  reverse measures 

1.958  <10‐15  2.155  <10‐12  1.739  <10‐4  2.262  <10‐21  1.716  <10‐11 

a. Based on only a single measure, RR; b. based on only HRmean and pD1+D2. 

Using only those HRV measures and HRNL indices for which changes were significant, rather than 

counting increases and decreases for all the measures and indices, and including the problematic 

measures in red in Table 5, at high stimulation amplitudes it appears that 80 pps TEAS is likely to be 

experienced as most stressful and sham as least stressful, whereas at low amplitudes 10 pps TEAS is 

likely to be experienced as least stressful and possibly 80 pps as most stressful. Disregarding 

amplitude, again TEAS at 10 pps TEAS may be experienced as less stressful than at 2.5 or 80 pps. 

Excluding the problematic measures, at both high and low stimulation amplitudes 10 pps TEAS may 

be experienced as less stressful than TEAS at the other two active frequencies. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 58: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

58  

Discussion 

Main findings 

Although twice as many comparisons within slots could be made among stimulation frequency 

effects as between stimulation amplitudes (48 vs 24 comparisons for each HRV measure or HRNL 

index), numbers of such comparisons that were significant were some 17% higher for those between 

amplitudes (Table 2). HRV frequency‐domain measures (and one HRNL index) were more likely to 

demonstrate differences with amplitude, and entropy or complexity HRV measures more likely to 

vary with frequency. However, ES was often marginally larger when comparing frequencies than 

when comparing amplitudes (Table 3).   

Median ES across all slots for the difference between amplitudes was greatest at 10 pps, and for 

frequency differences for the difference between 2.5 pps and sham (Table 4). However, median ES 

was greater still for changes over time, between Slots 1 and 6 (Table 7). 

 

Numbers of significant differences for both amplitude and frequency comparisons were comparable 

(Table 8), but patterns were very different for the different frequencies: amplitude appears to have 

had a much greater differential effect on HRV and HRNL at 10 pps than at the other frequencies (cf 

results from the Figures, below). Moreover, when 10 pps and 2.5 pps were compared with sham 

stimulation, greater numbers of significant differences were present after than during or before 

stimulation. 

 

In particular (Table 9), following stimulation, 10 pps TEAS resulted in 45 more good than bad 

outcomes, and at 80 pps in just 2 more good than bad outcomes, if ‘good’ is considered as an 

increase in PNS‐like measures or a decrease in SNS‐like measures relative to sham following TEAS, 

and ‘bad’ as a decrease in PNS‐like measures or an increase in SNS‐like measures relative to sham 

following TEAS. 

 

When the effects of different frequencies were considered in all slots, separating results into those 

for high and low amplitudes (Table 10), there were significantly more significant differences at high 

amplitude between HRV measures and HRNL indices at 2.5 pps and sham, or 80 pps and sham, as 

might be expected, but significantly more significant differences at low amplitude between HRV 

measures and HRNL indices at 10 pps and sham.   

 

Examining the first 14 Figures, a consistent finding is that values of PNS‐like measures and indices 

tend to be greater at lower amplitudes of TEAS, and less at higher amplitudes (Figure 1.1, 1.3, 1.5, 

1.6), and vice versa for SNS‐like measures (Figure 1.4, 1.6, 1.7). Another is that amplitude appears to 

have had a much greater differential effect on HRV and HRNL at 10 pps than at the other frequencies 

(Figure 1.1, 1.2R, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.9, 1.14R), often least at 80 pps (Figure 1.1, 1.3, 1.4, 1.6). SDNN 

and SDHR provide counter‐examples to these findings (Figure 1.10). Total power (TotPwr), SI and 

ApEn may also behave in ways contrary to those expected (Figure 1.11, 1.13).  

 

Examining the second 14 Figures, a recurring pattern is that differences from sham for an HRV 

measure at a particular stimulation frequency are often of opposite signs at high and low amplitudes 

(Figure 2.1, 2.3, 2.4, 2.5R, 2.6, 2.7, 2.8, 2.10, 2.11, 2.12, 2.13L). For some measures, results also 

Page 59: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

59  

appear consistently more similar for the two lower active frequencies (2.5 and 10 pps) (Figure 2.4R, 

2.6R, 2.7L, 2.8L, 2.10R, 2.11L), for others the two higher active frequencies (10 pps and 80 pps) 

(Figure 2.10L, 2.11R), and for others the upper and lower active frequencies (2.5 and 80 pps) (Figure 

2.2R, 2.3, 2.4L, 2.5R, 2.6L).    

 

Summaries of these findings in Table 12 confirm that greater differentiation between stimulation 

amplitude effects occurred at 10 pps and least at 80 pps. At 10 pps, relatively greater differences 

between stimulation amplitudes were found for PNS‐like rather than SNS‐like measures and indices. 

Table 13 confirms that most (and greatest) differences from sham were found for 10 pps TEAS at low 

amplitude (particularly for PNS‐like measures and indices), and fewest for low‐amplitude stimulation 

at the other two active frequencies. 

 

Those HRV measures and HFNL indices that were found most useful in analysis are shown in Table 

15. Of the 29 measures and indices shown, the PNS index would appear to be the most useful, 

followed by HFabs, LF/HF and SD2/SD1.  

 

In our earlier report (Mayor et al. 2019), we concluded that overall, stimulation at both 2.5 and 80 

pps would appear to increase rather than decrease the stress response, and sham and 10 pps not to 

do one or the other, particularly. We now conclude (Tables 18 to 21) that changes between baseline 

and Slot 6 (post‐stimulation) indicate an improvement in autonomic balance, i.e. favouring the PNS 

but not SNS, for all frequencies.  

Furthermore, at both high and low amplitude, 2.5 pps appears to be the frequency with most PNS‐

like effects. At high stimulation amplitudes it appears that 80 pps TEAS is likely to be experienced as 

most stressful and sham as least stressful, whereas at low amplitudes 10 pps TEAS is likely to be 

experienced as least stressful and possibly 80 pps as most stressful. Disregarding amplitude, again 

TEAS at 10 pps TEAS may be experienced as less stressful than at 2.5 or 80 pps. 

Possible directions for further research 

Findings from this study could be explored in clinical research. With more awareness of the PNS‐like 

and SNS‐like effects of different TEAS parameters, and knowledge of whether the parasympathetic 

or sympathetic nervous system is involved in a particular condition (or indeed, their imbalance), it 

should become possible to tailor TEAS (or EA) treatment to what is required for optimal outcome, 

rather than simply relying on more stablished rules of thumb derived from neurochemical 

interpretations of how these treatments work.  

This study confirms the usefulness of a multivariate approach in HRV research. Although only four 

measures (the PNS index, HFabs, LF/HF and SD2/SD1) gave consistent or significant results in four or 

more steps of our analysis, other measures from all domains, as well as nonlinear complexity 

measures and HRNL indices, were revealing of useful findings. In particular, our finding that HRV 

frequency‐domain measures (and one HRNL index) were more likely to demonstrate differences 

with amplitude, and entropy or complexity HRV measures more likely to vary with frequency, could 

be explored further.    

There are many different ways of practising acupuncture‐related therapies like EA and TEAS. Some 

practitioners think in terms of qi and use traditional methods that aim to balance the whole system, 

Page 60: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

60  

whereas others focus more on helping to improve specific symptoms – these two approaches, of 

course, not necessarily being mutually exclusive. ‘Balance’ can be applied to concepts such as yin 

and yang, or to physiological functions such as those of the parasympathetic and sympathetic 

divisions of the autonomic nervous system. we think it is probably true to say that most 

acupuncturists who think in terms of qi would consider relaxation and parasympathetic activation 

therapeutically useful in many cases. On the other hand, many of those who treat specific 

musculoskeletal (MSK) conditions might consider that stronger stimulation is sometimes required, 

citing evidence of stress‐induced endorphin release or diffuse noxious inhibitory controls (Mayor 

2007). One avenue for future exploration would be to test whether those stimulation parameters 

found in this study to enhance parasympathetic activity are more appropriate for ‘whole‐person’ 

conditions involving autonomic imbalance, and those that appear to improve sympathetic activity 

for the treatment of specific MSK conditions. This may be a naively dualistic approach, but it would 

certainly be worth exploring in further research.  

Findings on the HRNL indices have potential application for both linear and nonlinear HRV measures. 

Data for which the HRNL indices D2 or D1+D2 are low may provide more accurate values for 

frequency‐domain HRV measures but less accurate values for nonlinear measures of complexity or 

entropy. Correspondingly, data for which these HRNL indices are high may provide more accurate 

values for nonlinear measures of complexity or entropy, but less accurate values for frequency‐

domain HRV measures. This topic could usefully be explored in more detail.      

 

Limitations 

As already stated, the classification of HRV measures as ‘PNS‐like’ or ‘SNS‐like’ should considered as 

a heuristic and practical expedient, and one that can hopefully be improved in the future as 

understanding of HRV develops.   

The definition of stimulation amplitude used here is not altogether satisfactory, firstly because it 

combines amplitudes from two different locations (each hand) and at two different times (at the 

start of stimulation, and after 10 minutes of TEAS), and secondly because some participants 

exhibited different ‘high’ and ‘low’ amplitudes at the different stimulation frequencies. Comparisons 

between them therefore had to be restricted to cases where amplitude was ‘high’ or ‘low’ for both 

frequencies concerned. 

For speed and simplicity, graphs show differences between group median values, not median values 

of the differences for each participant. This approach should be refined in further analysis. 

Changes over time were only considered between baseline and Slot 6, as explained above (p. 13). 

Changes during stimulation (Slot 2 to Slot 5) and post‐stimulation (Slot 6 to Slot 8) should also be 

examined – particularly in view of the finding that after‐effects of stimulation may themselves 

change with time (Hideaki et al. 2015).    

Baseline effects are clearly visible in many of the graphs plotted. However, these were, we hope, 

mitigated to some extent by the strategy of comparing percentage differences in measures and 

indices for high and low amplitudes, divided by the median value for both amplitudes at baseline. 

Similarly, when comparing percentage differences in measures and indices between active 

frequencies and sham, these were divided by the median value for sham to ‘normalise’ results.      

Page 61: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

61  

Univariate statistical methods were used to analyse data. Further, multivariate methods should be 

applied to clarify the relationship between amplitude and frequency effects, and also interactions 

between the different HRV measures and HRNL indices used.  

Conclusions 

On the basis of ECG‐derived HRV measures and HRNL indices, TEAS at 10 pps appeared in this study 

to be experienced as less stressful than at 2.5 or 80 pps. Higher amplitude TEAS was in general 

experienced as more stressful, and the amplitude high‐low differential had most effect at 10 pps. In 

general, stimulation at high and low amplitudes had opposite effects when comparing active 

stimulation at all frequencies with sham. Moreover, when 10 pps and 2.5 pps were compared with 

sham stimulation, greater numbers of significant differences were present after than during 

stimulation, with beneficial changes evident particularly after 10 pps TEAS. Most (and greatest) 

differences from sham were found for 10 pps TEAS at low amplitude (particularly for PNS‐like 

measures and indices).  

Author contributions 

DM and TS designed the study; DM organised recruitment; TS provided the requisite equipment; TS 

collected and processed the ECG data; DP collated the results; and DM prepared this presentation.   

Acknowledgements 

To the University of Hertfordshire for permitting us to conduct this study and to Prof Tim Watson in 

particular for facilitating it and providing academic supervision. To Lidia Zaleczna and Aiste 

Noreikaite for the hours they spent carefully collecting the ECG data, and to the latter for assistance 

in processing it. To our volunteers for their participation, to our families and partners for their 

continued patience and support, and to many other colleagues for discussions and other input that 

helped to shape the study. To the Acupuncture Association of Chartered Physiotherapists (AACP) 

and to DM’s patients, whose financial support indirectly made this study possible. To Pedro 

Bernaola‐Galván for his work on NL indices and for permission to use them in this presentation prior 

to their more formal dissemination. Last, but not least, to Martin Underwood, whose perspicacious 

question at the 2019 ARRC Symposium about the effects of stimulation amplitude on HRV acted as a 

catalyst for this presentation, and to Mark Bovey, whose critique of our presentation at the 2019 

ARRC Symposium also helped to shape this one.        

 

 

 

 

 

 

 

Page 62: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

62  

Appendix. Additions and amendments to findings in our poster presentation at the 2019 ARRC 

Symposium (Mayor et al. 2019) 

1.1. Can nonlinearity be considered a benchmark for the HRV measures?  

The Tables of correlations between PNS and SNS and the other HRV measures used (Mayor et al. 

2019, Tables 1‐2, pp. 8‐9) did not include any nonlinearity indices. Re‐calculating correlations 

between these and the HRV measures resulted in no absolute values of Spearman’s rho ≥ 0.5. The highest values of |rho| were for correlations between D1+D2 and HRV frequency domain measures 

LF/HF and LFnu (rho = ‐0.430), between D1+D2 and HFnu (rho = 0.430), between D1+D2 and HF% 

(rho=0.429) and between D1+D2 and LF% (rho = ‐0.426). Values of rho for correlations between D2 

and the HRV measures were all less than 0.200.   

In contrast, 30 HRV measures exhibited strong correlations with PNS (|rho| ≥ 0.5), and 17 with SNS. This disparity suggests that neither of the nonlinearity indices investigated, D2 and D1+D2, can be 

considered as underlying HRV in any sense, and that nonlinearity is indeed a different attribute of 

heart rate dynamics than variability.     

1.2. How much do the HRV measures vary in themselves? 

The Table of coefficients of variation (CVs) > 4 for the 56 HRV measures used (Mayor et al. 2019,      

p. 10) shows only 10 such measures. CVs for the nonlinearity indices are shown in Table A1 below. 

Table A1. Nonlinearity indices with CV > 4 

Measure  D1+D2  pD1+D2 D2 pD2 D2xpD2 

Av  8.830  9.959  41026.168  13.198 4685.588 

SD  108.559  70.856  1155221.277 66.854 99912.813 

CV  12.294  7.114  28.158  5.066  21.323 

 

CV was highest for D2 and D2xpD2, lowest for the two significance measures, pD2 and pD1+D2. All 

have CV > 4, suggesting that like the 10 HRV measures in the original Table, nonlinearity indices 

might be likely to differ for different stimulation frequencies and amplitudes (but see proviso on p. 8 

above). 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 63: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

63  

References 

Acharya UR, Joseph KP, Kannathal N, Lim CM, Suri JS. 2006. Heart rate variability: a review. Medical 

and Biological Engineering and Computing, 44(12): 1031–1051. 

Azami H, Escudero J. 2018. Amplitude‐ and fluctuation‐based dispersion entropy. Entropy, 20, 210. 

Baevsky RM, Berseneva AP. 2008. Anwendungen des System Kardivar zur Feststellung des 

Stressniveaus und des Anpassungsvermögens des Organismus. Messungsstandards und 

physiologische Interpretation. Moskau, Prag. 

Bernaola‐Galván PA, Gómez‐Extremera M, Romance AR, Carpena P. 2017. Correlations in magnitude 

series to assess nonlinearities: Application to multifractal models and heartbeat fluctuations, 

Physical Review. E, Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics, 96, 3. 

Bigger JT Jr, Kleiger RE, Fleiss JL, Rolnitzky LM, Steinman RC, Miller JP. 1988. Components of heart 

rate variability measured during healing of acute myocardial infarction. American Journal of 

Cardiology, 61(4): 208‐215. 

Brennan M, Palaniswami M, Kamen P. 2001. New insights into the relationship between Poincaré 

plot geometry and linear measures of heart rate variability. Proceedings, 23rd Annual EMBS 

International Conference, Istanbul, Turkey, 529‐526. 

Cai RL, Hu L, Zhou YP, Wu ZJ, Wang KM, Tang XM, Li M, Li ZH. 2007. [Effects of electroacupuncture of 

"Shenmen" (HT 7) and "Zhizheng" (SI 7) on cardiac function and electrical activities of cardiac 

sympathetic nerve in acute myocardial ischemia rabbits]. Zhen Ci Yan Jiu, 32(4): 243‐246. 

Chang CH, Huang JL, Ting CT, Chang CS, Chen GH. 2005. Atropine‐induced HRV alteration is not 

amended by electroacupuncture on Zusanli. American Journal of Chinese Medicine, 33(2): 307‐314. 

Chang CS, Ko CW, Lien HC, Chou MC. 2010. Effect of electroacupuncture on St. 36 (Zusanli) and LI. 10 

(Shousanli) acupuncture points on heart rate variability. American Journal of Chinese Medicine, 

38(2): 231‐239. 

Ciccone AB, Siedlik JA, Wecht JM, Deckert JA, Nguyen ND, Weir JP. 2017. Reminder: RMSSD and SD1 

are identical heart rate variability metrics. Muscle and Nerve, 56(4): 674‐678.  

Clifford GD, Tarassenko L. 2005. Quantifying errors in spectral estimates of HRV due to beat 

replacement and resampling. IEEE Transactions on Bio‐medical Engineering, 52(4): 630‐638. 

Costa M, Goldberger AL, Peng CK. 2005. Multiscale entropy analysis of biological signals. Physical 

Review. E, Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics, 71(2 Pt 1): 021906. 

Cui S, Xu J, Wang J, Wu SB, Zhou YP, Zhou MQ. 2016. [Effect of electroacupuncture stimulation of 

heart meridian on autonomic nervous activities in acute myocardial ischemia rats]. Zhen Ci Yan Jiu, 

41(6): 515‐520. 

do Amaral Sartori S, Stein C, Coronel CC, Macagnan FE, Plentz RDM. 2018. Effects of transcutaneous 

electrical nerve stimulation in autonomic nervous system of hypertensive patients: A randomized 

controlled trial. Current Hypertension Reviews, 14(1): 66‐71. 

Page 64: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

64  

Gómez‐Extremera M, Bernaola‐Galván PA, Vargas S, Benítez‐Porres J, Carpena P, Romance AR. 2018. 

Differences in nonlinear heart dynamics during rest and exercise and for different training. 

Physiological Measurement. 39(8): 084008. 

Heathers JA. 2014. Everything Hertz: methodological issues in short‐term frequency‐domain HRV. 

Frontiers in Physiology, 7;5: 177.  

Hideaki W, Tatsuya H, Shogo M, Naruto Y, Hideaki T, Yoichi M, Yoshihiro O, Kazuo U, Hidenori T. 

2015. Effect of 100 Hz electroacupuncture on salivary immunoglobulin A and the autonomic nervous 

system. Acupuncture in Medicine, 2015, 33(6): 451‐456. 

Hsu CH, Tsai MY, Huang GS, Lin TC, Chen KP, Ho ST, Shyu LY, Li CY. 2012. Poincaré plot indexes of 

heart rate variability detect dynamic autonomic modulation during general anesthesia induction. 

Acta Anaesthesiologica Taiwanica, 50(1): 12‐18.  

Imai K, Ariga H, Chen C, Mantyh C, Pappas TN, Takahashi T. 2008. Effects of electroacupuncture on 

gastric motility and heart rate variability in conscious rats. Autonomic Neuroscience, 138(1‐2): 91‐98. 

Imai K, Ariga H, Takahashi T. 2009. Electroacupuncture improves imbalance of autonomic function 

under restraint stress in conscious rats. American Journal of Chinese Medicine, 37(1): 45‐55. 

Intharakham K, Suwanprasert K, Muengtaweepongsa S. 2017. Correlation between Decreased 

Parasympathetic Activity and Reduced Cerebrovascular Reactivity in Patients with Lacunar Infarct. 

Current Neurovascular Research 14(1): 65‐70. 

Jia BA, Cheng CY, Lin YW, Li TC, Liu HJ, Hsieh CL. 2011. The 2 Hz and 15 Hz electroacupuncture 

induced reverse effect on autonomic function in healthy adult using a heart rate variability analysis. 

Journal of Traditional and Complementary Medicine, 1(1): 51‐56. 

Jiang Y, Liu J, Liu J, Han J, Wang X, Cui C. 2014. Cerebral blood flow‐based evidence for mechanisms 

of low‐ versus high‐frequency transcutaneous electric acupoint stimulation analgesia: a perfusion 

fMRI study in humans. Neuroscience, 268:180‐193.  

Kimura Y, Hara S. 2008. The effect of electro‐acupuncture stimulation on rhythm of autonomic 

nervous system in dogs. Journal of Veterinary Medical Science, 70(4): 349‐352. 

Kobayashi K, Sakuratani Y, Abe T, Yamazaki K, Nishikawa S, Yamada J, Hirose A, Kamata E, Hayashi M. 

2011. Influence of coefficient of variation in determining significant difference of quantitative values 

obtained from 28‐day repeated‐dose toxicity studies in rats. Journal of Toxicological Sciences 36(1): 

63‐71. 

Lee JH, Kim KH, Hong JW, Lee WC, Koo S. 2011. Comparison of electroacupuncture frequency‐related 

effects on heart rate variability in healthy volunteers: a randomized clinical trial. Journal of 

Acupuncture and Meridian Studies, 4(2): 107‐115. 

Li C, Yang J, Park K, Wu H, Hu S, Zhang W, Bu J, Xu C, Qiu B, Zhang X. 2014. Prolonged repeated 

acupuncture stimulation induces habituation effects in pain‐related brain areas: an FMRI study. PLoS 

One, 9(5):e97502. 

Page 65: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

65  

Liao JM, Lin CF, Ting H, Chang CC, Lin YJ, Lin TB. 2002. Electroacupuncture at Hoku elicits dual effect 

on autonomic nervous system in anesthetized rats. Neuroscience Research, 42(1): 15‐20. 

Liu CH, Lin YW, Hsu HC, Liu HJ, Lin WJ, Hsieh CL. 2014. Electroacupuncture at ST36‐ST37 and at ear 

ameliorates hippocampal mossy fiber sprouting in kainic acid‐induced epileptic seizure rats. 

Biomedical Research International, 2014: 756019. 

Malik M (Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing 

and Electrophysiology). 1996. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological 

interpretation, and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North 

American Society of Pacing and Electrophysiology. European Heart Journal, 17(3): 354‐381.  

Mayor DF (Ed.). 2007. Electroacupuncture: A practical manual and resource. Edinburgh: Churchill 

Livingstone. 

Mayor DF. 2018. Exploring amplitude in transcutaneous electroacupuncture stimulation (TEAS). 

AACP Leeds Conference, Principal Met Hotel, Leeds, 13 October (Available online at: 

https://www.youtube.com/watch?v=iN4dG3c3tHk).   

Mayor D, Steffert T, Panday D, Noreikaite A, Zaleczna L. 2019. Does electrical stimulation to the 

hands (transcutaneous electroacupuncture stimulation, TEAS) have frequency‐specific effects on 

heart rate variability (HRV)? (Available online at: http://electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp‐

content/uploads/2019/03/HRV‐poster‐background‐ARRC‐2019.pdf).  

Michikami D, Kamiya A, Kawada T, Inagaki M, Shishido T, Yamamoto K, Ariumi H, Iwase S, Sugenoya 

J, Sunagawa K, Sugimachi M. 2006. Short‐term electroacupuncture at Zusanli resets the arterial 

baroreflex neural arc toward lower sympathetic nerve activity. American Journal of Physiology. Heart 

and Circulatory Physiology, 291(1): H318‐H326. 

Nakahara H, Kawada T, Ueda SY, Kawai E, Yamamoto H, Sugimachi M, Miyamoto T. 2016. 

Electroacupuncture most effectively elicits depressor and bradycardic responses at 1 Hz in humans. 

Clinical Autonomic Research, 26(1): 59‐66.  

Olyaei GR, Talebian S, Hadian MR, Bagheri H, Momadjed F. 2004. The effect of transcutaneous 

electrical nerve stimulation on sympathetic skin response. Electromyography and Clinical 

Neurophysiology, 44(1): 23‐28. 

Pincus SM. 1991. Approximate entropy as a measure of system complexity. Proceedings of the 

National Academy of Sciences of the United States of America, 88(6): 2297–2301. 

Reeves JL 2nd, Graff‐Radford SB, Shipman D. 2004. The effects of transcutaneous electrical nerve 

stimulation on experimental pain and sympathetic nervous system response. Pain Medicine, 5(2): 

150‐161. 

Richman JS, Moorman JR. 2000. Physiological time‐series analysis using approximate entropy and 

sample entropy. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology, 278(6): H2039‐

2049. 

Page 66: The effects of transcutaneous electroacupuncture ...electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp-content/uploads/...Patients often report finding acupuncture treatment relaxing, whether this is

66  

Shi X, Wang ZP, Liu KX. 1995. [Effect of acupuncture on heart rate variability in coronary heart 

disease patients]. Zhongguo Zhong Xi Yi Jie He Za Zhi, 15(9): 536‐538.  

Silva LE, Silva CA, Salgado HC, Fazan R Jr. 2017. The role of sympathetic and vagal cardiac control on 

complexity of heart rate dynamics. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology, 

1;312(3): H469‐H477.  

Steffert T, Mayor D. 2014. The fickleness of data: Estimating the effects of different aspects of 

acupuncture treatment on heart rate variability (HRV). Initial findings from three pilot studies. 

Available online at: http://electroacupuncture.qeeg.co.uk/wp‐content/uploads/2018/03/HRV‐

poster‐background‐ARRC‐2014.pdf).  

Stein C, Dal Lago P, Ferreira JB, Casali KR, Plentz RD. 2011. Transcutaneous electrical nerve 

stimulation at different frequencies on heart rate variability in healthy subjects. Autonomic 

Neuroscience, 165(2): 205‐208. 

Sullivan GM, Feinn R. 2012. Using Effect Size‐or why the P value Is not enough. Journal of Graduate 

Medical Education 4(3): 279‐282. 

Tarvainen MP, Lipponen J, Niskanen J‐P, Ranta‐aho PO. 2019. Kubios HRV (ver. 3.2) User’s Guide 

(Kubios Oy, Kuopio, FI). 

Tarvainen MP, Lipponen J, Niskanen J‐P, Ranta‐aho PO. n.d. About Heart Rate Variability. 

http://www.kubios.com/about‐hrv/ (Accessed 4 May 2019). 

Van Dongen HPA, Olofsen E, VanHartevelt JH, and Kruyt EW. 1999. Searching for biological rhythms: 

peak detection in the periodogram of unequally spaced data. Journal of Biological Rhythms, 14(6): 

617–620. 

Voss A, Baier V, Schulz S, Bar KJ. 2006. Linear and nonlinear methods for analyses of cardiovascular 

variability in bipolar disorders. Bipolar Disorders 8(5 Pt 1): 441‐452.  

Waki H, Suzuki T, Tanaka Y, Tamai H, Minakawa Y, Miyazaki S, Yoshida N, Uebaba K, Imai K, Hisajima 

T. 2017. Effects of electroacupuncture to the trigeminal nerve area on the autonomic nervous 

system and cerebral blood flow in the prefrontal cortex. Acupuncture in Medicine, 35(5): 339‐344. 

Watson P. 2011. A two group nonparametric effect size. MRC CBU Wiki, http://imaging.mrc‐

cbu.cam.ac.uk/statswiki/FAQ/nonpz (accessed 5 May 2019). 

Wu ZJ, Cai RL, Long DH, He L, Hu L. 2010. [Effects of electroacupuncture of "Shenmen" (HT 7) and 

"Taixi" (KI 3) on cardiac sympathetic activities in acute myocardial ischemia rabbits]. Zhen Ci Yan Jiu, 

35(1): 32‐36. 

Yu DT, Jones AY. 2013. Physiological changes associated with de qi during electroacupuncture to LI4 

and LI11: a randomised, placebo‐controlled trial. Acupuncture in Medicine, 31(2): 143‐150.