成人手膝爬行的肌肉協(xié)同分析.pdf

1、肌肉協(xié)同理論作為解釋中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System，CNS)如何正確控制人體眾多骨骼肌運動并彼此配合以完成各種動作的一種假設(shè)，合理的解決了人體運動自由度(Degree of Freedom，DOF)的問題。在該理論中，肌肉協(xié)同被認為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的最小受控單元。不同肌肉協(xié)同完成不同的任務(wù)，并且輪流被募集以完成既定任務(wù)。肌肉協(xié)同分析方法已被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)肌肉控制機制以及神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的研究中。
　　爬

2、行是人類直立行走前的主要運動方式，對嬰幼兒的發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。對爬行運動的研究可幫助理解中樞神經(jīng)系統(tǒng)的爬行控制機制，對臨床上評估嬰幼兒的發(fā)育狀態(tài)和神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病患者的運動障礙程度都有重要的應(yīng)用價值。爬行作為一種全身性運動，涉及幾乎所有的軀干和四肢肌肉。目前針對爬行運動的研究多集中于肢體間的協(xié)調(diào)模式，對于肢體內(nèi)肌肉的協(xié)同很少涉及。肌肉協(xié)同分析方法能夠探索爬行過程中肢體內(nèi)以及肢體間的協(xié)同模式，在探索爬行潛在神經(jīng)肌肉控制機制上具有很大

3、潛力。
　　作為初步探索，本論文將肌肉協(xié)同分析方法應(yīng)用于成年人的手膝爬行運動研究，為后期探索兒童以及腦癱爬行模式的異常奠定基礎(chǔ)。開展的主要工作和取得的研究成果如下:(1)提出了一種基于肌肉協(xié)同分析的手膝爬行運動研究方案，包括爬行數(shù)據(jù)捕獲、爬行肌電信號的預(yù)處理、肌肉協(xié)同提取以及協(xié)同分析方法?？紤]到肌肉的分布、大小以及深淺程度，從每側(cè)肢體選取16塊（上下肢各8塊）與爬行運動最為相關(guān)的肌肉作為目標肌肉，采集爬行過程中全身共32塊肌肉的表

4、面肌電信號，采用非負矩陣分解算法提取肌肉協(xié)同，并提出了基于肌肉協(xié)同的肢體相位差計算方法以及從激活程度、激活時刻、激活相位三方面衡量協(xié)同募集模式變化的指標。
　　(2)開展了手膝爬行過程中肢體內(nèi)和肢體間肌肉協(xié)同分析。在肢體內(nèi)肌肉協(xié)同分析中發(fā)現(xiàn)，在每個肢體中都能提取出兩個肌肉協(xié)同，一個對應(yīng)支撐相，另一個對應(yīng)擺動相。連續(xù)爬行過程中，這兩個肌肉協(xié)同被交替募集。同時，所有受試者的肌肉協(xié)同結(jié)構(gòu)具有一定的相似性。在肢體間肌肉協(xié)同分析中發(fā)現(xiàn)，左右

5、側(cè)對應(yīng)肌肉協(xié)同的募集存在半個周期的相位差;受試者之間的上肢肌肉協(xié)同募集模式大致相同，下肢肌肉協(xié)同的募集模式與爬行模式有關(guān)，同側(cè)肢體配對式、對側(cè)肢體配對式都存在組內(nèi)相似性，混合肢體配對式受試者的肌肉協(xié)同募集存在較大個體差異;利用上下肢體支撐相對應(yīng)肌肉協(xié)同的募集相位差可有效實現(xiàn)肢體間協(xié)同模式的分類。
　　(3)開展了不同爬行條件下的肌肉協(xié)同分析。根據(jù)對不同速度和坡度下的爬行肌肉協(xié)同分析，發(fā)現(xiàn)速度的改變會影響爬行模式，低速下采用混合式肢

6、體配對的受試者在高速下傾向于采用同側(cè)肢體配對或?qū)?cè)肢體配對爬行模式。然而，速度的改變基本不影響協(xié)同結(jié)構(gòu)，但會影響肌肉協(xié)同的募集程度、募集時間以及募集相位。此外，坡度的變化不改變爬行模式，但對協(xié)同的結(jié)構(gòu)以及募集程度產(chǎn)生一定影響。
　　本研究開展的成人手膝爬行肌肉協(xié)同分析研究，對理解中樞神經(jīng)系統(tǒng)的潛在爬行控制機制具有重要的意義，為兩級中樞模式產(chǎn)生器(CentralPatternGenerator，CPG)模型提供了一定的理論依據(jù)。在兩