年龄与反馈模式对本体力觉的影响：基于运动单位记录的见解
2026-02-05 来源:本站 点击次数:51论文摘要
本研究旨在比较视觉与听觉反馈对中老年人力量复制准确性的影响，并探究其是否反映在运动单位的神经驱动中。42名40–84岁健康受试者参与实验，使用FDI肌进行等长收缩，在5%和20%最大自愿收缩力（MVC）两个目标力量下完成力量复制任务。目标阶段分别提供视觉或听觉反馈，复现阶段无反馈。通过高密度表面肌电记录运动单位活动，分析力量稳定性、运动单位放电特性及相干性。结果显示：
- 在低目标力量（5% MVC）下，力量复制误差随年龄增长而增加，且视觉反馈下的误差显著高于听觉反馈；
- 在中等目标力量（20% MVC）下，年龄与反馈方式均未显著影响准确性；
- 听觉反馈下力量稳定性较差（CV值更高），且运动单位在δ频带（1–5 Hz）和β频带（15–35 Hz）的相干性更高；
- 年龄对运动单位放电率、放电变异性及累积脉冲序列的标准差无显著影响。
本研究提出：听觉反馈在低力量任务中能提升本体感觉评估的准确性，但其神经控制信号更为“嘈杂”，并伴随运动单位相干性的改变。这反映了不同感觉反馈模式下本体感觉信息处理机制的差异，对运动控制评估与康复策略具有启示意义。
研究方法
参与者与实验设计
42名40–84岁健康成年人参与单次2小时实验。排除标准包括神经系统疾病、服用影响运动控制的药物、近期上肢骨科问题等。受试者坐姿，优势手固定于定制测力仪，食指佩戴夹板与力传感器（Honeywell model 13）记录外展力。
设备与信号记录
肌电信号采用无线高密度表面肌电系统（HD-EMG，Sessantaquattro；OT Bioelettronica, Torino, Italy） 同步记录。电极贴附于FDI肌表面（13×5网格电极，GR04MM1305），信号经放大、带通滤波（10–500 Hz）后以2000 Hz采样率存储。力信号同步记录于Spike 2.0系统。
力量复制任务
受试者先进行MVC测试，随后在5%和20% MVC下进行力量复制任务。视觉反馈以光标形式呈现目标力与实时力；听觉反馈采用双音调信号（低于目标力为220 Hz，高于为440 Hz），音量与力差成正比，力在目标±5%范围内时无声。每个条件完成3次试验，目标阶段与复现阶段各20秒，间隔10秒休息。
运动单位分解与追踪
使用卷积核补偿方法分解HD-EMG信号，通过DEMUSE软件手动校对运动单位脉冲序列。仅追踪成功且脉冲信噪比＞30 dB的运动单位用于后续分析。
数据分析指标
- 力量稳定性：目标阶段力的变异系数（CV）。
- 力量复制准确性：复现阶段与目标阶段平均力的百分比误差。
- 运动单位放电特性：平均放电率、放电间期变异系数（CV for ISI）、累积脉冲序列的标准差（SD for CST）。
- 共同突触输入估计：计算运动单位间的相干性，重点关注δ（1–5 Hz）、α（5–15 Hz）、β（15–35 Hz）频带。
统计方法
使用线性混合效应模型分析年龄、反馈方式、目标力量及其交互作用的影响，采用REML估计与Satterthwaite自由度校正。
实验结果
1. 力量复制准确性
在5% MVC条件下，力量复制误差随年龄增长显著增加（β=18.8, P=0.005），且视觉反馈下的误差显著高于听觉反馈（P<0.001）。在20% MVC条件下，年龄与反馈方式均无显著影响。误差在低力量下更高（β=-35.6, P<0.001），且视觉反馈在低力量下的劣势更为明显（交互作用P=0.024）。
2. 力量稳定性
力量稳定性在听觉反馈下较差（CV更高，β=-2.4, P<0.001），在低目标力量下也显著较差（β=-2.7, P<0.001）。年龄对力量稳定性无显著影响。
3. 运动单位放电特性
运动单位平均放电率在听觉反馈下更高（β=0.48, P<0.001），且随目标力量增加而上升（β=3.2, P<0.001）。放电间期变异系数在低力量下更高（β=-2.5, P<0.001），但年龄与反馈方式无显著影响。累积脉冲序列的标准差在各条件下无差异。
4. 运动单位相干性
在低目标力量下，听觉反馈引起δ频带（P=0.015）和β频带（P=0.010）相干性显著升高。在中等目标力量下，仅δ频带相干性在听觉反馈下更高（P=0.008）。α频带相干性无组间差异。
总结与展望
本研究证实，在中老年人进行低力量任务时，听觉反馈能提升力量复制准确性，但伴随力量控制信号的“噪声”增加以及运动单位相干性模式的改变。这表明不同反馈方式影响了本体感觉信息的整合过程：视觉反馈可能抑制本体感觉处理，而听觉反馈则促进其整合，尤其在低感觉输入条件下更为明显。年龄相关的衰退主要体现在低力量任务中，可能与神经噪声增加、感觉信号处理效率下降有关。
本研究首次在中老年群体中系统比较了不同反馈方式对力量感知的神经机制，为运动控制评估提供了新视角。然而，样本中老年人健康状况较好，可能低估了年龄效应；听觉反馈为间歇性，与视觉连续反馈存在方法学差异；未控制短期运动记忆的影响。
未来方向建议在感觉运动障碍人群（如帕金森病、脑卒中）中验证反馈方式的效应；开发多模态反馈整合策略；结合脑电图（EEG）进一步探究皮层-肌肉耦合机制。本研究结果对康复训练、运动技能学习等领域具有应用价值，提示在评估本体感觉时应优先选择听觉或本体感觉反馈，以减少视觉依赖带来的偏差。
原文链接
https://doi.org/10.1152/jn.00486.2024
研究团队介绍
本研究由Department of Integrative Physiology, University of Colorado Boulder, Colorado, United States 与 Physical Therapy, Movement, and Rehabilitation Science, Northeastern University, Boston, Massachusetts, United States 合作完成。通讯作者为Roger M. Enoka教授，第一作者为Melanie Henry，共同作者包括Abdulkerim Darendeli, Taylor Tvrdy, Sajjad Daneshgar。所有作者均参与了实验设计、数据收集、分析、解释及论文撰写工作。研究得到了Belgian American Educational Foundation (BAEF)及National Multiple Sclerosis Society (USA)的资助。
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