职业用背部支撑外骨骼对拾取动作中肌肉协同模式的影响研究

为解决被动式背部支撑外骨骼对运动控制机制的影响问题，研究人员开展肌肉协同作用(muscle synergies)研究。通过19名受试者佩戴外骨骼完成500g物品拾取任务，采用表面肌电图(sEMG)和非负矩阵分解(NMF)技术分析发现，2-3组肌肉协同即可解释八块肌肉激活模式，70.6%受试者出现协同模式改变，揭示外骨骼可改变肌肉募集策略但存在个体差异。

　　

这项研究揭示了被动式背部支撑外骨骼对中枢神经系统运动控制策略的微妙影响。当19名健康受试者佩戴外骨骼完成500克重物拾取动作时，研究人员通过精密表面肌电(surface electromyography, sEMG)系统捕捉了8块核心肌群的电信号活动。运用非负矩阵分解(non-negative matrix factorization, NMF)算法解码发现，仅需2-3组肌肉协同(muscle synergies)就能解释复杂动作中的多肌肉协调模式。

有趣的是，通过轮廓系数(silhouette scores)分析显示，70.6%的受试者在佩戴外骨骼时展现出显著不同的协同模式。这些协同簇在个体间呈现明显差异，暗示每个人都在用独特的神经肌肉策略适应外骨骼辅助。就像指纹识别般精准，每个受试者的运动控制系统都在与机械外骨骼进行着个性化"对话"。

该发现为理解外骨骼-人体交互提供了新视角：虽然外骨骼确实能重塑肌肉募集模式，但这种影响就像调制鸡尾酒般因人而异。研究强调，未来外骨骼设计必须考虑使用者的神经适应性，毕竟没有两个完全相同的运动控制系统。这些发现为个性化康复工程和职业防护装备优化提供了重要理论基础。