控制频率对健康受试者二头肌-三头肌闭环电肌肉刺激的影响：一项初步研究

《Scientific Reports》：Effect of control frequency on closed-loop electrical muscle stimulation for biceps–triceps in healthy participants: a pilot study

　　

摘要

自主上肢运动的带宽受到中枢神经系统固有的传输和处理延迟的限制。虽然脊柱反射的潜伏时间更短，但肌肉骨骼系统所能实现的最大闭环控制带宽仍不明确。为解决这一问题，我们引入了一种高速闭环电刺激系统。该系统通过将高速机器视觉与模糊逻辑控制器驱动的二头肌和三头肌拮抗性刺激相结合，实现了绕过自主中枢神经系统路径的肘关节闭环控制，从而探究神经肌肉反应的基本极限。在本研究中，反馈控制频率与电刺激频率保持同步。我们让六名健康参与者在四种不同的反馈及刺激频率（10、33、100和333赫兹）下完成动态目标跟踪任务，目标为振幅为\(12^\circ\)、频率在0.2到0.4赫兹之间的正弦波形目标。性能评估采用了动态目标跟踪精度（DTTA-MAE）以及神经二头肌-三头肌反应模型映射精度（NBTR-MAE）。研究结果表明，随着反馈频率的提高，这两种指标都会有所提升。不过，在333赫兹时，目标跟踪精度相比100赫兹并无进一步改善，而神经反应模型的映射精度则持续上升至333赫兹。这些发现表明，人类神经肌肉系统能够适应并受益于远高于自然自主运动频率的高频反馈控制，为未来功能性电刺激系统的应用提供了重要启示。