弯曲跑动过程中肌肉协同作用与躯干节段协调性的肢体特异性调节

《Experimental Brain Research》：Limb-specific modulation of muscle synergies and segmental coordination during curved running

　　

摘要

曲线跑动会对下肢施加不对称的机械负荷，因此可作为测试运动系统适应能力的模型。本研究探讨了与直线跑动相比，曲线跑动如何改变神经肌肉的模块化结构以及下肢各节段之间的协调性。通过表面肌电信号记录，对14块双侧下肢肌肉的数据进行非负矩阵分解分析，以区分内外侧肢体的肌肉协同作用，同时利用节段运动学数据来量化各节段间的协调程度。在每条肢体中都发现了四种肌肉协同作用。尽管整体模块化结构基本保持不变，但曲线跑动仍引发了激活模式在时间和空间上的系统性变化。肌肉协同作用的激活时间在步态周期中更早出现，尤其是在与蹬地和后摆阶段相关的模块中；而内外侧肢体的空间激活模式则存在差异。这些适应性变化具有肢体特异性：内侧肢体表现出更大的权重重新分配和较低的复杂性，而外侧肢体则出现更早的时间变化。Higuchi分形维数分析显示，着地阶段和后摆阶段的肌肉协同作用复杂性降低，而蹬地阶段的复杂性则上升。运动学分析表明，曲线跑动改变了下肢各节段间的协调性，内外侧肢体之间的协变平面出现分化，这反映了它们在调整身体方向与推动身体前进方面的不同功能作用。综上所述，这些研究结果表明，曲线跑动在保持运动模块基本结构的同时，还能引发神经肌肉和运动协调方面的灵活且具有肢体特异性的适应性变化。这些结果支持这样一种观点：人类的运动方式结合了稳定的节奏结构以及基于情境的调节机制，以此应对不对称的机械负荷。