在肘部外骨骼辅助下的耐力行走任务中的肌肉协调性

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Muscle Coordination during an Endurance Walking Task With Elbow Exosuit Assistance

　　

摘要：

外骨骼装置有望在日常活动及康复训练中提升人类的运动表现。要设计出能与人体运动系统有效配合的辅助装置及控制策略，就必须了解神经肌肉协调机制如何对外部辅助做出反应。在本研究中，我们观察了10名健康成年人在跑步机行走时执行等长负重任务的情况，他们佩戴了一种混合软硬结构的肘部外骨骼装置。对比有辅助和无辅助两种情况后发现，尽管整体网络结构在两种条件下都保持稳定，但外骨骼装置通过降低拮抗肌之间的同步性，选择了性地改变了局部连接方式。此外，虽然两种条件下的整体协同结构极为相似，但在使用外骨骼装置时，协同机制从以三角肌为主转变为以三头肌为主。这表明协调策略会根据任务需求发生调整，且在辅助条件下肌肉的贡献也会发生适应性变化。这些结果体现了结合时域和频域分析对于了解辅助运动过程中神经肌肉适应机制的重要性。研究结果表明，混合式外骨骼装置的辅助作用能够带来特定且可解释的协调模式变化，同时还能维持运动控制的整体结构。这一综合分析框架为开发辅助外骨骼装置提供了有力依据，这类装置的控制策略可基于神经肌肉协调机制来设计，从而帮助实现更高效、更协调的上肢运动。在康复领域，建立这种关于健康状态下神经肌肉适应的量化基准，将为未来应用提供重要基础，届时此类外骨骼装置可用于促进生理协调，而不会引发不良适应...

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