感知时间塑造体力疲劳积累及其神经振荡相关性

《Advanced Science》：Perceived Time Shapes Physical Fatigue Accumulation and Its Neural Oscillatory Correlates

　　

近期研究表明，基本生理过程（如体力疲劳）依赖于感知时间而非实际时间。然而，这一效应背后的神经关联以及其与动机因素（即表现目标）的分离仍属未知。为研究时间欺骗对疲劳的影响，研究人员设计了一种新型脑电图（EEG）实验，其中参与者（N=24）在四个独立会话中以固定节奏和阻力完成100次等长收缩。实际收缩持续时间（短或长）与显示时钟的校准（正常或偏向加速或减速）在会话间独立操纵，以检验疲劳及其神经关联是否随感知或实际时间演变。结果显示，当时钟被调慢时，体力疲劳的积累减慢，且与动机因素无关，而当时钟被调快时未观察到对称效应。这种时间欺骗效应伴随额叶振荡动力学密切追踪感知时间而非实际时间，而运动相关活动未显示此类调节。进一步分析凸显了额叶振荡动力学在时间欺骗对体力疲劳有效性中的关键作用。

体力疲劳（physical fatigue）被定义为产生力量或维持运动表现能力的下降，是影响耐力、生产效率和日常功能的关键因素。以往研究表明，操纵时间感知可改变多种生理过程，例如时间被感知为减慢时，疼痛感知降低、血糖下降减缓、愈合速度变慢。对于体力疲劳，已有研究报告时钟减慢时疲劳积累速率降低，但尚未探究时钟加速时的效应。此外，以往研究多将时间欺骗与最大化表现目标（performance goals）混淆，无法确定疲劳变化究竟是源于时间感知还是动机因素。同时，时间欺骗影响疲劳的神经机制仍不清楚。为此，研究人员开展本研究，旨在分离感知时间与实际时间对疲劳积累的影响，并考察其神经振荡关联。

研究人员采用2×2被试内设计，让24名健康志愿者在四个独立会话中完成100次固定节奏和阻力的等长收缩（isometric contractions，一种肌肉长度不变的收缩形式），独立操纵实际收缩持续时间（短10秒或长12秒）和显示时钟的校准（正常、偏快或偏慢），形成四种条件：P10R10（正常钟）、P12R12（正常钟）、P10R12（慢钟）、P12R10（快钟）。同时记录肌电图（EMG，一种记录肌肉电活动的技术）和脑电图（EEG，一种记录大脑电活动的技术）。结果发现，时钟减慢时疲劳积累显著减缓，且独立于表现目标；时钟加速时无对称加速效应。额叶振荡动力学追踪感知时间而非实际时间，运动区活动无此调节。该研究首次提供了时间欺骗直接改变体力疲劳进程的神经证据，发表在《Advanced Science》。

主要技术方法：研究人员使用肌电图（EMG）记录股四头肌肌肉活动，计算标准化均方根（RMS）作为疲劳的间接指标；使用64导脑电图（EEG）记录大脑振荡信号，通过连续小波变换提取theta（θ，4-8 Hz）频带和个体化beta频带（Iβ）的功率变化。采用线性混合效应模型（LMM）和贝叶斯信息准则（BIC）进行统计建模，并通过贝叶斯因子（BF）评估证据。样本来自28名志愿者中完成全部实验的24名健康成年人（平均年龄24±4岁），实验前后进行最大自主收缩（MVC）和静息态EEG记录。

研究结果：

**设计总结**：通过四个独立会话，每个会话包含100次等长收缩，实际时间和感知时间被独立操纵，形成四种平衡条件（P10R10、P12R12、P10R12、P12R10）。任务前后测量最大自主力矩（MVT）和静息态脑电，以评估疲劳及神经变化。

**体力疲劳**：通过分析任务前后最大自主力矩变化，未发现感知时间或实际时间的显著主效应（p > 0.05）。但分析EMG RMS随收缩次数的变化发现，感知时间与收缩次数存在显著交互（F(1,9522)=26.01，p<0.001）：当实际时间为12秒且感知时间为10秒时，EMG增加速率显著减慢（dz=1.30），表明时钟减慢减缓了疲劳积累；而当时钟加速时，疲劳积累依赖实际时间，未观察到对称加速效应。

**运动区功率调制**：在Cz电极（代表运动皮层）分析个体化beta频带（Iβ）功率，发现收缩次数与实际时间、感知时间的交互均显著，但两个正常会话（P10R10与P12R12）间无差异（p=0.58），可能因工作量差异较小，结果难以可靠解释。

**额叶电极功率调制**：在前额叶电极（F3、F4、F7、F8）分析theta和Iβ功率。theta活动在实际时间为长且感知时间为长时增加更陡峭（p<0.001，dz=1.16），表明慢钟条件下额叶theta跟随感知时间。Iβ活动在感知时间长时更大（两种实际时间条件下均p<0.001，dz分别为1.67和3.32），表明额叶beta动态受感知时间强烈塑造。

**脑-肌相关性**：对每个受试者计算EMG与脑电功率的相关性。EMG与Cz Iβ在所有会话中呈负相关（p<0.045）。EMG与额叶theta在P10R12（慢钟）会话中负相关（p=0.013），与额叶Iβ在P12R10（快钟）会话中正相关（p=0.035），表明额叶-肌肉相关依赖感知时间而非实际时间。

**内感受意识与欺骗效果的联系**：通过多维内感受意识评估（MAIA）量表，发现“身体倾听”子分数与短感知时间会话的EMG归一化差异呈正相关（τ=0.29，p=0.029），即内感受意识越低，时间欺骗对疲劳积累的影响越大。还发现“身体倾听”分数与长感知时间会话的theta归一化差异正相关（τ=0.31，p=0.020）。

讨论部分指出，疲劳积累的不对称效应可能反映能量节省和稳态保护机制：感知时间缩短可促进更经济的努力分配，而感知时间延长不会加速疲劳，因为疲劳作为保护信号防止生理损伤。额叶振荡动力学的变化可能反映认知控制资源的分配，以维持任务表现。研究人员提出预测编码框架解释，认为时间信念作为先验，通过主动推断调节外周疲劳信号，但这些解释尚需进一步验证。结论部分：本研究证明了时间欺骗对体力疲劳积累的直接作用，独立于最大化表现目标，并揭示了该效应的关键神经振荡相关物，即额叶振荡动力学密切追踪感知时间。这些发现为心理因素调节体力疲劳提供了机制见解，对运动表现、日常生活和职业环境具有广泛启示。