張君梅，岳光輝，姚家新

1.Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2.Kessler Foundation Research Center，West Orange，New Jersey 07052，USA；3.Tianjin Sports University，Tianjin 300381，China.

1 前言

運(yùn)動(dòng)表象（Motor Imagery，MI）是一種心理表象，是需要個(gè)體形成工作記憶，而并沒有任何公開輸出的特定動(dòng)作的一種認(rèn)知活動(dòng)［8］。在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中應(yīng)用運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練這種方法來幫助運(yùn)動(dòng)員提高運(yùn)動(dòng)技能和改善情緒控制能力已有超過50年的歷史［17］。近年來，越來越多的研究者提出，在神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練可能是一種有效的康復(fù)治療手段，尤其是針對(duì)腦損傷后患者的肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙的改善［27］。然而，單純地運(yùn)用運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練對(duì)提高運(yùn)動(dòng)技能、改善運(yùn)動(dòng)功能并不一定是最有效的［9］，當(dāng)它與相應(yīng)的身體訓(xùn)練結(jié)合使用時(shí)，將比單純地運(yùn)用身體訓(xùn)練更為有效［5，19］。

雖然運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)操作表現(xiàn)影響的研究已有明確的結(jié)論，即運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練可以提高運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)操作表現(xiàn)［9，11］，但只有少數(shù)的研究調(diào)查運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練對(duì)力量任務(wù)的作用。

研究顯示，對(duì)兩組研究參與者的一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)技能分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練和身體訓(xùn)練后，兩組參與者的操作表現(xiàn)都有顯著性提高，而且初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的適應(yīng)性改變的模式也類似［20］。在另一項(xiàng)研究中，兩組研究參與者分別將他們的左手小指制動(dòng)4周，在這4周中一組研究參與者進(jìn)行表象力量訓(xùn)練，而另一組沒有進(jìn)行訓(xùn)練（對(duì)照組）。制動(dòng)后，兩組研究參與者都出現(xiàn)了肌肉萎縮，但是只有對(duì)照組出現(xiàn)了力量下降。表象訓(xùn)練組的參與者盡管肌肉萎縮，但保持了原有的肌肉力量，而且神經(jīng)肌電圖（EMG）信號(hào)顯著增強(qiáng)［36］。EMG 信號(hào)的增強(qiáng)，說明了神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)可以有效地補(bǔ)償由于肌肉萎縮所引起的力量下降。Ranganathan等人（2004）的研究表明，運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練可以使小指和上臂肌肉力量增加，同時(shí)伴隨著與肌肉收縮直接相關(guān)的大腦皮層信號(hào)的增強(qiáng)［23］。以上研究結(jié)果說明，從大腦皮層到相應(yīng)肌肉產(chǎn)生最大自主收縮的下行命令可以通過運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練得到強(qiáng)化，進(jìn)而通過募集更多的運(yùn)動(dòng)單位或提高參與的運(yùn)動(dòng)單位的激活水平，而使肌肉力量增加。

盡管Herbert等人（1998）質(zhì)疑運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練可以增加肌肉等長收縮力量［14］，但多項(xiàng)研究表明，運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練對(duì)近端和遠(yuǎn)端肌肉的自主收縮力量具有積極作用［7，12，23，28，32，35，37］。同組時(shí)，已組有組研組究組表組明，年組輕組成組人組通組過組小強(qiáng)度肌肉活動(dòng)而大強(qiáng)度大腦活動(dòng)的表象訓(xùn)練可以大幅度提高肘屈肌的自主力量；相反，經(jīng)過同強(qiáng)度肌肉活動(dòng)而小強(qiáng)度大腦活動(dòng)的表象訓(xùn)練后，個(gè)體卻沒有獲得任何肌肉力量的增加［36］。然而，關(guān)于運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練對(duì)于臨床患者和老年人肌肉力量的作用卻鮮有研究。實(shí)際上，運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練對(duì)于運(yùn)動(dòng)功能受損的人群是一種比傳統(tǒng)力量訓(xùn)練方法更合適的方法，因?yàn)楦邚?qiáng)度的舉重或抗阻訓(xùn)練對(duì)該人群而言不易操作，而且也不安全。

基于以上研究結(jié)果，本研究假設(shè)，低強(qiáng)度肌肉訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練能顯著提高老年人的肌肉力量。同時(shí)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)增強(qiáng)是小強(qiáng)度肌肉活動(dòng)結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象所導(dǎo)致的力量增長的主要機(jī)制。同時(shí)需要指出的是，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練時(shí)加入低強(qiáng)度肌肉訓(xùn)練的原因如下：1）在沒有完全關(guān)閉目標(biāo)肌肉的情況下更容易進(jìn)行運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練；2）老年人有效進(jìn)行單純的運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練的能力下降［4，31］；3）從康復(fù)的角度，運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練結(jié)合力量訓(xùn)練，盡管強(qiáng)度較低，比單純進(jìn)行運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練更有益于神經(jīng)肌肉系統(tǒng)［5，18］。

2 研究參與者與方法

2.1 受試者

將27名健康老年志愿者（65歲以上）隨機(jī)分為3組（年組齡75±7.9歲，其組中8組名組女組性）：1）運(yùn)組動(dòng)組表組象組訓(xùn)組練（MIT）組進(jìn)行低強(qiáng)度（30%最大自主收縮（MVC））身體訓(xùn)練并同時(shí)心理上表象他們?cè)谟米畲笄氨奂×ν屏W(xué)傳感器（n＝10）；2）傳統(tǒng)力量訓(xùn)練組（CST）進(jìn)行訓(xùn)練的強(qiáng)度為80%MVC 或更大（n＝10）；3）無訓(xùn)練對(duì)照組（CTL）不進(jìn)行任何訓(xùn)練，但參與所有的測試（n＝7）。整個(gè)訓(xùn)練周期持續(xù)12周（5d／周）。該項(xiàng)研究獲得了克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心基金會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)的批準(zhǔn)，并且所有研究參與者在參與研究之前都簽署了知情同意書。

2.2 運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練方法

整個(gè)研究中運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練持續(xù)了12周，每周訓(xùn)練5天，共5個(gè)訓(xùn)練單元。在每天的訓(xùn)練單元中，研究人員指導(dǎo)受試者進(jìn)行低強(qiáng)度（30%MVC）身體訓(xùn)練同時(shí)表象他們?cè)谟米畲笄氨奂×ν苿?dòng)力學(xué)傳感器持續(xù)5s，然后休息5 s，接著繼續(xù)訓(xùn)練，一共50 次，在訓(xùn)練25 次之后休息2 min。在每次訓(xùn)練時(shí)，研究人員指導(dǎo)受試者表象他們?cè)谟米畲笄氨奂×ν苿?dòng)力學(xué)傳感器或者一個(gè)重物，該傳感器也用于訓(xùn)練前肌肉力量的前測。需要強(qiáng)調(diào)的是，表象肌肉收縮不是簡單的視覺化自己在進(jìn)行該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)操作，而且是一種強(qiáng)烈的大腦活動(dòng)的感覺，如同他們?cè)谶M(jìn)行最大自主收縮（MVC）時(shí)感覺到的。在這個(gè)訓(xùn)練過程中，MIT組的研究參與者視覺化到他／她的臂腕在力傳感器下面，而心理上非常努力地屈曲肘關(guān)節(jié)來推動(dòng)力學(xué)傳感器。

在每個(gè)訓(xùn)練單元之前將以下訓(xùn)練指導(dǎo)語念給受試者：

1.進(jìn)行深呼吸并盡可能保持放松；

2.請(qǐng)將注意力放在您的右臂上，并想象您正在進(jìn)行右肘關(guān)節(jié)屈曲，想象自己的上臂肌肉正在進(jìn)行最大力量的自主收縮；

3.覺您右上臂的肌肉開始收縮并將你的前臂拉向肩膀方向；

4.覺到您右上臂的肌肉越來越用力；

5.覺到您右上臂的肌肉正在用力掙脫固定帶；

6.現(xiàn)在，請(qǐng)您開始放松。直到您感覺您的肌肉和大腦回到試驗(yàn)前狀態(tài)。

在所有的訓(xùn)練單元中都對(duì)肱?。˙R）、肱二頭?。˙B）和肱三頭肌（TB）的表面肌電進(jìn)行監(jiān)測。表面肌電圖的信號(hào)通過對(duì)每個(gè)表象收縮5s時(shí)的第3s的信號(hào)進(jìn)行修正和平均來量化，進(jìn)而獲得每個(gè)訓(xùn)練單元的所有測試的平均值，最終得到整個(gè)訓(xùn)練周期的一個(gè)平均值。在運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練中肌肉激活度接近零。CTL組的參與者不進(jìn)行任何訓(xùn)練活動(dòng)，但是參與所有的測試。

2.3 傳統(tǒng)力量訓(xùn)練方法

為了確定傳統(tǒng)的力量訓(xùn)練（身體訓(xùn)練）能否使老年人獲得較大的力量增長，研究者也對(duì)一組受試者的肘屈肌群進(jìn)行了傳統(tǒng)的力量訓(xùn)練。10 名受試者（年齡74.8±8.5歲，其中3名為女性）進(jìn)行了為期12周，每周5天，每天50次MVC的右肘屈曲訓(xùn)練（CST組）。他們被敦促用前臂推力傳感器，如同在進(jìn)行力量測試。每次訓(xùn)練持續(xù)5s，而每2次訓(xùn)練間隔20s。在每天的訓(xùn)練單元中，前25次訓(xùn)練與后25次訓(xùn)練間歇2min。因此，運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練的訓(xùn)練單元數(shù)與身體訓(xùn)練的訓(xùn)練單元數(shù)相同。身體訓(xùn)練組（CST）與運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練組（MIT）進(jìn)行力量測試的時(shí)間點(diǎn)也是一致的。

2.4 肌肉力量測試

受試者端坐在實(shí)驗(yàn)椅上，右手手腕置于固定帶中，使前臂懸空，保持上臂與前臂的夾角呈100°，通過一個(gè)力學(xué)傳感器測定受試者肘關(guān)節(jié)屈曲的力量。受試者肘部支撐位與髂前上棘同高，肩膀和軀干用安全帶固定（圖1）。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元的表象訓(xùn)練之后測定3 次右肘關(guān)節(jié)屈曲的上臂肌群MVC 值，取3 次測量結(jié)果的最高值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。每次實(shí)驗(yàn)，通過口頭鼓勵(lì)使受試者發(fā)揮最大力量。在訓(xùn)練前和每隔1周以及12周的訓(xùn)練后分別進(jìn)行肌肉力量的測量。每次肌肉力量的測量條件（手臂和身體的位置及肘關(guān)節(jié)的角度）都經(jīng)過研究人員的仔細(xì)比對(duì)，盡量保持相同。

圖1 本研究訓(xùn)練和測試時(shí)的實(shí)驗(yàn)裝置以及受試者的姿勢示意圖Figure 1.Experimental Setup used for both Training and Testing Sessions

2.5 肌電圖（EMG）測試

在受試者肘關(guān)節(jié)屈曲MVC 的肌肉力量測量中，在他們的肱二頭?。˙B）和肱三頭肌（TB）的肌腹部安置2 個(gè)EMG 記 錄 電 極（Ag－AgCl，In Vivo Metric，Healdsburg，CA；直徑8mm，2個(gè)電極之間相距2cm）。參考電極放置與同側(cè)肘關(guān)節(jié)的尺骨鷹嘴部的皮膚上。記錄在肘關(guān)節(jié)屈曲的MVC 時(shí)肌肉力量平穩(wěn)階段和最高值階段的BB EMG 的平均值。在肘關(guān)節(jié)屈曲的MVC 過程中記錄的TB EMG 值，該值默認(rèn)為是肘關(guān)節(jié)伸展的MVC 過程中記錄的的TB EMG 值。通過Neurodata 擴(kuò)大系統(tǒng)使EMG 信號(hào)放大（1 000），并且用帶通濾波器過濾（3 Hz～1 KHz），再通 過Micro－1401系統(tǒng)使其數(shù)字化，記錄在電腦中。

2.6 EEG 和MRCP測試

在每個(gè)測量階段中，收集完力量及相關(guān)EMG 數(shù)據(jù)后繼續(xù)進(jìn)行EEG 數(shù)據(jù)的采集。EEG 電極放置在頭皮上，覆蓋輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（Cz），對(duì)側(cè)的（C3）和同側(cè)的感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)域（C4），以及前額皮質(zhì)的中央位置（Fz）。電極的位置是基于國際的10～20 系統(tǒng)。每個(gè)電極中注入傳導(dǎo)膠體，用來連接頭皮和電極的記錄區(qū)表面。每個(gè)電極和皮膚間的阻抗保持在5 000ohms以下（30 Hz）。通過Neurodata擴(kuò)大系統(tǒng)使EEG 信號(hào)被放大（2 000）并且用帶通濾波器過濾（0.1～100 Hz），再通過Micro－1401 系統(tǒng)使 其數(shù)字化（200個(gè)樣品／s），保存在電腦中。

由于多次的MVC 對(duì)于獲得具有良好信噪比的MVC相關(guān)的皮層電位是十分必要的，因此在采集EEG 數(shù)據(jù)時(shí)，受試者進(jìn)行50次肘關(guān)節(jié)屈曲的MVC（每5s1組次）。通過人眼觀察來篩查最初的EEG組數(shù)據(jù)，將出現(xiàn)人為噪聲（例如眨眼）排除在外。通過Spike組2數(shù)據(jù)分析軟件和Micro－1401系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和分析。根據(jù)每次MRCP組的電位波形組來組測量組該組波組形組的組振組幅［10，30，36］。因組為MRCP組在組時(shí)組間組上組對(duì)應(yīng)每次的MVC，所以MRCP與MVC組的執(zhí)行直接相關(guān)。因此，在訓(xùn)練之后MRCP振幅的增加可被認(rèn)為是目標(biāo)肌肉下行指令現(xiàn)象增強(qiáng)的一個(gè)直接的預(yù)示［23］。

在測量MVC 相關(guān)的MRCP 時(shí)，由平均超過40 次MVC 時(shí)頭皮EEG 數(shù)據(jù)來獲得。所有受試者在每次進(jìn)行MVC 時(shí)會(huì)先后聽到2 次相同的柔和的聲音信號(hào)：第一個(gè)聲音是為了引起受試者警覺，第二個(gè)聲音是讓受試者進(jìn)行MVC 的信號(hào)。第一個(gè)信號(hào)與第二個(gè)信號(hào)相隔2s。刺激輸出信號(hào)（第二個(gè)聲音）也是開始心理表象MVC 和實(shí)際MVC 的啟動(dòng)信號(hào)。對(duì)照組（CTL組）的受試者只聽到聲音信號(hào)，而沒有進(jìn)行心理表象，同時(shí)，也采集了這些受試者的平均EEG 值。數(shù)據(jù)分析顯示，當(dāng)此組的受試者只聽到聲音信號(hào)時(shí)，他們的大腦相應(yīng)記錄的4 個(gè)區(qū)域沒有發(fā)生明顯的潛在改變，這些聲音就是用來引起受試者進(jìn)行心理表象MVC 和實(shí)際MVC 時(shí)的信號(hào)。

2.7 EEG 頻率分析

應(yīng)用Spike 2 分析軟件對(duì)EEG 頻率進(jìn)行分析。采用快速傅里葉變換（FFT）來分析腦電功率譜，將每個(gè)受試者在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)結(jié)束后力量測試的相關(guān)腦電原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在每次測試中，選取2s無噪音的腦電數(shù)據(jù)段并計(jì)算功率譜（用μV2表示）。因此，得到了下列標(biāo)準(zhǔn)腦電頻率段：delta（0.5～4 Hz），theta（4～8 Hz），alpha（8～14 Hz），和beta（14～35 Hz）。最后，確定了訓(xùn)練后每個(gè)受試者和每組受試者的每個(gè)波段的相對(duì)功率為總功率的百分比改變。

2.8 統(tǒng)計(jì)分析

為了確保3組的力量基線是相同的，通過單因素方差分析（ANOVA）來分析訓(xùn)練之前的力量數(shù)據(jù)。鑒于訓(xùn)練前、后測定了因變量MVC 力量、EMG 和MRCP 值，且因變量之間有相關(guān)性，因此，以所測得的MVC 力量、EMG 和MRCP值訓(xùn)練前后改變的百分比為因變量，以不同組別（3個(gè)水平）為自變量，進(jìn)行多元方差分析（MANOVA）。通過t檢驗(yàn)來比較各組訓(xùn)練前、后所測得的MVC 力量、EMG 和MRCP值的差異。統(tǒng)計(jì)分析軟件為SPSS 17.0。將所有數(shù)據(jù)分析的顯著性水平定為0.05。結(jié)果通過D 來表示。

3 研究結(jié)果

以組別為自變量，肌肉力量、EMG 和MRCP 值改變的百分?jǐn)?shù)為因變量，進(jìn)行的多元方差分析，結(jié)果是Λ＝0.306，F(xiàn)＝8.153，P＝0.000，組別的效應(yīng)顯著。同時(shí)，各組力量增加的百分比有顯著性差異（P＜0.005）。進(jìn)一步采用SN－K組法的Post Hoc Test組方組差組分組析組的組結(jié)果組顯示：MIT組 和CST組的力量增加幅度沒有顯著性差異，即便MIT組身體訓(xùn)練的強(qiáng)度只有30% MVC（P＝0.723），同時(shí)CST組和CTL組在力量增加的百分比上有顯著性差異（P＜0.005），MIT組和CTL組在力量增加的百分比上有顯著性差異（P＜0.005）。各組EMG 值變化的百分比沒有顯著性差異（P＞0.05）。不同組別的MRCP改變的百分比值有顯著性差異（P＜0.05）。S－N－K組法組檢組驗(yàn)組的組結(jié)果組顯組示：MIT組組的MVC組相關(guān)的MRCP值在訓(xùn)練后的增加值與CST組有顯著性差異（P＜0.01），而CST組和CTL組的變化值無顯著性差異（P＝0.267）。

3.1 低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練與傳統(tǒng)力量訓(xùn)練對(duì)肌肉力量增加的作用

在訓(xùn)練12周結(jié)束的時(shí)候，與對(duì)照組相比MIT組和CST組的力量都出現(xiàn)了顯著性增加（圖2）。訓(xùn)練前各組的前測力量沒有顯著性差異（F＝0.271，P＝0.765）。CST組的力量增加最多（17.6%，P＜0.001）。同時(shí)，MIT組的力量也顯著增加了（13.8%，P＜0.001），而且與CST組相比，2組的力量增加幅度沒有顯著性差異，即便訓(xùn)練強(qiáng)度只有30% MVC（P＝0.723）。對(duì)照組的力量在訓(xùn)練前后無顯著性改變（表1）。

圖2 本研究訓(xùn)練結(jié)束后各組力量變化的百分比示意圖Figure 2.Elbow Flexion Strength Changes in Strength for All Groups at the End of Training

表1 本研究肘屈肌力量、EMG和MRCP值的改變一覽表Table 1 Change in Elbow Flexion Force，EMG，and MRCP

3.2 低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練和傳統(tǒng)力量訓(xùn)練對(duì)EMG 信號(hào)的作用

CST、MIT 和CTL組的EMG 值訓(xùn)練前、后沒有顯著性改變。CST 和MIT組的肱二頭?。˙B）的 平 均EMG（AE－MG，圖3）各自增加了8.7% 和22.4%（P＞0.05）。CTL組的BB AEMG 在訓(xùn)練前、后無顯著性差異。MVC 時(shí)肘屈肌的拮抗?。湃^肌）的EMG 標(biāo)準(zhǔn)化為肱三頭肌伸展時(shí)的MVC EMG。MIT組的此值訓(xùn)練后增加了，但是并沒有發(fā)生顯著性改變。

圖3 本研究各組訓(xùn)練前、后BB EMG 示意圖Figure 3.Average EMG（AEMG）of the Biceps Brachii（BB）before（Light Shade）and after（Dark Shade）Training for the Three Groups

3.3 低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練對(duì)EEG 信號(hào)的作用

與MVC（A）和表象MVC（B）任務(wù)聯(lián)系的MVC 運(yùn)動(dòng)相關(guān)的皮層電位（MRCP，在頭頂部的Cz記錄）以及記錄的相應(yīng)EMG 和力量示例如圖4。訓(xùn)練后，MRCP 值（第一行），EMG 值（中間行）和力量值都高于訓(xùn)練前（圖4A）。當(dāng)受試者只進(jìn)行心理表象MVC 時(shí)（沒有明顯的EMG 和力量，如圖4B），也計(jì)算了MRCP 值并且發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練后MRCP值變大。

圖4 本研究與MVC（A）和表象MVC（B）任務(wù)聯(lián)系的MVC 運(yùn)動(dòng)相關(guān)的MRCP 以及記錄的相應(yīng)EMG 和力量示意圖Figure 4.Example of Motor－related Cortical Potentials（MRCP，Recorded from the Cz［TopoftheHead］Location）Associated with MVC（A）and Mental MVC（B）Tasks and Related EMG and Force Recordings in a MIT Subject

訓(xùn)練前MVC 相關(guān)的MRCP值在3組間無顯著性差異（P＝0.152）。與訓(xùn)練前的值相比，在12周訓(xùn)練結(jié)束的時(shí)候MIT組的MVC 相關(guān)的MRCP 顯著性增加（28.6%，P＜0.001）。即便CST組的力量增加最多，但是此組的MRCP值相比MIT組增加的卻較少（9.9%，P＝0.061）（圖5）。同時(shí)MIT組的MVC 相關(guān)的MRCP值在訓(xùn)練后的增加值與CST組有顯著性差異（P＝0.006），而CST組和CTL組的變化值無顯著性差異（P＝0.571）。由于MRCP與MVC 任務(wù)具有時(shí)間對(duì)應(yīng)性，MRCP 的增加表明了對(duì)肌肉的皮層驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)。至于CTL組的MRCP 值與訓(xùn)練前的值基本相似（4.9%，P＝0.539）。

圖5 本研究訓(xùn)練前、后各組的MRCP 示意圖Figure 5.Group MRCP Results at Cz Recording Site before and after the Training Program

3.4 低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練和傳統(tǒng)力量訓(xùn)練對(duì)EEG 頻率譜的作用

EEG 頻率譜已被證明與運(yùn)動(dòng)活動(dòng)有關(guān)。具體而言，EEG 頻率譜與肌肉收縮力大小成正比［2］。本研究發(fā)現(xiàn)，CST 和MIT組受試者的EEG 頻率譜都有所增加（圖6）。MIT組受試者在Cz和C3位置的alpha（8～14 Hz）和beta（14～35 Hz）段顯著增加而CST組受試者只在Cz 位置的beta段（14～25 Hz）出現(xiàn)了明顯增加（圖6）。CTL組的EEG 頻率譜沒有發(fā)生改變。圖7 顯示了MIT組一個(gè)受試者在訓(xùn)練前、后測試MVC 時(shí)EEG 頻率譜變化。圖7 的每個(gè)部分，y軸表示EEG 頻率，x 軸表示時(shí)間，時(shí)間0 點(diǎn)（沒有顯示）表示試驗(yàn)的開始點(diǎn)，右邊的顏色條代表了強(qiáng)度等級(jí)（顏色越深等級(jí)越強(qiáng)）。從該圖可以清晰地看出，在MIT 后該受試者的alpha／beta頻率顯著增加。

4 討論

4.1 低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練所導(dǎo)致的老年人力量增加的機(jī)制

與以往研究一致，傳統(tǒng)訓(xùn)練方法（CST），其訓(xùn)練強(qiáng)度達(dá)到80%MVC 或者更高，可以導(dǎo)致肌肉力量的最大增長。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，對(duì)于老年人而言，當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度身體訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練相結(jié)合時(shí)，可以獲得與高強(qiáng)度身體訓(xùn)練類似的力量增加。研究數(shù)據(jù)顯示，低強(qiáng)度肌肉訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練導(dǎo)致力量增加伴隨著大腦到肌肉的信號(hào)增強(qiáng)。有研究［30］顯示，年輕人大腦到肌肉信號(hào)（MRCP）的幅度與自主運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉力量的大小成線性關(guān)系，這也就表明了肌肉力量增加是大腦到肌肉信號(hào)活動(dòng)增強(qiáng)的結(jié)果。在以往一組貫組以組年組輕組人組為組受組試組者組的組基組礎(chǔ)組上［22，23，30，33］，本組研組究組以組健組康老年人為受試者，同時(shí)增加了分析大腦工作狀態(tài)的指標(biāo)，這些因素都為更好地理解低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練這一訓(xùn)練模式的潛在機(jī)制，提供更多的視角，同時(shí)，也為此方法的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)中MRCP 和EEG 頻率譜的研究結(jié)果都顯示，訓(xùn)練可以導(dǎo)致老年人大腦功能適應(yīng)性改變。本實(shí)驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)肌肉協(xié)調(diào)性的改變（力量增加時(shí)拮抗肌肉的興奮性降低［6］），并且這也不是MIT組力量增加的一個(gè)重要因素。基于MRCP 數(shù)據(jù)（圖4，圖5）和EEG 頻率譜的結(jié)果（圖6，圖7），力量增加的首要機(jī)制可能是訓(xùn)練導(dǎo)致的中樞到肌肉的指令增強(qiáng)。

圖6 本研究訓(xùn)練前、后CST和MIT組受試者的EEG頻率譜示意圖Figure 6.EEG Frequency Power Amplitude before and after the 12－Week Training Program

圖7 本研究MIT組一個(gè)受試者在訓(xùn)練前、后測試MVC時(shí)EEG頻率變化示意圖Figure7.Time（x axis）－Frequency（y axis）Power（Indicated by Colors）of the MVC EEG Signals before（Upper Row）and after（Bottom Row）Training at Cz（Left）and C3（Left）Locations in a MIT Subject

目前并不清楚MIT組的訓(xùn)練所致的中樞適應(yīng)性是以何種形式和在中樞神經(jīng)系統(tǒng)何種水平上發(fā)生。只是這種適應(yīng)性不太可能發(fā)生在皮層下中樞，因?yàn)椋\(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練主要是針對(duì)大腦皮層（心理表象肌肉收縮），并且在每個(gè)訓(xùn)練單元通過EMG 的記錄，可以得知大腦皮層的信號(hào)沒有直達(dá)肌肉。因此筆者認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練主要訓(xùn)練了高次序的皮層區(qū)域，進(jìn)而影響皮層到肌肉的信號(hào)輸出。在訓(xùn)練中反復(fù)的激活皮層區(qū)域可以改變高次序皮層區(qū)域的突觸強(qiáng)度以及初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層（M1）直接投射到目標(biāo)肌肉的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元池，從而提高了MI的興奮性。因此，在訓(xùn)練后進(jìn)行測試時(shí)，大量的M1輸出神經(jīng)元被募集或者它們的激活模式發(fā)生了改變從而輸出信號(hào)增加。心理表象肌肉收縮最有可能訓(xùn)練的皮層區(qū)域是次級(jí)皮層和與之相聯(lián)系的皮層，如輔助運(yùn)動(dòng)皮層［26］和前運(yùn)動(dòng)區(qū)域［13］。

由于本實(shí)驗(yàn)中的力量增加，是指基于訓(xùn)練前或基線水平的力量值出現(xiàn)了增加，因此，受試者在進(jìn)行基線水平的力量測試時(shí)的配合度是很關(guān)鍵的。每一個(gè)受試者在進(jìn)行每一次前測時(shí)，都被反復(fù)要求使出他們的最大力量。事實(shí)上3組受試者前測的肌肉力量并沒有顯著性差異，這也表明測量的結(jié)果是穩(wěn)定的并且也是前測的最大肌肉力量。另外，CTL組的受試者在研究過程中也以同樣的姿勢進(jìn)行肌肉力量的測試，肌肉力量保持不變說明，在多次測量時(shí)受試者的動(dòng)機(jī)在一個(gè)相對(duì)一致的水平。同時(shí)，也不能將MIT組力量增加歸因?yàn)閷W(xué)習(xí)因素，因?yàn)槿蝿?wù)本身非常簡單且易于操作，受試者只需進(jìn)行幾次練習(xí)就能正確進(jìn)行任務(wù)操作。訓(xùn)練組和CTL組的前測力量的基線值相似，并且12周的訓(xùn)練結(jié)束時(shí)，CTL組的力量并沒有出現(xiàn)顯著的增加，也說明了學(xué)習(xí)不可能是決定肌肉力量增長的決定性因素。

盡管在所有的訓(xùn)練單元都對(duì)屈肘肌肉的EMG 信號(hào)進(jìn)行了監(jiān)測，以確保肌肉并沒被明顯激活，但是，也很難確定受試者在實(shí)驗(yàn)室以外是否增加了肌肉活動(dòng)水平。受試者被反復(fù)告知不要進(jìn)行鍛煉活動(dòng)（如舉重、有氧操、游泳），不要進(jìn)行超過正?；蚱骄降捏w力勞動(dòng)，并且要報(bào)告任何突然的生活方式的改變，活動(dòng)模式的改變，或工作要求的改變。所有的受試者都報(bào)告他們的平均日?；顒?dòng)水平并未發(fā)生改變，并且也沒有參與訓(xùn)練以外的任何鍛煉活動(dòng)。而且，受試者報(bào)告他們從來沒有在實(shí)驗(yàn)室以外有意鍛煉他們的肌肉。早期的研究報(bào)道了在傳統(tǒng)訓(xùn)練項(xiàng)目中，訓(xùn)練強(qiáng)度達(dá)60%的最大肌肉自主收縮力量也不會(huì)導(dǎo)致力量的增長［1］。同時(shí)，即便受試者的日常活動(dòng)有所波動(dòng)且訓(xùn)練的強(qiáng)度達(dá)到30%MVC，肌肉的活動(dòng)強(qiáng)度的波動(dòng)也不太可能達(dá)到60%MVC 或傳統(tǒng)肌肉力量訓(xùn)練的強(qiáng)度。由于肌肉沒有得到訓(xùn)練，那么力量增加可能是由于肌肉的體積增加的可能也被排除了。MRCP的研究結(jié)果顯示，低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練能增加大腦到肌肉的信號(hào)，因此，能驅(qū)動(dòng)肌肉到一個(gè)更高的活動(dòng)水平，進(jìn)而導(dǎo)致肌肉力量的增加。由于觀測到的MRCP與運(yùn)動(dòng)行為的計(jì)劃和執(zhí)行直接相關(guān)，因此，我們認(rèn)為低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練所引起的肌肉力量增加的主要潛在機(jī)制是大腦下行命令的增加。

4.2 CST組和MIT組力量增加的相似性分析

大量的研究結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)表象與身體活動(dòng)有相同的作用，如運(yùn)動(dòng)操作表現(xiàn)的作用［23，35］，技能認(rèn)知中的角色［20］，甚至是中風(fēng)后運(yùn)動(dòng)行為的康復(fù)［17，19］。實(shí)際執(zhí)行運(yùn)動(dòng)動(dòng)作和表象運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的生理反應(yīng)相似，很好地解釋了他們的功能相似?？傊?，不同腦區(qū)的腦成像顯示，實(shí)際執(zhí)行運(yùn)動(dòng)動(dòng)作和想象運(yùn)動(dòng)動(dòng)作都有，至少是部分，共同的神經(jīng)基礎(chǔ)。研究者之前的研究［23］顯示，身體MVC 和心理MVC 相應(yīng)的皮質(zhì)電位圖類似，并且在運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練后身體和心理MVC 相關(guān)的皮質(zhì)電位隨著力量的增加而增加。身體MVC與心理MVC 的這種與力量產(chǎn)生相關(guān)的神經(jīng)側(cè)面圖的特殊相似，表明了在任何一種MVC 時(shí)相似的神經(jīng)基礎(chǔ)很可能被激活了并且這種神經(jīng)基礎(chǔ)可以通過重復(fù)的身體MVC 或者心理MVC 而得到訓(xùn)練。

由于CST組的受試者同時(shí)經(jīng)歷神經(jīng)和肌肉的適應(yīng)性，而MIT組受試者只產(chǎn)生神經(jīng)性改變，因此，CST組的受試者可能比MIT組的受試者產(chǎn)生更大的力量輸出。但是，本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，盡管CST組的力量增加最明顯（17.6%，P＜0.001），但是MIT組的力量也同樣顯著增加了（13.8%，P＜0.001），而且，此組的力量增加與CST 相似，即便訓(xùn)練的身體活動(dòng)強(qiáng)度只有30%MVC。發(fā)生這種現(xiàn)象的一種解釋，是MIT組的受試者比CST組的受試者通過訓(xùn)練更大程度地增強(qiáng)了神經(jīng)信號(hào)（下行命令），這是因?yàn)镸IT組的受試者更專注于訓(xùn)練中樞神經(jīng)系統(tǒng)，因而比高強(qiáng)度的身體訓(xùn)練產(chǎn)生更多的神經(jīng)適應(yīng)性。果真如此的話，那么更強(qiáng)的下行命令增強(qiáng)所致的力量增加就可以補(bǔ)償MIT組受試者由于缺少肌肉活動(dòng)而產(chǎn)生的較少的肌肉力量的增加了。本研究中MIT組MRCP信號(hào)的增強(qiáng)（圖5）以及以往研究結(jié)果［23］似乎都支持了這一假設(shè)。同時(shí)相比起CST組受試者，MIT組也出現(xiàn)了較大的EEG 頻率譜改變也支持這一論斷（圖6、圖7）。

4.3 CST組和MIT組EMG組結(jié)果組不顯組著組的組分組析

在訓(xùn)練結(jié)束后MIT組和CST組的EMG 數(shù)值的改變均沒有達(dá)到顯著性水平。由于EMG 信號(hào)反映了肌肉收縮時(shí)運(yùn)動(dòng)單位的活動(dòng)情況，如果訓(xùn)練后運(yùn)動(dòng)單位的活動(dòng)水平得到了提升，那么，EMG 的信號(hào)就應(yīng)該顯著增強(qiáng)。然而，表面EMG 數(shù)值除了受到運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)水平的影響外，還受到很多因素的影響，包括記錄電極的位點(diǎn)，電極相對(duì)肌纖維起始點(diǎn)的位置，電極和肌肉間組織的大小和質(zhì)量，以及皮膚的電阻。盡管我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中盡可能地保證訓(xùn)練前和訓(xùn)練后測試時(shí)條件的一致，但是也難以避免其中一個(gè)或者多個(gè)因素可能發(fā)生了改變，因此，這就可能掩蓋了運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)度增加所致的EMG 信號(hào)的增強(qiáng)。以往有關(guān)MIT的研究發(fā)現(xiàn)，表面EMG 信號(hào)發(fā)生顯著增強(qiáng)，是將它標(biāo)準(zhǔn)化為測試階段最大M 波而觀察到的［23，35］。而從肱二頭肌表面很難定位神經(jīng)和記錄M 波。

4.4 本研究的局限

本研究的一個(gè)主要局限是沒有測量屈肘肌的肌肉體積。因此，這也就限制了評(píng)估由于肌肉大小的增加和由于神經(jīng)適應(yīng)性所致的力量增加，尤其是對(duì)CST組的受試者而言。

5 結(jié)論

低強(qiáng)度（30% MVC）身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練（MIT）的方法，可以提高老年人日常生活中常用且功能重要肌肉的力量。該訓(xùn)練模式（低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合MIT）所致的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)增強(qiáng)是力量增加的首要原因。同時(shí)，低強(qiáng)度身體訓(xùn)練結(jié)合運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練后運(yùn)動(dòng)相關(guān)皮質(zhì)電位和最大自主收縮相關(guān)的EEG 頻率增加，這些都為更好地理解自主運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉力量增加的潛在神經(jīng)機(jī)制奠定了良好的基礎(chǔ)。該訓(xùn)練模式對(duì)于虛弱的老年人和病人增強(qiáng)肌肉力量而言，意義重大，因?yàn)樗档土藗鹘y(tǒng)的高強(qiáng)度訓(xùn)練方法的難度和潛在的運(yùn)動(dòng)損傷的危險(xiǎn)，以及進(jìn)行單純的運(yùn)動(dòng)表象時(shí)的困難。本研究的這些發(fā)現(xiàn)，可以為老年人或肌肉力量薄弱的人群發(fā)展出經(jīng)濟(jì)有效的康復(fù)干預(yù)方法。

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