精确抓握力量控制的脑动力学研究

摘要

精确抓握是人类完成多种精细复杂操作的基础,其神经控制机制极其复杂.目前对于精确抓握力量调节时大脑的动力学变化机制尚不明确.探究不同力幅度下精确抓握控制的指力行为和脑电动力学特征.12名健康右利手受试者被要求在10％、20％和30％最大自主收缩力(MVC)等3个力量水平下进行精确抓握的力量控制,同时采集运动过程中拇指和食指的力信号、压力中心点(COP)轨迹以及脑电信号(EEG),并分别使用变异系数(CV)、COP速度和COP面积以及递归定量分析(RQA)进行量化评估.结果显示,拇指和食指的指尖力信号的CV与力量水平呈现线性正相关(拇指:r = 0.624,P＜0.001;食指:r=0.721,P＜0.001);拇指和食指在30％MVC力量水平的COP面积分别为(1.94±1.21)和(2.02±1.45)mm2,显著大于在10％MVC((1.01±0.81)、(0.89±1.02)mm2)和20％MVC((1.20±0.62)、(1.16±0.63)mm2,P＜0.05)时的COP面积.拇指在10％,20％和30％MVC下x和y轴的COP速度分别为(4.23±1.11)、(2.11±0.50)、(1.70±0.40)mm/s和(6.22±1.45)、(3.39±0.70)、(2.90±0.69)mm/s,呈现随着力量水平的增加而逐级下降的趋势(P＜0.01),而10％MVC下的食指x和y轴的COP速度((4.95±1.34)、(7.04±1.75)mm/s)显著高于20％MVC((2.78±0.53)、(3.79±0.63)mm/s)和30％MVC((2.95±0.94)、(3.54±0.82)mm/s,P＜0.05).随着力量水平的增加,EEG信号o频带的RQA参数显著下降(P<0.05).研究表明,随着力量水平的增加,力量波动性、EEG信号的复杂性增加,手指的调整速度和控制稳定性降低,EEG信号的a频带与精确抓握的运动控制密切相关.研究揭示精确抓握指力的指力控制与中枢神经系统的动力学行为有密切耦联,为深入研究中枢外周协同工作机制、定量评估神经肌肉系统功能提供新的路径.