大脑皮层-肌肉交互作用与注意力关系的实验研究

为探索注意力因素对大脑皮层与肌肉交互作用的影响,5名健康受试者被要求完成两种任务。在任务1时,受试者通过右手食指、拇指对捏维持2N的恒定力;在任务2时,为了分散受试者右手运动控制的注意力,除需完成任务1中右手动作外,还要通过左手食指外展保持一个大小随机的恒定力。实验过程中同步采集受试者脑电和肌电信号,并将皮层-肌肉耦合,即将脑电与肌电信号的频域相干作为表征大脑皮层与肌肉交互作用强弱的指标。结果显示,任务2与任务1相比,所有受试者其右手肌电信号与左侧大脑脑电信号的皮层-肌肉耦合强度显著降低。此结果表明,注意力可影响大脑皮层与肌肉的交互作用,且注意力越集中,大脑皮层与肌肉交互作用越强。这一结论对于是否将注意力因素引入到神经损伤患者的运动功能康复中具有一定指导作用。

基于格兰杰因果性的行走状态下脑肌电同步分析

为了研究健康人在行走过程中大脑皮层与肌肉间的功能性关联,探究正走与倒走过程中该功能联系是否存在差异,分别对10名健康被试进行时长大于10 min的正走和倒走测试;基于格兰杰因果性算法(GC)对测试过程中同步采集到的头皮脑电(EEG)与表面肌电(EMG)信号进行分析,进一步定义不同节律下EEG和不同肌肉EMG的GC显著性面积指标,用以定量描述皮层-肌肉间的功能性耦合关系和信息流向,并分析脑电功率谱与该功能性耦合关系的联系。Wilcoxon非参数检验的结果显示,倒走过程中股直肌与胫骨前肌在EEG→EMG和EMG→EEG方向上alpha和beta节律的GC显著性面积指标较正走过程存在显著下降(P<0.05);线性回归分析的结果显示,正走和倒走中的EEG功率谱峰值与EEG→EMG方向的GC峰值存在线性相关性(P<0.05)。实验说明,健康人步行时EEG和EMG间存在方向性耦合关系,并且脑电alpha和beta节律参与步行中的控制反馈过程,从而证明该研究方法可以刻画大脑皮层与肌肉之间的同步特征与功能联系。