不同頻率局部振動(dòng)預(yù)防人體前臂肌肉疲勞效果及腦電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制研究

袁維帥，劉曉麗，柳 楊，陳 漁，侯雨鑫，魯盼盼，牛鎖青，胡 坤，牛茂林，郭 峰*

（1.沈陽(yáng)體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110102；2.沈陽(yáng)體育學(xué)院附屬競(jìng)技體育學(xué)校，遼寧 沈陽(yáng) 110102）

運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞是指運(yùn)動(dòng)引起肌肉產(chǎn)生最大收縮力量或最大輸出功率暫時(shí)性下降的生理現(xiàn)象（Bigland-Ritchie et al.，1984），它會(huì)增加機(jī)體運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)。因此，預(yù)防肌肉疲勞顯得尤為重要（Kavanagh et al.，2006；Pinsault et al.，2008）。研究表明，低強(qiáng)度激光療法、電刺激、振動(dòng)刺激、按摩及肌肉拉伸等方法均可減輕和預(yù)防肌肉疲勞（Dos Reis et al.，2014；Kim et al.，2017）。振動(dòng)刺激作為促進(jìn)機(jī)體恢復(fù)和預(yù)防疲勞的方式之一，可以分為全身振動(dòng)和局部振動(dòng)。與全身振動(dòng)不同，局部振動(dòng)是通過(guò)設(shè)備直接在局部肌腹或者肌腱上實(shí)施振動(dòng)（Lapole et al.，2010），從現(xiàn)有文獻(xiàn)來(lái)看，研究者更多地選擇肌腱作為目標(biāo)刺激部位（Souron et al.，2017），而且有研究表明，振動(dòng)頻率和幅值會(huì)影響局部振動(dòng)的效應(yīng)（Roll et al.，1982，1989）。

近年來(lái)，研究者一直在討論局部振動(dòng)是否可以作為一種熱身手段，因此，有研究者開(kāi)始探究單次局部振動(dòng)后即刻對(duì)肌肉輸出力量的影響，但研究結(jié)果并不一致。Cochrane（2016）對(duì)健康受試者的上肢肱二頭肌進(jìn)行變頻方式的局部振動(dòng)（0～170 Hz變頻，10 min），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)刺激后受試者肱二頭肌肌力水平以及肌電信號(hào)幅值沒(méi)有發(fā)生明顯變化。同樣，Cochrane等（2007）對(duì)攀巖運(yùn)動(dòng)員的上肢肌肉進(jìn)行局部振動(dòng)刺激（頻率26 Hz、時(shí)間5 min、幅值3 mm），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該振動(dòng)方案沒(méi)有提升攀巖運(yùn)動(dòng)員的抓握力水平。而Yoshitake等（2004）對(duì)14名健康男子的下肢跟腱進(jìn)行局部振動(dòng)刺激（頻率100 Hz、時(shí)間30 min）后，受試者的踝關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)跖屈肌力下降了19%，腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭肌電水平分別下降了32%和12%，這提示，長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)刺激可能使其肌肉功能減弱。相反，也有一些研究表明，短時(shí)間、間斷性的局部振動(dòng)刺激能對(duì)肌肉功能產(chǎn)生積極效應(yīng)。Pamukoff等（2014）采用短時(shí)間、間斷性局部振動(dòng)刺激方式（每次振動(dòng)1 min、振動(dòng)6次、間隔2 min）刺激股四頭肌肌腱發(fā)現(xiàn)，與60 Hz振動(dòng)刺激相比，30 Hz的振動(dòng)刺激可以顯著提升受試者股四頭肌肌力，同時(shí)增強(qiáng)其肌電活動(dòng)水平。同樣，Pamukoff等（2016）觀察了局部振動(dòng)刺激（每次振動(dòng)60 s、振動(dòng)6次、間隔2 min、頻率30 Hz）對(duì)前十字交叉韌帶重建患者肌力恢復(fù)的效果，發(fā)現(xiàn)在振動(dòng)刺激后，其股四頭肌的峰值力矩顯著提升，同時(shí)肌電活動(dòng)水平也顯著提升。Otadi等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，局部振動(dòng)（時(shí)間2 min、頻率30 Hz）可以延長(zhǎng)肌肉疲勞的時(shí)間，并且提高膝關(guān)節(jié)最大伸肌肌力水平。上述研究結(jié)果不同可能與刺激參數(shù)不一致有關(guān)，如刺激持續(xù)的時(shí)間、刺激頻率等。根據(jù)上述研究，我們推測(cè)，短時(shí)間、間斷性的局部振動(dòng)刺激可能會(huì)提升肌肉的工作能力。另外，鑒于肌肉工作能力發(fā)生變化時(shí)肌力和肌電會(huì)發(fā)生特征性變化（郭峰，2014；張肅等，2014；Guo et al.，2017），因此，研究者普遍使用肌力和肌電作為評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)評(píng)估振動(dòng)刺激對(duì)肌肉收縮能力的影響（Pamukoff et al.，2014，2016；Souron et al.，2017）。

不同于機(jī)體其他的器官和組織，人體大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)異常復(fù)雜。靳靜娜等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)健康受試者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練聯(lián)合重復(fù)性經(jīng)顱磁刺激后，其非優(yōu)勢(shì)側(cè)中央?yún)^(qū)與優(yōu)勢(shì)側(cè)額區(qū)在α波段的腦功能連接增強(qiáng)，非優(yōu)勢(shì)側(cè)額區(qū)的內(nèi)部功能連接增強(qiáng)。Peltier等（2005）使用功能核磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging，fMRI）技術(shù)對(duì)健康成年人的研究發(fā)現(xiàn)，其肌肉疲勞后在靜息態(tài)下兩個(gè)大腦半球的運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)之間在低頻段的功能性連接減弱。Jiang等（2012）利用fMRI技術(shù)對(duì)10名健康受試者的研究發(fā)現(xiàn)，人體上肢肌肉疲勞后，對(duì)側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)內(nèi)的功能連接以及與運(yùn)動(dòng)控制有關(guān)的其他皮質(zhì)間功能連接顯著增加，他們認(rèn)為，這種與運(yùn)動(dòng)控制有關(guān)的腦區(qū)間功能連接的增強(qiáng)可能提高了肌肉的工作能力。從目前的研究來(lái)看，學(xué)者研究了神經(jīng)刺激、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等干預(yù)方式對(duì)腦功能的影響以及大腦區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間的信息交互機(jī)制，但很少對(duì)局部振動(dòng)刺激增強(qiáng)肌肉工作能力的神經(jīng)機(jī)制，尤其是對(duì)腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制進(jìn)行探究，目前筆者僅檢索到Li等（2019）對(duì)局部振動(dòng)刺激對(duì)大腦中央皮質(zhì)區(qū)域功能連接影響的研究報(bào)道。

縱觀局部振動(dòng)刺激給肌肉帶來(lái)的效應(yīng)，其深層次的機(jī)制更值得進(jìn)一步探究。因此，本文基于腦電和表面肌電技術(shù)對(duì)局部振動(dòng)對(duì)預(yù)防前臂屈指肌群疲勞效果及其腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制進(jìn)行研究，這對(duì)于進(jìn)一步了解局部振動(dòng)預(yù)防運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞的生理學(xué)機(jī)制以及是否能將其應(yīng)用于熱身活動(dòng)中，具有理論和實(shí)踐意義。

1 研究對(duì)象與研究方法

1.1 研究對(duì)象

本研究以16名男性大學(xué)生作為受試者，均為右利手；年齡（20.8±2.7）歲、身高（179.4±5.5）cm、體質(zhì)量（75.5±12.3）kg、身體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）23.4±3.5。受試者納入標(biāo)準(zhǔn)：1）上肢無(wú)神經(jīng)肌肉損傷情況；2）實(shí)驗(yàn)前48 h沒(méi)有進(jìn)行過(guò)大強(qiáng)度訓(xùn)練，睡眠充足，未食用含咖啡因等興奮性食物。排除標(biāo)準(zhǔn)：1）前臂屈指肌群等上肢關(guān)節(jié)肌肉損傷者；2）不能按要求完成實(shí)驗(yàn)者。實(shí)驗(yàn)前和所有受試者說(shuō)明具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，征得每位受試者的同意，并簽署知情同意書(shū)。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

目前流行的筋膜槍的振動(dòng)范圍為0～60 Hz。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，30 Hz的振動(dòng)刺激效果得到了較為一致的肯定（張圓圓等，2013），但60 Hz作為高頻刺激，其效果及作用機(jī)制還需進(jìn)一步研究。本研究對(duì)每位受試者進(jìn)，0、30和60 Hz的3種振動(dòng)刺激，將0 Hz作為空白對(duì)照組。同時(shí)，在Pamukoff等（2014，2016）研究基礎(chǔ)上，本研究將30 Hz和60 Hz振動(dòng)刺激的振動(dòng)幅值設(shè)定為6.3 mm，而在0 Hz條件下，僅開(kāi)啟設(shè)備電源，將振動(dòng)器放置在皮膚上并且不施加額外壓力（為了減小誤差，該任務(wù)由同一康復(fù)治療師完成）。振動(dòng)刺激完成后，受試者右側(cè)前臂屈指肌以30%最大隨意收縮力（maximum voluntary contraction，MVC）力量水平完成靜力性等長(zhǎng)收縮誘發(fā)肌肉疲勞的任務(wù)。每次實(shí)驗(yàn)間隔1周，共進(jìn)行3周，3種振動(dòng)刺激的先后順序采用隨機(jī)原則。

對(duì)于局部振動(dòng)的位置來(lái)說(shuō)，選擇右側(cè)前臂屈指肌群的肌腱處（腕關(guān)節(jié)上方5 cm）。振動(dòng)刺激一共重復(fù)4次，每次振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為1 min，每次振動(dòng)后間歇1 min，在振動(dòng)間歇期間采集受試者靜息閉眼狀態(tài)下腦電信號(hào)，用于靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)分析。振動(dòng)過(guò)程中受試者有任何不適即刻停止振動(dòng)。

本研究中肌肉疲勞的界定方法參考Ushiyama等（2011）的研究，當(dāng)靜力性肌肉收縮力量水平不能維持30%MVC水平，且超過(guò)5 s時(shí)，即達(dá)到疲勞標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。為了便于觀察肌肉疲勞前、后相關(guān)指標(biāo)的變化，本研究選取整個(gè)疲勞實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的初始階段（前25%數(shù)據(jù)）和結(jié)束階段（后25%數(shù)據(jù)）的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，分別記作Block1和Block2。

圖1 肌肉疲勞判定標(biāo)準(zhǔn)Figure 1.Criteria of Judging Muscle Fatigue

1.2.2 實(shí)驗(yàn)器材與材料

NeuroScan腦電儀（Compumedics公司，澳大利亞）、Hyperice Raptor振動(dòng)筋膜槍?zhuān)℉yperice公司，美國(guó)）、HP-500艾德堡握力計(jì)（艾德堡有限公司，中國(guó)）、戴爾電腦（戴爾公司，美國(guó)）、GT50腦電膏（格林泰克公司，中國(guó)）、磨砂膏、砂紙、醫(yī)用膠帶/棉簽/酒精等。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)處理

1.2.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

1）實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始前，讓受試者熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程（圖2）。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程Figure 2.Experimental Procedures

2）實(shí)驗(yàn)儀器佩戴及連接。本研究采用雙記錄方式采集右側(cè)前臂屈指肌表面肌電信號(hào)，將肌電電極線與腦電設(shè)備的信號(hào)采集器相連，實(shí)現(xiàn)肌電和腦電信號(hào)同步記錄。在貼電極前，先用磨砂膏對(duì)覆蓋受試者右側(cè)前臂屈指肌肌腹的局部皮膚進(jìn)行處理，使電極阻抗降低到5 kΩ以下；兩個(gè)記錄電極位于屈指肌做最大收縮時(shí)肌腹產(chǎn)生的最大隆起處，兩個(gè)電極連線與肌纖維走向平行，且兩個(gè)電極的中心位置距離為2 cm（圖2），肌電采樣頻率設(shè)置為1 000 Hz。本研究使用多通道腦電儀采集受試者的腦電信號(hào)，電極分布方式按照10-20國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為了降低腦電電極阻抗，實(shí)驗(yàn)前，受試者需先清洗頭發(fā)并吹干，佩戴腦電帽時(shí)在每一個(gè)電極點(diǎn)注射導(dǎo)電膏，通過(guò)調(diào)整導(dǎo)電膏的量以及與頭皮的接觸，使每一個(gè)電極點(diǎn)的電極阻抗都降到5 kΩ以下。腦電采樣頻率為1 000 Hz，帶通濾波范圍0.1～100 Hz。接地電極位于腦電帽FPz與Fz電極之間，參考電極為右側(cè)乳突M2點(diǎn)。

3）在實(shí)施振動(dòng)刺激前，令受試者坐在椅子上，調(diào)整身體進(jìn)入靜息狀態(tài)，采集其安靜閉眼狀態(tài)下3 min腦電，用于靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。

4）進(jìn)行MVC測(cè)試。受試者將雙側(cè)上肢肘關(guān)節(jié)依靠在椅子的扶手上，其中右手手掌向上，用全力握緊握力計(jì)把手，持續(xù)5 s，重復(fù)3次，每次間隔5 s。取3次中最大值作為該名受試者的MVC。在MVC測(cè)試期間，同時(shí)采集屈指肌表面肌電信號(hào)，用于肌電標(biāo)準(zhǔn)化處理。MVC測(cè)試僅在首次實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行。

5）進(jìn)行振動(dòng)刺激實(shí)驗(yàn)。接通筋膜槍電源后，設(shè)置預(yù)定的振動(dòng)頻率（30、60、0 Hz），然后將筋膜槍的圓頭涂抹器置于受試者右側(cè)前臂屈指肌群的肌腱處（腕關(guān)節(jié)上方5 cm）實(shí)施間歇性的局部振動(dòng)，對(duì)振動(dòng)處不施加額外壓力（該過(guò)程由同1名康復(fù)治療師完成）。每個(gè)振動(dòng)頻率各實(shí)施4次振動(dòng)，每次振動(dòng)持續(xù)1 min，間歇1 min，在間歇期間采集受試者靜息閉眼狀態(tài)下的腦電信號(hào)。振動(dòng)過(guò)程中受試者有任何不適即刻停止振動(dòng)。

6）振動(dòng)刺激結(jié)束后，受試者以30%MVC力量水平進(jìn)行屈指肌疲勞實(shí)驗(yàn)。具體過(guò)程：測(cè)量受試者的握力MVC后，計(jì)算出30%MVC的數(shù)值，讓受試者在肌肉疲勞測(cè)試過(guò)程中盡可能保持30%MVC的力量水平，當(dāng)受試者達(dá)到肌肉疲勞標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，終止測(cè)試任務(wù)（圖1）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，受試者有任何不適即刻停止實(shí)驗(yàn)。在肌肉疲勞前后，使用Borg主觀體力感覺(jué)等級(jí)（rating of perceived exertion，RPE）量表測(cè)量受試者的疲勞程度。

每一名受試者在3次實(shí)驗(yàn)中，都重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟。

1.2.3.2 表面肌電信號(hào)的數(shù)據(jù)處理

本研究使用基于Matlab語(yǔ)言環(huán)境開(kāi)發(fā)的EEGlab工具箱對(duì)表面肌電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。具體步驟：為了去除基線漂移等低頻偽跡，將表面肌電信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，高通截止頻率設(shè)置為8 Hz，低通截止頻率設(shè)置為450 Hz。為了去除工頻信號(hào)對(duì)表面肌電信號(hào)的影響，對(duì)50 Hz頻率進(jìn)行陷波處理。

為了計(jì)算肌肉疲勞過(guò)程中表面肌電特征，將整個(gè)疲勞測(cè)試過(guò)程按時(shí)間百分比化分為20個(gè)時(shí)間段，計(jì)算每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的均方根振動(dòng)幅（root mean square，RMS）和瞬時(shí)平均頻率（instantaneous mean frequency，IMNF），并利用線性回歸擬合出屈指肌肌電隨肌肉收縮時(shí)間變化特征的趨勢(shì)圖。

IMNF的計(jì)算思路如圖3所示，使用希爾伯特-黃變換（Hilbert-Huang transform，HHT；Huang et al.，1998）計(jì)算表面肌電的時(shí)頻功率譜PS（t，f），然后由公式（1）計(jì)算IMNF（李世明 等，2016）。

圖3 計(jì)算肌電瞬時(shí)平均功率頻率IMNF的思路Figure 3.Conception of Calculating the IMNF of Electromyography

對(duì)表面肌電時(shí)域指標(biāo)RMS進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：將每個(gè)階段的RMS值除以MVC對(duì)應(yīng)的RMS值，得到RMS百分比，標(biāo)準(zhǔn)化處理有利于消除肌電信號(hào)物理和生理因素的干擾（郭峰 等，2018；張肅 等，2014）。同時(shí)，計(jì)算在肌肉疲勞過(guò)程中Block1和Block2階段內(nèi)的RMS和IMNF，以觀察肌肉疲勞前后表面肌電信號(hào)的變化特征。另外，還需計(jì)算反映肌肉整體疲勞狀況的RMS和IMNF，以進(jìn)一步觀察不同頻率局部振動(dòng)對(duì)肌肉疲勞過(guò)程中表面肌電信號(hào)影響的差異。RMS和IMNF的計(jì)算在Matlab 2019b環(huán)境下編程完成。

1.2.3.3 腦電信號(hào)的處理

腦電信號(hào)預(yù)處理過(guò)程：1）進(jìn)行3～30 Hz帶通濾波處理，對(duì)50 Hz工頻成分進(jìn)行陷波處理；2）進(jìn)行降采樣處理，降采樣頻率設(shè)置為250 Hz；3）按照2 s的長(zhǎng)度對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行分段；4）對(duì)有嚴(yán)重干擾的腦電通道進(jìn)行插值處理；5）先對(duì)數(shù)據(jù)以M1M2連接進(jìn)行重參考，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以全腦平均的重參考數(shù)據(jù)；6）對(duì)初步處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立成分分析（independent component analysis，ICA），去掉腦電信號(hào)中的眼電、肌電、心電、動(dòng)作偽跡等干擾成分；7）使用閾值法再次去除數(shù)據(jù)偽跡，閾值標(biāo)準(zhǔn)為±80 μV。

1.2.3.4 PLI指數(shù)計(jì)算與大腦網(wǎng)絡(luò)功能連接的構(gòu)建思路

在進(jìn)行腦網(wǎng)絡(luò)功能連接分析前，需要在腦電各通道之間建立連接，然后再構(gòu)造大腦功能網(wǎng)絡(luò)。使用基于相位滯后指數(shù)（phase lag index，PLI）構(gòu)造腦電各通道間的連接。先對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行Morlet復(fù)數(shù)小波卷積變換［復(fù)小波的定義如公式（2）；Cohen，2019］，獲取對(duì)應(yīng)的頻率，再計(jì)算PLI，其過(guò)程如下：

依據(jù)公式（2）中定義的Morlet復(fù)小波，本研究中h取0.6，頻率從8～30 Hz按照等長(zhǎng)原則取15個(gè)中心頻率。對(duì)于任意腦電信號(hào)x(t)，與上述Morlet復(fù)數(shù)小波進(jìn)行卷積，可得到相應(yīng)中心頻率下的復(fù)數(shù)腦電信號(hào)Z(t)，它包含了實(shí)部Z(t)和虛部Z(t)。則每個(gè)中心頻率下Z(t)的瞬時(shí)相位值可由下列公式（3）計(jì)算獲得：

對(duì)于2個(gè)腦電信號(hào)x(t)與x(t)，與Morlet復(fù)數(shù)小波卷積后，依據(jù)公式（4）計(jì)算2個(gè)信號(hào)的相位特征?(t)和?(t)，再依據(jù)公式（4）計(jì)算兩者的相位差：

依據(jù)公式（5）對(duì)PLI值進(jìn)行計(jì)算：

其中，imag(e())表示時(shí)間點(diǎn)上互譜密度的虛部，N表示樣本數(shù)量，PLI值在0～1之間，PLI值越大，表示兩通道間大腦功能連接越強(qiáng)。

依據(jù)公式（6）對(duì)PLI進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

PLI的標(biāo)準(zhǔn)化即將振動(dòng)后即刻的靜息態(tài)腦電PLI除以振動(dòng)前靜息態(tài)腦電PLI。在本研究中，分別計(jì)算α波段（8～13 Hz）、β1波段（13～18 Hz）、β2波段（18～20 Hz）和β3波段（20～30 Hz）內(nèi)的PLI值。

構(gòu)建區(qū)域間大腦功能網(wǎng)絡(luò)連接的過(guò)程如下：1）經(jīng)預(yù)處理后，保留了60個(gè)腦電通道，通過(guò)計(jì)算多通道間的PLI后，得到1個(gè)60×60的鄰接矩陣，在此基礎(chǔ)上，為了減低數(shù)據(jù)量，同時(shí)又能涵蓋大腦各個(gè)功能區(qū)域，本研究按照靳靜娜等（2018）和Wu等（2013）的方法，將大腦劃分為4個(gè)功能區(qū)，并從原始的60個(gè)腦電通道中選取分別覆蓋左右前額區(qū)、左右中央?yún)^(qū)、左右頂區(qū)和左右顳區(qū)8個(gè)區(qū)域的44個(gè)腦電通道（圖4）；2）在構(gòu)建區(qū)域間大腦功能網(wǎng)絡(luò)前，先構(gòu)建多腦電通道大腦網(wǎng)絡(luò)功能連接，如圖5A所示，將腦電通道覆蓋的區(qū)域劃分為4個(gè)腦區(qū)，得到44×44的PLI鄰接矩陣后，構(gòu)建44個(gè)腦電通道的大腦功能網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大腦區(qū)域間的功能連接。例如，圖5B是實(shí)現(xiàn)左右大腦半球2個(gè)中央?yún)^(qū)區(qū)域間功能連接，即將覆蓋左、右側(cè)大腦半球2個(gè)中央?yún)^(qū)的腦電通道進(jìn)行兩兩連接，并求出2個(gè)區(qū)域間多通道連接的平均值，以代表左右半球2個(gè)中央?yún)^(qū)區(qū)域間功能連接強(qiáng)度；最后，構(gòu)建左右半球共8個(gè)區(qū)域間的大腦功能網(wǎng)絡(luò)連接（圖5C）。

圖4 頭皮4個(gè)區(qū)域的劃分Figure 4.Division of the Four Regions in Epicranium

圖5 構(gòu)建區(qū)域間大腦功能網(wǎng)絡(luò)連接的思路Figure 5.Construction of Brain Functional Network Connectivity between Regions

構(gòu)建區(qū)域內(nèi)大腦功能網(wǎng)絡(luò)連接的過(guò)程與構(gòu)建區(qū)域間大腦功能網(wǎng)絡(luò)連接的過(guò)程相同，即將每個(gè)大腦半球分為4個(gè)腦區(qū)（圖6），先確定各個(gè)區(qū)域內(nèi)的電極點(diǎn)，接著將各個(gè)區(qū)域內(nèi)的電極點(diǎn)兩兩連接，最后求各個(gè)區(qū)域內(nèi)各電極點(diǎn)之間功能連接強(qiáng)度的平均值，作為各區(qū)域內(nèi)的功能連接強(qiáng)度。

圖6 構(gòu)建區(qū)域內(nèi)大腦功能網(wǎng)絡(luò)連接的思路Figure 6.Construction of Brain Functional Network Connectivity within Regions

PLI的計(jì)算及區(qū)域性大腦網(wǎng)絡(luò)功能連接的構(gòu)建在Matlab 2019b中完成，并利用BrainNet Viewer工具箱展示大腦功能網(wǎng)絡(luò)連接圖，其中節(jié)點(diǎn)文件坐標(biāo)參考Koessler等（2009）的研究。

1.2.3.5 握力樣本熵計(jì)算

本研究采用樣本熵（sample entropy）量化握力時(shí)間序列信號(hào)發(fā)生變異的概率，進(jìn)而評(píng)價(jià)受試者在30%MVC握力水平維持過(guò)程中輸出力的穩(wěn)定性。與近似熵相比，樣本熵的熵值計(jì)算不依賴(lài)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，具有更好的一致性（Costa et al.，2002；Richman et al.，2000）。

本研究使用Richman等（2000）提出的樣本熵算法，對(duì)于由N個(gè)數(shù)據(jù)組成的時(shí)間序列{X}={x，x，…，x}，按序號(hào)組成m維矢量序列y(m)，如公式（7）所示：

依據(jù)公式（8）定義下面的量：

根據(jù)Richman等（2000）研究中提供的參數(shù)，本研究選取維度m=2，閾值r=0.1，其計(jì)算過(guò)程在Matlab 2019b中完成。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本研究使用Matlab 2019b配置的統(tǒng)計(jì)工具包對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對(duì)不同的研究目的設(shè)計(jì)不同的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法。

1）為了觀察肌肉疲勞過(guò)程中的疲勞趨勢(shì)，對(duì)不同組別肌電信號(hào)的RMS和IMNF指標(biāo)分別進(jìn)行一元線性回歸分析；對(duì)肌肉疲勞過(guò)程中Block1和Block2階段內(nèi)的RMS和IMNF先做正態(tài)分布檢驗(yàn)，再進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，顯著性水平α=0.05；對(duì)不同組別肌肉疲勞前后的RPE做非參數(shù)秩和檢驗(yàn)，顯著標(biāo)準(zhǔn)α=0.05。

2）為了觀察不同振動(dòng)頻率對(duì)肌肉疲勞時(shí)間、肌肉疲勞過(guò)程中握力樣本熵以及肌電指標(biāo)的影響，采用單因素重復(fù)測(cè)量方差分析：自變量為振動(dòng)頻率（60、30、0 Hz），因變量為肌肉疲勞時(shí)間、握力樣本熵、RMS和IMNF，顯著性水平α=0.05。采用LSD法進(jìn)行兩組之間的多重比較，顯著性水平α=0.05；同時(shí)，對(duì)肌肉疲勞時(shí)間和握力樣本熵進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，顯著性水平α=0.05。

3）為了解釋不同頻率局部振動(dòng)對(duì)肌肉工作能力影響的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，使用單因素重復(fù)測(cè)量方差分析：自變量為振動(dòng)頻率（60、30、0 Hz），因變量為大腦區(qū)域間、區(qū)域內(nèi)功能連接。采用Bonferroni法對(duì)大腦區(qū)域間功能連接的多重比較進(jìn)行校正，采用LSD法對(duì)大腦區(qū)域內(nèi)功能連接進(jìn)行多重比較，顯著性水平均為α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 肌肉疲勞時(shí)間與握力樣本熵

如圖7A所示，在3種頻率的局部振動(dòng)刺激下，肌肉疲勞時(shí)間有顯著性差異（F=15.895 6，P＜0.000 1），兩組間多重比較結(jié)果顯示，60 Hz振動(dòng)＞30 Hz振動(dòng)＞0 Hz振動(dòng)（P＜0.05）；3組之間的握力樣本熵也存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（F=4.176 2，P=0.025 1；圖 7B），多重比較后發(fā)現(xiàn) 60 Hz振動(dòng)＜0 Hz振動(dòng)（P＜0.05），60 Hz振動(dòng)＜30 Hz振動(dòng)（P＜0.05）。3組受試者的肌肉疲勞時(shí)間與握力樣本熵之間呈顯著負(fù)相關(guān)（0 Hz組：r=-0.526 7，P=0.036 1；30 Hz組：r=-0.868 4，P＜0.000 1；60 Hz組：r=-0.601 9，P=0.013 6；圖7C、7D、7E）。

圖7 肌肉疲勞時(shí)間與握力樣本熵變化以及兩者相關(guān)關(guān)系變化Figure 7.Muscle Fatigue Time and Sample Entropy of Grip Strength and Their Relationships

2.2 肌肉疲勞過(guò)程中肌電特征以及RPE變化

在肌肉疲勞過(guò)程中，3組受試者的屈指肌表面肌電RMS都呈上升趨勢(shì)，IMNF都呈下降趨勢(shì)，其一元線性回歸直線擬合結(jié)果如圖8所示。

圖8 肌肉疲勞過(guò)程中表面肌電變化特征Figure 8.Characteristics of Surface Electromyography during Muscle Fatigue

圖9是3組受試者在肌肉疲勞過(guò)程中前后2個(gè)階段Block1和Block2的RMS和IMNF變化以及運(yùn)動(dòng)前后RPE的變化。其中，屈指肌肌電RMS顯著增高（P＜0.001；圖9A），IMNF顯著降低（P＜0.001；圖9B），RPE顯著增高（P＜0.001；圖9C）。

圖9 肌肉疲勞過(guò)程中表面肌電RMS、IMNF及主觀疲勞程度變化Figure 9.Changes of Surface Electromyography RMS，IMNF，and RPE during Muscle Fatigue

2.3 振動(dòng)刺激對(duì)肌肉疲勞過(guò)程中肌電信號(hào)的影響

從圖10可以看出，不同頻率振動(dòng)刺激對(duì)肌肉疲勞過(guò)程中前臂屈指肌肌電RMS有顯著性影響（F=8.330 2，P=0.001 3），多重比較后發(fā)現(xiàn)30 Hz振動(dòng)＞0 Hz振動(dòng)（P＜0.05），但對(duì)IMNF沒(méi)有顯著性影響。

圖10 3種振動(dòng)刺激條件下肌肉疲勞過(guò)程中屈指肌肌電RMS與IMNF特征Figure 10.RMS and IMNF Characteristics of Flexor Digitorum during Muscle Fatigue under Three Vibration Conditions

2.4 區(qū)域間大腦功能連接

3種頻率局部振動(dòng)刺激后，左、右側(cè)大腦半球8個(gè)不同腦區(qū)的α、β1、β2和β3波段構(gòu)建的PLI鄰接矩陣（8×8）如圖11所示。

圖11 不同局部頻率振動(dòng)后即刻靜息態(tài)下左右兩側(cè)大腦半球8區(qū)域各波段平均PLI的鄰接矩陣Figure 11.Adjacent Matrix of Mean PLI from Eight Brain Regions in Each Band of EEG at Rest Immediately after Vibration under Different Local Frequencies

圖12是不同頻率振動(dòng)刺激引起具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的區(qū)域間腦網(wǎng)絡(luò)功能連接圖。如圖12A所示，3種振動(dòng)刺激對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)大腦半球中央?yún)^(qū)與頂區(qū)之間β3波段的區(qū)域間功能連接有顯著性影響（0 Hz vs.30 Hz vs.60 Hz：1.039±0.093 vs.1.054±0.086 vs.1.153±0.172；F=3.586，P=0.040），采用Bonferroni進(jìn)行兩組之間的多重比較校正后發(fā)現(xiàn)，60 Hz振動(dòng)＞0 Hz振動(dòng)（P＜0.05；圖12A）。另外，不同頻率局部振動(dòng)后，運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)大腦半球中央?yún)^(qū)與同側(cè)前額區(qū)在β3波段的功能連接也存在顯著性差異（0 Hz vs.30 Hz vs.60 Hz：1.065±0.116 vs.1.044±0.098 vs.1.168±0.169；F=3.628，P=0.038），經(jīng) Bonferroni多重比較校正后發(fā)現(xiàn)，60 Hz振動(dòng)＞30 Hz振動(dòng)（P＜0.05；圖12B）。從圖13也可以看出，60 Hz局部振動(dòng)刺激后，運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)大腦半球中央?yún)^(qū)與頂區(qū)之間以及運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)大腦半球中央?yún)^(qū)與運(yùn)動(dòng)同側(cè)前額區(qū)之間在β3波段的區(qū)域間功能連接更強(qiáng)。

圖12 局部振動(dòng)刺激后具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的區(qū)域間腦功能連接Figure 12.Between-regions Function Connectivity with Significant Difference after Local Vibration

圖13 局部振動(dòng)刺激后運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)大腦半球的中央?yún)^(qū)與頂區(qū)、運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)大腦半球中央?yún)^(qū)與運(yùn)動(dòng)同側(cè)前額區(qū)在β3波段區(qū)域間功能連接Figure 13.Between-regions Function Connectivity between Central and Parietal Regions in Contralateral Hemisphere and between Central Regions in Contralateral Hemisphere and Frontal Regions Inipsilateral Hemispherein β3 Band

2.5 區(qū)域內(nèi)大腦功能連接

圖14是3種頻率局部振動(dòng)刺激后，各波段腦電在8個(gè)腦區(qū)的區(qū)域內(nèi)功能連接值比較。數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)大腦半球中央?yún)^(qū)的α波段存在顯著性的區(qū)域內(nèi)功能連接差異（0 Hz vs.30 Hz vs.60 Hz：0.902±0.334 vs.1.220±0.463 vs.0.954±0.231；F=3.581，P=0.040），多重比較后發(fā)現(xiàn)，30 Hz振動(dòng)＞0 Hz振動(dòng)（P＜0.05）。另外，在運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)頂區(qū)的α波段區(qū)域內(nèi)功能連接也存在差異性顯著（0 Hz vs.30 Hz vs.60 Hz：0.668±0.207 vs.0.949±0.333 vs.0.848±0.405；F=3.667，P=0.037），多重比較后發(fā)現(xiàn)，30 Hz振動(dòng)＞0 Hz振動(dòng)（P＜0.05）。可見(jiàn)，30 Hz振動(dòng)刺激引起運(yùn)動(dòng)對(duì)側(cè)大腦半球中央?yún)^(qū)和頂區(qū)內(nèi)α波段的區(qū)域內(nèi)功能連接增強(qiáng)。

圖14 局部振動(dòng)刺激后各波段腦電在8個(gè)腦區(qū)區(qū)域內(nèi)的功能連接Figure 14.Eight Within-regions Functional Connectivity in Each EEG Rhythm Bands after Local Vibration

3 分析與討論

3.1 肌肉疲勞時(shí)間與握力樣本熵

從肌肉疲勞時(shí)間結(jié)果來(lái)看，30、60 Hz局部振動(dòng)刺激后受試者的疲勞時(shí)間較對(duì)照組（0 Hz）均有所延長(zhǎng)，且60 Hz組比30 Hz組的運(yùn)動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)。提示，30 Hz和60 Hz局部振動(dòng)均達(dá)到預(yù)防肌肉疲勞的效果，但60 Hz效果更好。這一結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。Otadi等（2019）在最近的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，局部振動(dòng)刺激股四頭肌后，其最大伸膝肌力顯著高于對(duì)照組，且以次最大靜態(tài)負(fù)荷收縮至力竭時(shí)間顯著長(zhǎng)于對(duì)照組。我們推測(cè)，振動(dòng)刺激后運(yùn)動(dòng)疲勞時(shí)間的延長(zhǎng)可能與局部肌肉組織血氧變化有關(guān)。盡管本研究沒(méi)有測(cè)量肌肉組織血氧含量變化，劉強(qiáng)等（2012）使用振動(dòng)按摩帶對(duì)受試者肱二頭肌進(jìn)行局部振動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，局部振動(dòng)刺激后肱二頭肌組織的總血紅蛋白和氧合血紅蛋白會(huì)立即顯著提升，振動(dòng)停止后這種效應(yīng)可持續(xù)15 min。Sa?udo等（2016）在受試者完成蹬騎功率自行車(chē)的力竭運(yùn)動(dòng)后，對(duì)其小腿實(shí)施6 min的局部振動(dòng)刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)刺激組受試者小腿肌肉的血流量顯著提升，并在第2次運(yùn)動(dòng)測(cè)試中表現(xiàn)出更長(zhǎng)的力竭運(yùn)動(dòng)時(shí)間。由此可見(jiàn)，局部振動(dòng)刺激后肌肉做功能力增強(qiáng)，可能與振動(dòng)刺激引起肌肉組織血流動(dòng)力學(xué)變化有關(guān)。

熵算法是對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行量化的手段之一，它可以更準(zhǔn)確地評(píng)估人體生物時(shí)間序列信號(hào)的變異性，其熵值越大，說(shuō)明變異程度越大（Richman et al.，2000）。本研究采用樣本熵指標(biāo)來(lái)量化握力時(shí)間序列信號(hào)發(fā)生變異的程度。從肌肉疲勞過(guò)程中握力樣本熵的結(jié)果來(lái)看，60 Hz局部振動(dòng)刺激后，受試者在執(zhí)行低負(fù)荷靜態(tài)收縮過(guò)程中的握力樣本熵顯著低于30 Hz組和0 Hz組，而30 Hz組并未表現(xiàn)出比對(duì)照組（0 Hz）更低的握力樣本熵。提示，60 Hz局部振動(dòng)刺激后握力輸出的穩(wěn)定性更好。我們推測(cè)這可能與不同振動(dòng)頻率引起機(jī)體本體感受器的刺激響應(yīng)不同有關(guān)（Wakeling et al.，2001），其具體機(jī)制將在肌電變化特征中進(jìn)一步闡述。另外，在本研究中我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣現(xiàn)象，即肌肉疲勞過(guò)程中握力越穩(wěn)定，肌肉收縮至疲勞的時(shí)間越長(zhǎng)，目前較少有學(xué)者通過(guò)數(shù)據(jù)證明機(jī)體疲勞過(guò)程中力量輸出的這個(gè)特點(diǎn)。

3.2 肌肉疲勞過(guò)程中肌電特征

從肌肉疲勞過(guò)程中肌電的變化趨勢(shì)可以看出，隨著肌肉疲勞的發(fā)生，所有受試者屈指肌表面肌電的時(shí)域指標(biāo)RMS均表現(xiàn)為升高，而頻域指標(biāo)IMNF均表現(xiàn)為下降，這與以往研究結(jié)果（郭峰，2014；李世明等，2016；張肅等，2014）一致。研究者認(rèn)為，這種現(xiàn)象主要與肌肉疲勞時(shí)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元募集方式改變以及肌肉疲勞時(shí)局部代謝產(chǎn)物堆積引起的電傳導(dǎo)率變化有關(guān)（郭峰，2014；張肅等，2014）。

另外，本研究發(fā)現(xiàn)，不同頻率振動(dòng)刺激對(duì)受試者在疲勞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌肉的激活程度有差異。受試者接受30 Hz局部振動(dòng)刺激后，其前臂屈指肌群肌電信號(hào)RMS較對(duì)照組提高，表明以該頻率局部振動(dòng)刺激后，被刺激的肌群在低負(fù)荷靜態(tài)收縮過(guò)程中的激活程度提高，而60 Hz組與對(duì)照組無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。提示，30 Hz局部振動(dòng)刺激后，機(jī)體在運(yùn)動(dòng)時(shí)募集了該肌肉中更多的肌纖維參與工作，進(jìn)而使受試者運(yùn)動(dòng)疲勞時(shí)間長(zhǎng)于對(duì)照組。本研究結(jié)果與Pamukoff等（2014）的研究結(jié)果相近，他們對(duì)健康受試者下肢股四頭肌肌腱實(shí)施局部振動(dòng)刺激（30和60 Hz），并觀察對(duì)肌電活動(dòng)的影響，結(jié)果表明，30 Hz振動(dòng)刺激引起的肌電幅值高于60 Hz，他們推測(cè)，這可能主要與這兩個(gè)頻率所引起的皮層脊髓興奮性不同有關(guān)。張園園等（2013）研究表明，30～50 Hz局部振動(dòng)有利于激活小腿肌肉，使其產(chǎn)生更高的肌電活動(dòng)水平。最近，Cho等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，30～100 Hz的局部振動(dòng)刺激后可以提高受試者足底屈肌群的肌電活動(dòng)。另外，Alam等（2020）發(fā)現(xiàn)，23 Hz和35 Hz局部振動(dòng)刺激后均能有效提高受試者前臂屈指肌在50%MVC力竭測(cè)試過(guò)程中的肌電幅值水平，但35 Hz振動(dòng)刺激的效果更好?？梢?jiàn)，以往的研究表明，振動(dòng)刺激會(huì)使被刺激肌肉在收縮時(shí)的肌電活動(dòng)水平提高。振動(dòng)刺激后，肌肉收縮時(shí)肌電活動(dòng)水平提升的機(jī)制可能與該振動(dòng)刺激引起肌肉內(nèi)肌梭活動(dòng)變化有關(guān)。振動(dòng)刺激通過(guò)興奮肌肉內(nèi)的肌梭后，使Ia類(lèi)傳入神經(jīng)纖維興奮性增強(qiáng)，這會(huì)提高α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性（Cardinale et al.，2003；Lapole et al.，2010），進(jìn)而使機(jī)體募集更多的肌纖維參與收縮活動(dòng)，表現(xiàn)為更高的肌電活動(dòng)水平。在較早的研究中也有類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)，Roll等（1989）發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)頻率在0～120 Hz時(shí)，引起Ia類(lèi)傳入神經(jīng)纖維興奮，且神經(jīng)沖動(dòng)的頻率與振動(dòng)頻率成正比；Burke等（1980）研究發(fā)現(xiàn)，Ia類(lèi)傳入神經(jīng)纖維對(duì)局部振動(dòng)刺激的反應(yīng)與肌肉的狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)肌肉處于被動(dòng)拉伸或主動(dòng)等長(zhǎng)收縮時(shí)，Ia類(lèi)傳入纖維對(duì)局部振動(dòng)刺激的反應(yīng)更強(qiáng)。實(shí)際上，有研究表明，隨著振動(dòng)頻率的增加，能被傳輸?shù)饺梭w的振動(dòng)頻率成分會(huì)減少（Wakeling et al.，2001），而肌梭受到的傳入刺激成分減少會(huì)使其對(duì)α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮刺激減少，在一定程度上減弱α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的活動(dòng)，從而使肌電活動(dòng)水平變低，這可能時(shí)人體在接受60 Hz局部振動(dòng)時(shí)引起的肌肉激活程度并不是最高的原因。另外，本研究中，與60 Hz振動(dòng)刺激相比，30 Hz振動(dòng)刺激引起的握力樣本熵也較高，其握力不穩(wěn)可能與肌肉高程度激活有關(guān)，但是從目前的研究來(lái)看，其生理機(jī)制還尚不清楚。因此，本研究認(rèn)為，30 Hz局部振動(dòng)刺激更有利于激活前臂屈指肌，可能與局部振動(dòng)刺激的頻率特征有關(guān)。

3.3 腦網(wǎng)絡(luò)功能連接機(jī)制

從既往研究來(lái)看，對(duì)肢體肌肉或肌腱進(jìn)行局部振動(dòng)刺激后，會(huì)引起大腦皮質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，如產(chǎn)生本體感覺(jué)錯(cuò)覺(jué)以及促進(jìn)大腦皮質(zhì)激活。Goodwin等（1972）認(rèn)為，大腦中樞可能將局部振動(dòng)產(chǎn)生成的傳入神經(jīng)活動(dòng)當(dāng)作肌肉中肌梭被牽拉的興奮性活動(dòng)，進(jìn)而改變了肌肉輸出力。Naito等（2001）發(fā)現(xiàn)，局部振動(dòng)刺激激活的皮質(zhì)區(qū)與該肌肉主動(dòng)收縮時(shí)激活的皮質(zhì)區(qū)相同。另外，Romaiguère等（2003）使用fMRI技術(shù)也得出了類(lèi)似的結(jié)論。近年來(lái)，研究者在使用腦電技術(shù)探究局部振動(dòng)刺激產(chǎn)生效應(yīng)的中樞機(jī)制中也得到了一些有趣的結(jié)果。Zinke等（2019）對(duì)青年女子足球運(yùn)動(dòng)員的跟腱實(shí)施局部振動(dòng)刺激后進(jìn)行腦功能測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)受試者在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)任務(wù)期間，其大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)的低頻α和低頻β波段功率降低。Li等（2019）的研究表明，對(duì)健康成年人上肢肌肉實(shí)施局部振動(dòng)（頻率75 Hz，幅值1.2 mm，時(shí)間3 min）刺激后，大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)的C3、C4電極點(diǎn)腦電α波段和β波段的功率發(fā)生顯著變化。同時(shí)，他們的研究還表明，對(duì)上肢肌肉的局部振動(dòng)刺激可激活靜息態(tài)雙側(cè)初級(jí)軀體感覺(jué)皮質(zhì)以及加強(qiáng)兩側(cè)中央皮質(zhì)區(qū)之間的腦功能連接。這些研究表明，對(duì)肌肉實(shí)施局部振動(dòng)刺激不僅改變了大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)的神經(jīng)振蕩，還可能改變了腦網(wǎng)絡(luò)功能連接。

本研究中，對(duì)受試者前臂屈指肌實(shí)施局部振動(dòng)干預(yù)后，在其執(zhí)行疲勞運(yùn)動(dòng)任務(wù)過(guò)程中握力穩(wěn)定性以及肌肉疲勞時(shí)間發(fā)生的改變，也可能與腦網(wǎng)絡(luò)功能連接有關(guān)。我們?cè)谇捌谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，受試者前臂屈指肌在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)疲勞任務(wù)的后期，其大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)的激活面積顯著增大（Guo et al.，2014，2020），表明機(jī)體疲勞時(shí)大腦需要激活更多的運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)神經(jīng)元參與工作，進(jìn)而補(bǔ)償由于疲勞引起的肌力下降。Jiang等（2012）利用fMRI技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，健康受試者右側(cè)上肢肌肉在發(fā)生疲勞時(shí)，其對(duì)側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)與運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的其他皮質(zhì)區(qū)（前運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)和初級(jí)感覺(jué)皮質(zhì)區(qū)）以及前額區(qū)之間的功能連接顯著增強(qiáng)。該研究認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)與其他相關(guān)皮質(zhì)區(qū)之間的連接增強(qiáng)補(bǔ)償了由于疲勞引起的肌力下降，進(jìn)而使運(yùn)動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。從這些學(xué)者的研究來(lái)看，隨著肌肉疲勞的發(fā)生，參與肌肉控制的大腦皮質(zhì)區(qū)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。因?yàn)樵诩∪馄谶^(guò)程中，原本控制肢體運(yùn)動(dòng)的局部皮質(zhì)區(qū)可能不能產(chǎn)生足夠的運(yùn)動(dòng)指令繼續(xù)維持運(yùn)動(dòng)，大腦會(huì)調(diào)動(dòng)其他皮質(zhì)區(qū)神經(jīng)元以驅(qū)動(dòng)更多的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元維持運(yùn)動(dòng)。結(jié)合本研究的結(jié)果來(lái)看，60 Hz局部振動(dòng)后大腦頂區(qū)與中央?yún)^(qū)在β3波段的區(qū)域間功能連接增強(qiáng)。我們推測(cè)，在對(duì)前臂屈指肌實(shí)施局部振動(dòng)后，再去執(zhí)行握力任務(wù)時(shí)，大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)可能獲得了來(lái)自感覺(jué)皮質(zhì)區(qū)的信息，進(jìn)而增強(qiáng)了神經(jīng)肌肉控制的過(guò)程。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，30 Hz局部振動(dòng)刺激后，對(duì)側(cè)大腦半球中央皮質(zhì)區(qū)和頂葉皮質(zhì)區(qū)的內(nèi)部功能連接在α波段進(jìn)一步增強(qiáng)。大腦中央皮質(zhì)區(qū)覆蓋人體的運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)，頂葉皮質(zhì)區(qū)覆蓋人體的軀體感覺(jué)區(qū)（Guo et al.，2014），人類(lèi)頂葉皮質(zhì)在感覺(jué)與運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換中起到重要作用（Hadjidimitrakis et al.，2019），因此，在本研究中，在對(duì)前臂屈指肌群實(shí)施30 Hz振動(dòng)刺激后，使與運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的皮質(zhì)區(qū)內(nèi)部通訊聯(lián)系加強(qiáng)，從而提高了機(jī)體在疲勞運(yùn)動(dòng)任務(wù)中的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。值得注意的是，60 Hz局部振動(dòng)后，對(duì)側(cè)大腦半球運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)與頂葉皮質(zhì)之間的高頻β波段功能連接更強(qiáng)，同時(shí)，對(duì)側(cè)大腦半球運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)與同側(cè)的額葉皮質(zhì)之間的高頻β波段功能連接也增強(qiáng)。我們?cè)谇捌诘难芯恐邪l(fā)現(xiàn)，前額區(qū)皮質(zhì)在運(yùn)動(dòng)調(diào)控中起到關(guān)鍵的作用，尤其在肌肉疲勞時(shí)，其激活顯著增強(qiáng)（郭峰，2014）。因此，在本研究中，這些腦區(qū)之間功能連接增強(qiáng)，可能使機(jī)體運(yùn)動(dòng)疲勞時(shí)間變長(zhǎng)和力量輸出更穩(wěn)定。

在本研究中，腦網(wǎng)絡(luò)功能連接的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異基本都發(fā)生在大腦軀體感覺(jué)區(qū)和運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)，這些皮質(zhì)區(qū)間功能連接的改變可能進(jìn)一步影響了大腦與肌肉之間的功能連接，但大腦不同區(qū)域之間以及區(qū)域內(nèi)的功能連接變化又如何影響大腦對(duì)肌肉的控制尚不清楚，需要更精細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行探究。

4 結(jié)論

在運(yùn)動(dòng)前對(duì)肌肉實(shí)施60或30 Hz局部振動(dòng)刺激，可以有效預(yù)防低負(fù)荷靜態(tài)收縮誘發(fā)的運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞，但效果存在差異，其原因可能與不同振動(dòng)頻率引起的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元募集和大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)與感覺(jué)皮質(zhì)區(qū)的腦網(wǎng)絡(luò)功能連接不同有關(guān)。