年齡與反饋模式對本體力覺的影響：基于運動單位記錄的見解

參與者與實驗設計

42名40–84歲健康成年人參與單次2小時實驗。排除標準包括神經系統疾病、服用影響運動控制的藥物、近期上肢骨科問題等。受試者坐姿，優(yōu)勢手固定于定制測力儀，食指佩戴夾板與力傳感器（Honeywell model 13）記錄外展力。

設備與信號記錄

肌電信號采用無線高密度表面肌電系統（HD-EMG，Sessantaquattro；OT Bioelettronica, Torino, Italy） 同步記錄。電極貼附于FDI肌表面（13×5網格電極，GR04MM1305），信號經放大、帶通濾波（10–500 Hz）后以2000 Hz采樣率存儲。力信號同步記錄于Spike 2.0系統。

力量復制任務

受試者先進行MVC測試，隨后在5%和20% MVC下進行力量復制任務。視覺反饋以光標形式呈現目標力與實時力；聽覺反饋采用雙音調信號（低于目標力為220 Hz，高于為440 Hz），音量與力差成正比，力在目標±5%范圍內時無聲。每個條件完成3次試驗，目標階段與復現階段各20秒，間隔10秒休息。

運動單位分解與追蹤

使用卷積核補償方法分解HD-EMG信號，通過DEMUSE軟件手動校對運動單位脈沖序列。僅追蹤成功且脈沖信噪比＞30 dB的運動單位用于后續(xù)分析。

數據分析指標

• 力量穩(wěn)定性：目標階段力的變異系數（CV）。
• 力量復制準確性：復現階段與目標階段平均力的百分比誤差。
• 運動單位放電特性：平均放電率、放電間期變異系數（CV for ISI）、累積脈沖序列的標準差（SD for CST）。
• 共同突觸輸入估計：計算運動單位間的相干性，重點關注δ（1–5 Hz）、α（5–15 Hz）、β（15–35 Hz）頻帶。

統計方法

使用線性混合效應模型分析年齡、反饋方式、目標力量及其交互作用的影響，采用REML估計與Satterthwaite自由度校正。
 
實驗結果

1. 力量復制準確性

在5% MVC條件下，力量復制誤差隨年齡增長顯著增加（β=18.8, P=0.005），且視覺反饋下的誤差顯著高于聽覺反饋（P<0.001）。在20% MVC條件下，年齡與反饋方式均無顯著影響。誤差在低力量下更高（β=-35.6, P<0.001），且視覺反饋在低力量下的劣勢更為明顯（交互作用P=0.024）。

2. 力量穩(wěn)定性

力量穩(wěn)定性在聽覺反饋下較差（CV更高，β=-2.4, P<0.001），在低目標力量下也顯著較差（β=-2.7, P<0.001）。年齡對力量穩(wěn)定性無顯著影響。

3. 運動單位放電特性

運動單位平均放電率在聽覺反饋下更高（β=0.48, P<0.001），且隨目標力量增加而上升（β=3.2, P<0.001）。放電間期變異系數在低力量下更高（β=-2.5, P<0.001），但年齡與反饋方式無顯著影響。累積脈沖序列的標準差在各條件下無差異。

4. 運動單位相干性

在低目標力量下，聽覺反饋引起δ頻帶（P=0.015）和β頻帶（P=0.010）相干性顯著升高。在中等目標力量下，僅δ頻帶相干性在聽覺反饋下更高（P=0.008）。α頻帶相干性無組間差異。

總結與展望

本研究證實，在中老年人進行低力量任務時，聽覺反饋能提升力量復制準確性，但伴隨力量控制信號的“噪聲”增加以及運動單位相干性模式的改變。這表明不同反饋方式影響了本體感覺信息的整合過程：視覺反饋可能抑制本體感覺處理，而聽覺反饋則促進其整合，尤其在低感覺輸入條件下更為明顯。年齡相關的衰退主要體現在低力量任務中，可能與神經噪聲增加、感覺信號處理效率下降有關。

本研究首次在中老年群體中系統比較了不同反饋方式對力量感知的神經機制，為運動控制評估提供了新視角。然而，樣本中老年人健康狀況較好，可能低估了年齡效應；聽覺反饋為間歇性，與視覺連續(xù)反饋存在方法學差異；未控制短期運動記憶的影響。

未來方向建議在感覺運動障礙人群（如帕金森病、腦卒中）中驗證反饋方式的效應；開發(fā)多模態(tài)反饋整合策略；結合腦電圖（EEG）進一步探究皮層-肌肉耦合機制。本研究結果對康復訓練、運動技能學習等領域具有應用價值，提示在評估本體感覺時應優(yōu)先選擇聽覺或本體感覺反饋，以減少視覺依賴帶來的偏差。

原文鏈接

https://doi.org/10.1152/jn.00486.2024

研究團隊介紹

本研究由Department of Integrative Physiology, University of Colorado Boulder, Colorado, United States 與 Physical Therapy, Movement, and Rehabilitation Science, Northeastern University, Boston, Massachusetts, United States 合作完成。通訊作者為Roger M. Enoka教授，第一作者為Melanie Henry，共同作者包括Abdulkerim Darendeli, Taylor Tvrdy, Sajjad Daneshgar。所有作者均參與了實驗設計、數據收集、分析、解釋及論文撰寫工作。研究得到了Belgian American Educational Foundation (BAEF)及National Multiple Sclerosis Society (USA)的資助。

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