基于运动相关皮层电位和sLORETA脑成像的人体上肢肌肉运动性疲劳的脑研究

Exercise-induced muscle fatigue is a common physiological phenomenon in sports and daily life, neural mechanisms of which are the hotspot and difficulty. At present, researchers have not yet systematically studied the neural strategies adapted by human cerebral cortex under different degrees of muscle fatigue. The study was to explore characteristics of movement-related cortical potentials (MRCPs), brain source and electric current density based on standardized low-resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA), and communication between cerebral motor cortex and corpus striatum based on lagged phase synchronization by combinations of electroneurophysiology and neuroimaging. It is expected that neural mechanisms of human exercise-inducedmuscle fatigue could be revealed, which is great of theoretical importance for enriching neural mechanisms of human muscle fatigue and is of practical importance for accurately monitoring neural fatigue of athletes in sport medical supervision.

运动性肌肉疲劳是体育运动和日常生活中常见的一种生理现象，其中运动性肌肉疲劳的中枢机制一直是研究的热点和难点。目前尚未有学者系统地研究人体在不同程度肌肉疲劳状态下大脑皮质采用的中枢策略。本研究以健康成年人为研究对象，结合神经电生理学和神经影像学的研究方法，探究人体上肢肌肉在不同程度运动疲劳状态下，运动相关皮层电位不同成分的变化特征、基于标准化低分辨率脑电磁断层扫描成像技术(sLORETA)的脑源和电流密度的变化特征、以及基于延迟相位同步化分析法的大脑内运动皮质区与纹状体之间信息通讯的变化特征，以期望揭示人体在运动性肌肉疲劳过程中的大脑神经电生理学特征及其机制，这对于丰富人体运动性疲劳的中枢机制具有重要的理论意义，同时对于运动医务监督中监控运动员中枢疲劳的发生具有重要的实践意义。

运动性肌肉疲劳是体育运动和日常生活中常见的一种生理现象，人体运动性肌肉疲劳的中枢机制一直是研究的热点和难点。目前尚未有学者系统地研究人体在肌肉疲劳状态下大脑皮质采用的中枢策略。本研究主要探究人体前臂指屈肌在不同力量水平下（30%MVC和50%MVC）诱发不同程度疲劳时大脑运动皮质区运动相关皮层电位（MRCP）的变化、MRCP的sLORETA脑源特征变化、大脑皮质内信息通讯的变化以及将本研究部分成果应用到运动实践中。. 本研究的主要结果如下：（1）建立了不同力量水平诱发前臂肌肉不同程度运动性肌肉疲劳的模型。（2）随着疲劳的加深加重，MRCP峰值电位幅值显著增加，潜伏期变长，而且在重度疲劳时运动同侧大脑半球的MRCP峰值电位幅值也显著增加。（3）随着疲劳的发生发展，被激活的运动皮质区的最大电流密度显著增加。另外，随着疲劳加深加重，除了运动皮质区激活外，前额叶皮质也会强烈激活。（4）我们观察到无论30%MVC还是50%MVC收缩条件下，运动过程中岛叶与运动皮质区之间α波段（8-12 Hz）延迟相位同步水平高于运动前安静状态和运动后的休息状态。但在高强度（50%MVC）运动诱发深层次疲劳时岛叶与运动皮质区之间α波段（8-12 Hz）延迟相位同步水平要高于低强度（30%MVC）水平。在休息阶段延迟相位同步水平开始恢复。在运动任务执行过程中，β波段（13-30 Hz）纹状体与运动皮质区之间的相位延迟同步水平在运动初期时，与力量水平无关，但是在运动疲劳的后期，表现为50%MVC条件下要高于30%MVC条件。（5）基于头皮脑电的大脑不同功能区域之间的脑网络连接表明，人体在不同程度疲劳下，大脑不同区域之间的网络连接方式不同。（6）全身性运动疲劳时，前额区脑电α波百分比、β波百分比，α/β指数可以作为判断运动性疲劳时的脑电敏感指标。（7）通过使用本研究中的技术，我们发现国家攀岩队速度攀岩运动员在速度赛中神经肌肉疲劳特征。（8）健康受试者经过20 min的经颅直流电刺激可以提高机体对疲劳感受的阈值，降低主观体力感觉等级得分。