摘要
人体自主运动的有效执行及完成不仅依赖于中枢神经系统与骨骼肌肉系统的协调和整合，还需要与之关联脑区与响应肌肉的协同作用。尽管已有研究指出运动执行中神经肌肉系统激活强度、能量分布及其信息交互均会发生改变，然而，极少研究围绕不同运动模式间神经肌肉系统的激活和信息交互的差异性开展工作。故此，为深入理解人体自主运动控制期间大脑和任务关联肌肉如何进行高效的运动控制及响应整合，本研究结合体现大脑状态的脑电信号（Electroencephalogram,EEG）和反应肌肉响应的肌电信号（Electromyography,EMG）的同步耦合角度分析，从特征关联、功能耦合及信息传递等特性层面分析上肢不同运动模式下神经肌肉系统信息交互作用差异，为挖掘人体自主运动机制分析提供理论依据。本文开展的主要工作如下： 首先，围绕上肢不同运动模式下神经肌肉系统激活强度、同步作用关系和信息传递作用存在差异的问题，设计体现人体运动能力的上肢多任务实验范式，包括肌肉收缩程度变化的精细抓握任务和肌肉收缩模式变化的多关节联动任务，搭建多模态同步实验平台，实时记录特定任务期间脑电信号和运动关联肌肉的表面肌电信号，并建立脑肌电信号预处理策略，实现噪音干扰和生理伪迹去除。 其次，为了探究上肢不同运动模式下神经肌肉激活作用关系，构建基于脑肌电多域特征关联分析模型，从大脑活动、肌肉收缩及脑肌能量分布复杂性角度分析任务模式和脑肌激活的关系，引入肌电时域特征计算、频域功率分析和时频域小波熵值分析方法，对比分析不同任务态下肌肉活动和大脑能量激活的变化规律，结合特征参数和皮尔逊相关方法，分析多任务态下神经系统和肌肉系统作用关联，证实了大脑活动和肌肉激活存在相关性，为后续探究神经肌肉相互作用提供参考。 再次，针对不同运动模式下神经肌肉功能耦合的全局差异特性，在最大信息系数方法的基础上提出多元全局同步指数，定量描述多通道脑肌电信号在特定任务及频带上大脑和肌肉之间的整体同步作用，证实该方法能够保留大脑和肌肉整体同步作用趋势，能够揭示不同运动阶段脑肌作用变化，同时结合大脑运动感觉区域和划分的不同肌群的全局同步指数的比值分析任务主导肌肉作用以及任务模式导致的脑肌作用差异，为阐释不同运动模式下人体运动控制机制提供新见解。 最后，针对运动执行过程中大脑和肢体肌肉间信息交互的有向特性，采用部分定向相干函数分析多通道脑肌电信号的频域因果关系，获取体现大脑运动感觉区域与肢体肌肉间信息传递的特征指标，探究多任务态下神经肌肉闭环回路的不同方向脑肌作用，有助于深入理解人体运动控制及响应机制，为挖掘特定任务脑肌电信息交互提供支持。
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