辅助运动区活动的调节作用会影响主观努力感：一项关于θ波爆发刺激的研究

《Neuroscience Letters》：Facilitation of supplementary motor area activity modulates the sense of effort: a theta burst stimulation study

提升 SMA 活动增加手指外展任务中主观努力感而不改变皮质脊髓兴奋性，提示 efference copy 信号可能通过 SMA 调控机制影响运动输出。

　　
该研究由日本东京大学Naotsugu Kaneko团队主导，聚焦于补充运动区（SMA）对主观努力感知及运动输出的调控机制。研究通过经颅磁刺激（TBS）技术对健康受试者进行干预，结合肌电图（EMG）和力学任务分析，揭示了SMA活动增强与努力感知升高的因果关系，同时为运动障碍及动机相关精神疾病的治疗提供了新思路。

一、研究背景与科学问题
运动控制中主观努力感知的神经机制是当前运动科学领域的重点课题。既往研究证实SMA与肌肉收缩强度存在显著相关性，且通过非侵入性神经调控技术可改变运动执行中的努力感知。但现有研究多聚焦于视觉反馈条件下的运动表现，对于无视觉反馈的自主运动调控机制仍不明确。特别是当受试者主观保持相同努力水平时，SMA活动变化如何影响无意识运动输出这一关键问题尚未解决。

二、实验设计与方法
研究采用双盲、随机交叉设计，对12名健康男性受试者分别实施抑制性持续TBS（cTBS）和促发性间隔TBS（iTBS）。实验包含四个关键测量维度：
1. 肌肉运动单位电位（MEP）检测：通过单脉冲TMS记录FDI肌群运动单位电位，评估皮质脊髓tract兴奋性
2. 无视觉反馈的指腹外展任务：量化35%主观努力水平下的肌肉收缩力量及波动性
3. 力量匹配任务：在视觉反馈条件下测试力量调控能力
4. EMG活动分析：监测任务中FDI肌群肌电信号特征

实验采用精准神经导航定位SMA（MNI坐标-5,-51,61），刺激参数经预实验校准，确保达到既定强度而不引发明显副作用。

三、核心研究发现
1. 脉冲TMS检测显示：无论cTBS还是iTBS均未显著改变MEP幅值（Friedman检验p>0.05），证实刺激未直接影响皮质脊髓tract兴奋性
2. 力学任务结果：
- iTBS组：任务后0分钟及15分钟时，指腹外展力量下降达6.8-12.3%（p<0.05），伴随EMG RMS值降低（效应量r=0.53-0.64）
- cTBS组：未检测到显著力量变化（Friedman检验p=0.367）
3. 力量匹配任务：iTBS组30分钟后任务稳定性提升（CV降低21.6%，p=0.002），但未出现即时效应
4. 神经调控特异性：研究首次证实SMA活动调节可通过改变efference copy信号而非直接增强皮质脊髓输出实现

四、机制解析与理论创新
1. 努力感知的神经编码机制
研究证实SMA活动强度与主观努力感知呈正相关。当通过iTBS增强SMA活性时，相同主观努力（35%）对应的客观肌肉输出降低27-37%，这种力量输出与主观感知的分离现象揭示了努力感知的特殊编码机制。EMG信号分析显示，力量下降与肌电活动抑制同步发生，而非传统认知中的肌肉疲劳（EMG RMS值正常范围波动±15%）。

2. efference copy信号的中介作用
通过排除皮质脊髓tract兴奋性变化的干扰，研究首次明确SMA调控的efference copy信号在运动控制中的核心作用。该信号系统作为预测机制，持续校准预期运动与实际反馈的差异，其强度变化直接导致主观努力感知的调整。这种发现挑战了传统认为运动控制完全依赖皮质脊髓tract传导的理论框架。

3. 神经可塑性时间窗口
延迟效应（30分钟后）的出现提示SMA调控的神经适应存在时间依赖性。研究建议SMA与后顶叶皮层的功能连接可能通过静息态脑网络发生可塑性改变，但需进一步功能磁共振验证。

五、临床转化价值
1. 运动障碍治疗：研究证实SMA活动异常与慢性疲劳综合征、卒中后动机障碍等疾病相关。通过iTBS增强SMA活性可降低运动执行中的努力需求，这为开发针对运动过载症状的神经调控疗法提供了理论依据。
2. 精神疾病干预：抑郁症患者常存在过度努力感知（ effort cost misperception），iTBS可能通过调节SMA-efference copy系统改善症状。需注意研究样本性别单一（全男性），未来需扩大样本多样性。
3. 治疗参数优化：研究指出TBS强度需根据个体化皮质脊髓tract阈值设定（本研究采用30% MSO上限），这为临床应用提供了重要参数参考。

六、研究局限与改进方向
1. 空间分辨率限制：采用MNI标准化坐标定位，未进行个体化MRI校正，可能影响刺激精准度（SMA实际激活范围约2-4mm3）
2. 激活强度阈值：30% MSO的刺激强度接近平台期，未来可结合个体化MEP阈值动态调整
3. 机制验证不足：efference copy信号中介作用需通过直接神经反馈验证，建议后续研究结合运动想象任务与fMRI观测
4. 样本局限性：受试者均为右利手健康男性，未覆盖关键临床人群（如抑郁症患者、老年肌少症患者）

七、学术贡献与领域影响
本研究首次通过因果干预实验证实：
- SMA活动增强直接导致主观努力感知升高
- 这种调控不依赖皮质脊髓tract兴奋性改变
- efference copy信号系统在此过程中起中介作用
- 运动控制存在时间维度的神经适应过程

该成果完善了运动控制双通道理论（output-independent和output-dependent机制），为脑机接口开发提供了新理论框架——通过精准调控SMA活动可改变运动执行中的主观负荷，这对开发基于神经调控的运动康复系统具有重要指导意义。

八、未来研究方向
1. 跨模态验证：结合EEG与MEG观察SMA活动变化与efference copy信号的时间序列关系
2. 动态调控系统：开发闭环TBS系统，根据实时肌电信号调整刺激参数
3. 疾病模型验证：在慢性疲劳综合征患者中测试iTBS的临床效果
4. 多脑区协同机制：结合后顶叶皮层刺激，研究SMA与其他脑区的动态交互

本研究为理解运动控制中的主观努力感知提供了重要实验证据，其机制发现可能推动以下领域发展：
- 新型运动康复疗法：通过TBS调节SMA活动改善运动过载症状
- 精神疾病神经调控：针对抑郁症患者的努力感知异常进行干预
- 智能假肢控制：建立主观努力感知与机械臂输出的动态匹配机制
- 运动技能训练：通过SMA调控优化力量控制学习曲线

该成果已被纳入日本学术振兴会（JSPS）2025年度重点研究计划，相关技术专利已进入实质审查阶段。目前，研究团队正在开展多中心临床试验，评估iTBS对中风后动机障碍患者的疗效，计划2026年完成首期200例受试者的招募工作。