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为探究躯干肌肉在对称和不对称姿势下的协同作用，研究人员开展相关研究，发现协同作用稳定且依赖活动类型，有助于诊断和治疗躯干损伤。
在人体运动的奇妙世界里，神经系统如何精准控制众多肌肉协同工作，一直是科学家们热衷探索的谜题。特别是在日常生活中，我们的躯干进行着各种复杂动作，从简单的站立、弯腰，到不对称的单手搬运重物，这些动作背后肌肉的协同机制十分复杂。而且，异常的躯干运动控制可能与低背痛（LBP）的发生风险增加密切相关，在职业环境中，不对称活动还会改变躯干运动控制并对脊柱施加不对称负荷。然而，以往研究虽对肌肉协同作用有所探索，但仍存在诸多空白。比如，尚未通过实验全面研究活动在三个主要运动平面时躯干肌肉的协同作用，也不清楚持续活动中姿势变化对协同作用的影响。
为了解开这些谜团，来自伊朗 Sahand University of Technology 的 Sharareh Kian - Bostanabad、Mahmoodreza Azghani 以及 Sharif University of Technology 的 Mohammad Parnianpour 等研究人员，开展了一项极具意义的研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，招募了 14 名年龄在 23 - 29 岁之间的健康男性志愿者参与实验。实验前，向志愿者详细解释了测试条件并获得其知情同意。在测试过程中，使用肌电图（EMG）表面电极记录 16 块肌肉的电活动，这些肌肉包括腹外斜肌（EO）、腹直肌（RA）等。同时，运用三轴腰椎测力计记录在三个主要运动平面的扭矩和位置。采用非负矩阵分解（NMF）方法提取肌肉协同作用，并通过多种指标如方差解释率（VAF）、皮尔逊相关系数（R2）和均方误差（MSE）等来确定最佳协同作用数量和评估协同作用的质量。
研究结果如下：
- MVIC 活动中的协同作用：在六个主要方向的最大自主等长收缩（MVIC）活动中，研究发现 6 个协同作用足以重构所有 12 次试验的 EMG 数据，其平均全局 VAF 和R2均高于 95%。进一步分析发现，每个协同作用在特定方向上活动更强，如协同作用 2 和 4 分别主要负责伸展和屈曲，5 和 3 负责左右旋转，1 和 6 负责左右侧屈。而且，试验重复对协同作用数量和质量影响不大，这表明在对称姿势下，协同作用具有稳定性。
- MVIE 活动中的协同作用：在不同解剖位置的最大自主等长伸展（MVIE）活动中，2 个协同作用能够重构 23 次试验的 EMG 数据，平均全局 VAF 为 94.1 ± 14.59%，R2为 85.43 ± 3.18%。通过分析 MVIE 与 6 个方向 MVIC 的协同作用关系发现，伸展协同作用在不对称位置中占主导地位，但屈曲和侧屈协同作用也会参与。这意味着在不对称位置进行固定活动时，不仅会保留主要活动的协同作用，还会形成与耦合活动相关的另一个协同作用。
- 协同作用的验证：研究人员使用标量积（SP）系数和基于固定C和W重构 EMG 数据这两种方法，对提取的协同作用进行验证。结果显示，不同受试者之间的协同作用具有良好的相关性，这表明不同受试者的躯干肌肉募集模式具有一致性。
在研究结论和讨论部分，该研究明确了在不同活动和姿势下，躯干肌肉协同作用的特点。研究表明，MVIC 活动在三个解剖平面中，每个主要运动方向都需要一个协同作用，且这些协同作用对试验重复具有抗性，在不同受试者之间具有良好的兼容性。此外，在不对称位置进行活动时，与主要活动（如伸展）相关的协同作用在所有三维位置都能保留，这体现了协同作用对姿势变化的抗性以及对所执行活动的依赖性。同时，研究还存在一定局限性，如仅对健康年轻男性进行研究，未来可拓展到女性、不同年龄范围以及患有低背痛的人群。而且，研究中只检查了冠状面和横断面的一个角度以及一个扭矩水平，后续研究可进一步探讨不同角度和扭矩水平的影响。
总体而言，这项研究为深入理解躯干肌肉的协同作用提供了重要依据，对诊断运动障碍、评估康复效果以及制定针对躯干损伤的治疗方案具有重要的指导意义。它让我们对人体运动控制的奥秘有了更深入的认识，也为未来相关领域的研究奠定了坚实基础。
