预期性站立表面平移对远端腿部肌肉兴奋的影响及其在重心位移变化中的作用

编辑推荐：为探究平衡控制中预期与方向对肌肉激活模式的交互作用，美国北卡罗来纳大学团队通过双带跑步机施加前/后向表面平移（6 m/s2），结合表面肌电图（EMG）和运动捕捉技术，发现预期性扰动可增强MG/SOL/TA的主动性iEMG，而前向非预期扰动引发更强的TA反应性激活。该研究为老年及神经疾病患者的姿势控制机制研究提供重要参照。

　　在日常生活中，保持站立平衡是人类维持稳定性和预防跌倒的关键能力。随着全球老龄化进程加速（预计2050年老年人口将达8.2亿），理解姿势控制的神经机制成为迫切需求。现有研究表明，表面平移扰动能有效模拟平衡挑战，但关于预期性与方向性因素如何共同影响远端腿部肌肉激活模式，以及这些变化如何通过重心（CoM）位移体现，仍存在研究空白。美国北卡罗来纳大学联合生物医学工程系的Virginie Ruest等学者在《Experimental Brain Research》发表的最新研究，通过创新实验设计填补了这一领域的重要知识缺口。

研究团队采用双带跑步机（Bertec公司）对20名健康年轻人（22.3±3.3岁）施加200 ms、6 m/s²的前/后向表面平移，设置预期（3秒倒计时）与非预期两种条件。通过无线表面肌电系统（Delsys，1000 Hz）记录胫骨前肌（TA）、腓肠肌内侧头（MG）和比目鱼肌（SOL）的肌电活动，同时用15摄像头运动捕捉系统（100 Hz）采集骶骨标记点作为CoM替代指标。数据分析聚焦三个时段：扰动前（-750-0 ms）、扰动早期（0-750 ms）和扰动晚期（750-1500 ms），采用对齐秩变换（ART）方差分析处理数据。

在扰动前期，所有肌肉均显示预期性激活增强（MG+15%，SOL+8%，TA+11%），伴随CoM前移幅度增加100%。特别在前向扰动时，SOL的iEMG比其他条件高8-12%，表明方向特异性预激活模式。扰动早期阶段呈现典型的肌肉方向选择性响应：后向扰动使MG/SOL的iEMG分别提升60%/32%，而前向扰动使TA激活增加81%。值得注意的是，预期性后向扰动引发更大的早期CoM位移（+58%），提示预调整可能放大初始扰动效应。扰动晚期数据显示，非预期前向扰动导致TA激活激增42-82%，伴随CoM位移增加17-59%，显著高于其他条件，证实缺乏预期时需要更强代偿机制。

这些发现揭示了年轻健康个体应对平衡威胁的双重策略：预期状态下通过增强肌肉共激活和CoM前移实现"预防性加固"；非预期前向扰动则依赖TA的延迟爆发性激活进行补偿。研究首次系统量化了预期性与方向性因素对下肢神经力学反应的联合影响，其建立的基线数据为识别老年痴呆等神经退行性疾病患者的姿势控制缺陷提供了新标准。未来研究可拓展至老年群体，并结合超声技术评估肌肉力学状态，这将有助于开发针对高风险人群的个性化防跌倒训练方案。