經(jīng)顱磁刺激對(duì)手指活動(dòng)模式影響的初步研究.pdf

1、人類完成復(fù)雜、靈巧的動(dòng)作依賴于手指之間的協(xié)同配合，其活動(dòng)模式的內(nèi)在神經(jīng)調(diào)控機(jī)理是運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人-機(jī)工程學(xué)共同關(guān)注的科學(xué)問題。本課題以經(jīng)顱磁刺激(TMS)、運(yùn)動(dòng)跟蹤為技術(shù)手段，在手指協(xié)同動(dòng)作過程中，給予大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)施加磁刺激，研究各手指運(yùn)動(dòng)學(xué)的變化規(guī)律，進(jìn)而探討TMS對(duì)手指活動(dòng)模式的影響。研究結(jié)果不僅有助于認(rèn)識(shí)人類復(fù)雜運(yùn)動(dòng)機(jī)能的神經(jīng)調(diào)控過程，為運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)，還可以為仿生機(jī)械手的設(shè)計(jì)提供理

2、論模型。
　　 本文的工作包括指力檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，TMS對(duì)手部握力影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及TMS對(duì)指力影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。指力檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括硬件裝置和實(shí)驗(yàn)軟件部分；其中硬件裝置又包括指力檢測裝置和脈沖磁場的檢測電路。指力檢測裝置由測力傳感器、放大濾波電路和數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)指力信號(hào)的提取、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。脈沖磁場檢測電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁刺激線圈產(chǎn)生的脈沖磁場的同步記錄，以確定TMS指力實(shí)驗(yàn)中手指力量變化的起始時(shí)間。系統(tǒng)軟件是基

3、于LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)完成的，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地采集及存儲(chǔ)脈沖磁場信號(hào)及指力信號(hào)。
　　 握力是評(píng)價(jià)手部運(yùn)動(dòng)機(jī)能的一個(gè)重要參數(shù)，設(shè)計(jì)了基于TMS的手部握力實(shí)驗(yàn)。受試者在20％、30％、40％最大隨意收縮力量(MVC)三種力量水平下握住傳感器，分別給予100％、110％、120％閾值(MT)強(qiáng)度的刺激，研究在不同刺激強(qiáng)度和不同背景握力的條件下，TMS前后手部握力大小及力量恢復(fù)時(shí)間的變化情況。握力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，握力大小的峰峰值

4、與背景握力、刺激強(qiáng)度均呈正相關(guān)；握力大小的負(fù)峰值及恢復(fù)時(shí)間只有在較大力量水平時(shí)，才與刺激強(qiáng)度正相關(guān)，在較大刺激強(qiáng)度時(shí)，與力量水平正相關(guān)；握力波形的正峰值在相同的背景握力下，與刺激強(qiáng)度呈正相關(guān)，當(dāng)刺激強(qiáng)度一定時(shí)，與背景握力大小無明顯關(guān)系。
　　 為了進(jìn)一步觀察TMS對(duì)于每個(gè)手指力量變化大小及變化快慢的影響，設(shè)計(jì)了基于TMS的指力實(shí)驗(yàn)。設(shè)置15％MVC，25％MVC，35％MVC三種力量水平，以及食指單獨(dú)作用、中指單獨(dú)作用、食指和中

5、指、除拇指外的四個(gè)手指共同作用四種手指模式，以120％MT的磁刺激強(qiáng)度給予刺激，研究在不同手指模式、不同力量水平下TMS對(duì)各手指力量變化的潛伏時(shí)間以及力量變化幅值大小的影響。指力試驗(yàn)結(jié)果表明，手指對(duì)TMS響應(yīng)的潛伏時(shí)間與手指活動(dòng)狀態(tài)和手指自身有關(guān)，表現(xiàn)為單個(gè)手指作用時(shí)，任務(wù)手指的潛伏時(shí)間最短，與其臨近的手指隨后變化；在四個(gè)手指共同作用下，各手指的時(shí)間快慢依次食指快于中指快于無名指快于小指。手指對(duì)于TMS響應(yīng)的力量變化大小與各手指的活動(dòng)狀