戴 雯，金 暉，彼末一之

初級運動皮層（primary motor cortex，M1）在控制自主運動時起重要作用。成年哺乳動物的運動皮層表現(xiàn)出高度的運動相關可塑性（motor-practice-dependent plasticity，MPDP）：隨著運動技能的獲得，M1神經(jīng)元連接得到加強，體現(xiàn)出顯著的結構重組特性（Sanes et al.，2000）。運動相關可塑性的神經(jīng)機制以長時程增強（long-term potentia-tion，LTP）和長時程抑制（long-term depression，LTD）得到普遍共識。二者依賴于皮質(zhì)內(nèi)突觸修飾的過程，受N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）介導，分別體現(xiàn)出突觸傳遞的持續(xù)增強（LTP）或減弱（LTD），故稱之為“突觸可塑性”（Cooke et al.，2006）。LTP/D已被認為是形成記憶和學習的主要機制之一（Lynch，2004）。

最常見的運動相關突觸可塑性出現(xiàn)在運動訓練之后。運動訓練可以易化運動皮質(zhì)興奮性，加強運動皮層區(qū)的神經(jīng)元突觸連接（Dai et al.，2016）。由于無法直接觀察運動后人類皮層LTP/D的變化，因此，較普遍的方法是利用經(jīng)顱磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）間接評估可塑性（Hallett，2000）。使用TMS刺激對側M1并記錄運動誘發(fā)電位（motor-evoked potential，MEP）反映皮質(zhì)脊髓神經(jīng)束興奮性的變化，并通過對比運動訓練前后MEP振幅變化來評價可塑性效果（Ziemann et al.，2008）。運動訓練后MEP振幅的顯著增長無論是在短期的簡單運動干預，如幾十分鐘到幾天的重復快速拇指內(nèi)收 或 外 展 運 動（Belvisi et al.，2014；Rosenkranz et al.，2006），還是長期的復雜技能訓練，如練習超過10年的音樂家或運動員中均有發(fā)現(xiàn)（Kumpulainen et al.，2015；Rosenkranz et al.，2007）。

運動訓練后MEP振幅增加的原因不僅是由于突觸可塑性，還可能涉及其他因素，如皮質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)部結構（軸突、樹突和胞體）的功能性改變（Daoudal et al.，2003）、脊髓所募集的運動神經(jīng)元個數(shù)以及運動神經(jīng)元的放電率增長（Jones，2000）等。因此，研究者們通過非侵入性電生理技術誘導出更純粹、不受上述其他因素所影響的突觸興奮樣LTP/D效應（Nathan et al.，2011），由此更直觀地觀察LTP/D可塑性對運動皮質(zhì)的影響。其中較為常見的非侵入性誘導手段為配對關聯(lián)刺激［又稱“成對關聯(lián)刺激”（paired associative stimulation，PAS）］。PAS是指同側外周神經(jīng)刺激與對側對應M1表征區(qū)TMS刺激的配對，主要用于誘發(fā)大腦感覺-運動皮質(zhì)連接的突觸可塑性（Elahi et al.，2012）。研究表明，PAS可以只改變M1中特定區(qū)域的突觸效率（Stefan et al.，2000），而不改變神經(jīng)元內(nèi)部結構的功能（如神經(jīng)元膜靜息電位）或外周神經(jīng)傳導速率（Meunier et al.，2007），再加上與LTP/D有相似的特征，如受 NMDA 受體介導（Wolters et al.，2003）等，故稱之為LTP/D樣可塑性（LTP/D-like Plasticity）。PAS所誘發(fā)的具體效果取決于配對刺激到達對側M1的時間次序（Stefan et al.，2000；Wolters et al.，2003）。當外周神經(jīng)刺激先于TMS刺激25 ms施加時（PAS25），二者幾乎同時到達對側M1，此時MEP增加，皮質(zhì)興奮性易化，誘發(fā)LTP樣效應；當外周神經(jīng)刺激先于TMS刺激10 ms施加（PAS10），TMS刺激先于外周神經(jīng)刺激到達對側M1，此時MEP下降，皮質(zhì)興奮性抑制，誘發(fā)LTD樣效應（胡艷等，2018）。

與運動訓練相比，PAS在M1中誘發(fā)更純粹的LTP/D樣可塑性，因此，有研究將其與運動訓練相比較，以探討MPDP的突觸機制（Muellbacher et al.，2002；Vallence et al.，2013）。研究表明，短時運動訓練和PAS25具有類似的特征，如30 min的快速拇指外展運動和PAS25的可塑性可以被相同的神經(jīng)遞質(zhì)拮抗劑阻隔（Elahi et al.，2013；Ste-fan et al.，2005；Ziemann et al.，2004）。然而，有研究對短時運動訓練和PAS25的關系提出異議，短時運動訓練后的MEP振幅變化趨勢和PAS25之后的MEP振幅變化趨勢無顯著線性相關（Ilic et al.，2011），該結果說明二者的神經(jīng)機制并非完全相同。

由此可見，運動訓練與PAS干預后的突觸可塑性之間所存在的關聯(lián)還有待證明。一方面，影響PAS效果的因素比較單一。如PAS效果主要受配對刺激的間隔時間影響（Ilic et al.，2011；Stefan et al.，2002；Wolters et al.，2003），而性別、年齡（Tecchio et al.，2008）、上下肢（Stinear et al.，2005）、左右半腦（Ridding et al.，2006）、刺激時長（Wisch-newski et al.，2016）、刺激強度、頻率（Wischnewski et al.，2016）等其他因素的影響不顯著。另一方面，運動訓練的效果受眾多因素影響，如訓練時長（Rosenkranz et al.，2007）、目標肌肉［手臂/指（Taylor et al.，1997）、上/下肢（Beck et al.，2007）、利手/非利手側（Duque et al.，2007）］、強度（Samii et al.，1996）和年齡（Goodwill et al.，2015）等的差異都會對MPDP產(chǎn)生不一樣的影響。鑒于運動訓練的影響因素更為復雜，本研究在固定PAS干預方案的基礎上，著重研究不同訓練要求對MPDP的影響。研究擬選取肌肉激活量和對肌肉激活量的控制程度（設置具體的控制目標）作為主要任務要求。原因如下：1）這兩個因素與目標肌肉直接相關，受個體自主控制，便于實驗設計；2）這兩個因素僅改變運動通路的突觸效率或突觸連接數(shù)量（Samii et al.，1996），而不改變通路特性，最大限度排除了運動脊髓通路傳輸過程中其他大腦功能區(qū)的參與（Smyth et al.，2010）。

本研究提出以下核心問題：1）對肌肉激活量的具體要求是否影響運動訓練后突觸可塑性的變化？2）何種要求的運動任務對MPDP的誘發(fā)效果更明顯？研究假設：1）在訓練時設置明確的目標并加大肌肉激活量能使運動皮質(zhì)興奮性最大化；2）目標設置和高肌肉激活量的協(xié)同效應對誘發(fā)LTP樣MPDP起主要作用，所誘發(fā)的可塑性與PAS誘導的LTP樣突觸可塑性最相似。

1 研究對象與方法

1.1 被試

選取16名健康成人被試，其中女性6名，平均年齡為（25.5±1.72）歲。被試均為普通高校本科生和研究生，沒有進行過專業(yè)、系統(tǒng)的體育項目訓練。所有被試均為右利手［通過改編版愛丁堡利手問卷評定（Oldfield，1971）］，矯正視力和BMI指數(shù)均在正常范圍。被試在實驗前或?qū)嶒炛形捶眠^任何神經(jīng)性藥物，無任何不適用于本研究儀器的精神或神經(jīng)方面病史，如癲癇（Rossi et al.，2009）等。研究通過倫理委員會審核，被試在實驗前簽署知情同意書，并有權隨時中止實驗。

1.2 實驗儀器

TMS刺激選用兩側直徑為9 cm的8字形線圈連接Magstim 200刺激器。將線圈放置在左側初級運動皮層，設置電流為后-前方向并垂直于中央溝。線圈與中矢線呈30°～45°角，用于激發(fā)右側目標肌肉［拇短展肌（abduc-tor pollicis brevis，APB）］的MEP（Kaneko et al.，1996）。線圈擺放在同一強度所產(chǎn)生最大運動電位的區(qū)域，在該區(qū)域用專用筆進行標記并作為運動熱點。

外周神經(jīng)刺激選用恒定直流電刺激器（日本光電，型號SS-104J）。通過Ag-AgCl表面電極（負極設置在身體近端）刺激右手手腕的正中神經(jīng)。電刺激波設定為方波，脈沖寬度200 μs（Stefan et al.，2000；Wolters et al.，2003）。

運動誘發(fā)電位使用直徑7 mm的Ag-AgCl表面電極采集。實驗時將探測電極放置在APB肌腹處，參考電極放置在APB遠心端處，接地電極放置在右手腕關節(jié)處。數(shù)據(jù)通過神經(jīng)放電信號采集器（英國CED，型號Micor1401）采集，采集到的信號使用電生理信號采集調(diào)節(jié)放大器（日本光電，型號MEB-2216）進行過濾（帶通濾波5～3 000 Hz）并放大1 000倍；過濾放大后的信號以6 000 Hz的頻率數(shù)字化記錄，使用Spike 8.0軟件進行線下分析。

1.3 實驗流程

實驗于09：00—18：00在屏蔽信號的實驗室中進行。被試坐在有舒服靠背的皮質(zhì)座椅上，右前臂自然垂放，右手以舒適的姿勢置于座椅扶手上。

實驗前先確定每位被試APB肌肉當次的基線TMS強度、基線MEP振幅、最大自主等長收縮（maximal voluntary contraction，MVC）、靜息閾值（rest motor threshold，RMT）和運動閾值（active motor threshold，AMT）?；€TMS強度和基線MEP振幅分別指在目標肌肉靜息狀態(tài)下，連續(xù)10次刺激使運動誘發(fā)電位在0.5～1.0 mV的最小磁刺激強度和具體振幅值（Sale et al.，2017）。MVC測定要求被試以最大力進行APB肌肉的等長收縮3次，每次持續(xù)至少3 s，并在3次中取最大力的1次（Kouchtir-Devanne et al.，2011）。RMT指目標肌肉在靜息狀態(tài)下，連續(xù)10次刺激中有至少5次誘發(fā)出＞50 μV MEP的最小磁刺激強度；AMT指目標肌肉進行10%最大肌力收縮的前提下，連續(xù)10次刺激中有至少5次誘發(fā)出100～200 μV MEP的最小磁刺激強度（戴雯等，2017）。

實驗采用6（干預手段）×10（測量時間點）前-后測被試內(nèi)設計。共采用6種干預手段，其中PAS 2種，運動任務4種。在干預前以及干預后的0、5、10、15、20、25、30、45和60 min（T0，T5，…60）時分別以基線TMS強度測試MEP（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，非侵入式電生理刺激對大腦運動皮層的影響可持續(xù)60～120 min，其中前30 min的效果最為明顯（Rosenkranz et al.，2006；Wischnewski et al.，2016）。因此，考慮到根據(jù)每次測量所需時間（約2.5 min）以及被試的休息時長，在效果最明顯的干預后30 min內(nèi)每5 min測量1次，旨在探討短期運動訓練后大腦皮質(zhì)脊髓興奮性的動態(tài)時間變化。此外，在干預后第45和第60 min再次進行測量，以探討運動訓練對大腦皮質(zhì)脊髓興奮性影響的持續(xù)時間。

圖1 實驗設計示意圖Figure 1. Diagrammatic Sketch of Experimental Protocol

1.3.1 PAS干預

PAS干預共2種，分別在進行外周神經(jīng)刺激的10 ms（PAS10）和25 ms（PAS25）后對左側M1中的APB區(qū)域施加TMS刺激。電刺激（外周神經(jīng)刺激）強度為300%感覺閾限，即每位被試能主觀感受到的最低刺激強度的300%；磁刺激強度為基線TMS強度（Stefan et al.，2000）。PAS10和PAS25均以0.25 Hz的頻率干預90個配對（即每次干預7.5 min）。

1.3.2 運動任務

運動任務參考前人研究（Muellbacher et al.，2002；Rosenkranz et al.，2007；Vallence et al.，2013；Ziemann et al.，2008），并結合PAS干預的相關參數(shù)，要求被試以0.25 Hz的頻率進行快速拇指內(nèi)收90次。被試需要在聽到節(jié)拍器提示音后以最快的速度做拇指內(nèi)收運動，并回復自然狀態(tài)，等待下一個提示音。

1.3.2.1 無目標的舒適力度任務（comfortable task，TC）

該任務僅要求被試在聽到提示音后以最快的速度和最舒適的力度完成每次拇指內(nèi)收。在該任務中，研究者對被試所選用的力度不做具體要求，最舒適的力度大小由被試自己設定。

1.3.2.2 無目標的高力度任務（strong task，TS）

該任務要求被試在聽到提示音后以最快的速度和較強的力度完成每次拇指內(nèi)收。為了保障高力度任務的質(zhì)量，即避免被試力度過高產(chǎn)生疲勞效應或力度過低無法與TC的力度相區(qū)分，正式實驗前會進行小于15 s不限頻率的練習。如果被試在練習中的EMG峰值小于70%MVC，主試將進行口頭鼓勵以加大力度直到被試使用大于70%MVC的力度完成拇指內(nèi)收。練習后會進行不小于5 min的休息以消除練習和疲勞效應。正式實驗要求被試使用之前練習時所用力度進行拇指內(nèi)收，但無論力度如何，主試都不會進行口頭干預。

1.3.2.3 設置目標的舒適力度任務（comfortable and control task，TCC）

TCC要求被試在聽到提示音后以最快的速度完成每次拇指內(nèi)收，并要求被試每次使用的力度要盡可能準確到達目標力度之內(nèi)。目標力度根據(jù)每一位被試TC的行為設定，即每位被試90次TC的EMG峰值平均值±標準差（MTC±SDTC）。目標力度設置為被試自己設置的最舒適力度，以此保證被試在該任務中能有意識地控制肌肉力度在舒適范圍內(nèi)。

1.3.2.4 設置目標的高力度任務（strong and control task，TSC）

TSC與TCC大致相同。TSC的目標力度根據(jù)每一位被試TS的行為設定，即每位被試90次TS的EMG峰值的平均值±標準差（MTS±SDTS）。該目標范圍為被試自己設置的高力度范圍。

6種干預分6天完成，每天只進行一種干預。干預手段順序局部隨機，在消除干預間的順序效應的同時，TC和TS總是會先于TCC和TSC進行，以獲取每位被試的目標力度。每兩次干預間隔至少2周，以消除干預的交互效應。為了保持注意力和視覺輸入狀態(tài)的統(tǒng)一，研究要求被試在每一次干預中均專注于拇指，并在干預期間持續(xù)關注實時顯示肌電活動（electromyograms，EMG）的計算機屏幕（Stefan et al.，2004）。在TCC和TSC中，還額外要求被試根據(jù)計算機屏幕上所顯示的目標力度范圍和當次EMG表現(xiàn)，在隨后的試次中調(diào)整肌肉力度以更好地完成運動，以此來保證目標設置的質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計檢驗

數(shù)據(jù)以平均值±標準誤（M±SE）表示。

1.4.1 行為數(shù)據(jù)

主要記錄4種運動干預期間的肌肉激活量、單次內(nèi)收運動的持續(xù)時間以及TCC和TSC的準確率。

1.4.1.1 肌肉激活量

肌肉活動量通過每個干預下90個運動試次的平均EMG峰值評價，并根據(jù)每位被試當次MVC值進行標準化處理［肌肉激活量=（每次EMG峰值/當次MVC）×100%］。

1.4.1.2 持續(xù)時間

通過計算每個干預下90個運動試次的持續(xù)時間的平均值，評價被試每次運動的速度變化。持續(xù)時間是指被試單個運動試次從收縮到放松的持續(xù)時間。以每次任務的第1個提示音開始前1 s作為背景肌電值，計算該秒EMG活動量的標準差。持續(xù)時間的開始和結束時間點定義為EMG值逐漸增大和減小至剛好到達1個標準差的時間點。

1.4.1.3 準確率

準確率主要用于評估被試在實際完成控制任務時的表現(xiàn)情況。準確率=（EMG峰值進入目標范圍的次數(shù)/90）×100%，其中90為被試進行肌肉活動的總次數(shù)。準確率越高，表示被試完成任務的實際情況越好，即處于目標強度以內(nèi)的次數(shù)越多。

使用單因素重復測量方差分析（one-way repeatedmeasures ANOVA，rm-ANOVA）檢驗4種運動干預的肌肉活動量和持續(xù)時間的差異，使用Greenhouse-Geisser校正不滿足球形檢驗的情況，并在差異顯著時進行Bonferroni校正的事后檢驗。配對樣本t檢驗用于檢驗TCC和TSC的準確率差異。每次運動的最初20試次和最后20試次的肌肉激活量、持續(xù)時間和準確率差異同樣使用配對樣本t檢驗，以評估被試的疲勞效應和學習效應。

1.4.2 電生理數(shù)據(jù)（MEP和MT）

干預后每個測量時間點（0、5、10…60 min）的MEP振幅根據(jù)干預前的基線MEP振幅進行標準化處理［MEP振幅=（每次MEP振幅/當次基線MEP振幅）×100%］，以評估干預手段對運動皮層興奮性的總體影響。

使用單因素rm-ANOVA分別檢驗基線MVC、TMS強度、MEP振幅、RMT和AMT在不同干預手段之間的差異。單因素rm-ANOVA同樣用于檢驗RMT和AMT在干預前后的差異。使用Greenhouse-Geisser校正不滿足球形檢驗的情況，并在差異顯著時進行Bonferroni校正的事后檢驗。

6（干預手段：PAS25、PAS10、TC、TS、TCC和TSC）×10（測量時間點：基線、0、5…60 min）雙因素 rm-ANOVA用于檢驗MEP在時間進程上的動態(tài)變化。與單因素rm-ANOVA相同，使用Greenhouse-Geisser校正不滿足球形檢驗的情況。在交互作用顯著的情況下，使用單因素rm-ANOVA檢驗測量時間點的單獨效應，并對顯著因素進行Bonferroni校正的事后檢驗。

使用線性回歸分別檢驗2種PAS干預與4種運動任務在干預后每個時間點的擬合度評估大腦運動皮層興奮性在干預后的相似程度。所有線性回歸均以PAS后的MEP振幅為自變量，以運動訓練后的MEP振幅為因變量。

使用線性回歸分別檢驗TCC和TSC中16名被試的準確率與最大MEP振幅變化之間的關系，以此探討行為績效是否會影響MEP振幅的變化。線性回歸以每位被試的準確率為自變量，以每位被試的最大MEP振幅（即MEP振幅到達峰值的時間點的振幅值）為因變量。最大MEP振幅代表了該被試在特定干預下的最大運動脊髓興奮性易化能力（López-Alonso et al.，2015）。選取最大 MEP振幅作為因變量的理由如下：1）本研究假設設置目標的運動任務會易化運動皮質(zhì)興奮性，產(chǎn)生LTP樣效應，因此選取最大MEP振幅值；2）McDonnell等（2006）研究表明，運動干預后并非所有時間點的MEP振幅都會出現(xiàn)易化，可能會在個別時間點出現(xiàn)運動皮層興奮性的抑制。因此，直接計算被試9個時間點的MEP振幅平均值可能會將抑制和易化效應相互抵消，掩蓋結果；3）Wischnewski等（2016）的研究指出，每位被試的最大MEP振幅出現(xiàn)的時間點并不相同，不建議在所有被試中選取同一時間點進行計算，容易掩蓋個體差異。因此，本研究沒有在所有被試中選取同一時間點的MEP振幅，而是根據(jù)被試的在運動干預后運動皮層的實際易化情況選取最大MEP振幅。

數(shù)據(jù)的檢驗統(tǒng)計通過SPSS 17.0（IBM，Armonk，NY）完成，置信空間設為P＜0.05。

2 研究結果

不同方案的所有基線數(shù)值均無顯著差異［MVC：F（1.94，29.23）=0.65，P=0.587，η2=0.042；基線 TMS 強度：F（5，75）=1.07，P=0.376，η2=0.071；基線 MEP 振幅 ：F（5，75）=1.68，P=0.151，η2=0.100；RMT：F（5，75）=0.38，P=0.864，η2=0.024；AMT：F（5，75）=2.29，P=0.054，η2=0.132；表1］。說明了不同方案的行為和可塑性變化情況不受基線值高低影響。

表1 6種干預手段的基線值Table 1 The Baseline of Six Interventions

2.1 行為數(shù)據(jù)

4種運動干預的肌肉激活量和持續(xù)時間差異顯著［肌肉激活量：F（1.55，23.30）=19.67，P＜0.001，η2=0.567，圖 2A；持續(xù)時間：F（1.63，24.44）=16.14，P＜0.001，η2=0.518，圖 2B］。經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)，TC和TCC的肌肉激活量和持續(xù)時間均顯著低于TS和TSC（肌肉激活量：TC-TS，P=0.004；TC-TSC，P=0.003；TCC-TS，P=0.001；TCC-TSC，P=0.001。持續(xù)時間：TC-TS，P＜0.001；TC-TSC，P=0.003；TCC-TS，P=0.004；TCC-TSC，P=0.036），但TC和TCC，以及TS和TSC之間的肌肉激活量和持續(xù)時間無顯著差異（P＞0.05）。該結果排除了TC和TCC，以及TS和TSC之間可塑性的變化受行為影響的同時，保證了TC和TCC，以及TS和TSC之間的區(qū)別主要在于設定目標范圍后對肌肉活動量的控制。此外，TCC的準確率顯著高于TSC（t=3.94，df=15，P=0.001，圖2C），表明TSC的難度要顯著大于TCC。

圖2 運動干預的肌肉激活量、單次運動持續(xù)時間和準確率Figure 2. The Level of Muscle Activity，Duration and Accuracy for Motor Tasks

研究還對比了4種運動干預的最初20和最后20個試次的行為數(shù)據(jù)，以評價干預期間的變化。4種運動干預的肌肉激活量均不隨運動次數(shù)而改變（TC：t=1.50，df=15，P=0.155；TS：t=0.96，df=15，P=0.352；TCC：t=0.50，df=15，P=0.627；TSC：t=0.13，df=15，P=0.898；圖3A），表明被試全程以穩(wěn)定的肌肉活動量完成任務。除TS外，其他3種運動干預的持續(xù)時間同樣不隨運動次數(shù)而改變（TC：t=0.21，df=15，P=0.804；TS：t=-3.75，df=15，P=0.002；TCC：t=-0.92，df=15，P=0.37；TSC：t=-1.90，df=15，P=0.077；圖3B），表明被試全程以穩(wěn)定的速度完成除TS外的所有任務。激活量和速度的穩(wěn)定還表明，除TS外，其他3種運動均沒有出現(xiàn)疲勞效應。此外，TCC和TSC的準確率也沒有隨練習而改善（TCC：t=-3.70，df=15，P=0.771；TSC：t=-1.57，df=15，P=0.138；圖3C），表明被試沒有體現(xiàn)出行為上的學習效應。

圖3 運動干預前后20試次的肌肉激活量、單次運動持續(xù)時間和準確率Figure 3. The Level of Muscle Activity，Duration and Accuracy of the First 20 and the Last 20 Trials for Motor Tasks

2.2 MEP數(shù)據(jù)

突觸可塑性的變化根據(jù)干預手段以及時間進程呈現(xiàn)不一樣的變化。由于干預手段和測量時間點之間的交互作用顯著［F（5，675）=3.22，P＜0.001，η2=0.177］，進一步分析了不同干預下的時間變化（圖4）。除TS外，其他干預手段均發(fā)現(xiàn)顯著的時間效應［PAS25：F（3.71，55.67）=3.97，P=0.008，η2=0.209；PAS10：F（9，135）=2.11，P=0.033，η2=0.123；TC：F（9，135）=2.98，P=0.003，η2=0.166；TS：F（7，105）=1.21，P=0.306，η2=0.177；TCC：F（2.61，39.15）=4.00，P=0.018，η2=0.211；TSC：F（4.42，66.24）=2.82，P=0.027，η2=0.158］。表明除 TS 外，其他干預手段均反映出了干預后突觸可塑性的變化。這可能與被試在進行TS時為了保持穩(wěn)定的肌肉激活量而出現(xiàn)的速度顯著下降（持續(xù)時間上升）有關。

圖4 MEP振幅總體變化Figure 4. Effects of Interventions on MEP Amplitude

本研究分析了9個干預后時間點中PAS和運動干預的MEP振幅變化的關系。PAS25與TC呈顯著負相關［F（1，7）=8.05，r=-0.77，P=0.015，圖 5］，與 TCC 和 TSC 呈顯著正相關［TCC：F（1，7）=10.75，r=0.78，P=0.014；TSC：F（1，7）=8.05，r=0.73，P=0.025，圖 5］；PAS10與所有運動干預均沒有顯著相關。該結果表明，運動干預后所引起的MPDP變化僅與LTP樣效應相關，與LTD樣效應關系不顯著。該結果表明，設置明確目標的任務所誘發(fā)的MPDP變化與PAS25誘導的LTP樣效應更相似，說明了對肌肉有意識地控制在誘發(fā)運動皮層LTP樣可塑性中所起的重要作用。

研究分析了兩個設置目標任務的實際操作績效與最大MEP振幅之間的關系。無論是在TCC還是TSC中，16名被試的準確率與最大MEP振幅之間均沒有顯著相關［TCC：F（1，14）=0.28，r=0.14，P=0.605；TSC：F（1，14）=2.98，r=0.42，P=0.106］。該結果表明，被試完成任務的實際情況對運動干預后MEP振幅的變化影響不顯著。

3 討論

研究將“肌肉激活程度”和“控制肌肉激活的具體目標”這兩個與肌肉激活相關的要素相結合，旨在短期運動任務中探究“不同運動要求是否影響MPDP變化”這一核心科學問題。

研究發(fā)現(xiàn)，設置了明確目標的運動干預后所產(chǎn)生的運動皮層興奮性變化與PAS誘發(fā)的LTP樣可塑性在時間進程上呈現(xiàn)顯著正相關；在有目標范圍的前提下加大肌肉激活量，運動皮層興奮性可以長時間處于易化狀態(tài)，并在干預15～20 min后達到頂峰。研究證明了高肌肉激活量和目標設置在MPDP中具有協(xié)同作用。

3.1 PAS與運動干預后的突觸可塑性

MEP反映了皮質(zhì)脊髓通路的興奮性（張劍等，2009）。MEP振幅的變化不僅涉及對側M1的激活，也涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過外周神經(jīng)系統(tǒng)向肌肉傳導的過程（張劍等，2009）。為了探究運動訓練后M1的激活情況，本研究對比了PAS和運動干預后MEP振幅在60 min內(nèi)的變化情況。前人研究（Cooke et al.，2006；Meunier et al.，2007；Ste-fan et al.，2000）發(fā)現(xiàn)，PAS后MEP振幅的變化屬于LTP/D樣可塑性，主要與M1的皮質(zhì)-皮質(zhì)突觸變化有關，不受外周神經(jīng)系統(tǒng)影響。因此，如果運動訓練和PAS干預后的MEP變化進程相似，則有理由認為運動干預后所誘發(fā)的MEP振幅變化與M1皮質(zhì)神經(jīng)元突觸的連接相關，屬于或近似于LTP樣可塑性。由于本研究所設計的4種運動干預后60 min內(nèi)的MEP振幅變化均呈現(xiàn)不同程度的增長趨勢，且時間進程與LTD無顯著相關，故本研究認為，訓練后的突觸可塑性主要產(chǎn)生LTP樣效應。因此，下文主要討論運動干預和LTP樣可塑性（即PAS25）之間的關系。

3.1.1 無目標任務難以誘發(fā)LTP樣突觸可塑性

研究發(fā)現(xiàn)，無論肌肉激活量高低，無目標運動任務均難以誘發(fā)LTP樣突觸可塑性。一方面，TC的MEP振幅變化在時間進程上與PAS25誘發(fā)的LTP樣可塑性變化呈顯著負相關，說明舒適力度的無目標運動任務所誘發(fā)的M1興奮性和LTP樣可塑性存在差異。另一方面，在4個運動任務中，僅TS干預后的MEP振幅無顯著時間變化（圖4）。這表明在本研究中，TS干預無法易化M1興奮性。M1在TS干預后無顯著激活可能是TS的MEP振幅變化在時間進程上與PAS25無相關（圖5）的主要原因之一。研究認為，該結果和TS在運動后期（最后20個運動試次）每次運動所花費的時間顯著增加有關（圖3B）。被試在運動后期需要花費更長的時間以保持與前期相同的肌肉激活量，表明在高肌肉強度的運動中不設置具體目標對行為績效的穩(wěn)定有較大影響，同時不利于M1的激活。

圖5 PAS和運動干預后MEP振幅變化關系Figure 5. Correlation between PAS and Motor Tasks

3.1.2 設置具體目標可有效誘發(fā)LTP樣可塑性

本研究發(fā)現(xiàn)，設置目標的運動干預（TCC和TSC）的MEP振幅變化在時間進程上與PAS25誘導的類LTP效應相似。鑒于該任務為短期任務（僅7.5 min），所以可以認為TCC和TSC的MEP振幅變化與M1中突觸連接數(shù)量的增加無關（Rosenkranz et al.，2007），而主要與M1中突觸效率的增加有關（Kelly et al.，2004）。M1是運動圖式中最重要的成分之一，其參與運動參數(shù)的整合，并在運動準備和執(zhí)行階段連接大腦其他區(qū)域從而形成運動-感知網(wǎng)絡（李捷 等，1993；May，2011）。換言之，M1突觸效率的增加可以在短時間內(nèi)幫助人們更好地輸出運動技能，對運動員賽前熱身時有效調(diào)動大腦活性有重要意義。

3.2 運動干預后可塑性的動態(tài)時間變化

本研究發(fā)現(xiàn)，TC和TCC在干預后出現(xiàn)了不同程度地抑制趨勢，且抑制趨勢出現(xiàn)時間不一。其中，TCC的MEP振幅變化在干預后0～10 min內(nèi)呈下降趨勢，并在10 min后逐漸上升（圖4），該結果與McDonnell等（2006）的研究結果相似，短時間（15 min）低強度的精準手部運動（釘板測驗）訓練使手部MEP振幅在短時間內(nèi)出現(xiàn)顯著抑制，并在10 min后恢復。McDonnell等（2006）認為，這種抑制是與注意力的增加以及動作的精細程度有關，但本研究在難度更大的TSC中卻沒有發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。因此，研究猜測這種變化可能只適用于輕度或中度肌肉激活量。相反，TC的MEP振幅卻在運動干預后即刻出現(xiàn)大幅增加（TC的T0處MEP振幅，圖4），之后逐漸下降，并在25 min時出現(xiàn)抑制，隨后基本與基線持平。這種反常的變化體現(xiàn)出TC與其他任務對運動皮質(zhì)興奮性的影響不同，可能存在機制上的差異。鑒于當前實驗技術和該實驗設計的局限，該現(xiàn)象需要進一步研究。

本研究還發(fā)現(xiàn)，與低肌肉激活量的TC和TCC不同，高肌肉激活量的TS和TSC的MEP振幅始終處于增長狀態(tài)，并在15～25 min時到達峰值。該結果與前人以及本研究體現(xiàn)出的PAS25特性相似（Sale et al.，2013）。這說明了高肌肉激活量對運動脊髓興奮性的作用：大腦在接收到較強外部刺激后的15～25 min內(nèi)處于皮質(zhì)興奮性的“黃金階段”，該階段的大腦運動皮質(zhì)興奮性最優(yōu)。但由于TS的MEP振幅無顯著時間效應，研究者認為，只有當高肌肉激活量與目標設置同時存在時，其“黃金階段”的效果最突出。

盡管本研究無法進一步解釋不同任務要求對MEP振幅變化的時間進程影響不一，但建議未來的研究和運用應把握M1誘發(fā)運動皮質(zhì)興奮性的“黃金階段”，根據(jù)不同肌肉激活程度選擇不同的時間點以實現(xiàn)干預后MEP振幅的最大化。

4 結論與建議

本研究表明：1）不同的任務要求對皮質(zhì)脊髓興奮性的影響呈現(xiàn)不同時間趨勢；2）目標設置對誘發(fā)LTP樣可塑性起積極作用。由于低肌肉激活量的運動后出現(xiàn)一定時間段的皮層抑制趨勢，因此，建議在設置目標時選取高肌肉激活量的運動以促進皮質(zhì)脊髓興奮性，進而誘發(fā)MPDP，但同時也要注意避免出現(xiàn)疲勞效應（Kumpulainen et al.，2015）。高肌肉激活量的運動在干預后的15～25 min呈現(xiàn)M1誘發(fā)運動皮質(zhì)興奮性的“黃金階段”，與大腦非侵入性刺激（PAS25）的特性相似。運動任務要求的細化以及M1“黃金階段”的選取對短時間運動誘發(fā)大腦運動皮層興奮性有一定指導作用。