通过频率特异性神经反馈自愿调节β频段肌电相干性

通过训练信号来训练身体

大多数人认为力量和协调是肌肉的属性，但我们所做的每一个动作都是由神经系统编排的。这项研究探讨是否可以利用实时反馈“训练”神经与肌肉之间的隐性通信信号，旨在为未来帮助受伤或患病后康复的人开发工具。

探看肌肉之间的对话

当我们运动时，无数神经元向肌纤维发送有节律的电脉冲。这些节律可以通过皮肤上的传感器记录下来，产生肌电图（EMG）。科学家不仅可以测量肌肉活动的强度，还可以评估肌肉各部分协同工作的程度。他们通过观察“相干性”来实现这一点——这是衡量两个EMG信号节律相似性的统计指标。在被称为β频段的特定频率范围内，这种共同节律被认为反映了大脑运动中心以协调方式驱动肌肉的强度。

把相干性变成训练信号

研究者想知道，如果人们能够实时看到β频段相干性，是否可以学会自愿增加这种相干性。22名健康年轻志愿者在为期五天的训练中执行一个简单任务：以较低且稳定的用力轻轻向上抬起脚（踝背屈）。所有人都在同一小腿肌肉的两个位置贴了EMG传感器。一组受试者看到的可视化显示大小直接反映了其肌肉信号在β频段的同步程度。其目标是通过调整肌肉激活方式“让该显示变大”，尽管他们并未被给出具体策略。第二组为假反馈组，看到的类似显示基于噪声的、预先记录的信号，而非他们真实的相干性。

神经同步性改变但性能未变

训练后，真实反馈组在肌肉两个记录点之间的β频段相干性明显增加，而假反馈组则没有。重要的是，这种变化具有选择性：与运动控制不同方面相关的其他频段（非常慢、α和更高的γ节律）未发生变化，肌电信号幅度和变异性的标准测量也保持不变。换言之，训练似乎调整了具体的神经协调模式，而不是仅仅让肌肉更用力。然而，当研究者测试参与者匹配目标踝关节力的准确性时，在平均误差及其变异性上均未检测到改善。对于在相对简单、低强度任务中的健康人群，表现可能已接近最好水平，因此即使底层神经模式发生变化，也很难在行为上进一步提升。

主观感受与隐性变化

研究团队还让真实反馈组的参与者使用简单的数字评分来报告他们对反馈显示的控制感。令人惊讶的是，感觉“更有控制感”的人不一定是相干性生理变化最大的那些。这表明我们对影响神经反馈信号的主观感受并不总是与神经系统中实际发生的情况相符。与此同时，两组在五天训练期间的精神疲劳评分都保持在适度且相似的水平，这表明这种特定频率的反馈可以在不施加大量认知负担的情况下进行。

对未来康复的重要性

该研究表明，在经过精心设计的反馈下，人们可以通过练习改变肌肉内信号的精细时序，即使他们并不自觉知道自己是如何做到的。选择性增强β频段相干性的能力为一种新的训练目标提供了概念验证：治疗师未来可能不仅关注动作的力量或流畅性，还能训练支撑运动的神经通信质量。尽管这项在健康志愿者中的初步工作并未立即带来行为表现的提升，但当应用于更具挑战性的任务或那些因中风、脊髓损伤或其他状况而协调性受损的患者时，这一方法可能变得非常有用。

引用: Nojima, I., Horiuchi, Y., Yaguchi-Horiuchi, A. et al. Volitional modulation of beta-band EMG coherence through frequency-specific neurofeedback. Sci Rep 16, 8454 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38064-y

关键词: 肌电神经反馈, β频段相干性, 神经肌肉协调, 运动康复, 肌电图