體感信號在體感動作整合機制中控制作用的原理

01 研究背景

體感信號通過體感動作整合機制在靈巧動作的精細(xì)控制中發(fā)揮作用，雖然有技巧的個體以微調(diào)的體感功能和靈巧的動作技能為特征，目前尚不清楚它們的橋接機制，即觸覺-動作和本體感覺-動作整合功能，是否以及以何種方式通過廣泛的感覺動作經(jīng)驗發(fā)生質(zhì)性改變，在本研究中通過比較鋼琴家和非音樂家之間這些功能的生理指標(biāo)來解決這個問題。

02 研究方法

2.1、被試

實驗一包括21名被試，其中11名鋼琴家（23.4±5.6歲，8名女性）和10名非音樂家（22.6±1.8歲，1名女性）；實驗二包括20名被試，其中10名鋼琴家（8名被試參與了實驗一，24.4±5.9歲，7名女性），10名非音樂家（3名被試參與了實驗一，23.2±1.8歲，4名女性）。

2.2、實驗流程

實驗一首先采用腦電和電刺激測量了與被試觸覺相關(guān)的體感誘發(fā)電位，之后計算出第一個觸覺體感誘發(fā)電位的負(fù)性反應(yīng)潛伏期（N20），然后我們采用經(jīng)顱磁刺激和電刺激測量了短潛伏期傳入抑制（SAI），SAI是測量皮層的觸覺與動作整合功能的電生理指標(biāo)，定義為在經(jīng)顱磁刺激前，電刺激在觸覺-體感誘發(fā)電位+2ms的N20潛伏期時刻傳遞到指尖時，對動作誘發(fā)電位（MEP）振幅的抑制。

實驗二首先使用腦電和手外骨骼機器人測量了與本體感覺相關(guān)的體感誘發(fā)電位（p-SEP），研究者發(fā)現(xiàn)3個p-SEP成分，記錄完p-SEPs之后，計算了這些成分的潛伏期。為了檢測本體感覺-動作整合的功能，我們用機器人使被試被動地伸展右手食指后，將經(jīng)顱磁刺激傳遞到運動皮層。生理測量之后又進(jìn)行了重量鑒別任務(wù)的知覺閾限的測量，通過將定制的0.3kg重量放置在鋼琴鍵上，并且可以通過預(yù)設(shè)的路線來移動（最大值50mm），移動的位置是通過一臺電腦來控制，因為鋼琴鍵屬于杠桿系統(tǒng)，因此琴鍵的重量可以通過改變琴鍵上的重量位置而改變。實驗要求被試間隔4s的時間用右手食指敲擊兩次琴鍵，每一次敲擊琴鍵之前我們都改變琴鍵的重量，然后需要被試判斷的，就是哪一次敲擊感覺更重一點。

實驗三重新招募了之前參與過實驗一和實驗二的鋼琴家，首先進(jìn)行了一個問卷調(diào)查，包括三個問題：

• 開始鋼琴訓(xùn)練的年齡；

• 鋼琴訓(xùn)練一共的時長；

• 是否父母或父母之一是音樂家。

隨后進(jìn)行了限制性的食指敲擊任務(wù)，要求被試食指以最快速度連續(xù)敲擊傳感器4秒，其他四根手指固定在其他傳感器上面，實驗計算了被試敲擊的最大速率以及力度的變化。

2.3、數(shù)據(jù)采集與處理

腦電信號方面，實驗一采用Ag-AgCl電極記錄了CP5的數(shù)據(jù)，以Fz為參考電極，按照-50到100ms進(jìn)行分段，實驗二采用Ag-AgCl電極按照國際標(biāo)準(zhǔn)10/20系統(tǒng)記錄了29個位置的腦電數(shù)據(jù)，以右耳垂的位置作為參考電極，分段時間設(shè)置為-100到500ms。

03 實驗結(jié)果

腦電測量結(jié)果顯示，運動皮質(zhì)和軀體感覺皮質(zhì)周圍的皮層對體感刺激的反應(yīng)振幅無顯著的組間差異，表明抑制效應(yīng)的組間差異改變了鋼琴家軀體感覺-運動整合功能的神經(jīng)可塑性適應(yīng)。

04 結(jié)論

本研究首次證明了鋼琴家和非音樂家在觸覺-運動和本體感覺-運動整合功能方面存在明顯差異，這些組間差異也依賴于體感模式，廣泛的鋼琴練習(xí)重組了體感-運動整合功能，使鋼琴表演中靈巧的手指運動能夠精細(xì)控制。

05 參考文獻(xiàn)

Hirano, M., Kimoto, Y., & Furuya, S. (2020). Specialized Somatosensory-Motor Integration Functions in Musicians. Cerebral Cortex, 30(3), 1148–1158