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运动疲劳对大脑随意运动控制影响 　　摘要：目的：观察运动疲劳前后，随意运动执行阶段脑区激活情况，探讨运动疲劳中枢调控的机制。方法：采用全脑功能磁共振成像（fMRI）技术，在7名健康男性大学生一次性功率自行车力竭运动前后，进行手握拳运动阶段大脑功能活动的扫描。数据经过头动校正、空间标准化、高斯平滑等预处理后，通过相关分析获得随意运动阶段脑激活图，采用SPM软件对参与随意运动的脑区进行解剖定位，并对运动疲劳前后参与调控的脑区进行配对样本￡检验组间分析，寻找激活程度发生变化的脑区。结果：运动疲劳前后非利手执行握拳随意运动时大脑激活位点分别包括对侧初级感觉运动区、双侧运动前区、辅助运动区、小脑、丘脑、岛叶、纹状体及苍白球等，激活位点没有显著差别。但运动疲劳前激活程度显著高于运动疲劳后的脑区包括同侧基底神经节的丘脑和纹状体。对手执行握拳随意运动时大脑激活位点及激活量没有显著差异。结论：运动疲劳对参与随意运动控制的脑区位点没有显著的影响，但是同侧基底神经节的纹状体和丘脑参与调控的激活程度发生显著变化。 　　关键词：随意运动；磁共振成像；运动疲劳；脑区激活 　　中图分类号：G804.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3612（2012）03-0071-04 　　运动疲劳的中枢机制是近几年来运动生理学界研究的热点问题之一。前期研究显示参与人体随意运动控制的网络主要包括大脑皮层对侧初级运动区（primary motor areas，M1）（中央前回和中央旁小叶的前部，Brodamman 4区）、双侧辅助运动区（supplemen-tarymotorarea，SMA）（大脑皮质内侧面和背外侧面上部，Brodamman 6区）、属于5、7、23、24区的顶叶及部分扣带回运动区；以及双侧小脑、双侧基底神经节纹状体、苍白球和丘脑等。Kernell等研究表明运动疲劳状态下如要保持原有力量进行收缩，支配目标肌群的运动神经元池发放的冲动增强，同时运动早位放电频率增加，且肌电活动增强。Townsend等通过猕猴实验证实部分脑区（初级运动区和小脑）神经元的电活动与肌电活动成线性相关。那么运动疲劳状态下，参与人体随意运动控制的脑区是发放更多的神经冲动以维持运动？还是为了能量节省化??少激活脑区从而更精准的参与运动调控呢？本实验旨在观察一次性力竭功率自行车运动疲劳前后，随意运动执行阶段脑区激活情况，探讨运动疲劳产生的中枢机制及随意运动控制的机理。 　　1、材料与方法 　　1.1 实验对象 男性健康志愿者7名，年龄20～25岁，身高173.67～182.21 cm，均为右利手，体内无金属植入物或置人物，无脑部肿瘤或其他颅脑疾病，既往无心、肺、肝、肾等重要脏器疾病史，能够领会并配合完成实验过程中的各项指令。受试者阅读并签署“实验知情同意书”，详细告知实验目的和方法。 　　1.2 运动方式 采用逐级递增负荷方案进行一次性功率自行车运动（MONARK 834）。受试者先静坐10min，然后进行运动，负荷范围0～200 W。递增负荷方案为：0 w运动5 min，50 W运动5 min，100 W运动8min，150 W运动8 min，200 w运动直至力竭，每级负荷踏车节律为50转/min。力竭标准：受试者感到呼吸困难，不能维持运动节律，心率达最大心率的90%以上。 　　1.3 实验方法 　　1.3.1 功能磁共振扫描任务设计 任务采用Block组块设计，左手和右手握拳运动组快交替进行，运动频率为1 Hz。序列中包含10个20 s任务，之间为20 s休息，每个任务组块中包含10次握拳运动（图1）。实验刺激采用E-prime软件呈现，经磁共振投射系统到头线圈上方平面镜，再到被试视野中央（图2）。受试者分别在疲镣运动前后各完成一次扫描任务。 　　1.3.2 扫描参数 采用Siemens MAGNETOM Trio3.0T超导磁共振成像系统（北京师范大学脑成像中心），标准正交头颅线圈进行图像采集。采用梯度回波平面成像序列，扫描参数为：TR 2 000 n1S，TE 30ms，翻转角90°，层厚3.6mm，层间距0.72 mm，层数33，距阵64×64，视野218×218 mm2。三维结构像扫描：采用TI-MPRAGE进行三维全脑扫描，层数=176，层厚1.0 mm，TRl900ms，TE3.44 ms，翻转角9°，视野256×256mm2。扫描过程要求受试者保持头部不动。 　　1.4 数据统计 采用SPM5（http：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/sgm/）软件对fMRI实验数据进行预处理和统计分析。首先进行三维图像重建，对功能像进行空间和时间校正。为排除机器初始启动匀场及被试状态不稳定等效应的影响，去除每个功能像第一个Block扫描数据。以8mm半高宽