疲劳运动任务过程中肌力、sEMG、MRCPs以及主观用力知觉变化
引言：运动性肌肉疲劳引起的肌肉力量下降可能源于神经肌肉控制轴的不同位置，例如，肌细胞膜、神经肌肉接头、脊髓或者大脑皮质，其中，中枢疲劳在肌肉力量下降中起到了关键作用。对于疲劳的中枢机制来说，已经有学者使用EEG和fMRI去探索疲劳运动任务过程中大脑皮层的信息处理过程。目前，学者们开始把注意力转向了MRCPs的研究。正如在综述中介绍的，MRCPs电位包含多种成分，包括运动前成分和运动后成分。运动前成分又可以称为准备电位（bereitschaft potential，BP或者readiness potential，RP），最初是由Kornhuber和Deecke提出来的，这个成分主要与动作执行前的准备过程有关，而运动后成分与躯体感觉输入成分有关。RP电位以一种缓慢增加的负电位为特征，通常开始于运动前的-1500ms。它又可以分成3种成分：早期RP成分，是肌电触发前的-1500～-1000ms时间段内的电位；晚期成分negative slope（NS’），可以称之为负性斜率成分，为肌电触发前的-500ms时间段内的电位；还有运动电位（motor potential，MP），这个电位主要对应着MRCPs电位的峰值成分或者最大负性峰值，通常取肌电触发后的50ms内的电位幅值。以上这些电位成分能够反映出随意运动的计划、准备以及早期的运动执行过程，这些成分通常出现在初级运动区、前运动区、辅助运动区以及枕后区和躯体感觉皮质区。在这些区域MRCPs电位成分的幅值和潜伏期可以直接反映中枢的运动命令。
最近，有学者研究发现在重复性运动诱发肌肉疲劳的任务中，RP电位幅值显著增加，学者认为这种RP幅值的增加是对外周肌肉疲劳的一种补偿。但是Schillings等发现长时间重复性的运动诱发的RP电位幅值增加可能是由于长时间运动任务过程中认知需求增加引起的，而并不是肌肉疲劳引起RP电位幅值的增加。因此，重复性收缩诱发肌肉疲劳的实验设计可能会影响肌肉疲劳对MRCPs成分影响的判断。同时，以前还有一些学者研究发现MRCPs幅值降低，他们认为主要是由于运动过程中注意力下降和对运动任务的习惯化导致了电位幅值降低。因此有关运动疲劳时MRCPs幅值变化特征的研究结果并不一致，并且针对这些结果的解释也存在差异。另外，这些学者在研究MRCPs的时候，只考察了额区-中央区的运动区域，很少有研究关注疲劳过程中前额区皮质的活动。同时以上这些研究并没有区分开MRCPs不同成分的心理生理学机制。
在疲劳运动任务过程中，除了肌肉力量下降外，受试者主观还会伴随着一种用力感觉的变化，称之为用力知觉（perceived exertion）。用力知觉已经被广泛应用于评价机体疲劳。尽管有很多学者已经利用主观用力知觉研究了神经肌肉疲劳的机制，但是很少有学者把注意力放在肌肉疲劳过程中受试者主观用力知觉与大脑皮层信息处理过程之间关系的研究。根据我们所掌握的文献资料，只有4项研究同时关注了躯体运动过程中大脑皮层MRCPs幅值与主观用力知觉之间的关系，但是由于实验设计原因，无法真实反映主观用力知觉产生的神经机制，导致研究结果也存有争议。
在本研究中使用肌力、sEMG、MRCPs以及RPE结合起来共同研究上肢小肌肉群疲劳过程中中枢神经系统的神经电生理学机制，本研究预观察MRCPs不同成分在疲劳过程中的变化情况以及MRCPs幅值与RPE之间的关联性。另外，我们观察了前额区皮质的电位变化情况。在本研究中我们假设前额区皮质以及运动相关皮质区的神经元活动会随着肌肉的疲劳而发生变化，疲劳过程中受试者的主观用力感觉可能伴随着MRCPs幅值的变化而变化。
3.1 研究对象与方法
本研究最初选取了32名健康受试者为研究对象，这些受试者通过自我报告的形式确定全部为右利手，这些受试者都没有长期运动训练的经历。将这32名受试者分为疲劳组16人和非疲劳组16人，但疲劳组中有1人脑电信号干扰较大，非疲劳组中有3人脑电信号干扰伪迹较大，这4名受试者最后被排除研究之外。最后，疲劳组15人［年龄（23.4±1.1）岁，身高（1.75±0.11）m，体重（72.3±7.4）kg］，非疲劳组13人［年龄（22.7±1.7）岁，身高（1.77±0.16）m，体重（70.3±9.4）kg］作为最终的研究对象。统计学分析表明：两组受试者在年龄、身高、体重方面都没有统计学差异（P＞0.05）。同时受试者没有神经肌肉系统疾病以及精神疾病。向受试者详细介绍本实验程序后，受试者同意参与本实验研究，并且承诺给予受试者一定的报酬。
3.2 实验方案
令疲劳组受试者的右手执行200次间断性的30%MVC等长握力收缩，每次收缩时间大约持续6s，间歇时间大约4s。将200次收缩划分为4个模块（Block1，Block2，Block3，Block4），每个模块包含50次收缩，在每个模块之间有不到1min的休息时间，这段时间内主要进行主观用力等级感觉（rating of perception of effort，RPE）以及最大随意收缩力（maximal voluntary contraction，MVC）的测试，RPE测试在MVC测试之前进行，以免影响RPE的测试值。受试者对30%MVC力量水平的控制主要通过实时显示在计算机显示器上的目标力水平线来完成，受试者可以通过实时显示在计算机显示器上的可视化力量反馈来控制目标力量的高低。受试者按照自我节奏（self-paced）进行收缩，尽可能精准地达到目标力水平并且持续6s，同时保持间歇时间4s。
在分析MRCPs时，为了获得更高的信噪比，我们将200次收缩分为2个模块，每个模块包含100次收缩，初期模块（Early blocks）［即模块1（Block1）和模块2（Block2）］和后期模块（Late blocks）［即模块3（Block3）和模块4（Block4）］。
对于非疲劳组受试者来说，收缩方式与疲劳组相同，差别主要在于疲劳组受试者有更充裕的间歇休息时间，非疲劳组的间歇休息时间大约为8s。
3.3 实验具体程序
图4-16 测试者为受试者注射导电膏
受试者调整自己的身体使其舒服地坐在椅子上（图4-16），计算机显示器距离受试者90cm，受试者右侧上肢贴着躯干同时肘关节屈曲大约90°，右侧上肢的前臂倚在椅子的扶手上，同时手掌保持90°的内旋。为了减少其他肌肉的激活，允许受试者调整他们的身体，使身体其他部位处于放松状态，使肌肉收缩时只发生在前臂握力肌群。实验开始前，首先让受试者熟悉一下实验过程，尤其是力量水平。并且在正式实验前实验者向受试者详细解释主观用力感觉等级量表的使用方法。在每个Block之间进行RPE测量评估。
在正式实验前以及每个Block之间分别测试受试者的MVCs。在测试MVCs时，令受试者尽自己最大的努力握握力计，持续5s，并且在测试同时给予口头鼓励让受试者尽最大努力坚持。对于正式实验开始前的初始MVC，需要测试3次，然后选择力最大的一次作为研究。但是，为了降低疲劳效应的影响，Block之间的MVC只测试一次，另外RPE的测试要在MVC测试之前。
3.4 数据采集与处理
3.4.1 肌力测量与分析
为了实现本研究目的，我们自制了数字电子握力计，在电子拉力/压力传感器（最大量程500N）的基础之上，我们对其进行了改造配置了拉力手柄，拉力手柄有调节器可以根据不同受试者的手掌大小进行调节，使受试者在进行屈指运动实验时处于一个最舒服的发力位置，这种调节有利于受试者发挥出最大随意收缩力，正如运动生理学中提到的，只有骨骼肌肌纤维的肌小节的初长度处于一个最适长度时才能使肌肉产生最大的收缩效果。为了增加握力过程中的舒适感以及降低手与握力计拉杆之间挤压而产生的不舒服感，我们在拉杆上增加了橡胶软垫（图4-17）。另外，我们编制了实时显示握力曲线软件，在执行握力任务的同时，受试者可以通过该软件实时显示其握力的力量水平。
图4-17 自制的数显电子握力计和握力曲线
在测试前，首先对握力计进行校正。在最大随意收缩测试时，使用语言鼓励受试者发挥最大力量去握拉握力计，进而得到受试者的最大握力力量。对于最大握力值，我们选取力量曲线的平稳期（即力量上升和下降之间的平稳力量信号）的平均值。测试最大力量的同时也测量肌肉对应的肌电值，将得到的最大力量和其对应的肌电幅值作为基准值，用于标准化处理。肌力标准化处理的具体方法是将每一个Block内测试的肌力平均值与初始MVC相除，最后将力值用%MVC来表示。最后，再将标准化处理的肌力对所有的受试者取平均值。
3.4.2 sEMG信号测量与处理
（1）sEMG信号测量
选取受试者右手前臂的指深屈肌为测试肌肉，该肌肉已经被很多学者用于手指运动与大脑皮层控制的研究中。根据以往学者的研究，指深屈肌的最佳位置在前臂距离肘关节远端3～5cm，靠近尺骨内侧1～2cm远处。另外，本研究为了进一步判断指深屈肌的准确位置，我们让受试者克服外界阻力屈曲第四指骨时的前臂指屈肌的肌腹最大隆起处帮助进一步判断指深屈肌的位置。肌电测试采用双极记录法，两个双极导联来自脑电测试系统，这样可以保证脑电与肌电同步测量。两个双极导联电极的中心位置距离为20mm，在粘贴电极之前对其所对应的位置用去角质皮膏（NuprepTM，D.O.Weaver &Co.，USA）进行皮肤预处理，然后用75%的酒精擦拭去掉皮肤死皮，直至皮肤自然风干后再粘贴电极注入导电膏，这样可以显著降低皮肤阻抗。肌电信号的采样频率设置为1000Hz，带通滤波设置为0.1～200Hz。
肌肉每次收缩记录到的sEMG信号通过均方根振幅法（root mean square，RMS）进行全波整流，整流的时间窗口宽度为0.1s，然后再对每次收缩内的肌电信号RMS取平均值。最后，求出每一个受试者在每一个Block内的平均RMS，4个Block对应的4个平均的肌电RMS值。
（2）sEMG信号标准化处理
同样，对于sEMG信号也要进行标准化处理。sEMG信号分析中，一个最大的缺点就是肌电幅值受到探测条件的影响：它随着电极的位置、实验对象甚至同一块肌肉的不同测试时期而发生变化。那么克服这个幅值问题的一个方法就是使用相对参考值的标准化值（例如，一个作为参考的最大随意收缩值）。sEMG信号标准化的主要效应是消除探测条件的影响，将微伏级数据变换成所选择参考值的百分比，标准化过程不会改变肌电曲线形状，只是改变了Y轴的比例。sEMG信号标准化处理的另外一个好处就是可以将原始数据转化成为一个相对于参考值的百分比，在实验中所有的受试者之间可以进行比较分析，它消除了很多干扰因素，可以进行不同组之间的定量研究。目前，比较受欢迎的是最大随意收缩标准化方法，即记录受试者某块肌肉最大随意收缩过程中的肌电幅值，然后将收缩过程中sEMG信号与最大随意收缩时的信号相除，具体方法与肌力标准化方法一致，只是肌电基准值对应的是最大肌力时候产生的RMS值，最后将肌电值也用%来表示。将前面得到的4个Block内的平均RMS绝对值经标准化处理后表示为%RMS，最后分别对每组内的全部受试者%RMS取平均值。
3.4.3 EEG测量与分析
（1）EEG测量
本研究使用美国64导联Neuroscan SynAmps脑电测试系统（version 4.5，Neuroscan，El Paso，Texas，USA）测量受试者在运动任务执行过程中连续的脑电信号。受试者在测试时佩戴64个电极点的脑电帽（SynAmps 2 Quik-Cap64，USA），该脑电帽的电极分布使用的是10-10国际标准分布，该分布是在10-20国际标准分布系统上扩展得到的。脑电采用单极记录方式，将右侧乳突（M2）设置为参考电极。因此脑电帽上其余63个电极位置记录到的信号是相对于M2位置的相对值，即单极导联信号。另外，Neuroscan SynAmps记录系统中的一对双极导联用于测量sEMG信号。接地电极置于FPz 和 Fz电极之间的位置。
脑电信号的采样频率设置为1000Hz，放大器的带通滤波设置为0.01～100Hz。水平眼电通过Neuroscan SynAmps记录系统中的两个双极导联记录，两个电极分别置于左右眼外眼角处1cm位置，水平眼电的采样频率也设置为1000Hz，带通滤波范围为0.1～100Hz。眨眼与垂直眼电的两个记录电极分别置于左眼眉上1cm和左下眼睑1cm处，与脑电帽上的Fp1位置相对应。在佩戴脑电帽之前，先将受试者的头发洗净，用碱性洗发水去掉头皮屑以及头皮上的油脂成分，然后用电吹风将头发吹干。准备工作完成后，佩戴脑电帽，令Cz位置对应头的中心点（鼻尖与枕后粗隆连线与左右两耳门连线的交叉点），将导电膏（Quick-GelTM，Compumedics，Inc.，Charlotte，NC，USA）注入每一个电极中，通过调整导电膏的量，使所有电极的阻抗都降到5kΩ以下（图4-18，图4-19）。在测试任务过程中，要求受试者精神集中，同时保持一个放松的身体姿势，在实验过程中受试者要避免咬牙和乱动，如果受试者在测试过程中需要放松移动身体，可以在收缩间歇时进行调节，并且在身体调整稳定片刻后再进行正式实验。
（2）EEG信号分析
使用Neuroscan 4.5（Compumedics USA，Inc.）软件进行脑电信号的离线分析。首先手动去除伪迹干扰，这部分伪迹是由于大量的肌电干扰引起的，将带有严重肌电干扰的原始脑电片段手动去除。然后，进行眼电伪迹去除，使用相关法对受到眼电干扰的脑电信号进行校正，尤其是前额区受眼电干扰较大的电极位置。具体参数设定为：首先确定眼电的正负极性，将最少眼电个数设置为20个，同时将识别眼电最小电位阈值设置为80μV，只要达到这些标准的就将被识别为眼电，然后系统自动进行校正。
图4-18 实验中的消耗品
图4-19 头皮电极分布样式以及电极阻抗
本研究观察大脑皮质相关区域的MRCPs电位特征，事件发生点的确定至关重要。对于事件发生点来说，很多学者选取肌电的触发点作为肌肉收缩事件相关点（即0时刻点）。还有一些学者将事件相关点设置为力阈值15N、20N或者20%MVC的点，这样得到的MRCPs电位的峰值电位会出现在事件相关点0时刻之前，而以肌电触发为事件相关点得到的MRCPs电位的峰值电位出现在事件相关点0时刻之后，但本研究观察的是肌肉疲劳过程中中枢神经系统的变化，因此，以肌电触发激活点为事件相关0时刻点更适合研究疲劳时神经-肌肉的特征关系。另外，有学者认为由于力-电延迟很短，所以用力值和肌电作为触发点不会在本质上影响MRCPs电位的叠加形成，但目前使用肌电触发点作为事件相关点的较多。
去除伪迹干扰完成之后，将不受干扰的连续脑电信号分成若干个4000ms的时间段（肌电触发之前的-2000ms到肌电触发之后的2000ms时间段，-2000～2000ms）。对每段脑电信号要进行基线提取，基线提取的时间窗设置为-2000～-1500ms的500ms内平均幅值。为了进一步降低噪声水平，我们又将每段脑电进行了低通滤波，低通截止频率设置为30Hz。滤波后的分段脑电有使用阈值法再次进行伪迹去除，阈值设定为-80～80μV，超过这个阈值范围的分段脑电将被去除。最后，将没有干扰的分段脑电进行叠加平均，得到初始MRCPs波形。另外，我们对初始的MRCPs波形再次进行了处理，将初始MRCPs电位进行整体再平均化参考，得到最终的MRCPs电位，用于统计分析。
在我们的研究中，通过30%次最大随意握力收缩诱发的MRCPs电位，并不是所有受试者都明显的NS’电位，但是在我们的实验中有明显的BP电位以及MP电位。在以往研究的基础之上，同时，为了满足我们研究的需要，我们将肌电触发前-1500～-100ms看成运动前的准备活动过程。在本研究中，我们选取了肌电触发附近的0～150ms时间窗，这个时间窗能够覆盖所有受试者MP电位的早期电位成分和峰值电位成分（图4-20）。以上这两种成分被大多数专家学者认为与动作的准备和早期执行有关。
图4-20 一名受试者FCz位置MRCPs、EMG、肌力之间的关系
3.4.4 RPE的测量与分析
在最初的RPE量表基础之上，学者们研制出了新的分类等级量表（category ratio，CR）用于评定主观体力感觉。在这个分类等级量表中，通过语言描述出每一个等级的感觉，同时，每一种主观感觉对应着一个等级得分。在这种等级量表中，最简单的一种是CR-10在该量表中得分从0（根本没有用力感觉）到10（极其辛苦/力竭）一共12个等级，得分10表示极其辛苦/力竭的一种主观运动强度感受，好比躯体在运动过程中主观感受到的运动强度，具体等级分类以及得分见表4-3。CR-10量表适合评定身体某一个局部产生的感觉，例如，某一块肌肉的疼痛感或者肌肉的疲劳感。因此，选择CR-10主观体力感觉等级量表评定局部肌肉疲劳程度，在每一个Block之间的间歇期进行RPE测量。
表4-3 CR-10主观体力感觉等级量表
3.4.5 统计学分析
本研究使用社会学统计软件SPSS16.0进行统计学分析，进一步了解肌肉疲劳过程中中枢的神经电生理学机制。我们首先选取最大随意收缩力值（MVC）、肌电值（RMS）以及RPE作为变量来评价机体的疲劳情况，使用2×4两因素混合模型方差分析，2个水平的分组变量：疲劳组（Fatigue）和非疲劳组（Non-fatigue）作为受试者间变量（between-subjects factor）；4个水平的模块变量：模块1（Block1）、模块2（Block2）、模块3（Block3）以及模块4（Block4）作为受试者内变量（within-subjects factor）。
对于疲劳过程中大脑皮层的MRCPs幅值分析，使用一般线性混合模型2×2×3×3×2方差分析。分组变量［分组（Group），2个水平：Fatigue group和Non-fatigue group，受试者间变量］、模块变量（Block，2个水平：Early block和Late block，受试者内变量）、9个电极：Fp1、FPz、Fp2、FC1、FCz、FC2、C1、Cz、C2作为受试者内变量，并且将电极位置分为额状面电极（Coronal plane，3个水平：前额区、额中央区以及中央区）和矢状面电极（Sagittal plane，3个水平：运动的同侧区、中线区以及运动对侧区）、MRCPs成分（Epoch，2个水平：RP和MP，受试者内变量）。学者们一致认为，MRCPs电位主要发生器位于前辅助运动区（presupplementary motor area）、辅助运动区（supplementary motor area）、前运动皮质区（premotor cortex）以及初级运动区（primary motor cortex）。以上电极位置的选取是建立在本研究的峰值电位和以往研究的基础之上的：Fp1、FPz和Fp2主要覆盖前额区皮质；FC1，FC2、FCz粗略覆盖辅助运动皮质区，C1、C2、Cz粗略覆盖到初级运动区和辅助运动区。
对于重复测量方差分析来说，如果球形检验为假，自由度必须经Greenhouse-Geisser校正，经过校正后可以降低Ⅰ类错误的风险。Greenhouse-Geisser校正后显著性水平定为0.05。在这种情况下，本研究中标记的是未校正时的自由度、Epsilon值以及校正后的概率水平。当进行两个总体均数比较时，使用校正后的LSD检验。同时，我们对效应量（effect size）做了报告，效应量不依赖于样本大小，能够反映自变量和因变量之间的密切相关程度。在本研究中我们使用的评价效应量的指标是偏埃塔平方（partial eta squared，
）。
是效应量的一种，它可以用来解释样本中自变量的效果，
越大，自变量的效果越明显，该自变量对因变量越重要。如果
很小，即使得出的自变量对因变量有统计学差异，也意味着没有实际效果。
根据Bland和Altman的方法，我们使用受试者内相关系数来研究受试者疲劳过程中主观用力感觉、sEMG以及MRCPs之间的相关性研究。这种方法通过使用协方差分析能够寻找出受试内的变异程度。在该方法中，我们将一个变量设为自变量（例如，主观用力感觉作为自变量），另一个变量设为协变量（例如，MRCPs作为协变量），受试者作为分类变量。两个变量之间的受试者内相关系数等于协变量平方和/（协变量平方和+残差平方和）的平方根。P值由方差分析的F检验确定，在本文中，我们受试者内相关系数的显著性标准设为0.05。
3.5 结果
3.5.1 疲劳运动任务过程中肌力与sEMG的变化
疲劳组（fatigue）和非疲劳组（non-fatigue）受试者在未进行正式收缩前的初始MVC分别为（307.7±82.8）N和（299.8±86.4）N，两组之间并没有显著的分组效应［F（1，26）=0.046，P=0.83］。200次收缩结束之后，两组受试者MVC分别下降到（231.9±70.6）N（疲劳组）和（265.1±73.5）N（非疲劳组）。以肌电激活点和失活点为基础，所有受试者持续收缩的时间为（6.2±2.7）s，其中疲劳组受试者的间歇休息时间为（4.5±1.9）s，非疲劳组受试者间歇休息时间为（8.2±1.3）s。
对于受试者收缩力的实际输出水平来说，在本运动任务过程中，不管是疲劳组还是非疲劳组，所有受试者都能维持在目标力水平上（图4-21A）。对于非疲劳组来说，4个Block对应的实际输出力分别为28.8%±2.5%MVC、29.2%±2.1%MVC、29.0%±2.4%MVC和29.6%±2.1%MVC；Block的主效应为：F（3、36）=0.61、P=0.63、
=0.05；疲劳组：31.3%±2.8%MVC、32.3%±3.1%MVC、29.5%±3.6% MVC和33.2%±4.8% MVC，其Block的主效应为F（3，42）=0.84、P=0.48、
=0.09。但是两组受试者在力量维持阶段即力量平台期时输出力标准差不同，疲劳组受试者每个Block的平台期内平均输出力的标准差要高于非疲劳组，尤其在运动后期的Block3［F（1，26）=4.94，P=0.03］与Block4［F（1，26）=8.14，P=0.006］显著高于非疲劳组（图4-21B）。
图4-21 疲劳组与非疲劳组受试者在每个模块内的实际输出力（Actual force over each block）（A）以及每个模块内的实际输出力的标准差（SD of actual force over each block）（B）的变化
★P＜0.05，★★P＜0.001
对于每个模块（Block）之后的MVCs来说，有显著的Block×Group交互作用，F（3，78）=11.47，ε=0.72，P＜0.001，
=0.35（表4-4）。疲劳收缩方案引起疲劳组受试者MVCs随着Block的进行显著下降［91.5%±6.8% MVC、82.6%±9.3% MVC、74.7%±6.5% MVC、75.7%±11.8%MVC；F（3，42）=32.55，ε=0.71，P＜0.001，
=0.69］（图4-22A和表4-5）；但是对于非疲劳组来说，没有显著的Block效应，随着Block的进行MVCs没有出现显著的下降［90.4%±2.3%MVC、89.9%±1.8% MVC、88.0%±1.7% MVC和88.6%±3.2% MVC；F（3，36）=1.52，ε=0.46，P=0.237，
=0.17］。另外，统计学分析表明：MVCs的变化存在显著的Group主效应［F（1，26）=8.62，P=0.008，
=0.29］（表4-4），两组之间进一步比较分析发现疲劳组受试者的MVCs在Block2［F（1，26）=4.61，P=0.04，
=0.18］、Block3［F（1，26）=31.16，P＜0.001，
=0.59］以及Block4［F（1，26）=8.92，P=0.007，
=0.29］显著低于非疲劳组受试者（图4-22和表4-5）。
最大随意收缩期间肌肉电活动与MVCs有相似的变化趋势，MVCs对应的肌电RMS值呈现显著的Block×Group交互效应（表4-6），F（3，78）=6.58，ε=0.74，P=0.001，
=0.23。简单效应表明：对于疲劳组来说，最大力量对应的肌电活动RMS随着Block的进行显著下降（图4-22B），86.9%±13.0%、78.2%±12.7%、71.3%±13.0%和69.3%±12.7%；F（3，42）=19.01，P＜0.001，
=0.57。但是，对于非疲劳组来说，肌电活动并没有显现出显著差异，90.8%±5.7%、87.0%±7.1%、94.6%±19.3%和87.8±7.7%；F（3，36）=1.09，P=0.375，
=0.13（图4-22B和表4-7）。同样，对于MVCs时的肌电活动来说，也存在着Group主效应，［F（1，26）=9.02，P=0.007，
=0.30］（表4-6）。进一步的两两比较发现，肌电RMS在Block3［F（1，26）=11.87，P=0.002，
=0.36］和Block4［F（1，26）=13.99，P=0.001，
=0.40］时（表4-7），疲劳组要显著低于非疲劳组。
表4-4 Block、Group以及Block×Group对MVCs的效应
图4-22 疲劳组与非疲劳组的最大随意收缩力（MVC）、最大随意收缩力对应的肌电值（MVCRMS）、每个模块内平均肌电值（Average RMS over each block）以及主观体力感觉等级（RPE）在运动任务过程中的变化
★表示显著的分组（group）主效应（P＜0.001）；#表示显著的时间模块（Block）主效应（P＜0.001）；Δ表示显著的Block×Group的交互效应，数据用mean±SD表示
表4-5 不同Blocks期疲劳组与非疲劳组之间MVCs的比较
表4-6 Block、Group以及Block × Group对最大随意收缩时RMS的效应
表4-7 不同Blocks时疲劳组与非疲劳组之间最大随意收缩力的RMS比较
对于每一个Block内平均肌电活动RMS值来说，存在一个Block×Group的交互效应［F（3，78）=9.33，P＜0.001，ε=0.79，
=0.30］（表4-8），进一步的简单效应分析发现，对于疲劳组来说，存在Block主效应，F（3，42）=14.27，P＜0.001，
=0.50，RMS值随着Block进行逐渐增加（图4-22C）。但是，对于非疲劳组来说，并没有显著性的Block主效应［F（3，36）=1.28，P=0.30，
=0.15］。非疲劳组与疲劳组之间RMS的显著性差异只出现在Block3［26.5%±5.0% vs.22.6%±2.3%，F（1，26）=4.43，P=0.04，
=0.17］和Block4［27.4%±4.7% vs.25.9%±4.5%，F（1，26）=5.47，P=0.02，
=0.20］（表4-9）。
表4-8 Block、Group以及Block×Group对每个Block内平均RMS的效应
表4-9 不同Blocks时疲劳组与非疲劳组之间平均RMS的比较
3.5.2 疲劳运动任务过程中主观用力知觉的变化
受试者在执行单侧上肢的疲劳运动任务过程中，受试者报告的RPE具有显著性交互作用的影响Block×Group［F（3，78）=9.33，ε=0.56，P=0.004，
=0.25］（表4-10）。其中Block对RPE具有显著的主效应［F（3，78）=41.53，ε=0.56，P＜0.001，
=0.66］，进一步的简单效应分析发现，不管是疲劳组［F（3，42）=42.73，ε=0.53，P＜0.001，
=0.75］还是非疲劳组［F（3，36）=24.91，ε=0.49，P＜0.001，
=0.48］，Block对RPE都具有显著效应。
对于分组Group的主效应来说，在运动初期非疲劳组和疲劳组之间并没有呈现出显著性差异，例如，Block1［2.2±1.2vs.2.9±0.7，F（1，26）=2.50，P=0.12，
=0.10］，在Block2时尽管没有显著性差异，但是呈现出差异性的趋势［3.1±1.3vs.4.4±1.4，F（1，26）=4.19，P=0.053，
=0.16］。在运动后期开始呈现出显著性差异，Block3［3.5±1.0vs.5.6±1.6，F（1，26）=10.86，P=0.003，
=0.34］和Block4［3.7±1.0vs.6.4±2.0，F（1，26）=12.02，P=0.002，
=0.36］（图4-22D和表4-11）。另外，我们还观察了RPE在Block4与Block1之间的差值ΔRPE，尽管非疲劳组受试者的RPE也随Block显著增加，但是疲劳组ΔRPE要显著高于非疲劳组［ΔRPE：3.53±1.84vs.1.80±0.53，F（1，26）=9.36，P=0.007，
=0.30］。
表4-10 Block，Group以及Block × Group对RPE的效应
表4-11 不同Blocks时疲劳组与非疲劳组之间RPE的比较
3.5.3 疲劳运动任务过程MRCPs的变化
疲劳组和非疲劳组受试者在疲劳运动任务中，MRCPs的头皮拓扑分布图以及MRCPs波形如图4-23和图4-24所示，从图4-23中可见疲劳组受试者在运动后期模块时MRCPs电位的激活强度和激活区域要比非疲劳组运动初期模块大。
在MRCPs的五因素混合模型方差分析中，没有发现显著性的五阶与四阶交互效应，但是有显著的三阶与二阶交互效应。在本研究中只有与Group有关的显著性的交互效应才进行进一步的统计分析，因此，正如表4-12中所显示的Block×Group［F（1，26）=15.84，ε=1.00，P=0.001，
=0.41］，Epoch×Group［F（1，26）=8.96，ε=1.00，P=0.009，
=0.28］，SAG×COR×Group［F（4，104）=2.56，ε=0.59，P=0.045，
=0.10］才进行下一步的简单效应分析。对于主效应来说，我们只关注Block［F（1，26）=8.66，ε=1.00，P=0.007，
=0.29］和Group［F（1，26）=9.87，P=0.006，
=0.31］主效应（表4-12）。
图4-23 全部受试者总平均的头皮MRCPs的拓扑分布图
注：从-2000ms开始到运动开始后的1200ms结束，每隔100ms取一个平均值头皮MRCPs拓扑分布图。A图为非疲劳组全部受试者初期运动模块的平均MRCPs拓扑分布图；B图为疲劳组全部受试者后期运动模块的平均MRCPs拓扑分布图
图4-24 疲劳组和非疲劳组受试者在运动初期和后期模块总平均MRCPs波形
对于RP电位来说，非疲劳组受试者的COR×SAG的简单效应表明：在矢状面电极分布平面上，大脑对侧运动皮质区域中有显著的电极位置效应［F（2，24）=4.01，P=0.03，
=0.16］，事后比较发现后部电极C1的幅值［（-3.42±0.67）μV］要显著高于前部电极FC1的幅值［（-2.09±0.70）μV］，但是对于疲劳组来说，C1［（-3.33±0.49）μV］与FC1［（-3.38±0.51）μV］之间没显著性差异（P=0.92），主要是由于FC1位置的幅值增加引起的。在中线区域，非疲劳组受试者前部电极位置FCz［（-3.68±0.70）μV］与后部的电极位置Cz［（-3.18±0.75）μV］之间没有统计学差异（P=0.12）；但是，当肌肉疲劳时，前部的电极位置FCz［（-4.08±0.51）μV］要显著高于后面的电极位置Cz［（-3.58±0.54）μV］，P=0.04。在运动同侧的大脑运动区域RP电位并没有出现这种显著性的前后位置变化。总体来说，RP电位似乎随着疲劳的发生向大脑运动区的前方移动。
对于RP电位在额状面的电极分布来说，在前额区皮质，非疲劳组受试者呈现出显著的电极位置效应［F（2，24）=7.40，P=0.002，
=0.26］，事后比较发现，Fp1位置的正电位幅值显著高于FPz（P=0.02）和FP2（P=0.04），但是在疲劳组中，当肌肉疲劳时前额区皮质电活动呈现出负性电位（图4-24）。在肌肉未发生疲劳时，中央区域的RP幅值在C1［（-3.14±0.51）μV］位置要显著高于（P=0.005）C2位置［（-2.06±0.57）μV］，但是，当肌肉疲劳时，C2位置的RP负性电位幅值增加，最终使得C1［（-3.38±0.62）μV］和C2［（-3.14±0.61）μV］之间没有统计学差异。同样，额中央区也表现出与中央区一样的变化特点，就是随着疲劳的产生RP电位产生向肢体运动的同侧运动。
表4-12 MRCPs幅值的五因素混合模型方差分析
注：COR，表示额状面电极；SAG，表示矢状面电极
对于MP电位来说，在矢状面上，不管疲劳组还是非疲劳组在大脑运动区的对侧、中线以及同侧区域都存在显著性的电极效应。进一步统计分析表明：在肌肉未发生疲劳时，MP幅值在运动区靠前的位置（FC1和FCz）要显著低于后面的位置（C1和Cz），P＜0.04；但是，当肌肉发生疲劳时，结果相反，运动区靠前位置（FC1和FCz）MP电位的幅值要显著高于后面位置（C1和Cz），P＜0.03。说明当肌肉发生疲劳时MP电位也似乎向运动区前方移动。
对于MP电位在额状面上的变化来说，不管是疲劳组还是非疲劳组，始终是中线区域的FCz位置的MP电位要显著大于FC1（P＜0.05）和FC2（P＜0.01），说明MP峰值电位在辅助运动区主要出现在中线区域（FCz）。但是，在中央区域MP峰值电位出现在C1位置。MP电位幅值始终都是运动对侧的C1位置显著高于同侧C2位置，但是，两组的差异程度不同，对于非疲劳组来说，P＜0.001，
=0.55，C1/C2=1.74；对于疲劳组来说，P=0.03，
=0.13，C1/C2=1.21。从效应量值和比值可以看出，肌肉疲劳使得C1与C2的差异程度减小，这是由于C2位置的电位增加导致的这种差异性减小。这暗示MP电位在中央区也有向运动同侧大脑半球运动区移动的趋势。
由于存在显著性的Block×Group效应，进一步分析发现，在非疲劳水平上的简单效应表明：无论是RP还是MP在运动后期和运动初期之间没有显著性差异（图4-25）。进一步分析发现，在每一个电极位置上非疲劳组受试者的RP和MP在运动后期和运动初期都没有统计学差异。
对于疲劳组来说，简单效应表明：运动后期的RP幅值显著高于运动初期（图4-25），F（1，14）=58.30，P＜0.001，
=0.73。进一步分析发现，在每一个电极位置的都表现为运动后期显著高于运动初期。
对于疲劳组的MP电位来说，简单效应表明：同样是运动后期要显著高于运动初期（图4-25），F（1，14）=20.46，P＜0.001，
=0.49。进一步分析发现，这种显著性差异发生在每一个电极位置上。从效应量大小能够看出，在疲劳组中，运动时间对RP的影响（
=0.73）要大于对MP的影响（
=0.49）（表4-13）。
一元方差分析表明：RP电位幅值在运动初期没有统计学差异。但是，RP幅值在运动后期时疲劳组和非疲劳组之间有显著性，F（1，26）=5.53，P=0.02，
=0.21（表4-14），进一步分析发现，这种显著性差异只发生在Fp1和FC1位置（图4-26）。
对于MP电位来说，一元方差分析表明：不管是运动初期［F（1，26）=5.42，P=0.02，
=0.21］还是运动后期［F（1，26）=16.06，P＜0.001，
=0.44］（表4-14），都是疲劳组受试者的MP电位幅值显著高于非疲劳组受试者。进一步分析发现，在运动的初期模块，这种显著性差异主要发生在Fp1、FC1、FC2、C2位置，但是在运动后期除了FPz之外（P=0.056），几乎所有电极位置都产生了显著性差异（图4-27）。
图4-25 RP和MP电位初期模块与后期模块之间以及疲劳组与非疲劳组之间比较
★P＜0.05；★★P＜0.01
表4-13 运动模块效应对疲劳组和非疲劳组受试者RP和MP的影响
表4-14 分组效应对不同运动模块的RP和MP幅值的影响
另外，值得注意的是，肌肉疲劳对RP和MP影响的效应量与运动时间对其影响的效应量的趋势相反，肌肉疲劳对RP的效应量（
=0.21）要明显低于肌肉疲劳对MP的影响（
=0.44）（表4-14）。同时，我们发现肌肉疲劳对运动区不同电极位置的MP影响差别比较大，普遍是对运动同侧运动区电极点的影响高大于运动对侧运动区电极点，例如，FC2（
=0.49）vs.FC1（
=0.27）、C2（
=0.42）vs.C1（
=0.22）。
图4-26 每一个电极位置的RP电位在初期与后期模块之间以及疲劳组与非疲劳组之间的比较
★P＜0.05；★★P＜0.01
图4-27 每一个电极位置的MP电位在初期与后期模块之间以及疲劳组与非疲劳组之间的比较
★P＜0.05； ★★P＜0.01
3.5.4 sEMG、MRCPs以及RPE之间的相关性
本研究使用受试者内相关系数考察了受试者肌肉疲劳过程中sEMG、MRCPs以及RPE之间的相关性。结果发现，在疲劳组受试者中肌肉疲劳过程中，头皮电极点C1位置MP电位与RPE的受试者内相关系数r=-0.609，P＜0.001，
=0.37；C1位置的MP电位与肌电值RMS（%）的受试者内相关系数r=-0.439，P=0.02，
=0.11；RMS（%）与RPE之间的受试者内相关系数r=0.541，P＜0.001，
=0.29，见图4-28、表4-15以及表4-16。
3.6 分析
图4-28 疲劳过程中4个模块内C1位置MP电位与RPE（A）、C1位置MP电位与RMS（%）（B）以及RMS（%）与RPE（C）之间的相关性。每个数据点用Mean ± SEM表示
表4-15 肌肉疲劳过程中每一个电极位置的MP与RPE的受试者内相关系数
表4-16 肌肉疲劳过程中每一个电极位置的MP与RMS的受试者内相关系数
本研究使用疲劳和非疲劳分组基础之上的混合实验设计模型用来研究上肢指屈肌间断性次最大随意等长收缩至疲劳过程中中枢神经电生理学机制。在本研究中，我们发现，在动作执行阶段大脑辅助运动区、初级运动皮质区以及前额区的电活动随着肌肉疲劳的发生逐渐增强。运动皮质区MRCPs电位的分布似乎随着肌肉的疲劳向大脑的前部以及运动同侧大脑半球区域移动，进而弥补肌肉疲劳时的力量不足。另外，研究发现，MRCPs运动前成分可能主要反映长时间疲劳运动过程中的认知需求，而运动执行阶段的MRCPs成分似乎对肌肉疲劳敏感。同时，研究还发现，肌肉疲劳时前额区皮质的电活动产生与非疲劳时电活动相比，电位极性发生了显著变化。另外，我们的结果表明：用力知觉可能主要与运动执行阶段的中枢运动命令有关而不是运动前的准备命令。主观用力知觉不仅可以反映主观体力感觉，还可以反映局部肌肉的疲劳程度。
3.6.1 运动性肌肉疲劳过程中肌力和sEMG的变化特征
目前，在体育运动中已经有很多学者利用肌力同时结合sEMG测量综合评价肌肉疲劳，这种方法能够有效地评价和理解肌肉疲劳的过程与机制。从本研究结果可以看出，30%MVC的重复性握力收缩方案能够显著地诱发肌肉疲劳。而非疲劳组受试者在间歇8s的方案中并没有引起肌力和肌电显著性的下降，说明非疲劳组的运动方案没有引起受试者肌肉疲劳。
在本研究的运动任务中，疲劳组与非疲劳组受试者都执行30% MVC的次最大强度的握力收缩，要求受试者每次收缩持续6s，两个实验组运动方案的差别主要在于每次收缩之间的休息时间不同，在本研究中，要求疲劳组受试者每次收缩之间的间歇休息时间为4s，而非疲劳组受试者的间歇休息时间为8s。从受试者完成的情况来看，虽然两组受试者基本按照实验设计要求都能够达到30% MVC的目标力水平，但是，从本文的数据能够看出两组受试者在力输出的平台期时标准差相差比较大，非疲劳组受试者其输出力标准差较小，说明输出力稳定、变异小，而疲劳组受试者的力输出值变异较大。虽然两组在前两个Block平台期输出力的标准差没有统计学差异，但是随着疲劳组受试者疲劳程度加深，在Block3和Block4两个模块时，疲劳组受试者平台期输出力的标准差显著大于非疲劳组，说明在疲劳后期疲劳组受试者由于疲劳程度加深，力输出变得不稳定。输出力匹配失误可能与长时间牵拉肌腱中的腱器官而使其敏感性下降有关，这使对力量输出调整的能力减弱，所以导致本研究中后期受试者平台期肌力标准差变大。另外，从实验结果中我们观察到疲劳组受试者在最大随意收缩过程中，最大肌力以及最大肌力对应的标准化肌电RMS值随着疲劳发生发展而显著下降。肌肉疲劳是一种常见的生理现象，运动性肌肉疲劳是指由运动诱发的单块肌肉或者肌群的最大随意收缩力量下降的现象，还有一些学者把它定义为机体不能够维持所需或者预定的力量水平，因此，通常将力量、功率或者力矩作为机体肌肉疲劳的直接测试指标，肌肉疲劳时，这些指标下降。
在次最大随意收缩诱发肌肉疲劳的运动方案中，我们规定受试者200次收缩的每一次输出收缩力都要达到30%MVC的目标水平，随着运动的持续进行，肌肉内能源物质消耗得不到及时补充以及代谢产物的堆积，肌肉会发生疲劳。但是受试者为了每一次收缩都能够达到目标力水平，他们的大脑需要不断激活脊髓处更多的运动神经元以便募集更多的肌纤维进而补偿疲劳的肌纤维，进而保证不变的输出力水平。因此，在我们的研究中发现，在次最大随意收缩中随着疲劳的发生每个Block内的平均RMS表现为显著性地逐渐增加，次最大随意收缩过程中肌电活动的这种变化也被认为是肌肉疲劳的一种表现。
值得注意的是，在本研究中最大随意收缩和次最大随意收缩过程中，中枢神经系统对运动单位的募集策略是不同的，在最大随意收缩中，随着疲劳的发生肌电幅值RMS逐渐降低，而在次最大随意收缩过程中，肌电RMS值变化与其相反，表现为逐渐升高。本研究中指屈肌等长收缩过程中肌电信号的这种变化特征与以前的其他肌肉等长收缩得到的结果相近。这些学者研究发现，当受试者以一定水平的次最大随意收缩力进行等长收缩直至力竭时，发现力矩值可以维持一段时间不变，直到疲劳发生后力矩才开始下降，而且在力矩保持不变的时间内，主动肌和拮抗肌的肌电活动水平却一直增加。最大随意收缩和次最大随意收缩出现的这种差异主要是中枢神经系统对运动单位募集策略不同引起的。在最大随意收缩中，受试者对运动单位的募集达到了最大水平，但是随着肌肉疲劳的发生，一些运动单位发生了疲劳，致使能够募集的最大的运动单位数量下降，所以表现为最大随意收缩过程中肌电活动水平下降；而对于次最大随意收缩来说，在每次收缩时，中枢神经系统不用动员全部的运动单位就可以完成运动任务，但是随着疲劳的发生，先前的动员的运动单位开始发生疲劳，不再能够维持现有的输出力，因此，中枢神经通过募集更多的运动单位来激活更多的肌纤维参与收缩，进而弥补肌肉输出力的下降。所以，在次最大随意收缩至疲劳的过程中，肌电活动表现为逐渐增强。
总体来说，本研究中肌肉疲劳对肌电和肌力产生的效应与以往学者的研究一致。
3.6.2 运动性肌肉疲劳过程中主观用力知觉的变化特征
人体肌肉疲劳时除了肌力和肌电这些客观指标发生变化外，伴随着受试者运动过程中主观体力感受也会随之发生变化。目前，一些心理生理等级量表可以定量地评价这些感觉，其中既能够评价体力活动，又能评价主观用力感觉的等级量表是主观体力等级量表（rating of perception of exertion，RPE）。在本研究中使用的是改良的RPE量表——CR-10，经过改良后的CR-10量表适合评定身体某一个局部位置产生的感觉，例如，某一块肌肉的疼痛感或者肌肉的疲劳感。因此，在本研究中我们选择了CR-10主观体力感觉等级量表。并且，有学者已经证明了CR-10量表在评定主观用力知觉中的有效性。他们让30名（15名女性和15名男性）成年受试者进行下肢股四头肌不同力量水平持续5s等长收缩，力量水平分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%以及90%MVC，执行顺序随机，执行任务同时使用CR-10量表进行主观用力知觉测试。结果发现，随输出力量水平的增加伴随着RPE得分逐渐增加，力量水平与RPE得分之间表现为线性和二次函数关系，并且在各个水平之间并没有发现性别差异。研究认为，CR-10量表可以作为下肢股四头肌次最大随意等长收缩过程中主观用力之知觉的有效评价工具，并且不具有性别特异性。
本研究发现，对于疲劳组受试者来说，RPE随着肌肉疲劳的发生发展显著增加。目前已经有一些学者使用RPE量表来研究等长收缩诱发的神经肌肉疲劳过程的中枢和外周机制。Allman和Rice比较了老年和青年受试者分别进行60%MVC间断性地肘关节等长屈曲运动诱发疲劳时RPE的差别，结果发现，两组受试者的RPE值都随着疲劳的发生发展逐渐升高，而且在运动疲劳结束时都达到了最大RPE值。Deeb对人体肌肉疲劳时对运动负荷的主观感知能力进行了研究。他们首先让受试者右侧上臂做最大等长伸臂动作诱发其疲劳，然后迅速令受试者左右臂分别承担两种重量负荷，让其将感知到的左侧臂的力量（左侧臂的负荷是恒定的）与感知到的右侧臂负荷进行比较。当右臂没有疲劳时，同样按照这个程序再进行一次实验。结果发现，当肌肉没有疲劳时，受试者对负荷的感知能力非常准，但是当肌肉疲劳时受试者对实际负荷的感知能力减弱，表现为受试者报告出较低的RPE得分。该实验说明：肌肉疲劳会影响受试者对重量负荷的感知能力。在本研究中，受试者在执行任务时除了凭借视觉反馈线索保持目标力外，受试者同时也会通过肌肉的用力感觉来控制目标力。有研究表明：在肌肉疲劳过程中，受试者的主观用力感觉增加。因为，他们发现，受试者疲劳侧上肢感知到的负荷要比实际负荷值高，他们认为，这种偏差可能是由于肌腱中的腱器官的感觉传入信息变化引起的，这可能是引起疲劳组受试者在后期肌力变异较大的原因。
在本研究中对于非疲劳组受试者来说，虽然受试者没有产生显著性的肌肉疲劳迹象，但是RPE随运动时间的延续也显著增加，这个现象与De Morree等和Shepherd等研究结果一致。Shepherd等对受试者在长时间间断性等长收缩过程中产生的主观用力知觉与运动时间之间进行了相关分析。15名受试者分别以下肢伸肌最大肌力的60%和70%进行等长收缩，两种强度任务之间间隔48～72h。在执行任务的休息间隔时间段内使用CR-10测量受试者的主观用力知觉。研究发现，无论在哪种运动强度下，运动时间对CR-10得分具有显著主效应，主观用力知觉等级RPE得分与完成运动任务时间之间呈正相关（r＞0.99，P＜0.01），即RPE得分随运动任务的时间进行显著升高。而Morree等研究了健康成年人服用咖啡因后对受试者体验下肢膝关节伸肌次最大随意等长收缩过程中主观用力知觉的影响。他们发现，非服用咖啡因组的受试者在执行运动任务时，其RPE等级得分随运动时间的进行而逐渐增加。
3.6.3 运动性肌肉疲劳过程中EEG变化特征
（1）MRCPs电位的拓扑图分布特点
与以前相似的研究相比，本研究中由上肢指屈肌次最大随意等长收缩诱发的MRCPs电位空间分布样式似乎更加靠近大脑半球的内侧。这可能是由于握力等长收缩时需要动员前臂主动肌和拮抗肌同时参与收缩，才能产生一定的握力。根据肢体在运动区大脑皮质上的投影分布，越靠近上肢近端其在大脑皮层运动区上的投影越靠近内侧。另外，在本研究中发现，非疲劳组受试者MRCPs电位的峰值主要出现在FC1和C1之间以及FCz与Cz之间。正如Shibasaki和Hallett认为的大脑皮层运动区反映手指运动的最佳位置在头皮脑电上主要位于中央区电极前1～2cm，刚好位于额中央区与中央区之间的位置，相当于本研究中MRCPs在头皮上的分布情况。另外，在肌肉发生疲劳时，可以看出RP电位和MP电位的拓扑图分布更加靠近头的前部以及靠近运动同侧大脑半球分布。本研究中，RP和MP电位的这种拓扑图变化得到Liu等研究结果的支持，他们令受试者进行间断性的最大等长握力随意收缩，直至发生疲劳。同时，他们采用溯源分析法对运动产生前的50ms内的脑电信号进行了分析，结果发现，与非疲劳组相比，这段时间内的脑源偶极子向大脑前部以及运动同侧大脑半球移动。
从MRCPs电位的拓扑图分布来看，本研究发现与非疲劳组受试者相比，疲劳组受试者感觉运动区MRCPs的激活强度和激活区域变大。这一发现与fMRI的结果一致，Liu等设计了一个2min最大握力收缩实验，他们发现，在运动的前1min，感觉运动皮质的fMRI成像中激活像素数目增加，这种激活区域的扩大被认为是由于激活了额外的神经元引起的，进而补偿肌肉疲劳时引起的力量不足。在我们的实验中，随着肌肉的疲劳，受试者动员了大脑感觉运动区内更多的神经元去激活脊髓处更多的运动神经元，进而弥补疲劳引起的肌肉力量不足，所以在本研究中，疲劳组受试者的头皮拓扑分布图表现出更大的激活区域。另外，在本研究中，MRCPs电位的幅值也增加，这种变化可能也是补偿肌肉力量不足而可产生的中枢机制。
（2）运动性肌肉疲劳对运动皮质区MRCPs不同成分的影响
本研究发现，无论是疲劳组还是非疲劳组，受试者随意运动诱发的MRCPs电位波形具有共同的特征，在运动皮质区产生的MRCPs电位在运动前-1500ms时就已经产生一个缓慢地负向偏移电位，并且在接近肌电触发后达到峰值，随后电位逐渐减低。最近，Yang等研究了受试者在次最大随意等长握力收缩条件下，不同运动时相的脑源动力性变化特征，他们观察了受试者手指等长收缩过程中19个时间点的脑源特征，这19个时间点分别涵盖了动作准备、动作执行以及肌肉持续收缩阶段。他们发现，在各个阶段脑源强度变化模式表现为一种非线性变化特征，即在动作准备阶段脑源偶极子强度逐渐增加，直到动作执行阶段脑源强度达到最大，而在动作持续阶段脑源强度下降。而且研究发现，在各个不同时相，这些激活区域随时间的动力性特征基本一致，这提示在运动控制阶段各个激活区域可能是同时发挥功能的，这与本研究中MRCPs电位变化特征一致，本研究中记录到的头皮MRCPs电位也呈现一种非线性变化特征，在运动准备阶段开始产生一个逐渐增加的负性偏移电位，在运动执行时该负电位达到最大，而在运动触发后的持续收缩阶段，该电位逐渐降低。而且在本研究中运动皮质区内多个电极位置的MRCPs电位随时间变化的特征基本一致，这暗示在多个运动皮质中枢是同步平行执行其功能的。
大脑皮质在机体产生运动之前就已经活动，这可能与人体从事随意运动时的注意力和运动初期准备有关。在运动准备的初始阶段，可能只有较少的一部分特殊神经元参与到任务中，并且它们的激活水平可能并不依赖所要产生的力量水平。有一种假设认为随着时间逐渐靠近运动任务执行阶段，需要更多的大脑神经细胞参与到任务编程和执行中，并且需要进一步激活它们的活动水平进而满足机体生理活动的需要。这种假设得到本研究结果支持，在本研究中从运动执行前-1500ms到动作执行的时间段内各个脑区电位幅值呈线性增加。在动作执行的时候电位幅值达到了最大，这可能是由于负责执行抓握动作的神经元和负责调节抓握力的神经元参与其中引起的。Chenney等认为，在EMG触发前的100ms内，可能进行肌力调节，在这段时间内，中枢运动神经元的神经冲动发放率增加或者募集更多的运动神经元。在EMG触发激活后的100ms或更长的一段时间，根据肌肉产生的力量水平大小，这种调节过程会进一步加强，进而使得大脑活动进一步增强。总之，在运动触发的±100ms时间范围内，较高的大脑激活水平可能与特殊运动任务的执行和力量调整有关，同时还可能与输入到运动皮质的多水平感觉反馈有关。
在肌肉持续收缩阶段（大约肌力产生后的200ms），各个脑区的脑源强度开始下降。在运动持续时相脑电活动下降可能是参与运动编程与执行的运动神经元停止活动有关。很多大脑细胞在肌力产生前神经冲动发放率增加，而在维持肌力阶段这些神经元中的大部分处于静息状态。有研究发现，猴子在产生指力之前，大脑的辅助运动区以及扣带回运动区神经细胞中60%以上的神经细胞的激活具有时相性，只有不到10%的神经元处于强直性激活。另外，脊髓处的运动神经元在运动初始时相被强烈激活之后，脊髓中这些运动神经元发放的神经冲动频率开始下降，这可能也从另一个方面间接地解释了在肌力持续时相后期MRCPs电位幅值降低的原因。
对于MRCPs电位来说，在动作持续阶段，无论疲劳与否，肌电触发后电位幅值开始下降，这是MRCPs的变化特征。在我们看来，这也是MRCPs测量有一个限制，即它不能评价肌肉收缩持续阶段的中枢命令，因为，从肌肉开始收缩后MRCPs电位开始由负性电位开始下降变成正电位，称为运动后电位（post movement potential，PMP）。有学者认为，肌电触发后的PMP电位与外周反馈信号处理有关，因此，在本研究无法使用MRCPs电位确定运动任务持续执行阶段大脑皮层的执行命令是否发生了变化。
目前研究者们发现，与随意运动相关的最明显的头皮电位是BP（bereitschafts potential）或者RP（ready potential），这个电位开始于运动前，可以理解为运动之前的大脑皮层准备过程。在本实验研究中，与非疲劳组受试者比较，尽管疲劳组受试者在运动任务的早期时已经产生了明显的肌肉疲劳现象，但是RP幅值并没有显著性差异。然而随着运动任务的进行，在任务的后期时RP幅值呈现出疲劳组和非疲劳组之间显著的差异，但是也仅仅在Fp1和FC1位置才表现出疲劳组受试者RP幅值显著高于非疲劳组受试者。Liu等研究发现，在最大随意收缩诱发的上肢肌肉疲劳任务中，受试者在运动任务的准备时相MRCPs电位幅值和脑电信号功率都没有显著变化。他们认为，该研究结果支持他们以前的假设：即动作准备时相的脑电信号不会随着疲劳而发生变化。基于此学者提出了一个假设模型，在该模型中作者认为，运动前准备时相的活动主要涉及注意力。而顶区、扣带回以及前额区的联合皮质被认为是调节注意力的主要皮质区域并且很有可能就是注意力的发生源。另一个导致运动前大脑产生活动的原因可能源自准备相位信号，这个信号可能仅仅来自在运动动作之前才产生活动的相位神经元。这些神经元可能只在运动之前简单地激活一下，目的是激活位于初级运动皮质区的输出神经元发出神经冲动让执行神经元去执行运动任务。这些时相细胞可能位于次级和/联合运动皮质内。例如，Cadoret和Smith发现，在猴子大脑的辅助运动区和扣带回运动区的很多神经细胞在肌力产生之前放电率增加，但是，在力量维持阶段其中大多数细胞是处于安静状态的。他们在这两个区域记录到的细胞高于60%的细胞在手指肌力产生前表现为时相性放电（即该神经细胞只在运动前产生电活动），只有10%的神经细胞在肌肉持续收缩阶段是强直性激活的（即在持续收缩阶段神经细胞持续产生电活动），大约有13%的神经细胞为时相性兼强直性放电，在运动前和持续运动阶段都一直放电。可能位于次级和/联合皮质区与注意力相关的相位放电的神经元在一般的运动任务中不容易疲劳，因为它们总是在运动之前简单地被激活一下然后就休息，所以不容易疲劳，这可以解释为什么在疲劳过程中运动前各个电极位置的RP电位变化不明显。
另外，效应量值表明：疲劳组RP电位幅值对长时间重复运动持续的时间更敏感，但是非疲劳组并没有表现出这种对时间的依赖性。目前，已经有一些学者通过比较重复性运动的初期和后期2个模块发现，运动后期模块运动电位的RP成分显著高于运动初期模块。在他们的实验设计中，肌肉疲劳也是通过重复性的次最大随意收缩诱发的，Schillings等认为，这种重复性的运动本身可能会导致RP幅值增加，因为在重复性运动中受试者的认知需求增加可能会导致RP电位幅值增加。在Schillings等的研究中，他们发现，受试者在执行70%MVC的握力收缩实验时，中央运动区的RP电位幅值显著增加，但是，同时发现，外周肌肉仅仅产生了很小的疲劳。长时间运动引起的RP电位幅值变化可能解释为长时间重复性的身体运动过程中认知需求增加引起的，认知需求增加弥补了在重复性收缩过程中大脑皮层效率的下降，而并不是肌肉疲劳引起的RP幅值变化。这个观点也受到Freude和Ullsperger研究的支持；他们发现，受试者在执行80%MVC和20%MVC的重复性收缩时RP电位曲线围成的面积显著增加，但是在50%MVC强度时并没有变化。我们推测在80%MVC和20%MVC收缩强度下RP幅值增加可能与受试者“参与意图”增加有关，因为相对来说在这种力量水平下完成这些收缩对于受试者来说难度更大，需要付出更多的运动意图，而50%MVC收缩强度对于受试者来说比较容易完成，不需要付出那么多的注意力或者不需要较高的意图参与其中。因此，更多的用力认知成分增加可能是导致RP电位幅值增加的原因。在本研究中，RP电位幅值在运动早期时疲劳组和非疲劳组之间没有显著性差别，这可能与在运动早期用力的认知成分没有差别有关，而与疲劳无关，因为在运动方案早期的时候，疲劳组受试者与非疲劳受试者相比，已经明显发生了疲劳；但是，在运动后期疲劳组受试者RP电位幅值要显著高于非疲劳组，这可能与疲劳组受试者在肌肉疲劳时完成同样的目标输出力时相对来说难度更大了有关，例如，在肌肉疲劳时受试者依旧要保持精确的收缩时机、准确的力量水平以及保持工作记忆，这可能需要受试者付出更多的用力认知成分，所以导致后期RP电位幅值显著增加。另外，在本研究中，非疲劳组受试者的RP电位在整个重复性次最大随意收缩过程中并没有发生显著变化，这暗示30%MVC强度的收缩，有充足间歇休息时间的重复性运动可能不会诱发更多的用力认知成分参与其中，正如Jahanshahi等指出的，RP电位幅值对不同的实验设计表现出不同的敏感性。
研究者发现，在动作触发时总是伴随一个峰值负电位，有学者将其称为“motor potential（MP）”，认为该电位与运动动作执行有关。Hallett将MP电位看成是NS’电位后续发展的一部分，他们也认为该电位与动作早期执行有关。Cunnington等取运动前-1500～-500ms作为MRCPs的早期成分，来反应运动前的准备活动。取动作开始附近的MRCPs峰值负电位作为晚期成分，并且研究发现，在执行运动任务时，该峰值成分很明显地在运动想象时未出现，所以他们认为该峰值负电位与实际运动执行有关。而Cunnington等认为，运动触发附近的MRCPs峰值电位反应的是大脑对运动动作的执行。Tarkka和Hallett认为，MP电位的早期电位反映的是运动区皮质神经细胞对随意运动执行命令。Woldag等发现，在积极主动的运动中出现了MP电位，但是在被动运动中没有MP电位，说明MP电位与随意运动执行有关。
本研究发现，MP电位幅值随着肌肉疲劳的发生和发展显著增加。目前，已经有一些学者对肌肉疲劳或者肌肉无力现象对大脑运动皮质的MP电位幅值影响进行了研究。Shibata等通过动脉闭塞技术诱发受试者在运动任务中肌肉无力的现象，等同于肌肉疲劳肌力下降的效果。他们发现，在肌肉收缩前大脑皮层的负性电位活动没有显著变化，但是，在动作执行阶段的MP电位幅值却显著增加，同时伴随着肌电活动显著增加。学者认为，由动脉闭塞诱发的动作执行阶段大脑皮层电位活动增加可能反映出大脑通过募集更多的运动神经元从而补偿肌肉力量的下降。同样，Jankelowitz和Colebatch通过肌细胞内麻醉使肌肉力量下降，结果他们发现，在动作执行阶段的MP电位幅值发生了显著变化，而RP电位只有较小的变化。另外，De Morree等设计了一个受试者上肢提拉重物直至疲劳的实验，结果他们发现，受试者只在动作执行阶段时的皮层电位活动发生了变化，而且只发生在了Cz位置。他们是采用等动训练手段诱发肌肉疲劳，然后再测试脑电，这样做的目的是为了消除长时间重复性运动对RP电位带来的影响，结果他们发现，即使肌肉疲劳了，RP电位也没有发生显著变化，而MP电位幅值显著增加了。但是他们的这种实验设计可能会使疲劳效应降低，因为，佩戴脑电帽以及注射导电膏也要耗费一段时间，这些工作做完后可能会使疲劳得到了恢复。Johnston也发现，肌肉疲劳只对MP电位幅值产生了影响。
在以上学者研究成果的基础之上，本研究认为，RP电位可能与运动前的认知有关而与肌肉疲劳无关，而MP电位与肌肉疲劳密切相关。
在本研究中，MP电位的最大幅值出现在覆盖辅助运动区的FCz位置，这与Ikeda等的研究一致，他们发现，MP电位只出现在辅助运动区。有研究表明：机体在从事视觉引导的运动任务时，辅助运动区被明显激活。另外，传统观点认为，由内触发诱发的运动时辅助运动区被明显激活，而本研究中，采用的运动任务是受试者按照自我节奏进行的内触发运动，同时，还有视觉线索帮助维持目标力量水平，所以辅助运动区被明显激活。目前，有关MP电位的发生源与产生时机还备受争议，但这个成分主要被锁定在运动对侧的中央皮质区。Neshige等报道了皮层下电极记录到的MP电位最大值出现在手指对应的对侧感觉运动区域。另外，Shibasaki等研究发现，MP电位反映本体感觉和肌梭传入到初级感觉运动皮质区的反馈信息。但是Tarkka和Hallett发现，运动电位MP或者NS’反映的是运动皮质的活动，因为MP电位的拓扑分布图随身体不同部位的运动而发生变化。将脑磁图和脑电图结合在一起研究时发现，机体运动时大脑皮质的电场主要集中在运动皮质区并且其发生源主要集中在对侧，开始于肌电触发点之前并且持续到运动产生后的前100ms，这与我们定义的MP电位一致。
尽管肌肉疲劳诱发所有电极位置的MP电位都显著增加，但是疲劳对同侧运动区域（右侧半球）的MP电位影响的效应量要比对侧运动区域大。这个结果似乎与De Morree等的研究结果一致。他们发现，疲劳臂和非疲劳臂运动时大脑运动皮质电活动的差异只发生在了运动臂的同侧大脑半球的运动区域。Dirnberger发现在一项简单运动中，右侧半球皮层激活水平下降，他们认为，是由于习惯化和自动化导致了皮层活动水平下降，他们推测这主要与右侧半球主要负责注意力功能有关，本研究中，受试者在疲劳后期由于力量不足，需要付出更多的注意力关注肌力反馈，所以，可能会出现右侧半球运动区电位增强的现象。
（3）前额区皮质对MRCPs的作用
值得注意的是，当疲劳组与非疲劳组相比较时，只在后期模块时，Fp1和FC1位置出现了显著性差异，表现为疲劳组显著高于非疲劳组，这两个电极位置分别位于前额区皮质和辅助运动区皮质。有研究表明：在自触发（self-initiated）运动的准备阶段，前额区和辅助运动区皮质起到重要作用。在它们对随意运动控制的模型中，一些学者把前额区皮质功能描述成形成机体运动前的意图/决心。在本研究的自我触发运动的疲劳运动任务中，Fp1位置RP电位幅值显著性增加可能是随着肌肉疲劳的发生受试者对机体运动前计划的认知需求增加引起的。
在本研究中，我们可以清楚地看到前额区电极点的波形与运动区的波形明显不同，这似乎暗示前额区皮质可能并不直接完成随意运动的控制。目前，有关前额区对MRCPs电位的作用尚不清楚。Jahanshahi等令受试者按照自我节奏操控控制杆，在这项运动任务中，受试者需要控制精确的运动时机以及准确的力度。结果，他们通过皮层下记录方式发现在前额区的背外侧和下端皮质区在运动前产生了缓慢增加的正性电位活动。他们认为，受试者在执行需要运动决策的运动任务时，前额区皮质产生电活动，然后才导致运动区MRCPs电位的形成。本研究结果与这个理论一致，非疲劳组受试者在执行躯体任务时在前额区皮质呈现出正性电位活动。另外，来自正PET技术的研究结果表明：自我节奏（self-paced）的随意运动诱发了前额区皮质显著激活。同时，Wiese等认为，在自我触发的运动中，前额区皮质反映的是注意力或者工作记忆而不是运动准备或者触发过程。在我们的方案中，受试者执行自我触发的运动过程中，需要对准确的力量水平和收缩时机做出决策，因此，在前额区受试者表现出积极的活动。另外，除了前额区皮质参与自我触发的随意运动中外，Cunnington等还报道了辅助运动区和初级运动皮质区也会参与到自我触发的随意运动中。
根据我们所掌握的文献资料，只有Berchicci等报道了疲劳运动任务中受试者前额区皮质的活动。他们发现，疲劳组受试者前额区活动比非疲劳组呈现出更高的正电位。但是，在我们的研究中，对于疲劳组受试者来说，随着肌肉疲劳发生前额区呈现出更高的负性电位，这可能暗示在肌肉疲劳时前额区的偶极子方向发生了改变。在Jahanshahi等的研究中，他们发现，在前额区皮质的皮层下电极记录到的MRCPs电位有时呈现出正性电位有时呈现出负性电位，这正如Ikeda等提出的，这种情况取决于偶极子的方向以及偶极子与电极的位置关系。因此疲劳组受试者前额区呈现出这种负性电位是一个新发现。
3.6.4 运动性肌肉疲劳过程中sEMG、MRCPs以及RPE之间的相关性分析
（1）MRCPs与RPE之间关系
尽管学者们已经研究了肌肉疲劳过程中MRCPs变化，但是，有关MRCPs电位与主观用力感觉之间相关性的研究非常少，根据我们所掌握的文献资料，目前只有3项研究测量了躯体运动过程中主观用力感觉与MRCPs电位之间的相关性。因此，目前有关大脑MRCPs电位幅值与主观用力知觉之间的本质关系还知之甚少。其中，Moree等得出的MRCPs动作执行阶段的电位与主观用力感觉之间存在关系的结论可能并不可靠，因为他们以运动触发后0～1000ms内的平均MRCPs电位幅值为观察指标，认为该时间段内的电位可以代表执行重物举起动作时的中枢执行命令。但实际上，对于MRCPs电位来说，运动触发后的电位代表的是躯体本体感觉自传入成分，而并不代表运动执行特征。所以他们得出的关于主观用力感觉产生机制的推论可能并不正确的。
在本研究中，RPE随着肌肉疲劳显著增加。为了量化MRCPs幅值与主观用力知觉之间的关系，我们假设至少得有一个MRCPs电位成分随着肌肉疲劳而变化，而在本研究中，我们发现，只有MP电位随着肌肉疲劳的加深而显著增加，并且受试者内相关系数表明：在辅助运动区、初级运动区以及前额区的电位活动与主观用力知觉之间有显著相关性，其中在初级运动区C1位置的受试者内相关系数最大，而且效应量最高。因此，本研究结果提示：位于初级运动皮质区的C1位置在动作执行阶段的MRCPs成分MP电位可能作为主观用力知觉与神经关联的量化指标。Slobounov等发现位于额中央区，与运动计划和早期执行相关的脑电活动MP-100-0 成分（此处事件相关点取的是肌力5N作为触发点，因此MP电位出现在时间相关点之前的100ms，实际上是相当于我们以肌电为触发点的MP0-150）似乎与在运动中预期所需的力量水平对应的主观用力知觉之间呈现正相关。但是在食指等长收缩的实验设计中，无论是在30%MVC、50%MVC还是70%MVC收缩强度下，他们并没有发现动作执行时的MRCPs成分与主观用力知觉之间存在显著的相关性。我们猜测在他们的实验研究中，预期用力知觉与实际运动中产生的真实力量水平所需的认知水平发生了混淆，这最终影响了MRCPs成分与主观用力知觉之间关系的判断。但是在我们的实验研究中，位于初级运动皮质区对应的动作执行阶段的MP电位反映了动作执行阶段的主观用力程度，这暗示主观用力知觉可以反映动作执行阶段的中枢运动命令，这也符合McCloskey等提出的经典的“伴随放电（corollary discharge）”理论，这个理论认为，运动皮质区发出的运动命令的传出副本（efferent copies）直接传递给中枢的感觉皮质区，从而产生了用力知觉。但是本研究结果不能确定主观用力知觉是如何从运动命令中形成的。目前有神经影像学表明：初级运动区可能是其形成的发源点，但是又有神经影像学研究表明：伴随放电产生的主观用力知觉可能源于初级运动区的上位皮质。另外，最近有关用力感觉的研究表明：主观用力知觉可能源于中枢产生的一个信号，这个信号横贯传出和传入途径，最后反馈给大脑感觉皮质区，从而产生用力知觉。这条途径认为中枢首先发出一个运动命令给相关肌肉，被激活肌肉内部的肌梭兴奋性增高，然后通过α-γ环路途径将肌肉收缩的感觉传入到中枢的感觉皮质区，最后产生了用力知觉。在本研究中，RPE只与MP电位具有较高的相关性，可能与“自传入伴随放电（reafferent corollary discharge）”理论有关。随着机体肌肉疲劳的产生，肌肉收缩力不足，此时中枢会发出更强的中枢运动命令，在本研究中表现为更强的MP电位幅值，下行的MP电位会激活脊髓内更多的γ运动神经元，而γ运动神经元支配梭内肌纤维，其活性增强会使梭内肌纤维保持较高的紧张度，进而增加了肌梭的敏感性，肌梭受到刺激的信息通过Ⅰa类感觉传入神经纤维传递给脊髓内的α运动神经元，使其发出更强的神经冲动支配更多的肌纤维收缩产生一定的肌肉力量。而位于肌腹和肌腱连接处的高尔基腱器官通过Ⅰb类感觉传入神经纤维将肌肉产生的力量信息上传到大脑皮层的感觉区，从而产生较强的用力知觉。“自传入伴随放电”理论中的伴随放电指的是运动中枢发出的运动命令，但是与“伴随放电”理论不同的是该运动命令的传出副本不是直接传递到感觉皮质区直接形成用力知觉，而是通过下传给外周肌肉，使肌肉产生一定的收缩变化，然后通过肌肉的感觉传入神经纤维将这种肌肉收缩变化的信息传递给感觉皮质区，从而产生了用力知觉。但是想要进一步确定这种两种伴随放电途径参与的相对比例，可能还需要进一步研究。
根据主观用力知觉产生的第二种观点，其形成是由外周肌肉的传入感觉形成的。有研究表明：骨骼肌周围布满了Ⅲ型和Ⅳ型传入神经纤维，这些神经纤维可以感受与代谢产物相关的刺激。这些小直径的传入神经纤维将这些刺激信息传入到脊髓以及脊髓以上位置包括感觉皮质区。因此，代谢产物对该神经纤维的刺激信息有可能参与到用力知觉形成。有研究学者发现，在递增负荷运动中血乳酸的浓度与RPE值之间存在高度相关性。但是有学者认为这种相关是偶然的，Gallagher等利用箭毒素麻醉受试者的肌肉，这种毒素并不影响受试者外周感觉的传入。箭毒素可以选择性地抑制以有氧代谢为主的肌纤维工作，使其不能收缩。按照逻辑推理机体会以糖酵解肌纤维工作为主，所以在工作时会产生大量的乳酸，同时伴随RPE上升。但是实际发现RPE明显上升，而乳酸值基本没有变化。所以，研究者认为，RPE的上升并不是由代谢产物堆积刺激Ⅲ型和Ⅳ型感觉传入神经纤维引起的。同样，Marcora SM等让受试者下肢肌肉运动进行离心收缩，这种离心收缩主要作用于Ⅱ型肌纤维，所以，在运动过程中机体没有产生大量代谢产物，因此不会改变肌肉感受器（肌梭的敏感性），没有大量的外周信息传入到中枢部位，但是研究结果显示：即使没有大量的外周感觉信息传入，受试者的RPE值却显著增高。他们认为，主观用力知觉符合中枢理论而不是外周理论。遗憾的是，在本研究中，我们只对疲劳组两名受试者在运动间歇期间取血测试了血乳酸水平。结果发现，他们在运动前、运动中以及运动后血乳酸水平并没有发生明显变化。我们分析其血乳酸没有发生明显变化的原因主要与我们的实验设计有关，在疲劳组受试者指屈肌持续收缩6s，其能量供应主要来自ATP-CP功能系统，而不是糖酵解功能系统，所以，在运动过程中血乳酸水平很低。尽管疲劳组受试者在运动过程中代谢产物血乳酸的水平很低，但是其主观用力知觉却显著增加，因此，我们的实验结果似乎支持主观用力知觉的产生符合中枢理论而不是外周理论。
另外，还有学者通过实验的方式否定了主观用力知觉是来自外周肌肉的感觉传入信息。实验中研究者利用麻醉剂将受试者的硬脑膜麻醉，通过这种方式影响受试者的感觉传入和传出，然后令受试者进行运动。结果发现，尽管受试者来自下肢的感觉输入明显减弱了（受脊髓阻断以及硬脑膜麻醉影响），但是RPE在整个运动中却明显增加了。即使考虑了肌肉力量在相对相同的运动强度下出现了下降现象，但是RPE并没有因为感觉输入被阻断而出现下降。研究者认为，RPE增加主要是由于麻醉作用使肌肉无力，但中枢神经系统为了弥补这种肌肉无力，要增加运动中枢的运动命令激活更多的支配下肢肌肉的运动神经元。以上这些研究支持了本研究结果，说明来自活动肌肉的躯体感觉反馈信息对于形成运动时的用力知觉并不重要。
（2）MRCPs与肌电信号RMS之间的关系
另外，我们还发现，肌肉疲劳过程中，在C1位置MP成分与外周肌电信号RMS之间存在显著相关性。本研究中C1位置位于运动对侧的感觉运动皮质区，该区在控制随意运动中发挥着重要的作用。在本研究中，MP成分基本对应着运动执行的时刻，相当于一个控制一组肌肉的脉冲信号，这个脉冲信号能够激活位于脊髓处的控制目标肌肉的运动神经元池。本研究进一步证实：在肌肉渐进性疲劳过程中，大脑皮层和脊髓内运动神经元池的功能都发生了变化。尤其在本研究中发现，30%MVC次最大随意收缩诱发指屈肌疲劳的过程中RMS肌电随疲劳的进展幅值逐渐增加，这种肌电幅值逐渐增加的变化是运动单位募集和/或运动单位同步激活程度增高的一种表现。因此，本研究中，MP电位幅值增高同时伴随着外周肌电幅值增加的现象，似乎说明：在肌肉疲劳过程中，中枢要发出更强的运动命令、激活更多的运动单位或者增强同步化放电的程度，来募集更多的肌纤维，进而弥补因为疲劳而导致的输出力量不足。实际上，本研究的结果得到Belhaj-Saif等早期的研究结果的支持，他们发现刺激猴子运动皮质内的运动神经元后，在目标肌肉处发现产生了一个肌电峰值，这说明皮层激活与运动单位募集之间存在偶联。一般来说，在疲劳运动任务中，运动单位发生疲劳后，大脑皮层电活动和外周肌肉电活动增加，被认为是中枢增加下行传出命令的一种反映，这会导致额外的运动神经元募集增加或者提高了运动神经元的激活水平，进而弥补肌肉力量的下降。
（3）肌肉疲劳时sEMG与RPE之间的关系
在肌肉疲劳过程中，除了有客观的测量指标评价外，主观因素也是疲劳产生的一部分。通过Borg量表评价用力知觉已经被用于之前很多研究中，尤其用于医学和运动生理学研究领域。目前，已经有一些研究将受试者在肌肉疲劳收缩过程中用力知觉的变化与sEMG信号特征变化进行比较分析。Dedering等与Kankaanpaa等研究发现，下腰部肌肉的sEMG信号的MPF与Borg等级量表之间存在相关关系。他们发现，受试者肩关节外展静力性负担2kg负重诱发斜方肌疲劳时，MPF指标与Borg等级量表得分之间存在显著性相关。还有学者研究了其他部位的肌肉，也发现，肌肉疲劳时sEMG信号与主观用力感觉之间存在显著相关性。Hummel等发现，斜方肌上束在疲劳过程中，其sEMG信号的MPF与Borg等级得分之间存在显著性相关（r=-0.68，P＜0.05）。国内王笃明等对静态负荷诱发肌肉疲劳时sEMG信号变化与主观疲劳感之间的关系进行了探讨，他们以受试者RPE得分为因变量，以等长收缩持续时间，sEMG信号的MPF、MF以及复杂度为自变量，分别对其进行曲线拟合。结果发现，在疲劳过程中，RPE与这些指标之间存在显著的相关关系。肌电RMS作为评价肌肉疲劳时的客观指标之一，似乎也反映着主观疲劳感。但是，较少发现有关前臂屈指肌间断地等长收缩至疲劳过程中肌电时域指标RMS与Borg等级得分之间的关系的报道。本研究结果表明：sEMG信号的RMS值与Borg量表的RPE得分之间具有显著的受试者内相关性。同时，本研究结果受Hasson等研究结果的支持。Hasson和他的同事对受试者上肢间断性等长握力诱发疲劳时，受试者主观用力知觉和肌电的变化特征进行了研究。他们选取了10名健康成年受试者进行握力等长收缩直至力竭，以50% MVC次最大随意收缩强度收缩。在运动过程中，每隔10s肌电和RPE值被记录一次，肌电指标选取了MPF和RMS。结果发现，RPE得分与MPF和RMS之间的拟合相关系数分别-0.922和0.729。这些数据说明：在持续等长收缩运动中，主观用力知觉与收缩肌肉电活动紧密相连。这些结果都说明：RPE主观体力感觉等级得分不仅能够表达机体的主观疲劳感，而且还能够反映局部肌肉的疲劳感。
3.7 结论
本部分实验研究结果表明：大脑皮质的辅助运动区以及感觉运动区的运动相关皮层电位的活动随着肌肉疲劳的发生发展逐渐增强，前额区皮质活动发生明显变化。另外，我们发现，动作执行阶段的运动相关皮层电位成分受肌肉疲劳的影响大，而该电位的运动前准备成分对长时间疲劳运动过程中的认知成分更加敏感。在外周肌肉记录到的肌电信号幅值与对侧初级运动皮质区的运动执行阶段电位具有显著的正相关性，这可能就是肌肉疲劳时肌力下降的中枢补偿机制。另外，我们的实验数据表明，主观用力知觉与运动执行阶段的中枢命令有关，而不是运动准备阶段的脑电活动。RPE不仅能够表达机体的主观疲劳感，而且还能够反映局部肌肉的疲劳感。从头皮MRCPs的分布来看，随着肌肉的疲劳运动皮质区域的激活中心向运动皮质区域的前侧和同侧移动，这可能也是中枢对外周肌肉疲劳补偿的一种方式。