老年人惯性哑铃练习多关节运动控制的神经力学研究

Body function degeneration with aging would weaken the ability of motor control of elders. The research on the multi-joints motor control can help us understand the mechanism of aging on neuromotor control and design related intervention plans. Previous studies revealed that momentum-based dumbbell training is a self-initiated spinning exercise that uses vibrating dumbbells to generate momentum while performing movements in various configurations, aimed at concurrently challenging physical and cognitive abilities. This proposal will collect the kinematics, dynamics, EMG and neuroimaging data during momentum-based dumbbell exercise concurrently with multi-joint intersegmental dynamics and brain function network analysis (fNIRS). We will investigate the multi-joint motor control and the neuromotor control strategy in elders, to explore the neuro-motor control strategy and the possible mechanisms of movement control during the momentum-based dumbbell exercising. We aimed to develop an effective intervention plan of momentum-based dumbbell to help elders improve their function of neuro-motor control and cognitive abilities, and to provide scientific guidance to further promote the elderly health.

机体功能的增龄性衰退可导致老年人动作控制能力的减弱，对老年人多关节运动控制的研究将有助于理解衰老对神经动作控制能力影响的可能机制和制定有效的训练方案。研究表明，惯性哑铃练习属于多关节运动，可以改善老年人的身体活动能力、多关节运动协调能力和认知功能。因此，本研究拟从神经力学角度出发，利用生物力学（运动学捕捉、测力台和表面肌电等）和脑功能成像（功能性近红外光谱技术fNIRS）手段，将环节互动动力学和不同脑区激活模式结合起来分析老年人与青年人在惯性哑铃和传统哑铃练习时上肢生物力学和神经动作控制特征，并尝试探讨老年人多关节运动控制能力增龄性减弱的神经力学可能机制，为制定有效的训练方案、帮助老年人预防和减缓动作控制与认知能力的下降、进一步促进老年健康提供科学指导。

机体功能的增龄性衰退可导致老年人动作控制能力的减弱，对老年人多关节运动控制的研究将有助于理解衰老对神经动作控制能力影响的可能机制和制定有效的训练方案。本研究使用表面肌电（sEMG）和功能性近红外光谱成像技术（fNIRS）分别对两种哑铃（惯性哑铃和传统哑铃）练习过程中上肢和腰腹部肌肉激活特点以及大脑皮层激活程度进行实时监测，以探索两种哑铃练习过程中肌肉和脑激活模式的差异，阐明多关节协调练习对神经动作控制能力及脑功能的影响；随后进行一组随机对照试验，观察12周惯性哑铃干预对老年人认知功能、运动控制能力、生活质量和睡眠质量等的健康影响，为多任务、多关节运动方案的制定提供科学依据，验证并调整形成适合老年人锻炼的运动方案。在上述研究的基础上，发现相比较传统哑铃运动，惯性哑铃可以更好的锻炼上肢和腰腹部肌肉；两种哑铃运动上肢肌肉具有不同的贡献率模式；同时，惯性哑铃运动可以更好地动员大脑额叶和顶叶皮层的参与，且激活具有偏侧化的特点。此外，12周惯性哑铃练习对老年人的认知功能具有改善作用，特别是总体认知功能、执行功能、记忆力、注意力等；且对下肢运动控制能力（移动能力、本体感觉）、生活质量和睡眠质量具有一定的改善作用。综上，惯性哑铃是一种需要多种认知功能参与、多任务、多关节的运动锻炼方式，难度较大，进行惯性哑铃练习会募集更多肌肉以及大脑皮层的参与。基于本研究结果，有利于建立并优化不同认知水平人群的个性化干预策略，为深入落实“健康中国”战略、促进健康老龄化提供重要健康科学指导。