基于ELMAN人工神经网络探讨太极拳对下背痛患者脊柱稳定性作用的起效机制研究

太极拳对人体平衡、协调、步态等多种运动功能具有明显的提高和改善作用，其内在机制可能与其能够改善神经肌肉反应、提高脊柱稳定性以及动作协调能力等方面有关，但目前缺乏基于对太极拳运动生物力学及肌动学规律的量化研究。"云手"是太极拳套路中最有代表性的动作，在本团队前期研究及相关文献中均发现"云手"训练能够改善下背痛患者症状及提高运动功能。因此，本项目拟以三维成像动作分析系统和表面肌电图技术为手段，对"云手"治疗下背痛患者的作用机制进行相关研究，收集和分析"云手"训练时人体骨盆腰椎区域的各项运动学参数和生物力学参数的变化情况，并基于相关数据应用Elman人工神经网络方法建立数学模型，从而以数学模型阐明太极拳对于人体运动系统多向调节的运动生物力学规律，为提高临床治疗效果及将太极拳运动纳入人体运动功能训练和康复技术范畴提供研究基础和实验依据。

非特异性下背痛（Non-specific low back pain, NSLBP）是指以下背、腰骶和臀部疼痛不适为主要症状，症状与影像学表现无直接关联性的综合征。由于下背痛的形成因素和发展机制较为复杂，涉及到肌肉活性状态、运动功能水平、生活质量、心理状态等多方面因素，因此有必要对其进行基于多因素的系统性研究。.本研究团队在前期的研究中发现：太极拳的松柔缓慢和身体中正共同促进经络和气血的贯通，阴阳平衡，对脊柱周围的经络以及肌肉有良好的促进作用。.下背痛患者在经过太极拳训练后，左右两侧的多裂肌均参与了运动，右侧多裂肌的AEMG较左侧更多，其募集得到的运动单位较左侧更多，肌肉放电频率同步化的程度也相对较高，对腰椎稳定性的贡献也相对较大。同时云手动作可增强椎旁小肌肉力量，改善椎体小关节位置，激活本体感受器及其本体感觉通路的信号传递，有效阻断痛觉信号传递，降低疼痛的机制。太极拳“云手”可能通过改善患者下背肌肉的募集次序，使失活的肌群重新发挥稳定椎体的作用，改善腰椎的核心稳定性从而使其肌肉能力上升。太极拳云手动作左右两侧大角度侧向旋转增加了运动者视野范围，对运动者的视觉系统以及颈部肌肉中的本体感觉系统都有很好地增强作用。通过Elman人工神经网络分析，在云手动作中，以足尖离地时的LTO和RTO最能引起腰部多裂肌活性提升，此时支持侧的腰部多裂肌募集的运动单位较LHS和RHS时更多，而此时移动侧的腰部肌肉受到上肢在对称方向的牵伸运动，形成对角螺旋运动模式，不断交替进行的左右对称螺旋牵伸运动，使得腰部多裂肌处于相对“紧张-松弛”的状态，累积的刺激效果使得患者痛阈提升到新的水平，并且持续一段时间，表现为“云手”训练的即时效果较为明显，并且在停止训练后的一段时间内镇痛效果仍然存在，但是镇痛效果和持续时间与个体有较大关系，形成明显的个体化特征。.因此，我们认为太极拳云手动作利用重心在两脚之间的不断变化，同时通过不断交替进行的对角螺旋运动，不仅可以增强下背痛患者本体感觉功能，还可以刺激腰部多裂肌募集得到更多运动单位，发挥更显著的腰椎稳定性作用，从而达到缓解下背痛患者临床症状和改善功能状态的效果。