在神经系统控制下,人类通过手指各个关节相互协调,能够完成各种复杂、精巧的动作。手指相关的运动占整个人类活动的54%,占整体上肢运动的90%,故研究手指运动的相关神经调控机制和运动规律具有非常重要的意义。这不仅有助于建立评价运动功能的理论模型、提供临床诊断依据,而且在康复医学研究领域、机械手控制和假肢研究等方面也极具实践意义。本文探讨在快速和慢速模式下,通过设计五种不同频率(0.5、1、2、3和4 Hz)的外源声音信号指示下的手指打节拍重复运动,对其进行行为和脑调控机制方面的研究。具体研究工作如下:(1)通过测量体感诱发电位(SSEP)和躯体感觉时间辨别阈值(STDT),研究感觉门控在皮层下和初级躯体感觉皮层(S1)的贡献。实验结果表明:当进行快速手指打节拍运动(3和4 Hz)时,感觉门控存在于皮层下和S1区;当进行慢速手指打节拍运动(0.5和1 Hz)时,感觉门控只存在于S1区;与慢速运动相比,快速运动时在S1区的感觉门控和STDT更大。(2)记录运动时的肌电信号,通过计算力量大小、任务复杂度和平均相移,实现对不同频率手指打节拍运动在行为机制方面的研究。本文发现:五种频率条件下的运动在力量和任务复杂度方面没有显著性差异;当进行慢速运动时,外源指示音与动作是同步的;当进行快速运动时,外源指示音与动作不同步,它们之间存在明显的滞后期;另外,STDT与平均相移负相关,这说明了S1中感觉门控的抑制将通过增强其分析时间信息的能力来促进手指打节拍运动的表现。(3)通过测量F波,研究不同频率的手指打节拍运动时脊髓的兴奋性。实验发现:与慢速运动相比,快速运动时F波的波幅和出现率更大。因此,本文得出结论:(1)当快速运动时,感觉输入信息在皮层下和S1区被处理;当慢速运动时仅在S1区被处理;(2)在慢速运动时,被试是根据声音的提示然后执行运动动作;而在快速运动时,被试没有时间在听到指示音时再执行动作,而是根据外源连续提示音的节奏,自发的按照这种节奏进行手指打节拍运动;(3)与慢速运动相比,快速运动时脊髓的兴奋性更高。