發(fā)布時間：2020-04-28 01:05

【摘要】：站姿穩(wěn)定性多感覺整合與控制特指姿勢控制系統(tǒng)(PCS)將來自相同或者不同姿勢感覺通道的冗余信息整合為統(tǒng)一的、有效的和穩(wěn)定的內(nèi)部姿勢表征并耦合姿勢控制機(jī)制實現(xiàn)站姿穩(wěn)定的信息處理與系統(tǒng)控制活動,是人類適應(yīng)環(huán)境、生活、工作和學(xué)習(xí)的重要生理功能和大腦信息處理的重要特征,在工程心理學(xué)、人因工程、臨床醫(yī)學(xué)、運動科學(xué)乃至智能機(jī)器人控制等領(lǐng)域具有重要的研究意義和應(yīng)用價值,被公認(rèn)是當(dāng)代腦與神經(jīng)科學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。PCS是實現(xiàn)站姿多感覺整合和姿勢控制的結(jié)構(gòu)與功能系統(tǒng),由站姿多感覺傳入、大腦多感覺整合以及多肌群和多機(jī)制姿勢控制三個基本功能模塊組成,其中,視覺傳入提供身體相對空間位置和身體運動狀態(tài)等信息,位覺傳入提供頭部空間位置和身體直線與旋轉(zhuǎn)運動速度變化信息,本體覺傳入提供肢體空間位置、肢體間位置關(guān)系以及運動狀態(tài)等信息,足底觸覺傳入提供外部參照穩(wěn)定性信息。大腦多感覺整合機(jī)制根據(jù)不同姿勢感覺通道傳入信息的可靠性,通過多感覺交互和權(quán)重調(diào)整(reweighting)機(jī)制,動態(tài)構(gòu)建“身體姿勢內(nèi)部表征”,實現(xiàn)多重干擾環(huán)境下的身體姿勢精準(zhǔn)判斷;中樞多肌群、多機(jī)制姿勢控制通過前饋控制、反饋控制和隨意控制形成的預(yù)期姿勢調(diào)節(jié)、補(bǔ)償姿勢調(diào)節(jié)和隨意姿勢調(diào)節(jié),針對不同環(huán)境任務(wù)條件,運用不同姿勢控制策略,啟動并協(xié)調(diào)姿勢肌肉和動作肌肉活動,快速有效地應(yīng)對各種內(nèi)部和外部姿勢干擾對身體重心穩(wěn)定性和肢體空間定位的負(fù)面影響,實現(xiàn)站姿穩(wěn)定性的多肌群和多機(jī)制協(xié)同控制。以往采用“感覺阻斷與感覺干擾”范式研究指出,靜態(tài)站立條件下以站姿足底壓力中心(COP)和身體質(zhì)心(COM)反映的站姿穩(wěn)定性具有明顯的站姿多感覺輸入依從性。在穩(wěn)定支撐界面站立時,站姿穩(wěn)定性控制約70%的姿勢信息來自本體覺感受器,20%來自前庭位覺感受器,10%來自視覺感受器;而在非穩(wěn)定支撐界面站立時,PCS將調(diào)整感覺權(quán)重,更多依賴于前庭位覺感受器和視覺感受器獲取姿勢信息。然而,在此條件下,PCS如何依據(jù)多感覺輸入和多感覺整合所形成的內(nèi)部姿勢表征啟動多肌群姿勢控制機(jī)制來維系站姿穩(wěn)定性,目前尚不完全清楚。本研究將基于站姿穩(wěn)定性的“多感覺整合模型”和姿勢控制的“預(yù)期和補(bǔ)償姿勢調(diào)節(jié)理論”,在不改變位覺信息輸入的條件下,通過改變視覺、本體覺和足底觸覺感覺輸入的可靠性,觀察其對站姿穩(wěn)定性、站姿肌肉活動和站姿姿勢調(diào)節(jié)的影響,深入研究和探討站姿穩(wěn)定性的感覺-運動控制組織策略。論文圍繞視覺、本體覺和足底觸覺感覺干擾對靜態(tài)站姿穩(wěn)定性、站姿肌肉活動和站姿姿勢調(diào)節(jié)影響的科學(xué)問題,形成了三個部分的6個系列實驗研究。實驗研究結(jié)果表明:(1)視覺、觸覺和本體覺干擾造成的感覺信息不確定性和站姿難度能夠顯著破壞靜態(tài)站姿穩(wěn)定性;(2)視覺、觸覺和本體覺干擾和站姿難度對站姿穩(wěn)定性、站姿肌肉活動和站姿姿勢調(diào)節(jié)具有相似的作用;(3)姿勢控制系統(tǒng)可以通過提前啟動部分姿勢肌肉預(yù)激活時間和增強(qiáng)預(yù)激活強(qiáng)度來應(yīng)對姿勢感覺干擾和站姿難度對站姿穩(wěn)定性的影響,即以“髖關(guān)節(jié)姿勢肌群控制策略”為主應(yīng)對感覺干擾的作用,而以“下肢姿勢肌群控制策略”為主應(yīng)對站姿難度的影響。
【圖文】：

姿勢控制中發(fā)揮重要作用。理解姿勢控制的現(xiàn)代方法假定中樞的某些部分處理感覺信息并逡逑使身體產(chǎn)生對外部（或內(nèi)部）干擾的反應(yīng)，因此類似于是感覺運動反饋的規(guī)劃中心。逡逑大腦可被分為三個主要部分（見圖１．２）：邋（ｉ）前腦，（ｉｉ）中腦和（ｉｉｉ）后腦。前腦包逡逑括大腦、丘腦和下丘腦。大腦皮層由運動區(qū)、感覺區(qū)和聯(lián)合區(qū)，其中聯(lián)合區(qū)負(fù)責(zé)諸如多感逡逑宮聯(lián)系、記憶和溝通等復(fù)雜功能。大腦包圍著的一個結(jié)構(gòu)叫做丘腦，是感覺和運動信號的逡逑協(xié)調(diào)中心。丘腦將感覺輸入傳遞到大腦皮層的主要感覺區(qū)。前腦另一個重要結(jié)構(gòu)是下丘腦，逡逑位于大腦腹側(cè)、丘腦下方。下丘腦是自主神經(jīng)系統(tǒng)、副交感神經(jīng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)的主要控逡逑制中心。中腦的位置介于前腦的丘腦和下丘腦、后腦的腦橋之間。中腦有大量不同的尤其逡逑是與視覺、肌肉隨意運動及其它重要功能有關(guān)的纖維神經(jīng)束通過。中腦主要包含海馬體和逡逑基底神經(jīng)節(jié)。海馬體主要負(fù)責(zé)短時記憶�；咨窠�(jīng)節(jié)則主要但并不是唯一負(fù)責(zé)粗略的運動。逡逑基底神經(jīng)節(jié)損傷會導(dǎo)致僵直、肌張力減退和帕金森病。后腦包括腦橋、小腦和延髓。腦橋逡逑將信息傳遞到小腦，包含纖維從大腦皮層下行控制頭、四肢和軀干的肌肉。小腦接受來自逡逑于脊髓的軀體感覺輸入，來自于大腦皮層的運動信息，以及來自于前庭系統(tǒng)的平衡信息輸逡逑入。小腦主要功能是負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)肌肉緊張，整合運動和感覺通路以及平衡的空間認(rèn)知。延髓逡逑和腦橋負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)血壓和呼吸。中腦和后腦共同構(gòu)成腦干，該名稱來源于其是大腦中連接脊逡逑髓和前腦的部分。腦干利用感覺器官接受環(huán)境變化信息

足以有效地描述干擾對站姿穩(wěn)定性的影響（Ｃｒ邋６邋ｔｕａｌ，邋２０１５）。基于ＣＯＰ穩(wěn)定裕ＣＯＭ進(jìn)逡逑行平衡調(diào)節(jié)的相關(guān)研究結(jié)果，多數(shù)研究者認(rèn)為身體控制姿勢擺動的運動類似于倒立鐘擺逡逑（參見圖１．３），該模型僅包括踝關(guān)節(jié)在內(nèi)的一個節(jié)段，不涉及髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。逡逑ｊ逡逑嫌覺系綾邐ｃ－邐＾逡逑＾邋０（＾５邋＞＊？＊？＊＊？逡逑圖〖．３靜態(tài)站立的倒鐘擺模型逡逑（２）姿勢控制模型逡逑關(guān)于人體姿勢控制的研究已經(jīng)有５０多年的歷史，研究者們已經(jīng)提出了姿勢控制的概逡逑念模型和計算模型。姿勢控制模型的建立推動了臨床和康復(fù)領(lǐng)域?qū)ζ胶庹系K患者的診斷和逡逑治療。目前為止，已有多個姿勢控制模型被研究者提出，且仍有新的模型被不斷提出。多逡逑數(shù)人體直立姿勢控制模型關(guān)注的是感覺整合（ＰＥＴＥＲＫＡ，邋２００２；邋ｖａｎ邋ｄｅｒ邋Ｋｏｏｉｊ，邋Ｊａｃｏｂｓ，，逡逑Ｋｏｏｐｍａｎ，邋＆邋ｖａｎ邋ｄｅｒ邋Ｈｅｌｍ，邋２００１），姿勢反應(yīng)策略（即踩關(guān)節(jié)策略和髓關(guān)節(jié)策略）逡逑（Ｐａｒｋ，Ｈｏｒａｋ邋＆邋Ｋｕｏ，邋２００４）和認(rèn)知交互（Ｍａｈｂｏｏｂｉｎ，Ｌｏｕｇｈｌｉｎ邋＆邋Ｒｅｄｆｅｒｎ，邋２００７）三個方逡逑面。近年來，研究者們開始將人體姿勢系統(tǒng)的時間變異性和非線性特征整合到現(xiàn)有模型中逡逑（Ｍｅｒｇｎｅｒ，邋Ｓｃｈｗｅｉｇａｒｔ，邋Ｍａｕｒｅｒ，邋＆ＢｌＵｍｌｅ，邋２００５）�，F(xiàn)有眾多姿勢控制模型中的經(jīng)典模逡逑型包括Ｐｅｔｅｒｋａ（ＰＥＴＥＲＫＡ
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：B842

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本文編號：2642867