运动技能的习得是经过反复运动训练之后在肢体行为上的一种表达，这个过程中大脑通过对运动学习和记忆的调控可以提高动作速度、准确性和自动化水平。已有研究表明，技能学习初期会在中枢神经系统的突触中诱发长时程增强效应（long-term potentiation,LTP），运动训练可以提高习得性LTP的表达，进而引发皮质结构的塑性变化，促进运动行为的控制以及最终运动技能的习得。近年来，运动训练已经被广泛应用于运动康复、认知心理和体育竞技领域。但受到检测设备和实验条件等限制，目前关于人类运动训练促使技能习得过程中的大脑血氧动态变化及其运动控制机制研究尚有待进一步完善。本文采用功能性近红外光谱技术（Functional Near Infrared Spectroscopy,fNIRS）连续监测上肢力量调控训练期间的皮层血流动力学响应。
　　握力是形成手部或上肢有序动作和运动的基础，探究大脑运动皮层对于手部力量的调控有着重要意义。本文首先在LabVIEW环境下搭建了实验任务可视化平台，并通过设计E-Prime程序实现了fNIRS信号、表面肌电信号（surface Electromyography,sEMG）和握力信号的同步采集。在此基础上，设计了以手部握力输出为指标的实验对搭建的平台展开测试，并通过设置握力控制曲线的力量强度、持续时间、任务频率不同参数进行实验任务设计。采集31位健康志愿者在执行不同任务时的fNIRS和sEMG信号,初步探究了不同握力特征下运动皮层的血氧激活情况。实验结果表明，运动皮层的血氧活动随握力任务改变而改变，随着力量强度、持续时间及任务频率变化表现出不同的激活模式。实验结果测试并验证了实验平台的可靠性，对不同握力特征下皮层激活模式的实验探究，有利于加深对大脑运动控制机制的理解，也为研究病理情况下的脑血流变化提供了参考。
　　然后，基于已搭建的握力曲线跟踪可视化平台，设计并实施了手部力量控制训练实验，探究上肢主动运动训练期间诱发运动皮层长时程增强效应的血氧激活。本实验招募18名健康被试，随机分为实验组和对照组，实验组12名被试执行8天的握力曲线跟踪任务训练（每天约40分钟），而对照组不进行该任务训练。实验中，通过对实验组任务训练过程的fNIRS和sEMG信号进行连续监测以评价皮层血氧激活和任务相关肌肉的状态，同时通过记录任务实时误差并计算相应的跟踪得分（Tracking Score,TS）作为运动训练成绩的行为学标准。之后，通过信号处理，根据fNIRS信号绘制运动训练期间的皮质激活图，并对任务期间的血氧浓度变化相关特征参数（包括积分值、峰值、达峰时间、重心时间、初始激活等）进行统计分析。训练前后，结合经颅磁刺激（Transcranial magnetic stimulation,TMS）技术从运动训练诱发的皮层LTP出发，通过记录训练前后运动诱发电位的幅值变化，绘制相应的I-O曲线，以评估运动训练引起的皮质脊髓兴奋性变化。实验结果表明，主动运动训练引起皮质脊髓兴奋性增强，训练过程可根据训练成绩分为快速和慢速不同学习阶段，而大脑皮层血氧激活在各阶段分别表现出不同的激活模式和机制，呈现出“扩展-选择-重新归一化”的变化过程。
　　本研究采取fNIRS与TMS探究上肢力量训练诱导运动皮层长时程增强过程中的血氧激活变化，从血氧变化的角度为主动训练促进运动技能改善提供新的理论依据。有望为基于训练的神经康复干预措施的改进提供借鉴，并为制定及优化科学健身和体育锻炼计划提供参考和指导，在运动和康复医学领域具有重要的临床意义和应用价值。