研究背景与目的:以往对人体运动控制的研究,多单一从生物力学的角度进行分析。对于运动过程中,大脑皮层如何参与运动控制的研究较少。本文基于惯性哑铃和传统哑铃两种运动方式,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。研究方法:11名健康男性本科生或硕士研究生参与本项实验。所有受试者分别完成惯性哑铃和传统哑铃两种运动。每种哑铃运动维持10秒,共完成10组,组间间隔60秒。惯性哑铃和传统哑铃两种运动中间需要间隔5分钟。运动过程中,同时使用Delsys无线表面肌电、JVC高速摄像机和NIRScout近红外脑功能成像仪器对上肢、腰腹部肌肉、上肢运动轨迹和大脑皮层的激活程度进行实时的数据采集,采样频率分别是2000Hz、50Hz和3.91Hz。对两种哑铃运动条件中,上肢和腰腹部肌肉激活程度采用配对样本T检验,大脑皮层兴趣区额叶(ROI-1)和顶叶(ROI-2)以及左右侧大脑氧合血红蛋白(HbO)浓度是否具有差异,采用重复测量方差分析,显著性水平设置为p<0.05。研究结果:1表面肌电:(1)单位时间10s内,传统哑铃运动中肱二头肌激活程度大于惯性哑铃,但不具有显著性差异,肱三头肌激活程度相似(p>0.05);惯性哑铃运动中斜方肌、三角肌前束、三角肌后束、桡侧腕屈肌、桡侧腕长伸肌激活程度均显著大于传统哑铃(p<0.05);惯性哑铃运动中腹直肌和竖脊肌激活程度均大于传统哑铃。其中,腹直肌和竖脊肌左侧激活程度,惯性哑铃运动显著大于传统哑铃(p<0.05),右侧激活程度不具有显著性差异(p>0.05)。(2)对两种哑铃运动过程上肢肌肉贡献率进行比较,研究发现:惯性哑铃屈曲肌肉贡献率依次为肱二头肌、桡侧腕长伸肌、三角肌前束、桡侧腕屈肌、肱三头肌和三角肌后束;传统哑铃屈曲肌肉贡献率依次为肱二头肌、桡侧腕屈肌、肱三头肌、桡侧腕长伸肌、三角肌前束和三角肌后束;惯性哑铃伸肌肉贡献率依次为桡侧腕屈肌、三角肌前束、肱二头肌、桡侧腕长伸肌、肱三头肌和三角肌后束;传统哑铃伸肌肉贡献率依次为肱二头肌、桡侧腕屈肌、三角肌前束、桡侧腕长伸肌、肱三头肌和三角肌后束。(3)在进行两种哑铃屈曲练习,惯性哑铃肩关节共激活显著大于传统哑铃(p<0.05)。惯性哑铃肘关节共激活大于传统哑铃,但是不具有显著性差异(p>0.05)。惯性哑铃腕关节共激活显著大于传统哑铃(p<0.05)。在进行两种哑铃伸练习,惯性哑铃肩关节共激活大于传统哑铃,但是不具有显著性差异(p>0.05)。传统哑铃肘关节、腕关节共激活大于惯性哑铃,但是不具有显著性差异(p>0.05)。2脑激活:(1)惯性哑铃练习HbO浓度分别在ROI-1和ROI-2中显著大于传统哑铃练习和静息状态(p<0.05),但是无论是ROI-1还是ROI-2,传统哑铃组HbO浓度大于静息状态,但是不具有显著性差异(p>0.05)。(2)惯性哑铃和传统哑铃两种练习方式大脑左侧额顶叶皮层HbO浓度均显著地大于右侧额顶叶皮层(p<0.05)。研究结论:相比较传统哑铃练习,惯性哑铃可以更好的锻炼上肢和腰腹部肌肉;两种哑铃屈伸阶段上肢肌肉具有不同的贡献率模式;总体来说,相比较惯性哑铃,传统哑铃练习具有更好的协调控制能力。此外,惯性哑铃练习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。综上,惯性哑铃练习可以作为一种锻炼上肢和腰腹部肌肉以及提高脑激活的新型锻炼方式。由于本研究只是初步探索哑铃练习对肌肉和脑激活模式的影响,未来还需要大样本和更进一步优化的实验方案对惯性哑铃的锻炼效果进行探究。