体感信号在体感动作整合机制中控制作用的原理

01 研究背景

体感信号通过体感动作整合机制在灵巧动作的精细控制中发挥作用，虽然有技巧的个体以微调的体感功能和灵巧的动作技能为特征，目前尚不清楚它们的桥接机制，即触觉-动作和本体感觉-动作整合功能，是否以及以何种方式通过广泛的感觉动作经验发生质性改变，在本研究中通过比较钢琴家和非音乐家之间这些功能的生理指标来解决这个问题。

02 研究方法

2.1、被试

实验一包括21名被试，其中11名钢琴家（23.4±5.6岁，8名女性）和10名非音乐家（22.6±1.8岁，1名女性）；实验二包括20名被试，其中10名钢琴家（8名被试参与了实验一，24.4±5.9岁，7名女性），10名非音乐家（3名被试参与了实验一，23.2±1.8岁，4名女性）。

2.2、实验流程

实验一首先采用脑电和电刺激测量了与被试触觉相关的体感诱发电位，之后计算出第一个触觉体感诱发电位的负性反应潜伏期（N20），然后我们采用经颅磁刺激和电刺激测量了短潜伏期传入抑制（SAI），SAI是测量皮层的触觉与动作整合功能的电生理指标，定义为在经颅磁刺激前，电刺激在触觉-体感诱发电位+2ms的N20潜伏期时刻传递到指尖时，对动作诱发电位（MEP）振幅的抑制。

实验二首先使用脑电和手外骨骼机器人测量了与本体感觉相关的体感诱发电位（p-SEP），研究者发现3个p-SEP成分，记录完p-SEPs之后，计算了这些成分的潜伏期。为了检测本体感觉-动作整合的功能，我们用机器人使被试被动地伸展右手食指后，将经颅磁刺激传递到运动皮层。生理测量之后又进行了重量鉴别任务的知觉阈限的测量，通过将定制的0.3kg重量放置在钢琴键上，并且可以通过预设的路线来移动（最大值50mm），移动的位置是通过一台电脑来控制，因为钢琴键属于杠杆系统，因此琴键的重量可以通过改变琴键上的重量位置而改变。实验要求被试间隔4s的时间用右手食指敲击两次琴键，每一次敲击琴键之前我们都改变琴键的重量，然后需要被试判断的，就是哪一次敲击感觉更重一点。

实验三重新招募了之前参与过实验一和实验二的钢琴家，首先进行了一个问卷调查，包括三个问题：

• 开始钢琴训练的年龄；

• 钢琴训练一共的时长；

• 是否父母或父母之一是音乐家。

随后进行了限制性的食指敲击任务，要求被试食指以最快速度连续敲击传感器4秒，其他四根手指固定在其他传感器上面，实验计算了被试敲击的最大速率以及力度的变化。

2.3、数据采集与处理

脑电信号方面，实验一采用Ag-AgCl电极记录了CP5的数据，以Fz为参考电极，按照-50到100ms进行分段，实验二采用Ag-AgCl电极按照国际标准10/20系统记录了29个位置的脑电数据，以右耳垂的位置作为参考电极，分段时间设置为-100到500ms。

03 实验结果

脑电测量结果显示，运动皮质和躯体感觉皮质周围的皮层对体感刺激的反应振幅无显著的组间差异，表明抑制效应的组间差异改变了钢琴家躯体感觉-运动整合功能的神经可塑性适应。

04 结论

本研究首次证明了钢琴家和非音乐家在触觉-运动和本体感觉-运动整合功能方面存在明显差异，这些组间差异也依赖于体感模式，广泛的钢琴练习重组了体感-运动整合功能，使钢琴表演中灵巧的手指运动能够精细控制。

05 参考文献

Hirano, M., Kimoto, Y., & Furuya, S. (2020). Specialized Somatosensory-Motor Integration Functions in Musicians. Cerebral Cortex, 30(3), 1148–1158