在日常工作中，你是否會因久坐而感到腰酸背痛？在閑暇運動中，你是否會因重復性動作而感到肌肉酸痛？這些不適往往是肌肉疲勞導致的，通常由長時間練習引起。對鋼琴家而言，肌肉疲勞是演奏中不可避免的問題，甚至會導致肌肉相關疾病。盡管許多專業鋼琴家在演奏年限、每日練習量、握力、慣用手和年齡等方面相當，他們的疲勞的產生速率卻不盡相同。先前研究表明，疲勞產生可能受不同神經肌肉控制策略的影響。因此，比對不同耐力特征鋼琴家的神經肌肉控制策略，有助于找到延緩疲勞的關鍵因素。

加拿大蒙特利爾大學運動機能學與體育活動科學學院運動模擬與建模實驗室的研究團隊進行了一系列研究。通過研究在鋼琴疲勞演奏任務中，不同鋼琴家的肌電（EMG）激活水平變異性與運動學變異性的差異，揭示了鋼琴家采用的神經肌肉控制策略差異，可能解釋了肌肉疲勞發展的原因。

圖1 文章封面

參與者均佩戴了49個單極肌電電極，電極之間間隔2厘米，按照7×7矩陣排列，置于右側手腕屈肌和伸肌上（見圖2）。并且，參與者還在右側肱二頭肌、肱三頭肌、前三角肌、外側三角肌以及斜方肌上各佩戴了兩個單極電極，電極間距為2厘米。

此外，參與者還佩戴了17個慣性測量單元（IMUs），分別安裝在雙足、小腿、大腿、骨盆、軀干、頭部、雙肩、上臂、前臂和手部，以獲得運動學數據。同時，在鋼琴凳后左側1.5米處放置了一臺數字聲級計，用于監測演奏過程中的聲強水平。

演奏任務結束后，依據兩項演奏任務的耐力表現，也即任務終止時間，采用K均值聚類算法和輪廓系數方法注1將參與者分為短耐力組和長耐力組，兩組輪廓系數（silhouette coefficient）分別為0.90和0.88。

單極肌電信號通過與鄰近單極肌電信號相減后得到雙極肌電信號。隨后經過陷波濾波、帶通、零對齊得到初步肌電信號。之后，進行全波整流獲得EMG激活水平，并根據任務中的幅值的平均值進行歸一化，從而進行組內變異性計算。關節角度數據通過XSENS MVN軟件提取，并進行時間歸一化處理。

注1：輪廓系數作用：輪廓系數是一種評估聚類質量的指標，能衡量數據點在同一簇內的緊密度以及與其他簇的分離度，其值介于 -1 和 1 之間，越接近 1 表示聚類效果越好。

圖3 (A)數字任務中EMG變異性變化。 使用顏色映射表示ANOVA結果的p值，包括組與時間的交互作用（左側）、組的主效應（中間）和時間的主效應（右側）。BI為肱二頭肌；TR為肱三頭肌；AD為前三角肌；LD為外側三角肌；ST為上斜方肌。

注2：EMG 變異性即EMG圖 信號的變異性，用于反映肌肉活動時電信號的變化情況。在肌肉收縮過程中，運動單員的募集和放電模式會有所不同，從而導致 EMG 信號產生波動，這種波動就是 EMG 變異性的體現。

另一個有趣的發現來自加速度分析，在數字任務中，大多數關節段的加速度變異性隨著時間增加而增加（見圖4），而在和弦任務中，前臂和手部的加速度變異性隨著時間增加而減少（見圖5）。此外，軀干加速度變異性在和弦任務中的加速度變異性比數字任務高出四倍（見圖4和圖5 Thorax），表明鋼琴家在和弦任務中更多地使用了軀干運動來產生按鍵速度。這可能是由于和弦任務由快節奏和需較大幅度的運動的段落組成。因此，為了保持較高的演奏水平，鋼琴家的加速度變異性空間非常小。若加速度變異性在某些關節段有所增加，可理解為因疲勞引起的部分“控制失調”，這種控制失調可能直接影響了加速度變異性。總而言之，加速度變異性在疲勞的影響下在兩項演奏任務中朝不同的方向發展，這可能是疲勞引起的結果，而非為了阻止疲勞繼續發展的神經肌肉控制策略。

圖4 數字任務中，啟動階段（Initiation）和任務結束/中期階段（Term./Mid.）加速度幅度的四分位數間距。

圖5 和弦任務中，啟動階段（Initiation）和任務結束/中期階段（Term./Mid.）加速度幅度的四分位數間距。

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