張力性振動反射實驗(Tonic Vibration Reflex) - 實驗步驟 - 微肌肉振動對手指牽張反射之影響

3.2 實驗步驟

3.2.7 張力性振動反射實驗(Tonic Vibration Reflex)

張力性振動反射(Tonic Vibration Reflex, TVR)實驗目的為量測引起肌肉張力性振動反射(TVR)或假想動作(Illusory Movement)之振動振幅(Peak to

Peak)。振動振幅以一單軸加速規來量測(如圖 47)，加速規裝置在振動器探頭的平台上，並將振動放大器之 GAIN 調整至最大(固定 GAIN 之基準)。力規校正完畢後，開始測試 APB、FDI 與 ADM 之振動反射振幅大小，將振動器與肌肉之接觸力維持在 0.4N(壓力)左右。然後給予受測者 80Hz 頻率之振動，振動振幅從 0~1mm 調整，以每次增加 0.11mm，直到任一肌肉 EMG 出現收縮訊號為止，或是詢問受測者是否肌肉有產生虛位移之感覺，再取其振動之振幅(Peak to Peak)。每次振動時間為持續 20 秒，每次振動測試完休息至少 10 秒，同時紀錄手部三條肌肉(APB、FDI、ADM)之 EMG。牽張反

射實驗之振動振幅取最小出現 TVR 或假想動作(Illusory Movement)之振幅再減去 0.11mm。

圖 47 加速規設置 3.2.8 牽張反射實驗(Stretch Reflex)

牽張反射實驗目的為量測受測者手指肌肉 APB、FDI 與 ADM 分別在有振動與無振動下之牽張反射現象。受測者之受測手以 MCP 為中心等速旋轉，旋轉方向為外展與內縮(Abduction/Adduction)，並同時記錄其三條手部肌肉(APB、FDI、ADM)之 EMG，每個手指分別以有振動與無振動之條件量測，且隨機選擇欲執行量測之手指。振動頻率設定為 80Hz，振動振幅取最小出現 TVR 或假想動作(Illusory Movement)之振幅再減去 0.11mm。為了使受測者之牽張反射更容易出現，在實驗開始前(手指轉動前) ，受測者的受測肌肉做預收縮(Pre-active)之動作，使受測肌肉在實驗過程中一直維持一固定的活動程度(Activation)。實驗過程中，利用示波器讓受測者本身即時監測(Visual Feedback)受測肌肉的活動程度(Activation)，受測者須做 20%MVC

加速規

加速規量測方向 (振動方向)

之活動程度(Activation)(依受測者之能力適度選擇)，盡可能的維持固定在同一水準，如圖 48。手指之旋轉速度為每秒 850 度，加速與減速時間為

15~20ms，速度曲線如圖 50。手指之旋轉角度為 30 度，扭力曲線如圖 49。

振動肌肉時，將振動器探頭調整至可以振動肌肉之位置(手指旋轉裝置在手掌背方向，振動其探頭由外往內手掌心方向)。如需旋轉小拇指時，需將手臂固定的位置往前調整(兩塊靠枕支點分別為 MCP 與手腕)，使小拇指外伸於手臂固定裝置，如圖 51。每秒 6 度的速度用來量測機構對於手指阻力之扭力大小，其他速度量測到之扭力均須減去此手指阻力之扭力(也須減去靜態之扭力，維持機構位置之扭力)，扭力之相減以兩者相對應之移動角度時之扭力互減，如 5 度時之扭力相減，10 度時之扭力相減，以此類推，三條手指肌肉均須做此被動阻力之量測。拉動受測者手指時的起始位置角度為中性位置(Neutral)，即定義為 0 度的位置。旋轉裝置將手指從中性位置

(Neutral)拉動至外展(Abduction)30 度，停止 7 秒鐘之後，再將手指拉動回手指之起始位置角度，到此為兩個 Trial，以此順序重複執行。每組肌肉在有振動與無振動之條件下均做 60 個 Trials 之實驗。

圖 48 受測者即時監測肌肉的活動程度

圖 52 APB 之牽張反射實驗. 左圖為有振動，右圖為無振動。

圖 53 ADM 之牽張反射實驗. 左圖為有振動，右圖為無振動。

在施予振動刺激時，為了確定肌肉開始受到振動刺激之影響，振動刺激必須比馬達(手指旋轉裝置)提早 1 至 3 秒啟動，且不讓受測者預知馬達啟動之時機而影響牽張反射的效果，故此段時間取隨機，振動器啟動後持續至馬達(手指旋轉裝置)停止轉動之後 1 秒關閉。資料擷取裝置(Data

Acquisition, DAQ)記錄時間從振動器啟動前 0.5 秒開始紀錄至振動器關閉後 0.5 秒，以獲取完整之牽張反射 EMG 訊號。控制時序如圖 54。

圖 54 裝置控制時序. 左圖為開啟振動器之裝置控制時序，右圖為關閉振動器裝置控制時序。

馬達振動器

DAQ

馬達振動器

DAQ

3.3 資料分析

未經處理的原始 EMG(Raw EMG)同時含有正負兩端的數值(平均值為

0)，EMG 資料在正負兩極的數值上意義並無差別，只有量的差別，為了後續資料處理的方便，例如牽張反射之潛伏期計算(Latency)與峰值計算

(Amplitude)等，EMG 資料將先進行全波整流之處理(Full Wave

Rectification)，將所有之 EMG 轉換為正極。且為了避免 EMG 之時間相差與峰值失真，牽張反射之潛伏期計算(Latency)與峰值計算(Amplitude)將直接以 Raw EMG 來計算，不做濾波處理。

牽張反射訊號將分拆解為兩部分來處理，一為短潛期反射，二為長潛期反射[49-51]。在長潛期反射部分不再細分為中潛期反射與長潛期反射[52, 53]，因中潛期反射與長潛期反射均屬大腦皮質路徑相關之訊號[49, 50, 54, 55]，本研究考慮之範圍為整體大腦皮質可激度是否改變，故將兩者合併為同一部份來分析。牽張反射之分析參數為反射之峰值(Amplitude)與反射之潛伏期(Latency)。牽張反射之峰值(Amplitude)是取短潛伏期(Short Latency,

SL)與長潛伏期(Long Latency, LL)之峰值(Amplitude)。同樣的，牽張反射之潛伏期(Onset Latency)是取短潛伏期(Short Latency, SL)與長潛伏期(Long Latency, LL)之潛伏期(Onset Latency)。此短潛伏期反射(SL)之潛伏期(Onset Latency)是以從手指轉動到達最大加速度時開始至短潛伏期反射(SL)之起始時間(Onset Time)。短潛伏期反射之起始時間(Onset Time)是以當 EMG 超過

3 倍基線平均的標準差為準之時間。長短潛伏期反射(LL)之潛伏期(Onset Latency)是從短潛伏期反射(SL)之後最近出現的訊號波谷。長短潛伏期反射 (LL)之範圍取短潛伏期反射(SL)之後的 20 到 60ms。基線平均的計算則是以手指最大加速度開始的前 50ms 之平均值。且因受測者在手指轉動前有作預收縮，故實際之牽張反射峰值需減去受測者之肌肉活動程度(Muscle

Activation)。肌肉活動程度之計算是以手指最大加速度開始的前 50ms 之平均值來計。而牽張反射之短潛伏期反射(SL)峰值則是根據 SL 之出現時間

(20~40ms)再加上 SL 之持續時間(10~20ms)，大約 60ms 的範圍，從手指最大加速度之時間開始尋找 SL。牽張反射之長潛伏期反射(LL)峰值是根據 SL 之後，大約 20~60ms 的範圍。所有反射峰值將以 MVC 值為基準做標準化處理(Normalized)，即反射峰值除以其個別肌肉之 MVC 值。舉例來說，在從加速規擷取之手指加速度曲線之中取得最大加速度之時間點，此最大加速度是與速度同方向，如圖 55，因速度為負方向，故最大加速度取負方向之最大值，其時間點為 212.447s。再以此時間點(212.447s)在 EMG 圖中分析取得牽張反射之訊號參數，如 SL 之潛伏期與 SL 之峰值，如圖 56。從 212.447s 開始至 SL 開始之時間點為 212.4787s，故潛伏期(Onset Latency)為 31.7ms，峰值(Amplitude)為 0.4854mV，且肌肉活動程度(Muscle Activation) 為 0.0162mV，故實際反射峰值為 0.4692mV。SL 隨後即為 LL 之範圍，LL 峰值在此範圍內尋找。

圖 55 手指加速度曲線

圖 56 牽張反射訊號分析. 峰值取短潛期反射之最大值，潛伏期取短潛期反射之起始時間，以手指最大加速度時間為基準，三倍標準差為門檻。長潛期反射之範圍取短潛期反射後之 20 到 60ms 之間。

3.4 統計分析

本研究希望能判斷出在有振動與無振動時的情況下，牽張反射的峰值會不會受到影響，統計分析的主要目標為：

1. 所有受測者之間，振動是否對於牽張反射的數值有影響。

2. 單一受測者每次量測數據之間，振動是否對於牽張反射的數值有影響。

手指最大加速度 (與速度同向)

本研究在組間分析(Between-Subject)做三次 Paired t-test 檢測三組肌肉反射峰值與潛伏期在有振動與無振動下之數據，另外做一次 Paired t-test 檢測不分肌肉類別下之檢測，而在組內分析(Within-Subject)，每名受測者做三次 Unpaired t-test 檢測三組肌肉反射峰值與潛伏期在有振動與無振動下之數據。檢驗水準設為 p 值為 0.05。所有峰值與潛伏期取每一測試狀況與每一肌肉中間之 20 次數值平均，且峰值對該受測者之最大自主收縮(MVC)值作標準化，數據以%MVC 呈現。

四、結果

受測者(Subject)共為 10 人，編號依序從 GJ001 至 GJ011(無 GJ004)。整體分析結果將分為單一受測者內(Within-Subject 或組內)與所有受測者之間

(Between-Subject 或組間)兩部分來探討。

牽張反射由短潛期反射(Short Latency Stretch Reflex, SLSR)與長潛期反射(Long Latency Stretch Reflex, LLSR)組成，短潛期反射為一於經過脊髓運動神經元之單突觸反射[50]，長潛期反射之路徑則包含了大腦運動皮質區

(Motor Cortex)，為一跨皮質路徑(Transcortical Pathways) [49, 50, 54, 55]。為了只探討振動在脊髓部分之效應，本研究主要針對牽張反射之短潛期反射，參數為 EMG 訊號之峰值(Amplitude)與潛伏期(Latency)，如圖 59。另外，本研究也對長潛期反射進行同樣的分析，以此對照以往文獻的結果來探討大腦皮質的貢獻。所有峰值與潛伏期取每一測試狀況與每一肌肉中間之 20 次數值平均。峰值將對最大自主收縮(Maximum Voluntary Contraction, MVC)之 EMG 值標準化，以%MVC 表示。牽張反射之速度與扭力曲線如圖 57，其中扭力曲線圖已減去速度為每秒 6 度時之扭力，此扭力為帶動機構慣性之力。給予肌肉振動時，振動器施加於肌肉之壓力結果如圖 60，無振動時之接觸力為 0.4N。

圖 57 每秒 850 度之扭力曲線

圖 60 振動器與肌肉接觸壓力曲線. 振動器啟動時(1~3s)之接觸壓力並非一

Subject Maximum Voluntary Contraction (mV)

FDI APB ADM

Vibrator Contact Force

4.1.2 張力性振動反射結果

各受測者之張力性振動反射實驗結果如表 8，包含引起肌肉收縮(或肌電訊號)或引起假想動作(Illusory Movement)之振動振幅與實驗設定之振幅。臨界值為引起肌肉張力性振動反射之振幅，如圖 61，設定值為牽張反射實驗所給予振動刺激之振幅，設定值為臨界值減去 0.11mm，單位為 mm。

圖 61 張力性振動反射樣本. 此圖為受測者 GJ003 之 APB 張力性振動反射訊號樣本，振動振幅為 0.4mm。

500ms 0.1mV

表 8 張力性振動反射結果. 臨界值為引起肌肉張力性振動反射或引起假想動作之振幅，設定值為牽張反射實驗所給予振動刺激之振幅，單位為 mm。

Subject Amplitude of Vibration (mm)

FDI APB ADM 無振動情況下之數據(包含短潛期反射潛伏期)做 unpaired t-test 分析。在 10 位受測者之 FDI 反射振幅中，有 8 位受測者平均值降低，其中 5 位有顯著性的差異(p<0.05)。2 位受測者平均值增加，此 2 位均有顯著性的差異 (p<0.05)。在 10 位受測者之 APB 反射振幅中，有 6 位受測者平均值降低，

其中 5 位有顯著性的差異(p<0.05)。4 位受測者平均值增加，其中 2 位有顯著性的差異(p<0.05)。在 10 位受測者之 ADM 反射振幅中，有 8 位受測者平均值降低，其中 6 位有顯著性的差異(p<0.05)。2 位受測者平均值增加，2 位均無顯著性的差異(p>0.146)。10 名受測者之個別分析結果整理成次數分配之圖表，如圖 62 與表 9。

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