モーターユニットの動員パターンの違いと、片側と両側の等尺性筋収縮の間の放電率の低頻度振動

はじめに：明確な皮質活動は、一方的および両側運動制御に貢献します。しかし、運動ニューロンの挙動が片側性と両側の等尺性力生成の間で異なるかどうかはほとんど不明のままです。ここでは、片側および両側力の生成中に、最初に自動車ユニット（MU）の募集パターンを調査しました。力制御は主に運動ニューロンへの低周波シナプス入力によって調節されていることを考慮して、片側および両側の筋肉収縮中のMU放電速度と力出力との関係も調べました。 方法：先進的な筋電図（EMG）センサーアレイとスパイクトリガー平均化技術を使用して、片側および両側力追跡タスク中に右最初の背骨間筋（FDI）筋肉のMUSの大きな集団を調べました。主成分分析を使用して、MU排出速度の最初の共通成分（FCC）を分析して、片側および両側収縮中の力の変動を記述しました。 結果：片側収縮と比較して、二国間でMU放電率が低下することがわかりました。MUの募集閾値は増加しましたが、MU活動電位（MUAP）の振幅と持続時間は、一方的な収縮と比較して、両側性中は変化しませんでした。力とFCCシグナルの変動係数（CV）は、一方的な収縮と比較して二国間で増加することがわかりました。特に、FCC信号は大量のMU放電の変動性をキャプチャし、そのCVは力信号のCVと相関していました。 結論：我々の調査結果は、シナプス駆動の低周波部分での変化に関連する可能性が高い片側等尺性力の生成と比較して、二国間でMUの動員パターンが変化することを示唆しています。

INTRODUCTION: Distinct cortical activities contribute to unilateral and bilateral motor control. However, it remains largely unknown whether the behavior of motor neurons differs between unilateral and bilateral isometric force generation. Here, we first investigated motor units (MUs) recruitment patterns during unilateral and bilateral force generation. Considering that the force control is primarily regulated by low-frequency synaptic inputs to motor neurons, we also examined the relation between MU discharge rate and force output during unilateral and bilateral muscle contractions. METHODS: Using advanced electromyography (EMG) sensor arrays and spike-triggered averaging techniques, we examined a large population of MUs in the right first dorsal interosseous (FDI) muscle during unilateral and bilateral force tracking tasks. Using the principal component analysis, we analyzed the first common component (FCC) of MU discharge rate to describe the force fluctuations during unilateral and bilateral contractions. RESULTS: We found that MU discharge rate decreased during bilateral compared with unilateral contractions. MU recruitment threshold increased, while the amplitude and duration of MU action potential (MUAP) remained unchanged during bilateral compared with unilateral contractions. We found that the coefficients of variation (CV) for the force and FCC signal increased during bilateral compared with unilateral contractions. Notably, the FCC signal captured a great amount of MU discharge variability, and its CV correlated with the CV of the force signal. CONCLUSION: Our findings suggest that MU recruitment patterns are altered during bilateral compared with unilateral isometric force generation, likely related to changes at the low-frequency portion of the synaptic drive.