日本电气通信大学对人体适应外伤瘫痪机制研究
舩戸彻郎准教授（机械智能系统学专业）与罗兰·菲利普研究员、国立精神与神经医疗研究中心（NCNP）神经研究所模型动物开...
舩戸彻郎准教授（机械智能系统学专业）与罗兰·菲利普研究员、国立精神与神经医疗研究中心（NCNP）神经研究所模型动物开发研究部部长关和彦，以及NCNP医院骨科原友纪医师组成的研究团队，成功揭示了在交通事故等外伤或脑梗塞引发的瘫痪并发症中，人体如何迅速适应并恢复流畅运动的机制。
正如残奥会运动员所展现的那样，人类能够通过康复训练高度灵活地运用身体变化后的状态。然而，关于这种适应过程的具体机制及其时间动态，科学界仍存在诸多未解之谜。为此，研究团队构建了猴子的肌腱移植模型，连续数周对其在部分功能替换后的动作恢复进行了系统研究，同步记录行为学指标（任务成功率与运动轨迹平滑度）以及肌电图（EMG）数据。研究结果显示，适应过程呈现出两种不同的机制：首先出现的是“快速适应”，在短时间内使任务得以完成，但往往伴随着巨大的能量消耗，并呈现出所谓的“误适应”状态；随后进入“缓慢适应”阶段，肌肉间的协调性逐步改善，冗余力量被削减，动作质量显著提升，最终形成一种现实且高效的运动模式。
该研究成果已获国际学术期刊《eLife》录用，并于2025年11月5日（星期三）在线发表。
研究背景
人类能够自由活动四肢，依赖于“身体结构”与“大脑指令”之间的高度契合。大脑通常具备预测身体反应的“内部模型”，并基于此类规则发出动作指令。然而，当外伤或瘫痪导致肌肉或骨骼功能发生变化时，沿用原有指令将无法实现预期的运动效果，动作会变得笨拙或难以控制。术后康复过程中常见的“初期活动困难，经练习逐渐恢复”的现象，是许多患者的共同经历。那么，在康复过程中，大脑与脊髓如何感知身体的变化？它们又是通过哪些步骤和顺序，重新学习高效控制变化后的身体的？由于此类研究需对同一对象进行长期观测，且患者间生理变化差异显著，相关适应机制的现有研究仍较为有限，许多关键问题尚未阐明。为此，研究团队利用与人类神经系统及肌肉骨骼结构高度相似的猴子模型，结合肌电图等测量手段，系统探索了这一适应过程的机制。
研究概述
研究团队对猴子控制手指伸展与弯曲的两条肌腱进行了移植，并交换了其力学作用方向（图1）。在手术前，猴子已接受训练，完成（1）用拇指和食指抓握并前拉操纵杆，（2）保持一段时间后以指定速度释放的任务；术后继续执行相同任务。观测在行为与肌肉活动两个层面展开：行为层面记录每日任务成功率、完成时间与轨迹平滑度（抖动程度）；肌肉活动层面则通过肌电图记录前臂与手指主要肌肉，评估不同肌肉在运动中的共激活状态与收缩强度。
在数据分析中，团队未预设时间分段，而是连续追踪行为与肌电图随时间的变化趋势。结果表明，适应过程可明确划分为早期（数天至约一周）与慢性期（数周）两个阶段。进一步比较“任务执行容易度”与“所需努力程度（EMG总量与肌肉共激活指标）”的关系发现，早期阶段偏向于“依赖高能耗的成功”，随后逐渐转向协调性恢复与节能策略，呈现出明显的时间演化特征。基于此，研究提出了一个运动康复中并存两种不同时间常数适应过程的模型。
研究成果
识别“快速适应”中的误适应现象：高能耗的成功
术后猴子虽能迅速恢复任务完成能力，但肌电图数据显示，其EMG总量显著上升，提示需要付出巨大努力。尽管仅移植了单一的屈肌和伸肌，记录却显示被移植肌肉的功能被广泛代偿，甚至未移植肌肉也参与其中，呈现出屈肌群与伸肌群“整体被替换”的激活模式。这表明，面对身体结构的突变，猴子错误地采取了“全面代偿”的泛化策略。尽管该策略短期内可实现任务成功，却因其高能耗特性而被认定为一种适得其反的适应方式。
“缓慢适应”中新运动策略的学习（图2）
在上述“误适应”阶段中，逐渐浮现出另一种适应模式——即临床上所称的“代偿性运动”，例如通过增加腕关节屈曲角度来辅助手指张开。这一新型运动模式在整个观测期内被逐渐习得并巩固。
从高能耗运动向节能策略的快速转变（图3）
在早期持续的高努力状态后，可观察到某种“突然放松”的转折点。此转变之后，未移植肌肉的活动逐渐恢复至术前模式，同时运动表现得以维持甚至提升。研究推测，这一急剧的策略切换源于体内持续进行的“缓慢适应”逐步修正了早期错误的运动控制模式。
适应终点为实用且稳定的解决方案，而非完全恢复原状
研究证实，长期适应后的目标并非完全回归术前的运动模式，而是在任务成功率、运动平滑度与能量消耗之间取得最佳平衡，形成一个现实且稳定的新控制策略。这表明，中枢神经系统在经过长期适应后，能够针对“变化后的身体”学习并确立最适合的新型控制方式。
正如残奥会运动员所展现的那样，人类能够通过康复训练高度灵活地运用身体变化后的状态。然而，关于这种适应过程的具体机制及其时间动态，科学界仍存在诸多未解之谜。为此，研究团队构建了猴子的肌腱移植模型，连续数周对其在部分功能替换后的动作恢复进行了系统研究，同步记录行为学指标（任务成功率与运动轨迹平滑度）以及肌电图（EMG）数据。研究结果显示，适应过程呈现出两种不同的机制：首先出现的是“快速适应”，在短时间内使任务得以完成，但往往伴随着巨大的能量消耗，并呈现出所谓的“误适应”状态；随后进入“缓慢适应”阶段，肌肉间的协调性逐步改善，冗余力量被削减，动作质量显著提升，最终形成一种现实且高效的运动模式。
该研究成果已获国际学术期刊《eLife》录用，并于2025年11月5日（星期三）在线发表。
研究背景
人类能够自由活动四肢，依赖于“身体结构”与“大脑指令”之间的高度契合。大脑通常具备预测身体反应的“内部模型”，并基于此类规则发出动作指令。然而，当外伤或瘫痪导致肌肉或骨骼功能发生变化时，沿用原有指令将无法实现预期的运动效果，动作会变得笨拙或难以控制。术后康复过程中常见的“初期活动困难，经练习逐渐恢复”的现象，是许多患者的共同经历。那么，在康复过程中，大脑与脊髓如何感知身体的变化？它们又是通过哪些步骤和顺序，重新学习高效控制变化后的身体的？由于此类研究需对同一对象进行长期观测，且患者间生理变化差异显著，相关适应机制的现有研究仍较为有限，许多关键问题尚未阐明。为此，研究团队利用与人类神经系统及肌肉骨骼结构高度相似的猴子模型，结合肌电图等测量手段，系统探索了这一适应过程的机制。
研究概述
研究团队对猴子控制手指伸展与弯曲的两条肌腱进行了移植，并交换了其力学作用方向（图1）。在手术前，猴子已接受训练，完成（1）用拇指和食指抓握并前拉操纵杆，（2）保持一段时间后以指定速度释放的任务；术后继续执行相同任务。观测在行为与肌肉活动两个层面展开：行为层面记录每日任务成功率、完成时间与轨迹平滑度（抖动程度）；肌肉活动层面则通过肌电图记录前臂与手指主要肌肉，评估不同肌肉在运动中的共激活状态与收缩强度。
在数据分析中，团队未预设时间分段，而是连续追踪行为与肌电图随时间的变化趋势。结果表明，适应过程可明确划分为早期（数天至约一周）与慢性期（数周）两个阶段。进一步比较“任务执行容易度”与“所需努力程度（EMG总量与肌肉共激活指标）”的关系发现，早期阶段偏向于“依赖高能耗的成功”，随后逐渐转向协调性恢复与节能策略，呈现出明显的时间演化特征。基于此，研究提出了一个运动康复中并存两种不同时间常数适应过程的模型。
研究成果
识别“快速适应”中的误适应现象：高能耗的成功
术后猴子虽能迅速恢复任务完成能力，但肌电图数据显示，其EMG总量显著上升，提示需要付出巨大努力。尽管仅移植了单一的屈肌和伸肌，记录却显示被移植肌肉的功能被广泛代偿，甚至未移植肌肉也参与其中，呈现出屈肌群与伸肌群“整体被替换”的激活模式。这表明，面对身体结构的突变，猴子错误地采取了“全面代偿”的泛化策略。尽管该策略短期内可实现任务成功，却因其高能耗特性而被认定为一种适得其反的适应方式。
“缓慢适应”中新运动策略的学习（图2）
在上述“误适应”阶段中，逐渐浮现出另一种适应模式——即临床上所称的“代偿性运动”，例如通过增加腕关节屈曲角度来辅助手指张开。这一新型运动模式在整个观测期内被逐渐习得并巩固。
从高能耗运动向节能策略的快速转变（图3）
在早期持续的高努力状态后，可观察到某种“突然放松”的转折点。此转变之后，未移植肌肉的活动逐渐恢复至术前模式，同时运动表现得以维持甚至提升。研究推测，这一急剧的策略切换源于体内持续进行的“缓慢适应”逐步修正了早期错误的运动控制模式。
适应终点为实用且稳定的解决方案，而非完全恢复原状
研究证实，长期适应后的目标并非完全回归术前的运动模式，而是在任务成功率、运动平滑度与能量消耗之间取得最佳平衡，形成一个现实且稳定的新控制策略。这表明，中枢神经系统在经过长期适应后，能够针对“变化后的身体”学习并确立最适合的新型控制方式。
