When Your Brain Talks, Your Muscles Don't Always Listen
Science Daily — 您的神經一直在對您的肌肉不斷的呼喊？當它發生時，您一定會知道！
圖1. Inserted in the muscle of the index finger through a painless procedure, this electrode, with its four tiny wires, records the electrical impulses of individual neurons, or nerve cells. (Credit: Kathy F. Atkinson: University of Delaware)
當我們隨著年紀的增長，我們的神經元 ─ 我們身體中負責傳遞大腦訊號的神經細胞 ─ 為了要控制我們得以靠著肌肉做出運作時所發出的「對話」就會變得越來越 “大聲”。根據 Delaware 大學健康科學學院的助理教授 Christopher Knight 的研究似乎是如此。
「雖著年齡的改變，對於肌肉與神經會造成一定的變化，比較年長的人們通常對於一些需要要求精確度的控制上都比較力不從心，同時對於一些生理上的反應也會變得較為遲鈍。」Knight 這樣說到。
Knight 與另一位來自麻州大學，運動神經科學實驗室的共同作者 Gary Kamen 最近在《應用生理學》期刊（Journal of Applied Physiology）上發表了一篇有關運動單元電波電頻率（motor-unit firing rates）的研究。且 Knight 最近也正在進行一項有關較年長者之運動控制機制的研究計畫，這兩項研究都是美國國家衛生研究院所支助的計畫。
圖2. 運動神經元與肌肉纖維之間的連結
Knight 說到：這個研究的最終目標，是為了提高老年人的活動品質，同時也針對患有一些腦部麻痺或多發性硬化症的病患，或是正從中風中復原的患者恢復其行為能力。
由於藉著神經網路間的彼此交談，這使得我們所做出的每一個動作都是包含了與中樞大腦的控制中心、脊椎中數以億計的神經細胞以及數千條肌肉纖維的合作才得以完成。
圖3. 神經元與肌肉纖維連結圖
「肌肉是我們得以行動的驅動者。」Knight 這樣說到。「它們無時無刻都會從神經元中接獲指令，然後使肌肉纖維收縮。在肌肉產生作用力的過程中，最小的控制單位包含有個別獨立的神經元以及肌肉纖維的刺激。我們相信我們的研究對於瞭解失去運動能力的病人身上的運動控制機制是相當重要的。」
圖4. 肌肉纖維組織
根據 Knight’s 的研究表示，透過偵測我們的手指尖，可以闡明神經元與肌肉之間的溝通以及它們是如何隨著我們的年紀而改變。
透過實驗儀器的幫助，他與他的學生得以在一個微小的尺度內去進行肌力的測試，特別是針對第一背骨間肌（first dorsal interosseous muscle）。位在食指與拇指之間的這個區域包含了 120 動作單元的肌肉，換句話說，也就是 120 個個別獨立的神經元，或神經細胞，以及可以產生反應的肌肉纖維。
「這是一個相對簡單的肌肉，你可以觀察到許多介在神經元與肌力之間所產生地一對一的關係。」Knight 說到。
在 Knight’s 最近的研究中，共有 23 位年齡介在 18 歲到 88 歲的受試者。
透過一個不會讓人產生痛覺的小針頭，上面連接有四個相當微小的電極絲，然後分別對每個受試者的拇指間肌肉進行測試。這個電極連接到一台可以紀錄電流脈衝的電腦，用來感應從神經元到肌肉纖維之間的脈衝變化。
圖5. 藉著金屬電極探針感應脊椎與肌肉的電波脈衝
透過食指握住一個小曲棒，然後讓每位受試者用他們的手指去順著正弦曲線移動，就可以在螢幕上看到波形圖。
Knight 補充到：「用到更多的力量 － 這表示相對應的神經元有較高的電頻率 － 會出現在你一開始施加一個方向，此時波形會指向波峰，然後接著放緩，再慢慢走向波谷。」
一旦完成了一個位置的肌肉測量，電極就會再去測量肌肉當中的其他運動單元。
Knight 與他的研究生 Dhirai Poojari 及大學部的學生 Maria Bellumori 和 Christopher Martens 接著去分析一系列繁瑣過程當中的電頻率之頻率及量度。Knight 希望能在將來發展一套自動化的電腦軟體來協助測量數據裡雙峰之間的週期，尤其是當神經元的電頻率變得相當快速時。
圖6. University of Delaware scientist Christopher Knight (left) and graduate student Dhiraj Poojari are examining the nerves and muscles of the index finger to shed light on how our motor-control system, which rules movement, changes as we age.
研究結果顯示老年人的電頻率比年輕人慢上許多 － 意味著肌肉纖維在 “聆聽” 神經元的命令並做出反應的能力降低了。
「對於肌肉的重複收縮所產生的運動是相當重要的，例如走路。」Knight 說到。「然而當我們隨著年齡增長時，肌肉對於收縮或是抽動的能力就降低了。我們的肌肉纖維逐漸的失去 “快速抽動” 的能力。」
然而，還是有一些步驟可以讓我們得以延續保存這個重要的運動能力的。Knight 這樣表示。
「透過重力訓練之後，我們發現可以增加電頻率。」Knight 說到。「不過為了安全著想，我們建議在練習過程中，應該要從事一些速度較為緩慢的運動，不過對於做一些速度較快的練習時，也是一樣重要。你需要一些較快速的運動來防止全身生鏽。即使是較為虛弱的老年人，還是可以透過一些簡單的鍛鍊來改進運動的速度。」
Knight 對於身體是怎麼樣適應這些練習的同樣感到有興趣。當年他要讀大學時，他的志向就是要成為一名優秀的田徑運動員。當他做好準備時，卻意識到他的夢想是在別處，因此他一頭栽進了學術的研究之中。
在就讀康乃狄克大學（Connecticut University）時，一門有關腦部生物學的課程讓他對神經與運動系統產生了興趣，從此便愛上了這門科學。而在當暑假專題生時，他也有了與輪椅運動員進一步的交談機會。
「患有嚴重的脊椎傷害的人們其身體降溫系統被受到限制，因為他們在受到傷害時無法排出汗來，因此他們身體的核心體溫會不斷升高到危險的程度。」Knight 這樣說到。
而在當研究生時，他決定投入運動控制的研究，同時不再回頭。
「我早期的興趣都是跟運動有關，但是我現在在這一個領域當中的研究會讓許多人用得到，」Knight 說到。「對我們所有的人來說，不斷的運動就是對抗衰老的不二法門。」
目前，Knight 正在徵求一些健康且年紀是 70 歲以上的年長者，同時對於個別患有帕金森氏症或多發性硬化症的受試者以進行未來有關運動控制的研究。如想知道更多的詳情，請透過 [.edu] 或電洽 (302) 831-6175 聯絡他。
Note: This story has been adapted from a news release issued by University of Delaware.
原始報導：
http://www.sciencedaily.com/releases/2007/03/070309103035.htm
原始論文：(FREE)
"Modulation of motor unit firing rates during a complex sinusoidal force task in young and older adults ", J Appl Physiol 102: 122-129, 2007.
http://jap.physiology.org/cgi/content/full/102/1/122?maxtoshow=&HITS=10&hits=10&RESULTFORMAT=&author1=Gary+Kamen+&searchid=1&FIRSTINDEX=0&sortspec=relevance&resourcetype=HWCIT