Вступление
Несмотря на многочисленные сообщения о влиянии нервной системы на увеличение силы после обычных силовых тренировок, точные нейронные механизмы, лежащие в основе произвольного укрепления мышц человека, изучены недостаточно. Распространено мнение, что увеличение произвольной мышечной силы является результатом двух основных факторов: адаптации нервной системы и гипертрофии мышц. Увеличение силы на ранней стадии тренировочной программы является результатом главным образом изменений в нервной системе (Enoka, 1988, Sale, 1988). Кроме того, тренировка одной конечности связана с увеличением произвольной силы контралатеральных нетренированных мышц, даже если контралатеральные мышцы оставались неподвижными во время тренировки (Houston, Froese, Valeriote, Green, & Ranney, 1983; Yasuda & Miyamura, 1983). Феномен увеличения силы в нетренированной контралатеральной мышце повышает интригующую вероятность того, что мышечная сила может быть улучшена без повторяющейся мышечной активации или без повторяющейся активации двигательных нейронов и нисходящих двигательных путей. Эта возможность не была широко изучена, несмотря на ее научную значимость и клиническую значимость.Исследования по приобретению двигательных навыков ясно показали, что умственная практика приводит к повышению производительности (Corbin, 1972, Feltz & Landers, 1983). Таким образом, нейронные процессы, управляющие параметрами работы мышц (например, амплитудой, хронометражем), могут быть улучшены с помощью мысленной практики. Эта интерпретация подтверждается доказательствами того, что во время моторного обучения нейронная активность в различных областях мозга изменяется в зависимости от уровня достигнутого двигательного навыка (Karni et al., 1995; Pascual-Leone, Grafman, & Hallett, 1994). Одно недавнее исследование показало, что физическая тренировка и мысленная отработка двигательного навыка привели к одинаковому значению улучшения производительности и сходному характеру адаптации в первичной моторной коре головного мозга у людей-участников (Pascual-Leone et al., 1995).
Вышеупомянутые результаты натолкнули нас на вопрос: если мысленная отработка двигательного навыка может изменять нейронные субстраты, отвечающие за физическую работоспособность, может ли мысленная отработка максимальных произвольных сокращений (MVC) изменять нейронные сигналы, отвечающие за мышечную силу? Юэ и Коул (1992) в течение 4 недель обучали группу добровольцев “воображаемым максимальным сокращениям” мышцы, отводящей пятый палец, и обнаружили увеличение силы мышцы на 22%. Авторы объяснили увеличение силы изменениями в центральном программировании, вызванными тренировками, хотя в то время не было получено никаких данных о центральной нервной системе (ЦНС). Неизвестно, изменяет ли умственная тренировка, подобная той, которая использовалась в этом исследовании 1992 года, команды ЦНС на мышечные. Более того, поскольку это наблюдение было сделано на мышцах кисти, можно было бы задаться вопросом, можно ли добиться увеличения силы после умственной тренировки в более крупной, более проксимальной группе мышц, такой как мышцы-сгибатели локтя (Herbert, Dean, & Gandevia, 1998). Дистальные и проксимальные мышцы различаются по размеру кортикального представительства (Penfield & Rasmussen, 1950), степени моносинаптической кортикоспинальной проекции (Ghez, 1991, Kuypers, 1981) и относительному вкладу набора двигательных единиц и модуляции скорости разрядки в градацию мышечной силы (DeLuca, LeFever, McCue)., & Ксенакис, 1982; Кукулка и Кламанн, 1981; Милнер-Браун, Штейн и Йемм, 1973; Монстр и Чан, 1977).
Недавнее исследование мысленных образов (Herbert et al., 1998), направленное на улучшение силы мышц-сгибателей локтя, не выявило существенной разницы в изменении силы между умственными тренировками и контрольной группой после завершения программы тренировок. Это может быть связано с относительно небольшим кортикальным представительством мышц и моносинаптической кортикоспинальной проекцией на их мотонейронные бассейны, упомянутые выше. Кроме того, мышцы-сгибатели локтя часто используются в повседневной деятельности и могут рассматриваться как “хорошо натренированные”, у которых мало возможностей для повышения силы, вызванного нервной адаптацией. Наконец, существовала вероятность того, что инструкции, данные испытуемым для тренировки мысленных образов, относились к типу внешних образов, которые вызывают незначительную физиологическую реакцию (Лэнг, 1979; Лэнг, Козак, Миллер, Левин и Маклин, 1980; Ванг и Морган, 1992) и не так эффективны для увеличения мышечной силы, как тренировка внутреннего воображения (Ранганатан, Куйкендалл, Семионов и Юэ, 2002). Если испытуемые действительно выполняли тренировку воображения с использованием психических процессов, аналогичных тем, которые были описаны с помощью внешних образов в исследовании Герберта и соавт. (1998), тогда вопрос о том, можно ли улучшить произвольную силу крупных проксимальных групп мышц, таких как сгибатели локтей, с помощью умственных тренировок, все еще оставался нерешенным.
Цель этого исследования состояла в том, чтобы определить влияние ментальных тренировок, использующих внутренние или кинестетические образы, на произвольную силу отведения пятого пальца (дистальная мышца) и сгибателей локтя (проксимальная группа мышц) доминирующей руки и количественно оценить изменения кортикальных сигналов, вызванные ментальными тренировками. Мы выбрали отводящую мышцу мизинца, исходя из предположения, что эта мышца используется относительно реже в повседневной жизни и, следовательно, обладает большей способностью к повышению силы, вызванному тренировками, по сравнению с мышцами-сгибателями локтя. Предварительные результаты исследования опубликованы в виде резюме (Ranganathan, Siemionow, Sahgal, & Yue, 2001).