神经调控性别差异：为何女性肌群同步强、动态调节更弱
男女神经调控差异：为什么女性肌群同步更强，动态调整却不如男性？
引言
肌间协调是人体完成深蹲、步行等多关节动作的重要基础，指不同肌肉在时间、强度和频率层面形成稳定而灵活的功能耦合。完成动作时，神经系统需要协调下肢和躯干多个肌群，并根据疲劳程度及动作需求不断调整其同步关系。若肌间连接过度固定或缺乏动态变化，即使单块肌肉仍能产生力量，也可能影响运动效率、耐力表现以及损伤风险。
长期以来，研究人员主要依赖肌肉协同或肌间相干分析研究运动中的肌肉协作，但这类方法通常将整块肌肉视为一个节点，主要关注相同频段内的线性耦合，难以全面反映不同频段之间、随时间变化的动态相互作用。网络生理学框架的出现，为多肌肉、多频段耦合的定量评估提供了新思路：将肌电不同频段作为网络节点，频段间同步关系作为连接，以此刻画肌间网络在运动过程中的动态重构规律。与此同时，男女在肌肉力量、疲劳特征及运动反应方面存在差异，但力竭性动态运动中的肌间网络差异仍缺乏研究。为此，研究团队采用振幅-振幅跨频耦合（Amplitude-Amplitude Cross-Frequency Coupling，ACFC）方法，比较男女在自重深蹲力竭测试中的肌间网络连接及其时间变异性。
论文概述
来自巴塞罗那大学、波士顿大学等机构的研究团队在《Scientific Reports》发表研究“Networks of intermuscular coordination distinguish male and female responses to exercise”。受试者遵循3秒下蹲、3秒站起的节律完成自重深蹲，直至力竭，实验同步采集双侧股外侧肌、双侧竖脊肌长束的表面肌电信号。研究不仅分析肌电时域特征，还量化跨肌肉、跨频段的同步耦合关系，构建肌间协调网络，并进一步解析网络连接随运动进程的时间变异性。结果发现，女性腿 腰背跨肌群网络的平均连接强度显著更高，但网络动态波动更小。
研究方法
本研究共招募 38 名健康受试者，其中男性 11 名、女性 27 名，均为具备规律运动习惯的体育科学专业学生。受试者完成单次自重后蹲力竭测试，动作节律为 3 秒下蹲、3 秒站起，持续至无法维持规定节奏为止。测试期间同步采集双侧股外侧肌、双侧竖脊肌长束的表面肌电信号。
研究者对采集到的肌电信号做频段分解，计算不同肌肉、不同频段功率间的同步关系，以此构建肌间协调网络。本文中的网络 “连接”，表征肌电频段功率同步波动的程度，并非解剖层面直接的神经通路连接。
研究结果
从运动表现看，女性平均深蹲持续时间为465.22s，男性为673.00s。女性成绩较低，但两组差异未达到统计学显著水平，且个体差异较大。因此，本研究不能据此确认女性在力竭深蹲中的耐力更差。随着深蹲持续进行，四块肌肉的肌电振幅逐渐升高，表明疲劳不断累积（图1c）。图1d进一步显示，不同肌肉、不同频段的功率存在同步调制，其中低频-低频连接更强，低频-高频连接相对较弱。从频段功率谱看，四块肌肉在运动开始和结束阶段均在约0.17 Hz处出现明显峰值（图1e），这一频率对应每6s完成一次深蹲的动作节律，说明尽管疲劳不断累积，肌肉活动仍与动作周期保持稳定的1:1同步。值得注意的是，不同肌肉的频段分布变化并不一致：右腿在疲劳后更偏向低频，左腿和左侧腰背肌则出现较高频成分增强，右侧腰背肌在高低频段之间相对均衡。这提示疲劳过程中的频谱变化，可能同时受到外周传导改变和中枢补偿性募集的影响。
为了观察疲劳过程中的动态变化，研究进一步分析网络连接随运动进程的波动，并比较男女肌间协调策略的稳定性。具体来说，ACFC不是只比较肌肉整体振幅，而是先分析每块肌肉在不同频段上的功率变化，再判断两块肌肉之间哪些频段会同步升降。图2展示了这一流程：肌电信号首先被分解到多个频段，随后计算不同肌肉、不同频段之间的同步关系，最终形成可随时间变化的肌间网络。连接越强，表示两个频段的功率同步波动越明显。
网络分析显示（图3左a），无论男性还是女性，同类型肌肉之间的连接均高于跨类型肌肉连接。例如，左右股外侧肌之间、左右竖脊肌之间的平均连接强度，普遍高于腿部与腰背肌之间的连接。这说明人体在完成深蹲时，同侧功能相近的肌群之间具有更紧密的同步关系。男女差异主要体现在跨腿-腰背肌子网络。女性在左腿-右腰背肌、右腿-左腰背肌和右腿-右腰背肌网络中的平均连接强度，分别比男性高约20%、30%和25%，且差异具有统计学意义（图3左b）。除左右股外侧肌网络外，女性在其他子网络中的平均连接也普遍更强（图3右a）。
分层分析进一步（图3右b、图4）显示，左右竖脊肌网络中，中等频率之间、中高频之间和高频之间的连接，女性比男性高约10%–15%；在右侧腿-腰背肌网络中，女性在多个频段组合上的连接强度比男性高约20%–60%（图3右c）。这些差异尤其出现在中频和高频参与的组合中。
然而，平均连接更强并不等于协调一定更优。研究进一步分析了网络连接随时间的变化，结果发现了更关键的差异。在低频-低频组合中，男女均表现出稳定而较强的连接；但在低频-高频组合中，男性更多出现强连接与弱连接交替变化，而女性则保持相对稳定的强连接。
从变异系数看，女性的网络连接整体更稳定，尤其是涉及中频和高频时，男女差异更为明显。当F2或F3参与时，男性出现弱连接的概率约比女性高45%（图5、图6）。这意味着，女性较大的平均连接值，部分来自整个运动过程中连接状态保持稳定；男性则在强同步与弱同步之间不断切换。
这一结果可以通过网络生理学的“适应性与稳定性平衡”来理解。一个功能良好的生理网络，通常既不能过于独立，也不能过度同步，而需要在不同状态之间保持适度波动。适度的时间变异性，可能反映系统正在根据疲劳、动作任务和感觉反馈进行动态重配置；而当连接过强、波动过低时，网络虽然看起来更加同步，却可能失去灵活调整的空间。
论文指出，女性的高连接、低变异性模式，与老年人、疲劳状态以及部分神经疾病中观察到的“同步增强但适应性下降”具有相似之处。其潜在机制可能包括运动神经元共同突触输入增加，使运动单位活动更加同步，但降低系统动态调节能力。女性肌肉中快肌纤维比例相对较低、慢肌纤维比例相对较高，以及无氧代谢能力差异，可能也参与其中。不过，肌电频段并不能直接等同于肌纤维类型，运动单位同步、组织滤波和电极位置等因素都会影响频谱，因此这些解释仍需进一步验证。
结论与展望
这项研究从网络生理学视角，揭示了男女在力竭深蹲任务下的肌间协调差异。核心结论并非简单比较肌间连接多少，而是强调需要结合连接强度与时域动态特征共同解读：女性的肌间协调网络耦合强度更高、状态更稳定，男性的平均耦合强度偏低，但网络具备更高的时间变异性；前者或许代表肌群受到更强的共同神经驱动，后者则意味着系统拥有更大的动态调整与适应空间。
本研究仍存在一定局限性：
1.受试对象为年轻健康的体育专业学生，男性样本量偏小（n=11）；
2.实验任务仅设置自重深蹲，采集肌群仅包含双侧股外侧肌与竖脊肌长肌；
3.受试者力竭时长不一，研究未对时序信号做时长归一化处理；
4.皮下脂肪厚度、电极摆放位置，以及肌电频段和肌纤维类型之间无法直接划等号的问题，也会对结果解读形成干扰。
后续还需要扩大受试范围，覆盖不同年龄、训练水平以及临床人群，更换多种动作范式开展验证；同时结合高密度肌电分解、脑-肌耦合等技术，进一步挖掘肌间协调性别差异背后的中枢神经调控机制。
原文信息链接
Abenza Ó, Garcia-Retortillo S, Vasileva F, et al. Networks of intermuscular coordination distinguish male and female responses to exercise[J]. Scientific Reports, 2025, 15(1): 33901.
DOI：10.1038/s41598-025-08294-7.
研究团队简介
论文第一作者为巴塞罗那大学医学与健康科学学院、复杂系统运动研究组的Óscar Abenza。通讯作者为波士顿大学网络生理学实验室的Plamen Ch. Ivanov教授和巴塞罗那大学的Natàlia Balagué教授。研究团队来自西班牙巴塞罗那大学、美国中佛罗里达大学、西班牙赫罗纳大学、北马其顿圣西里尔与美多德大学以及美国波士顿大学等机构。研究获得维克森林大学转化研究中心、W. M. Keck基金会及美国-以色列双边科学基金会等资助。
关于维拓启创
维拓启创（北京）信息技术有限公司成立于2006年，是一家专注于脑科学、康复工程、人因工程、心理学、体育科学等领域的科研解决方案供应商。公司与国内外多所大学、研究机构、企业长期保持合作关系，致力于将优质的产品、先进的技术和服务带给各个领域的科研工作者，为用户提供有竞争力的方案和服务，协助用户的科研工作，持续提升使用体验。
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引言
肌间协调是人体完成深蹲、步行等多关节动作的重要基础，指不同肌肉在时间、强度和频率层面形成稳定而灵活的功能耦合。完成动作时，神经系统需要协调下肢和躯干多个肌群，并根据疲劳程度及动作需求不断调整其同步关系。若肌间连接过度固定或缺乏动态变化，即使单块肌肉仍能产生力量，也可能影响运动效率、耐力表现以及损伤风险。
长期以来，研究人员主要依赖肌肉协同或肌间相干分析研究运动中的肌肉协作，但这类方法通常将整块肌肉视为一个节点，主要关注相同频段内的线性耦合，难以全面反映不同频段之间、随时间变化的动态相互作用。网络生理学框架的出现，为多肌肉、多频段耦合的定量评估提供了新思路：将肌电不同频段作为网络节点，频段间同步关系作为连接，以此刻画肌间网络在运动过程中的动态重构规律。与此同时，男女在肌肉力量、疲劳特征及运动反应方面存在差异，但力竭性动态运动中的肌间网络差异仍缺乏研究。为此，研究团队采用振幅-振幅跨频耦合（Amplitude-Amplitude Cross-Frequency Coupling，ACFC）方法，比较男女在自重深蹲力竭测试中的肌间网络连接及其时间变异性。
论文概述
来自巴塞罗那大学、波士顿大学等机构的研究团队在《Scientific Reports》发表研究“Networks of intermuscular coordination distinguish male and female responses to exercise”。受试者遵循3秒下蹲、3秒站起的节律完成自重深蹲，直至力竭，实验同步采集双侧股外侧肌、双侧竖脊肌长束的表面肌电信号。研究不仅分析肌电时域特征，还量化跨肌肉、跨频段的同步耦合关系，构建肌间协调网络，并进一步解析网络连接随运动进程的时间变异性。结果发现，女性腿 腰背跨肌群网络的平均连接强度显著更高，但网络动态波动更小。
文章信息
研究方法
本研究共招募 38 名健康受试者，其中男性 11 名、女性 27 名，均为具备规律运动习惯的体育科学专业学生。受试者完成单次自重后蹲力竭测试，动作节律为 3 秒下蹲、3 秒站起，持续至无法维持规定节奏为止。测试期间同步采集双侧股外侧肌、双侧竖脊肌长束的表面肌电信号。
图1 深蹲任务设置与表面肌电电极放置示意图
研究者对采集到的肌电信号做频段分解，计算不同肌肉、不同频段功率间的同步关系，以此构建肌间协调网络。本文中的网络 “连接”，表征肌电频段功率同步波动的程度，并非解剖层面直接的神经通路连接。
图2 ACFC 肌间网络分析流程
左图展示全局肌间连接分析；右图展示网络连接的时间变异性分析
左图展示全局肌间连接分析；右图展示网络连接的时间变异性分析
研究结果
从运动表现看，女性平均深蹲持续时间为465.22s，男性为673.00s。女性成绩较低，但两组差异未达到统计学显著水平，且个体差异较大。因此，本研究不能据此确认女性在力竭深蹲中的耐力更差。随着深蹲持续进行，四块肌肉的肌电振幅逐渐升高，表明疲劳不断累积（图1c）。图1d进一步显示，不同肌肉、不同频段的功率存在同步调制，其中低频-低频连接更强，低频-高频连接相对较弱。从频段功率谱看，四块肌肉在运动开始和结束阶段均在约0.17 Hz处出现明显峰值（图1e），这一频率对应每6s完成一次深蹲的动作节律，说明尽管疲劳不断累积，肌肉活动仍与动作周期保持稳定的1:1同步。值得注意的是，不同肌肉的频段分布变化并不一致：右腿在疲劳后更偏向低频，左腿和左侧腰背肌则出现较高频成分增强，右侧腰背肌在高低频段之间相对均衡。这提示疲劳过程中的频谱变化，可能同时受到外周传导改变和中枢补偿性募集的影响。
为了观察疲劳过程中的动态变化，研究进一步分析网络连接随运动进程的波动，并比较男女肌间协调策略的稳定性。具体来说，ACFC不是只比较肌肉整体振幅，而是先分析每块肌肉在不同频段上的功率变化，再判断两块肌肉之间哪些频段会同步升降。图2展示了这一流程：肌电信号首先被分解到多个频段，随后计算不同肌肉、不同频段之间的同步关系，最终形成可随时间变化的肌间网络。连接越强，表示两个频段的功率同步波动越明显。
网络分析显示（图3左a），无论男性还是女性，同类型肌肉之间的连接均高于跨类型肌肉连接。例如，左右股外侧肌之间、左右竖脊肌之间的平均连接强度，普遍高于腿部与腰背肌之间的连接。这说明人体在完成深蹲时，同侧功能相近的肌群之间具有更紧密的同步关系。男女差异主要体现在跨腿-腰背肌子网络。女性在左腿-右腰背肌、右腿-左腰背肌和右腿-右腰背肌网络中的平均连接强度，分别比男性高约20%、30%和25%，且差异具有统计学意义（图3左b）。除左右股外侧肌网络外，女性在其他子网络中的平均连接也普遍更强（图3右a）。
图3 男女肌间网络的平均连接强度与分层结构
左图展示整体连接强度；右图展示不同频段组合的分层结果
左图展示整体连接强度；右图展示不同频段组合的分层结果
分层分析进一步（图3右b、图4）显示，左右竖脊肌网络中，中等频率之间、中高频之间和高频之间的连接，女性比男性高约10%–15%；在右侧腿-腰背肌网络中，女性在多个频段组合上的连接强度比男性高约20%–60%（图3右c）。这些差异尤其出现在中频和高频参与的组合中。
图4 男女肌间网络的个体分布
然而，平均连接更强并不等于协调一定更优。研究进一步分析了网络连接随时间的变化，结果发现了更关键的差异。在低频-低频组合中，男女均表现出稳定而较强的连接；但在低频-高频组合中，男性更多出现强连接与弱连接交替变化，而女性则保持相对稳定的强连接。
图5 肌间网络连接的时间变异性与强弱连接分布
左图展示代表性受试者的时间序列及分布；右图展示各子网络的组平均分布
左图展示代表性受试者的时间序列及分布；右图展示各子网络的组平均分布
从变异系数看，女性的网络连接整体更稳定，尤其是涉及中频和高频时，男女差异更为明显。当F2或F3参与时，男性出现弱连接的概率约比女性高45%（图5、图6）。这意味着，女性较大的平均连接值，部分来自整个运动过程中连接状态保持稳定；男性则在强同步与弱同步之间不断切换。
图6 强连接、弱连接比例及时间变异性比较
这一结果可以通过网络生理学的“适应性与稳定性平衡”来理解。一个功能良好的生理网络，通常既不能过于独立，也不能过度同步，而需要在不同状态之间保持适度波动。适度的时间变异性，可能反映系统正在根据疲劳、动作任务和感觉反馈进行动态重配置；而当连接过强、波动过低时，网络虽然看起来更加同步，却可能失去灵活调整的空间。
论文指出，女性的高连接、低变异性模式，与老年人、疲劳状态以及部分神经疾病中观察到的“同步增强但适应性下降”具有相似之处。其潜在机制可能包括运动神经元共同突触输入增加，使运动单位活动更加同步，但降低系统动态调节能力。女性肌肉中快肌纤维比例相对较低、慢肌纤维比例相对较高，以及无氧代谢能力差异，可能也参与其中。不过，肌电频段并不能直接等同于肌纤维类型，运动单位同步、组织滤波和电极位置等因素都会影响频谱，因此这些解释仍需进一步验证。
结论与展望
这项研究从网络生理学视角，揭示了男女在力竭深蹲任务下的肌间协调差异。核心结论并非简单比较肌间连接多少，而是强调需要结合连接强度与时域动态特征共同解读：女性的肌间协调网络耦合强度更高、状态更稳定，男性的平均耦合强度偏低，但网络具备更高的时间变异性；前者或许代表肌群受到更强的共同神经驱动，后者则意味着系统拥有更大的动态调整与适应空间。
本研究仍存在一定局限性：
1.受试对象为年轻健康的体育专业学生，男性样本量偏小（n=11）；
2.实验任务仅设置自重深蹲，采集肌群仅包含双侧股外侧肌与竖脊肌长肌；
3.受试者力竭时长不一，研究未对时序信号做时长归一化处理；
4.皮下脂肪厚度、电极摆放位置，以及肌电频段和肌纤维类型之间无法直接划等号的问题，也会对结果解读形成干扰。
后续还需要扩大受试范围，覆盖不同年龄、训练水平以及临床人群，更换多种动作范式开展验证；同时结合高密度肌电分解、脑-肌耦合等技术，进一步挖掘肌间协调性别差异背后的中枢神经调控机制。
原文信息链接
Abenza Ó, Garcia-Retortillo S, Vasileva F, et al. Networks of intermuscular coordination distinguish male and female responses to exercise[J]. Scientific Reports, 2025, 15(1): 33901.
DOI：10.1038/s41598-025-08294-7.
研究团队简介
论文第一作者为巴塞罗那大学医学与健康科学学院、复杂系统运动研究组的Óscar Abenza。通讯作者为波士顿大学网络生理学实验室的Plamen Ch. Ivanov教授和巴塞罗那大学的Natàlia Balagué教授。研究团队来自西班牙巴塞罗那大学、美国中佛罗里达大学、西班牙赫罗纳大学、北马其顿圣西里尔与美多德大学以及美国波士顿大学等机构。研究获得维克森林大学转化研究中心、W. M. Keck基金会及美国-以色列双边科学基金会等资助。
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