肌电信号产生的原理

【1. 神经-肌肉的生理学连接】

既然任何骨骼肌都是受到神经的支配，那先从看看“神经-肌肉”的生理结构讲起。

神经-肌肉系统最基本的单位是运动单元（Motor Unit），它包括：运动神经元、树突、轴突、以及支配的肌纤维。运动神经元位于脊髓腹角（下角），它接受来自上层的脑信号，并通过轴突延传至外周神经，最终投射至肌纤维。

通俗的说就是，肌纤维受到脊髓神经元的激励，激励信号沿着脊髓下角传入肌纤维细胞，肌纤维通过“神经肌肉接头”与神经元连接。因为人体肌肉少，运动神经元多；因此，有几十至上百个运动神经元连接某一块肌肉。

【2. 肌纤维特性】

肌纤维的神经活动取决Ca离子的动力学特性，当突触的电-化学耦合特性出现障碍、肌肉处于疲劳状态时，肌肉的力学特性关系就会被破坏。

肌肉单位的输出力取决于三个因素：运动神经元的放电速率、肌纤维的长度、肌纤维长度的变化率。如果给定放电速率，输出力就只取决于“肌纤维的长度和长度变化率”。

因此，肌肉的输出的最大单位力随肌肉单位长度的增大而增大，随肌肉收缩速率的增大而降低。当然，对应关系也不是完全线性的。

【3. 神经元放电特性】

因为肌纤维受到运动神经元激励，其输出力的大小和方向取决于神经元的两个特性：

1）被激活的运动单元数量(Recruitment)：运动单元招募是有固定顺序的，即先招募小运动神经元，后招募大运动神经元。

2）放电速率（Rate Coding）：放电率越高，肌肉输出力越大。

【4. 肌电的产生】

【1】中说了，多个运动神经元会同时作用一块肌肉。运动神经元的激励信号近似等价于数字信号，被激活的肌纤维产生的信号称为相信号。运动神经元有不同的放电频率，相信号的也有不同峰值特点（单相，双相，三相，多相）。

因此，当肌肉收缩时，多个频率不同的数字信号激励肌纤维产生多重相信号，并包含了内源/外源噪声后，就得到了肌电信号。所以说，宏观的肌电信号本质是一个包含噪声的干扰相电信号。