Simulation of electromyograms showing interference patternsSimulation d'électromyogrammes montrant des patterns d'interférence

https://doi.org/10.1016/0013-4694(70)90205-1Get rights and content

Abstract

The model of the EMG showing an interference pattern in which motor units are discharged independently (which is typical for relatively weak contractions) gives an adequate picture of this type of activity, agreeing with the actual EMG in appearance as well as in some important parameters (the number of maxima, frequency spectrum and autocorrelation function). Some of the interference pattern parameters (mean duration of fluctuation, the possition of the first zero of the autocorrelation function, frequency of the main spectral maximum) are in simple relation with the duration of motor unit action potentials composing this interference pattern.

The study of dependence of integrated electrical activity of the asynchronous model on the number of active motor units N, revealed that after a certain level of activity is reached, the model disagrees with the results of physiological experimentation. The latter shows a more rapid increase in electrical activity with increased number of motor units (force of contraction). If synchronization increasing with increased N is put into the model, it becomes closer to the actual EMG in the range of activity of a great number of motor units.

Simulation has shown that changes in the mean duration of interference pattern fluctuation and the frequency spectrum, observed during synchronization in physiological experiments, are not caused by synchronization but by the fact that this synchronization is not complete in the muscle. Small shifts in the impulses of motor units discharging synchronously account for an increase in mean duration of the interference pattern fluctuation and also for the displacement of the main spectral maximum to the left.

Résumé

Le modèle de l'électromyogramme (EMG) montrant un pattern d'interférence dans lequel les unités motrices se déchargent indépendamment (ce qui est typique de contractions relativement faibles) donne une représentation adéquate de ce type d'activité, conforme à l'EMG réel quant à son apparence en ce qui concerne certains paramètres importants (nombre des maxima, spectre de fréquence et fonction d'autocorrélation). Certains paramètres du pattern d'interférence (durée moyenne de fluctuation, position du premier zéro de la fonction d'autocorrélation, fréquence du maximum principal du spectre) sont en relation simple avec la durée des potentiels d'action de l'unité motrice qui composent ce pattern d'interférence.

L'étude de la dépendance entre l'activité électrique intégrée du modèle asynchrone et le nombre N des unités motrices actives, révèle qu'après qu'un certain niveau d'activité soit atteint, le modèle est en désaccord avec les résultats de l'expérimentation physiologique. Cette dernière montre une augmentation plus rapide de l'activité électrique avec l'accroissement du nombre des unités motrices (force de contraction). Si une synchronisation augmentant avec un nombre N accru est introduite dans le modèle, il devient plus proche de l'EMG réel dans la gamme d'activité d'un grand nombre d'unités motrices.

La simulation montre que des modifications de la durée moyenne de la fluctuation du pattern d'interférence et du spectre de fréquence, observées au cours de la synchronisation dans les expériences physiologiques, ne sont pas dues à la synchronisation, mais au fait que cette synchronisation n'est pas complète dans le muscle. De petites variations dans les impulsions d'unités motrices se déchargeant de façon synchrone sont responsables d'un accroissement de la durée moyenne de la fluctuation du pattern d'interférence et également du déplacement du maximum principal du spectre vers la gauche.

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      Because the traveling waves of the MUPs (see Section 2.1) are bi-phasic or tri-phasic in nature (they contain positive and negative phases), these phases may add in this summation (constructive) or they may cancel (destructive) (McGill, 2004). This phenomenon, usually referred to as phase cancellation has been recognized early on (Adrian, 1925; Libkind, 1968; Moore, 1967; Person and Libkind, 1970), but its consequences are often overlooked. Due to irregularity of MU firing (Matthews, 1996) and despite a low level of synchronization of firing between MUs (Yao et al., 2000), constructive and destructive superimpositions occur randomly.

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    It is deeply regretted that Dr. Libkind met with a fatal accident after this paper was sumbmitted for publication.

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