Effect of motor-unit firing time statistics on e.m.g. spectra

Abstract

The generation of an e.m.g. can be modelled by linear filtering of N impulse trains, regarded as the neural inputs to N motor units, where the e.m.g. is the sum of the outputs of the N filters. Starting from this model, it is shown that not only are the shapes of the N action potential images as viewed by the electrodes an important factor in defining the spectrum, but so is the interspike interval distribution of the impulse trains. Changes in the statistics of the pulse trains are shown to affect the low-frequency end of the power spectrum even if the motor-unit action potentials do not change shape. The effect is illustrated by use of data already published on deltoid muscle and brachii biceps. A means of including motor-unit synchronisation is introduced and it is shown that its effect can be contrary to that due to the firing statistics.

Sommaire

La génération d'un électromyogramme peut être mise en modèle par le filtrage linéaire des trains d'impulsionsN, considérés en tant qu'entrées neurales des unités motricesN, ou l'e.m.g. représente la somme des sorties des filtresN. En prenant ce modèle comme point de départ, on peut constater que non seulement les configurations des images potentielles de l'actionN, vues par les électrodes, représentent un facteur important pour l'établissement de la définition du spectre d'électromyogramme, mais que la distribution des intervalles entre-crête des trains d'impulsions le sont également. Similairement, on peut constater que les modifications d'ordre statistique des trains d'impulsions affectent l'extrémité de basse-fréquence du spectre de puissance, même si les potentiels actifs de l'unité motrice ne changent pas de configuration. Cet effet est illustré par l'utilisation de donées déjà publiées qui se rapportent aux aspects des muscles deltoides et des bicep brachiaux. Une méthode est également présentee, qui consiste à incorporer la synchronisation de l'unité motrice et, à cet égard, on constate que l'effet de cette dernière peut être possiblement à l'inverse de celle qui est engendrée par les statistiques des temps d'allumage.

Zusammenfassung

Die Erzeugung eines EMG kann durch lineares Filtern einerN-Impulsserie im Modell dargestellt werden, die als neurale Eingaben fürN-motorische Einheiten angesehen werden, wobei das EMG die Summe der Ausgaben von denN-Filtern ist. Ausgehend von diesem Modell wird gezeigt, daß die Formen der durchN-Wirkung hervorgerufenen Potentialbilder, die von den Elektroden abgelesen werden, nicht nur einen bedeutenden Faktor in der Begrenzung des Spektrums darstellen, sondern daß dies auch für die Intervall- verteilung der Impulsserien zwischen den Spitzen zutrifft. Änderungen inder Statistik der Impulsserien wirken sich erwiesenermaßen auf die Nieder-frequenzseite des Kraftspektrums aus, selbst wenn die Aktionspotentiale der motorischen Einheiten ihre Form nicht ändern. Die Wirkung wird durch Einsatz von bereits veröffentlichten Daten über den Deltamuskel und die Brachialmuskeln dargestellt. Ein Mittel zum Einschluß der Synchronisation von motorischen Einheiten wird vorgestellt, und eswird gezeigt, daß seine Wirkung entegengesetzt zur Auslösungsstatistik liegen kann.