Las fluctuaciones de fuerza en el punto final revelan patrones de cooperación muscular flexibles en lugar de sinérgicos

Desarrollamos un nuevo enfoque para investigar cómo el sistema nervioso activa múltiples músculos redundantes mediante el estudio de las fluctuaciones de fuerza en el punto final durante la generación de fuerza isométrica en una articulación de múltiples grados de libertad. Hipotetizamos que, debido al ruido en la fuerza muscular dependiente de la señal, las fluctuaciones de fuerza en el punto final dependerían de la dirección objetivo de la fuerza del dedo índice y que esta dependencia podría usarse para distinguir la activación flexible de la musculatura de la activación sinérgica. Realizamos mediciones de alta ganancia de fuerzas isométricas generadas hacia diferentes magnitudes y direcciones objetivas, en el plano de la abducción-aducción/extensión-flexión de la articulación metacarpofalángica del dedo índice. Las fluctuaciones de fuerza de cada objetivo se utilizaron para calcular una elipse de covarianza, cuya forma variaba en función de la dirección del objetivo. Direcciones con elipses estrechas estaban aproximadamente alineadas con las acciones mecánicas estimadas de músculos clave. Por ejemplo, los objetivos dirigidos a lo largo de la acción mecánica del primer interoseo dorsal (FDI) generaron elipses estrechas, con el 88% de la varianza dirigida a lo largo de esas direcciones objetivo. Se concluye que el FDI es probablemente un músculo principal en esta dirección objetivo y que, en el mejor de los casos, el 12% de la varianza de fuerza podría explicarse por el acoplamiento sinérgico con otros músculos. En contraste, otras direcciones objetivo exhibieron elipses de covarianza más amplias, con tan solo el 30% de la varianza de fuerza dirigida a lo largo de esas direcciones objetivo. Esto es el resultado de la cooperación entre múltiples músculos, basado en grabaciones electromiográficas independientes. Sin embargo, el patrón de cooperación entre direcciones objetivo indica que los músculos se reclutan de manera flexible de acuerdo con su acción mecánica, en lugar de en agrupaciones fijas.