背筋の筋トレの筋電図は揺れも拾う？僧帽筋のグラフとフィルターの読み方

背筋や僧帽筋の筋トレ動画で、筋電図の大きな波を見て種目を選んでいないだろうか。皮膚と電極の揺れで混ざる信号、周波数で分けるフィルター、その処理が残すものを研究から読む。振動運動の実験と背筋の練習を区別し、測定条件を確認してからグラフを比べるための視点を整理する。

腕を引いた瞬間に跳ねた波は、筋肉だけの反応だろうか。背筋の筋トレ動画を止めてみる。僧帽筋の横にあるグラフが、腕を引くたび大きく跳ねる。よく働いているように見えるが、その波には筋肉の電気活動だけでなく、皮膚と電極の接触面がわずかに動くことで生じる変動も入りうる。これを動作アーチファクト、つまり動きに伴って測定へ混ざる信号と呼ぶ。[1]

答えの芯は、筋電図は揺れも拾い、処理の方法によって残る波が変わる、ということだ。表面筋電図は皮膚上の電極で筋肉の電気活動を記録する方法である。しかし、筋肉由来の信号と動作由来の信号には周波数が重なる部分があり、周波数だけでの切り分けは難しい。[1][2]

既存の「内転筋の筋トレは横向きで上の脚を支える？下の脚の動きと成果を分けて読む」には脚の役割という問いを譲る。ここで確かめるのは、背筋や僧帽筋の運動を紹介するグラフで、身体の動きと信号処理をどう読み分けるかである。筋肉の順位表を見る前に、その数字ができるまでをたどりたい。

筋肉が動くことと、電極が動くことは別である

筋トレ中には身体が動く。だから、動いている最中の筋電図に波が現れること自体は不思議ではない。問題は、その変化のどこまでが筋肉の電気活動を表し、どこからが測定の接触面に由来するかである。動作アーチファクトを調べた実験研究では、電極と皮膚の微小な動きに伴い、電極と電解質の境界で電位が一時的に変化すると説明されている。[1]

背中を測る場面を想像すると分かりやすい。腕を引いた瞬間、画面の波が大きくなる。この同時性だけを根拠に「背筋へ強い刺激が入った」と決めたくなる。しかし、動作に合わせて電極の接触状態も変わるなら、動いた時刻がそろっていることだけでは信号の出どころを分けられない。筋肉と接触面の両方が同じ動作に関わるからである。[1]

この話は、動く種目の筋電図をすべて疑うためのものではない。測定に混ざる変化を見つけ、減らし、そのうえで筋肉の反応を読もうとするための話だ。実験では動作の種類だけでなく、人によってもアーチファクトの程度が変わった。同じ撮影場所、同じ種目名であっても、動きの影響を一律とみなせないことが読みどころになる。[1]

隣の記事が扱う最大の力を基準にした数値のそろえ方や、汗と電極の接触の問いとも、焦点は違う。ここでは、記録された波からどの成分を取り除き、どの成分を評価に残したのかを追う。数字の見た目をそろえる前に、数字を作った波の中身を確かめる順序である。[1][4]

周波数の境界は、動作が変われば動く

周波数とは、波がどれくらい速く繰り返されるかを示すものだ。動作アーチファクトの実験では、立つ、つま先立ち、歩く、走る、跳ぶといった条件を変えて、混ざる信号の周波数を調べている。その研究で観察された最高周波数は、立位で10 Hz、つま先立ちで22 Hz、歩行で32 Hz、走行で23 Hz、台からのジャンプで41 Hz、その場の上下ジャンプで40 Hzだった。[1]

見逃せないのは、運動が激しそうに見える順に数字が並んでいない点だ。歩行の値は走行の値より高い。この並びだけでも、動画の勢いを見て「こちらは雑音が少なそうだ」と決める読み方には無理がある。見た目の激しさを、そのまま除去すべき周波数の目盛りに置き換えないことが大切になる。[1]

これらは、その研究の条件で観察された値である。立って背筋を鍛えるなら立位の値を使える、と読み替えるのも早い。立つという姿勢名が共通でも、腕を引く動作や身体の揺れは別に確かめる必要がある。研究者は異なる運動条件に処理を適用する際、動作アーチファクトの周波数特性を先に見積もることを勧めている。[1]

僧帽筋と広背筋のグラフを比べる読者にとって、ここは実用的な分かれ道である。筋肉名だけでなく、止まった姿勢の測定か、動作を繰り返す測定かを確認する。別々の動画から取り出した棒グラフなら、測った動きの違いも残っていると考えて読む。その確認を飛ばすと、筋肉の違いに見えた差へ、動作条件の違いまで含めてしまう可能性がある。[1]

フィルターは何を減らし、何を残すのか

ハイパスフィルターは、低い周波数側の成分を弱める処理である。先ほどの実験では40 Hzのハイパスフィルターを使い、動作アーチファクトに属する周波数の大部分を除いた。そのうえで、反射による筋反応と直接の筋反応について、反応までの時間や振幅を確認し、有意な変化がなかったと報告している。[1]

ここでのよい点は、雑音を減らしたと言うだけで終わらず、見たい筋反応が保たれているかも確かめたことだ。ただし、有意な変化がなかったという結果は、どの運動でも完全に同じ信号が残る保証ではない。著者が推奨しているのも、同様の条件での使用である。背筋の運動紹介に40 Hzとあれば安心、という合言葉にはできない。[1]

筋電義肢の制御を目的とした別の機器開発研究では、皮膚と導電接続しない絶縁型筋電センサー向けに、複数のデジタルフィルターを設計している。18〜39歳の女性の背筋トレーニングにその設定をそのまま当てはめるには、運動と測定装置をそろえた検証が必要だ。そこでは雑音をどれだけ減らすかと、筋電図の信号の強さをどれだけ保つかの兼ね合いを検討した。雑音除去の強さだけを見ればよいわけではなく、評価したい情報を残せたかが問題になるのである。[4]

たとえば紹介動画に「処理済み」とだけ書かれていたら、それは作業をしたという表示にはなる。しかし、何を除くための処理か、何を比較するための数字かまでは、その言葉だけでは分からない。信号処理の研究が評価しているのは、単に滑らかで見栄えのよい線ではなく、雑音の抑制と必要な筋信号の保持である。[1][4]

グラフの波が小さくなった場面も、同じ慎重さで読みたい。フィルターを変えた前後なら、表示の変化は処理の影響を含む。練習によって筋肉の働きが弱まった、と即断する材料にはしない。比較の前提として、同じ条件で処理した記録かを確認することが先になる。[4]

振動の研究は、波が大きい理由を調べている

動作の影響が数字へ入る様子を具体的に示すのが、全身振動中の筋電図を調べた実験である。対象は15人、記録したのは太もも前面の大腿四頭筋で、振動周波数は10〜50 Hzだった。18〜39歳の女性の背筋トレーニングへそのまま当てはめるには、測定部位と運動条件の違いを考える必要がある。筋電図に加えて、膝蓋骨上の電極で動作由来の信号を監視し、筋肉上の加速度センサーで動きも調べている。[7]

信号を周波数別に見ると、振動の周波数とその倍数に当たる周波数に鋭い山が現れた。振動に関連する帯域の電力が全体に占める割合は、振動前には平均3%で、振動中には平均29%だった。研究は、こうした動作アーチファクトが、筋活動の大きさを短く表す指標である実効値の推定に影響すると報告している。[7]

29%という数は印象に残る。しかし、背筋の筋トレのグラフから一律に差し引く数ではない。大腿四頭筋を振動条件で測った結果であり、背中の通常の引く運動の混入率ではない。この実験を読む意味は補正式を手に入れることではなく、筋活動の指標を作る前に、動作由来の成分を評価する必要があると知ることにある。[7]

この実験の測り方にも目を向けたい。筋肉の電極で大きな値を見つけるだけでなく、膝蓋骨上の電極と加速度の記録を使い、動作が混ざる可能性を別の角度から調べている。筋電図の山が振動の周期に対応するかを確かめたことが、単に「運動中に数値が上がった」と述べる場合との違いになる。波が増えた理由を調べるには、波の高さ以外の情報も必要なのである。[7]

また、振動関連帯域の割合には人や測定のばらつきもある。報告された値は、振動前が3%に対して±0.9%、振動中が29%に対して±13.4%であった。ここで付された幅を信頼区間と読み替えず、平均値だけで全員の記録を代表させないようにしたい。研究も、動作アーチファクトの振幅は予測しにくく、研究間の差に関わる可能性を指摘している。[7]

背筋の動画で、動きが変わる瞬間だけ波が跳ねたとする。その場面を疑問として残すことはできるが、映像だけで混入分を数値に直すことはできない。振動実験では動きの別記録まで用いて検討している。日常の動画でも、見える身体の動きと計測された電気の波を、同じものとして扱わずに眺めるのが出発点になる。[7]

数字で読む筋電図の揺れ

立位で10 Hz：動作アーチファクトの最高周波数として観察された値である。[1]

歩行で32 Hz、走行で23 Hz：動きの見た目だけでは周波数の順序を決められない。[1]

40 Hz：同様の条件での利用が推奨されたハイパスフィルターの設定である。[1]

15人：全身振動中の大腿四頭筋を調べた実験の対象者数である。[7]

平均3%から29%：全身振動の前と最中で、振動関連帯域の電力の割合が違った。[7]

7人：上肢の振動運動装置で、適応型の除去処理を予備検証した人数である。[8]

宮川涼 Founder

See Full Bio