Journal of Applied Physiology, 93(5), 1753–1437p. (2002) DOI:10.1152/japplphysiol.00314.2002

Nonlinear surface EMG analysis to detect changes of motor unit conduction velocity and synchronization

D. Farina, L. Fattorini, F. Felici, G. C. Filligoi

Amplitude and frequency content of the surface electromyographic (EMG) signal reflect central and peripheral modifications of the neuromuscular system. Classic surface EMG spectral variables applied to assess muscle functions are the centroid and median power spectral frequencies. More recently, nonlinear tools have been introduced to analyze the surface EMG; among them, the recurrence quantification analysis (RQA) was shown to be particularly promising for the detection of muscle status changes. The purpose of this work was to analyze the effect of motor unit short-term synchronization and conduction velocity (CV) on EMG spectral variables and two variables extracted by RQA, the percentage of recurrence (%Rec) and determinism (%Det). The study was performed on the basis of a simulation model, which allowed changing the degree of synchronization and mean CV of a number of motor units, and of an experimental investigation of the surface EMG signal properties detected during high-force-level isometric fatiguing contractions of the biceps brachii muscle. Simulations and experimental results were largely in agreement and show that 1) spectral variables, %Rec, and %Det are influenced by CV and degree of synchronization; 2) spectral variables are highly correlated with %Det (R

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