運(yùn)動強(qiáng)度和任務(wù)難度對定向運(yùn)動員識圖決策的影響

摘" " 要" "目的：探究運(yùn)動強(qiáng)度和任務(wù)難度對不同水平定向運(yùn)動員識圖決策行為績效和腦神經(jīng)活動的影響。方法：采用2（運(yùn)動水平：專家、新手）×2（運(yùn)動強(qiáng)度：靜息態(tài)、高強(qiáng)度）×2（任務(wù)難度：簡單地圖、復(fù)雜地圖）的三因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計，使用功能性近紅外光譜技術(shù)（fNIRS）測量定向運(yùn)動員在不同條件下識圖決策任務(wù)的大腦前額葉皮層（PFC）的含氧血紅蛋白（Oxy-Hb）濃度變化。結(jié)果：1）識圖決策正確率隨任務(wù)難度和運(yùn)動強(qiáng)度的增加而顯著降低，專家組顯著高于新手組。2）不同水平定向運(yùn)動員在左背外側(cè)前額葉（L-DLPFC）、左腹外側(cè)前額葉（L-VLPFC）腦區(qū)的Oxy-Hb激活存在顯著差異，專家組顯著低于新手組；除左側(cè)額極區(qū)（L-FOA）外，其余腦區(qū)Oxy-Hb激活均受到運(yùn)動強(qiáng)度的影響，表現(xiàn)出高強(qiáng)度顯著低于靜息態(tài)；隨著任務(wù)難度的改變，左背外側(cè)前額葉（L-DLPFC）腦區(qū)的Oxy-Hb激活增強(qiáng)，復(fù)雜地圖顯著大于簡單地圖。3）專家組在復(fù)雜地圖靜息態(tài)下，L-DLPFC的血氧激活程度與正確率顯著正相關(guān)；新手組在簡單地圖靜息態(tài)下，L-DLPFC、R-VLPFC血氧激活程度與正確率均顯著正相關(guān)。結(jié)論：定向運(yùn)動的識圖決策任務(wù)受運(yùn)動強(qiáng)度、任務(wù)難度的制約，專家運(yùn)動員具有認(rèn)知優(yōu)勢，表現(xiàn)出較高的任務(wù)績效和前額葉皮層相關(guān)腦區(qū)更低的血氧激活；任務(wù)難度造成L-DLPFC的特異性激活，在高強(qiáng)度下大腦血氧激活模式也發(fā)生改變。這對于優(yōu)化運(yùn)動員訓(xùn)練策略、提升競技水平及推動運(yùn)動領(lǐng)域認(rèn)知決策研究具有重要意義。

關(guān)鍵詞" "定向運(yùn)動；識圖決策；運(yùn)動強(qiáng)度；近紅外光譜功能成像技術(shù)

中圖分類號：G804.8" " " " " 學(xué)科代碼：040302" " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14036/j.cnki.cn11-4513.2025.01.011

Abstract" Objective：To explore the influence of exercise intensities and different task difficulties on the image recognition and decision-making of orienteering athletes with different levels. Method： Adopting 2 （exercise level： expert， novice） ×2 （exercise intensities：resting-state，high intensity） ×2 （exercise difficulties：simple map，complex map）. In the three-factor mixed experimental design， near-infrared functional imaging （fNIRS） was used to measure the concentration of Oxy-Hb in prefrontal cortex （PFC） of oriented-athletes during the mapping decision task. Results： 1） The accuracy of image recognition decision decreased significantly with the increase of task difficulty and exercise intensity; the expert group was significantly higher than the novice group， and the resting-state group was significantly higher than the high-intensity group. 2） Oxy-Hb activation in left dorsolateral prefrontal lobe （L-DLPFC） and left ventrolateral prefrontal lobe （L-VLPFC） showed group differences， and the expert group was significantly lower than the novice group. With the exceptionof the left frontal polar region （L-FOA）， Oxy-Hb activation in the remaining brain regions was affected by exercise intensity， showing a high intensity significantly lower than the resting state. With the change of task difficulty， Oxy-Hb activation in the left dorsolateral prefrontal lobe （L-DLPFC） was enhanced， which was significantly greater than that in simple maps under complex map conditions. 3）In the resting state of a complex map， the blood oxygen activation level of L-DLPFC is significantly positively correlated with accuracy in the expert group. In the resting state of a simple map， the blood oxygen activation levels of L-DLPFC and R-VLPFC are both significantly positively correlated with accuracy in the novice group.Conclusion： The map-reading decision-making task in orienteering is constrained by the intensity of exercise and the difficulty of the task. Expert athletes have certain cognitive advantages， demonstrating higher task performance and lower blood oxygen activation in relevant brain regions of the prefrontal cortex. Task difficulty results in specific activation of L-DLPFC， and the brain’s blood oxygen activation pattern also changes under high intensity.This research is of great significance for optimizing athletes’training strategies， improving competitive performance， and promoting the development of cognitive decision-making in sports.

Keywords" orienteering；image recognition decision；exercise intensity；fNIRS

識圖決策（Map Recognition Decision）是指在定向運(yùn)動比賽或訓(xùn)練中，運(yùn)動員根據(jù)地形、距離、可跑性等因素進(jìn)行地圖路線判斷，并做出最佳路線決策的過程［1-2］，識圖決策能力直接制約著選手的比賽成績。在運(yùn)動領(lǐng)域中，運(yùn)動決策主要包括直覺決策和認(rèn)知決策，直覺決策以直覺判斷為主導(dǎo)，而認(rèn)知決策主要依靠邏輯思維進(jìn)行判斷和決策，屬于復(fù)雜的信息加工過程［3］。目前，國內(nèi)外關(guān)于運(yùn)動決策的研究大部分集中于直覺決策，如：籃球［4］、足球［5］、手球［6］及棒球［7］，而認(rèn)知決策研究相對較少，定向運(yùn)動屬于典型的認(rèn)知決策類運(yùn)動項目［8］，通過對定向運(yùn)動項目識圖決策的研究將為運(yùn)動領(lǐng)域認(rèn)知決策研究提供新的視角及理論依據(jù)。

在運(yùn)動領(lǐng)域中，高水平運(yùn)動員的運(yùn)動決策能力被視為專家優(yōu)勢的主要表現(xiàn)。如在棋類項目中，專家棋手能夠憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)和深厚的棋藝，在復(fù)雜的棋局中做出更加合理的決策［9］，同樣，在足球、籃球等團(tuán)隊運(yùn)動項目中，專家運(yùn)動員在傳球、射門、防守等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的決策能力也明顯高于新手運(yùn)動員［10］。國內(nèi)專家劉陽等人利用眼動技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，高水平定向運(yùn)動員在完成識圖決策任務(wù)時，表現(xiàn)出專家認(rèn)知優(yōu)勢，具體體現(xiàn)為識圖能力強(qiáng)、工作記憶容量大、圖例識別速度快等特征［11］。此外，任務(wù)難度對運(yùn)動員的決策速度和準(zhǔn)確率具有顯著影響，在較簡單的任務(wù)中，運(yùn)動員能夠迅速做出決策，且準(zhǔn)確率較高，但隨著任務(wù)難度的增加，運(yùn)動員的決策速度會逐漸降低，準(zhǔn)確率也會受到一定影響［12］，如羽毛球運(yùn)動員在比賽中，隨著比賽進(jìn)程的推進(jìn)，對手技戰(zhàn)術(shù)的變化、對抗速度的加快，任務(wù)難度增加，從而影響預(yù)判決策的準(zhǔn)確性［13］；在定向運(yùn)動中，研究者比較了任務(wù)難度對普通練習(xí)者識圖決策的影響，發(fā)現(xiàn)行為結(jié)果存在顯著差異且前額葉皮層也表現(xiàn)出不同的血氧激活水平［14-15］。研究結(jié)果揭示了識圖決策的認(rèn)知特征，但相關(guān)研究缺乏不同水平運(yùn)動員的差異比較，尚不明確高水平運(yùn)動員在識圖決策任務(wù)時的認(rèn)知優(yōu)勢特征及相關(guān)的大腦神經(jīng)活動變化。

同時，已有研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動員的認(rèn)知決策表現(xiàn)與運(yùn)動強(qiáng)度密切相關(guān)，隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增加，對認(rèn)知能力產(chǎn)生一定的影響［16-17］。持續(xù)高強(qiáng)度運(yùn)動會導(dǎo)致運(yùn)動員身體機(jī)能下降，注意力難以集中，如水球運(yùn)動員在訓(xùn)練或比賽中因持續(xù)進(jìn)行高強(qiáng)度沖刺和拼搶時產(chǎn)生疲勞，在這種情況下，運(yùn)動員會在傳球、射門或防守時出現(xiàn)判斷失誤，從而影響比賽結(jié)果［18］。在定向運(yùn)動比賽中同樣存在類似現(xiàn)象，在比賽中持續(xù)高強(qiáng)度運(yùn)動，運(yùn)動員往往會出現(xiàn)一些低級失誤，如，忽略地圖上的關(guān)鍵信息、方向選擇錯誤等［19］，這種現(xiàn)象很可能是因?yàn)檫x手的認(rèn)知決策能力受到了高運(yùn)動強(qiáng)度的制約［20］。但也有研究發(fā)現(xiàn)，高運(yùn)動強(qiáng)度有利于運(yùn)動員情景記憶的保留，能夠有效提升個體的注意力、記憶力和決策能力等認(rèn)知能力，在決策任務(wù)上的表現(xiàn)有所提升［21-23］。目前關(guān)于高運(yùn)動強(qiáng)度對認(rèn)知能力的影響尚不明確，因此，本研究將運(yùn)動強(qiáng)度作為控制變量，探究靜息態(tài)與高強(qiáng)度下定向運(yùn)動員識圖決策過程中的大腦神經(jīng)活動，揭示其內(nèi)在神經(jīng)特征。

功能性近紅外光譜技術(shù)（fNIRS）利用大腦組織的光穿透性來測量大腦皮層組織中的血流動力學(xué)變化指標(biāo)［24-25］。氧合血紅蛋白（Oxy-Hb）血氧濃度［26-27］，可以有效反映大腦區(qū)域神經(jīng)皮層的情況，進(jìn)而分析個體的認(rèn)知活動［28］。該技術(shù)目前已在運(yùn)動領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用［29-30］，已有研究發(fā)現(xiàn)，定向運(yùn)動員在不同的認(rèn)知任務(wù)下各腦區(qū)激活表現(xiàn)出顯著差異，為本研究提供了相關(guān)理論支撐［14，29］。由于前額葉是接收外部信息，將記憶等信息進(jìn)行整合并做出合理計劃的區(qū)域［31］，在認(rèn)知決策起著非常重要的作用［32］，研究表明，運(yùn)動強(qiáng)度的變化能夠引起前額葉血流量和血氧含量的顯著變化［33-34］。因此，本研究選取前額葉（PFC）來監(jiān)測定向運(yùn)動員在不同任務(wù)難度和不同運(yùn)動強(qiáng)度下的血氧濃度變化，以此探究定向運(yùn)動員識圖決策的腦加工機(jī)制。

研究采用功能性近紅外光譜成像技術(shù)，探究不同任務(wù)難度和運(yùn)動強(qiáng)度對不同水平定向運(yùn)動員識圖決策行為績效和腦神經(jīng)活動特征的影響。綜上，提出以下假設(shè)：1）在識圖決策任務(wù)過程中，高強(qiáng)度運(yùn)動會影響定向運(yùn)動員的行為績效，專家組表現(xiàn)出專項認(rèn)知優(yōu)勢；2）在識圖決策任務(wù)中，行為學(xué)與腦血氧濃度具有相關(guān)性，不同水平運(yùn)動員腦血氧表現(xiàn)出不同的激活特征，且不同的任務(wù)難度、運(yùn)動強(qiáng)度會造成Oxy-Hb的激活差異。

1" "研究對象與方法

1.1" 研究對象

選取32名定向運(yùn)動員，其中包括16名專家組，16名新手組成員。專家組年齡（21.07±1.58）歲，BMI指數(shù)為（21.0±0.7）kg/m2，技術(shù)等級一級以上，訓(xùn)練年限 6 年以上，每周訓(xùn)練頻次（4.00±0.46）次。新手組年齡（20.53±1.36）歲，BMI指數(shù)為（22.0±0.8）kg/m2，訓(xùn)練年限在半年以上，每周訓(xùn)練頻次（1.2±0.16）次。受試者標(biāo)準(zhǔn)：1）無腦創(chuàng)傷及精神疾病等；2）視力或矯正視力正常；3）右利手；4）熟練掌握定向運(yùn)動基礎(chǔ)知識；5）能夠熟知鍵盤按鍵位置，且未參加過類似實(shí)驗(yàn)。參加試驗(yàn)之前告知受試者整個實(shí)驗(yàn)流程以及注意事項，并簽署實(shí)驗(yàn)知情同意書。本研究已得到陜西師范大學(xué)倫理委員會的批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號：SNNU2023301）。

1.2" 實(shí)驗(yàn)設(shè)計和材料

實(shí)驗(yàn)采用 2（運(yùn)動水平：專家、新手）×2（運(yùn)動強(qiáng)度：靜息態(tài)、高強(qiáng)度）×2（任務(wù)難度：簡單地圖、復(fù)雜地圖）的三因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計。因變量為識圖決策正確率和前額葉各興趣區(qū)（ROI）的Oxy-Hb濃度變化。

識圖決策任務(wù)刺激材料：采用標(biāo)準(zhǔn)定向比賽中的真實(shí)點(diǎn)位場景地圖作為原材料，像素800×600，比例尺1∶4 000，并由3名專家進(jìn)行地圖難度5分評分，簡單地圖平均得分（1.2±0.6）分，復(fù)雜地圖平均得分（4.5±0.3）分［35］，簡單地圖為校園地圖（地圖多由房屋、道路等地物符號組成），復(fù)雜地圖為公園地圖（地圖由等高線等地貌符號和相關(guān)地物符號組成），每張地圖含12條路線規(guī)劃任務(wù)（如圖1所示）。

1.3" 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)儀器為便攜式功能性近紅外光譜成像儀LIGHTNIRS系統(tǒng)（島津，日本），以3種不同波長的近紅外光（780 mm、805 mm、830 mm），13.33 Hz的采樣率，對不同水平定向運(yùn)動員識圖決策任務(wù)時不同腦區(qū)的氧合血紅蛋白（Oxy-Hb）血氧濃度進(jìn)行采集［36-37］。通道布局采用2×8個光極探頭（8個發(fā)射光極和8個接收光極）的多通道相連布局，共組成22個通道，利用3D數(shù)字儀（FASTRAK系統(tǒng)）定位光極位置，通過NIRS_SPM軟件空間概率配準(zhǔn)方法確定各通道位置的MNI位置坐標(biāo)，在成人布羅德曼區(qū)（Brodmann）圖譜中查找對應(yīng)腦區(qū)，劃分出8個興趣區(qū)（region of interest，ROI）：R-DLPFC、L-DLPFC、R-FOA、L-FOA、R-VLPFC、L-VLPFC、R-OFA和L-OFA，如圖2所示。

1.4" 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)分為兩個階段，練習(xí)階段和正式測試階段，練習(xí)階段：在實(shí)驗(yàn)前告知受試者整個實(shí)驗(yàn)流程以及注意事項，并提醒受試者在實(shí)驗(yàn)過程中保持頭部的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)采用手繪方式進(jìn)行路線決策，首先受試者坐在自行車上采集30 000 ms靜息態(tài)下的電生理信息（靜息態(tài)和高強(qiáng)度任務(wù)前均需采集），完成后提醒受試者開始實(shí)驗(yàn)測試。進(jìn)行高強(qiáng)度任務(wù)之前受試者先做準(zhǔn)備活動，做完準(zhǔn)備活動后，讓受試者在功率自行車進(jìn)行大負(fù)荷運(yùn)動，實(shí)驗(yàn)負(fù)荷為每隔5 min遞增25 W功率持續(xù)運(yùn)動，保持轉(zhuǎn)數(shù)55～65轉(zhuǎn)/min的勻速蹬車［38］。實(shí)驗(yàn)中使用HRV檢測儀對心率進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，按照美國運(yùn)動醫(yī)學(xué)會（ACSM）運(yùn)動測試與運(yùn)動處方指南，確定高強(qiáng)度為76%～96%HRmax（HRmax=208-0.7×年齡）［39］。測試場景見圖3。

靜息態(tài)條件下識圖決策測試：測試地圖每個難度共有11個目標(biāo)點(diǎn)位，受試者從地圖的起點(diǎn)出發(fā)，完成12次路線決策最后到達(dá)終點(diǎn)，每4次路線決策為一個組塊（block）（大約40 s），總共3個組塊，每完成一個組塊休息20 s。高強(qiáng)度識圖決策同靜息態(tài)，但每一個組塊間繼續(xù)完成騎行任務(wù)，保持高強(qiáng)度運(yùn)動狀態(tài)。每個條件測試間隔24 h，保證受試者體力與腦力完全恢復(fù)，正式試驗(yàn)階段與練習(xí)階段相同（如圖4所示）。

1.5" 數(shù)據(jù)采集與分析

行為學(xué)數(shù)據(jù)：首先，請3名定向運(yùn)動專家對所有受試者路線決策結(jié)果進(jìn)行5分制評定并取平均值作為最終成績，然后換算為百分比［11］，首先對正確率進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，S-W檢驗(yàn)結(jié)果顯示，服從正態(tài)分布。采用2（運(yùn)動水平：專家、新手）×2（運(yùn)動強(qiáng)度：靜息態(tài)、高強(qiáng)度）×2（任務(wù)難度：簡單地圖、復(fù)雜地圖）進(jìn)行三因素混合方差分析，對識圖決策任務(wù)中行為學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

fNIRS數(shù)據(jù)：利用fNIRS設(shè)備自帶軟件對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，基于Matlab（R2013b）平臺的NIRS_SPM軟件，通過修正的比爾－朗伯定律將光強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為血氧數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，消除異常值，提高信噪比，使整體濾波后的信號便于后續(xù)計算分析［MNI坐標(biāo)配準(zhǔn)；基于一般線性模型（GLM）的設(shè)計矩陣的構(gòu)建；基于具有時間導(dǎo)數(shù)的血流動力學(xué)響應(yīng)函數(shù)（HRF）的低通濾波器；基于小波分析法（wavelet-MDL）的高通濾波器］；然后對任務(wù)條件下的β值進(jìn)行評估，作為相應(yīng)通道的激活指標(biāo)。采用 2（運(yùn)動水平：專家、新手）×2（任務(wù)難度：簡單地圖、復(fù)雜地圖）×2（運(yùn)動強(qiáng)度：靜息態(tài)、高強(qiáng)度）三因素混合方差分析，將興趣區(qū)（ROI）所包含各通道的β進(jìn)行平均，該均值即為該ROI激活強(qiáng)度，運(yùn)用SPSS27.0進(jìn)行分析，并對存在交互效應(yīng)的變量進(jìn)行簡單效應(yīng)分析，plt;0.05被認(rèn)為是具有統(tǒng)計學(xué)意義。所有數(shù)據(jù)均使用SPSS27.0進(jìn)行統(tǒng)計和分析，多重比較采用Bonferroni法進(jìn)行校正。

2" "結(jié)果

2.1" 行為學(xué)結(jié)果

為了探索專家組和新手組在不同運(yùn)動強(qiáng)度和不同任務(wù)難度下的行為學(xué)指標(biāo)差異，對行為學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，描述性結(jié)果如表1所示。

結(jié)果顯示，運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=58.141，plt;0.001，η2=0.839］，專家組正確率顯著大于新手組，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=441.618，plt;0.001，η2=0.770］，靜息態(tài)下的正確率顯著大于高強(qiáng)度，任務(wù)難度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=67.105，plt;0.001，η2=0.337］，簡單地圖正確率顯著大于復(fù)雜地圖；運(yùn)動水平×運(yùn)動強(qiáng)度交互效應(yīng)顯著［F（1，30）=20.148，plt;0.01，η2=0.132］，簡單效應(yīng)分析，在靜息態(tài)下，運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=4.953，plt;0.05，η2=0.036］，專家組的正確率顯著大于新手組，在高強(qiáng)度下，運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=73.884，plt;0.001，η2=0.357］，專家組正確率顯著大于新手組；專家組運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=109.383，plt;0.001，η2=0.451］，靜息態(tài)時的正確率顯著大于高強(qiáng)度，新手組運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=440.845，plt;0.001，η2=0.768］，靜息態(tài)時的正確率顯著大于高強(qiáng)度。運(yùn)動水平×任務(wù)難度交互效應(yīng)不顯著；任務(wù)難度×運(yùn)動強(qiáng)度交互效應(yīng)顯著［F（1，30）=4.499，plt;0.05，η2=0.033］，簡單效應(yīng)分析，在靜息態(tài)下，任務(wù)難度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=16.783，plt;0.01，η2=0.124］，簡單地圖正確率顯著大于復(fù)雜地圖，在高強(qiáng)度下，任務(wù)難度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=56.147，plt;0.01，η2 =0.297］，簡單地圖的正確率顯著大于復(fù)雜地圖；在簡單地圖條件下，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=184.481，plt;0.001，η2=0.581］，靜息態(tài)正確率顯著大于高強(qiáng)度，在復(fù)雜地圖條件下，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=280.435，plt;0.001，η2=0.678］，靜息態(tài)正確率顯著大于高強(qiáng)度下的正確率；三者交互效應(yīng)不顯著。以上結(jié)果表明，在不同條件下，專家組正確率均高于新手組；在簡單地圖下，專家組和新手組的正確率高于復(fù)雜地圖；靜息態(tài)下專家組和新手組的正確率顯著高于高強(qiáng)度。

2.2" fNIRS結(jié)果

探究不同水平運(yùn)動員不同任務(wù)難度、運(yùn)動強(qiáng)度下各興趣區(qū)Oxy-Hb濃度的變化，對收集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表2和圖5所示。

2.2.1" 右側(cè)背外側(cè)前額葉（R-DLPFC）

運(yùn)動水平主效應(yīng)不顯著，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=17.957，plt;0.001，η2 =0.140］，靜息態(tài)下血氧濃度顯著高于高強(qiáng)度，任務(wù)難度主效應(yīng)不顯著；運(yùn)動水平×運(yùn)動強(qiáng)度交互效應(yīng)顯著［F（1，30）=11.704，plt;0.01，η2=0.096］；簡單效應(yīng)分析，在靜息態(tài)下，運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=7.803，plt;0.01，η2=0.066］，新手組的血氧濃度顯著大于專家組，在高強(qiáng)度下，運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=4.212，p＜0.05，η2=0.037］，新手組的血氧濃度顯著大于專家組；新手組運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=3.64，plt;0.05，η2=0.03］，靜息態(tài)顯著高于高強(qiáng)度；專家組運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=27.019，plt;0.001，η2=0.197］，靜息態(tài)下的血氧濃度顯著大于高強(qiáng)度，其余交互效應(yīng)均不顯著。

2.2.2" 左側(cè)背外側(cè)前額葉（L-DLPFC）

運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=5.868，plt;0.05，η2=0.003］，新手組的血氧濃度顯著大于專家組，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=5.035，plt;0.05，η2=0.044］，靜息態(tài)下的血氧濃度顯著大于高強(qiáng)度，任務(wù)難度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=5.416，plt;0.05，η2=0.047］，復(fù)雜地圖下的血氧濃度顯著大于簡單地圖；交互效應(yīng)均不顯著。

2.2.3" 右側(cè)額極區(qū)（R-FOA）

運(yùn)動水平效應(yīng)不顯著，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=9.868，plt;0.05，η2=0.082］，靜息態(tài)血氧濃度大于高強(qiáng)度，任務(wù)難度主效應(yīng)不顯著；運(yùn)動水平×運(yùn)動強(qiáng)度交互效應(yīng)顯著［F（1，30）=8.518，plt;0.05，η2=0.072］；簡單效應(yīng)分析，在靜息態(tài)下，運(yùn)動水平主效應(yīng)不顯著，高強(qiáng)度下，運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=10.066，plt;0.05，η2=0.084］，新手組血氧濃度顯著大于專家組；新手組運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=2.07，plt;0.05，η2=0.001］，靜息態(tài)血氧濃度顯著高于高強(qiáng)度；專家組運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=16.916，plt;0.01，η2=0.133］，靜息態(tài)下的血氧濃度顯著大于高強(qiáng)度；其余交互效應(yīng)均不顯著。

2.2.4" 左側(cè)額極區(qū)（L-FOA）

該腦區(qū)運(yùn)動水平、任務(wù)難度、運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)以及交互效應(yīng)均不顯著。

2.2.5" 右側(cè)腹外側(cè)前額葉（R-VLPFC）

運(yùn)動水平、任務(wù)難度主效應(yīng)不顯著，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=39.266，plt;0.001，η2=0.263］，靜息態(tài)下的血氧濃度顯著大于高強(qiáng)度；交互效應(yīng)均不顯著。

2.2.6" 左側(cè)腹外側(cè)前額葉（L-VLPFC）

運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=12.627，plt;0.01，η2=0.103］，新手組的血氧濃度顯著高于專家組，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=45.729，plt;0.001，η2=0.294］，靜息態(tài)血氧濃度顯著高于高強(qiáng)度，任務(wù)難度主效應(yīng)不顯著；交互效應(yīng)均不顯著。

2.2.7" 右側(cè)眶額區(qū)（R-OFA）

運(yùn)動水平、任務(wù)難度主效應(yīng)不顯著，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=24.986，plt;0.01，η2=0.185］，靜息態(tài)血氧濃度顯著高于高強(qiáng)度；運(yùn)動水平×運(yùn)動強(qiáng)度交互效應(yīng)顯著［F（1，30）=6.975，plt;0.01，η2=0.06］，簡單效應(yīng)分析，在靜息態(tài)下，運(yùn)動水平主效應(yīng)不顯著，在高強(qiáng)度下，運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著［F（1，30）=9.927，plt;0.05，η2=0.083］，新手組的血氧濃度顯著高于專家組；新手組運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=3.034，plt;0.05，η2=0.27］，靜息態(tài)下的血氧濃度顯著高于高強(qiáng)度；專家組運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=26.872，plt;0.01，η2=0.196］，靜息態(tài)的血氧濃度顯著大于高強(qiáng)度下的運(yùn)動強(qiáng)度；其余交互效應(yīng)均不顯著。

2.2.8" 左側(cè)眶額區(qū)（L-OFA）

運(yùn)動水平、任務(wù)難度主效應(yīng)不顯著，運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著［F（1，30）=19.52，plt;0.01，η2=0.151］，靜息態(tài)血氧濃度顯著高于高強(qiáng)度；交互效應(yīng)均不顯著。

以上結(jié)果表明，不同運(yùn)動水平運(yùn)動員在L-DLPFC、L-VLPFC的血氧濃度具有顯著差異，具體的表現(xiàn)為新手組大于專家組；不同運(yùn)動強(qiáng)度在R-DLPFC、L-DLPFC、R-FOA、R-VLPFC、L-VLPFC、R-OFA和L-OFA血氧濃度有顯著差異，具體的表現(xiàn)為在靜息態(tài)下的血氧濃度顯著高于高強(qiáng)度；不同任務(wù)難度在L-DLPFC的血氧濃度具有顯著差異，具體的表現(xiàn)為復(fù)雜地圖大于簡單地圖。運(yùn)動水平與運(yùn)動強(qiáng)度交互作用下，在R-DLPFC、R-FOA、R-OFA中具有顯著差異，具體的表現(xiàn)為在新手組、專家組條件下運(yùn)動強(qiáng)度主效應(yīng)顯著，靜息大于高強(qiáng)度；在R-DLPFC中，靜息態(tài)、高強(qiáng)度條件下，運(yùn)動水平主效應(yīng)顯著新手大于專家組。

2.3" fNIRS數(shù)據(jù)與正確率的相關(guān)性結(jié)果

fNIRS數(shù)據(jù)分析結(jié)果見表3、圖6。

對2（運(yùn)動水平：新手組、專家組）×2（運(yùn)動強(qiáng)度：靜息態(tài)、高強(qiáng)度）×2（任務(wù)難度：簡單地圖、復(fù)雜地圖）在識圖決策任務(wù)中的行為學(xué)數(shù)據(jù)與8個興趣區(qū)的Oxy-Hb濃度值進(jìn)行相關(guān)性分析，得到如下結(jié)論。

在識圖決策任務(wù)中，fNIRS結(jié)果和正確率顯著相關(guān)，體現(xiàn)在：專家組復(fù)雜地圖靜息態(tài)，L-DLPFC（r=0.678，plt;0.01）血氧激活程度與正確率呈正相關(guān)，即正確率越高，血氧激活程度越高；新手組在簡單地圖靜息態(tài)下，L-DLPFC（r=0.533，plt;0.05），R-VLPFC（r=0.609，plt;0.05）血氧激活程度與正確率均呈正相關(guān)，即正確率越高，血氧激活程度越高。

3" "討論

3.1" 不同條件下定向運(yùn)動員識圖決策的行為績效分析

行為學(xué)結(jié)果顯示，專家組在不同條件下均表現(xiàn)出較高的行為績效，且兩個組別運(yùn)動員均表現(xiàn)出簡單地圖正確率顯著高于復(fù)雜地圖，靜息態(tài)正確率顯著高于高強(qiáng)度，表明不同水平定向運(yùn)動員在完成識圖決策任務(wù)時的行為績效受運(yùn)動強(qiáng)度和任務(wù)難度的影響，假設(shè)1得到驗(yàn)證。專家運(yùn)動員具有專項認(rèn)知優(yōu)勢，國內(nèi)劉陽等學(xué)者在對定向運(yùn)動員識圖決策過程中視覺搜索特征研究中發(fā)現(xiàn)，專家組識圖決策任務(wù)中具有較高的行為績效［40-41］，這可能與專家運(yùn)動員經(jīng)過長年專項訓(xùn)練具有較強(qiáng)的視覺搜索、符號識別、信息轉(zhuǎn)換的能力相關(guān)［42］。根據(jù)認(rèn)知加工理論模型，運(yùn)動員在運(yùn)動決策情景中首先是輸入信息，對關(guān)鍵信息進(jìn)行記錄，然后對信息進(jìn)行加工處理，為運(yùn)動決策做好準(zhǔn)備，高水平運(yùn)動員這一過程中表現(xiàn)出較高的視覺搜索效率以及多信息組塊加工的記憶提取特征［43-44］。任務(wù)難度和運(yùn)動強(qiáng)度的變化會影響運(yùn)動員認(rèn)知資源的分配與能量的消耗，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動員持續(xù)高強(qiáng)度運(yùn)動時運(yùn)動表現(xiàn)顯著下降［45-46］，這與本研究結(jié)果一致。運(yùn)動能力的下降可能是由于疲勞影響了運(yùn)動員的神經(jīng)傳導(dǎo)速度，以及高強(qiáng)度運(yùn)動會消耗大量的能量，運(yùn)動員大腦氧氣供應(yīng)不足，影響大腦的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致認(rèn)知能力下降［47］，表現(xiàn)在運(yùn)動員的選擇注意力、集中注意力明顯降低［48］。此外易妍等研究發(fā)現(xiàn)，定向運(yùn)動員在完成簡單任務(wù)時的行為績效顯著高于復(fù)雜任務(wù)［15］，本研究發(fā)現(xiàn)復(fù)雜地圖下，專家組與新手組行為績效均顯著下降，這可能是由于在高認(rèn)知負(fù)荷條件下，占用和消耗運(yùn)動員更多的注意資源，不利于中樞資源的合理分配［49］，且在運(yùn)動員大腦處理的信息量達(dá)到個體所能承受的極限時，工作效率也會顯著降低，因而表現(xiàn)出較低的正確率。以上的研究結(jié)果可以得出，在高任務(wù)難度、高運(yùn)動強(qiáng)度下，無論是專家組還是新手組運(yùn)動員，皆表現(xiàn)出相對較低的行為績效。

由于本研究用正確率來比較專家組和新手組定向運(yùn)動員在識圖決策任務(wù)中的差異，只是反映二者之間的行為學(xué)結(jié)果，無法了解其內(nèi)在機(jī)制以及運(yùn)動強(qiáng)度和任務(wù)難度改變下大腦的神經(jīng)活動，因此借助fNIRS來監(jiān)測任務(wù)過程中大腦前額葉皮質(zhì)區(qū)的變化。

3.2" 定向運(yùn)動員識圖決策的腦激活表現(xiàn)

fNIRS結(jié)果顯示，專家組腦區(qū)大腦Oxy-Hb激活顯著低于新手組，大量研究表明，專項認(rèn)知能力與血氧激活程度呈負(fù)相關(guān)，即認(rèn)知能力越強(qiáng)，血氧激活程度越低［50］，這種激活差異可能是由于腦認(rèn)知加工造成，專家組成員普遍具有專項認(rèn)知優(yōu)勢，有學(xué)者認(rèn)為高水平定向運(yùn)動員經(jīng)過長時間的訓(xùn)練和比賽積累了大量的知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠在較短的時間內(nèi)進(jìn)行合理的任務(wù)決策，而新手組運(yùn)動員在進(jìn)行任務(wù)決策時，無法快速篩選和處理相關(guān)信息，需動用更多的認(rèn)知資源，表現(xiàn)出較高的血氧激活特征［29，51］。神經(jīng)效率假說也為其提供了依據(jù)，該假說認(rèn)為，相關(guān)領(lǐng)域的認(rèn)知表現(xiàn)越好，與之相關(guān)的大腦皮層激活強(qiáng)度越低，主要是源于大腦的神經(jīng)資源被保存和自動化，顯現(xiàn)出大腦皮層神經(jīng)的高效率［52］。這也可能是專家組在復(fù)雜地圖靜息態(tài)下L-DLPFC的腦血氧激活與正確率均呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)的原因。在本研究中不同水平定向運(yùn)動員出現(xiàn)腦區(qū)激活差異，新手組定向運(yùn)動員在識圖決策任務(wù)中L-VLPFC、L-DLPFC的血氧激活顯著高于專家組，在高強(qiáng)度條件下，R-DLPFC的血氧激活新手組也顯著大于專家組。以往研究證實(shí)，認(rèn)知功能與PFC密切相關(guān)［53］，VLPFC、DLPFC作為前額葉皮質(zhì)的主要功能區(qū)，在注意選擇、抑制控制、工作記憶、運(yùn)動決策過程中起著關(guān)鍵性作用［54-55］。Corballis等指出大腦左半球主要是處理局部細(xì)節(jié)，如文字和物體的細(xì)節(jié)，而右半球?qū)φw空間關(guān)系、圖形和空間導(dǎo)航更為敏感［56］，在識圖決策過程中，需要定向運(yùn)動員對地圖中的符號信息進(jìn)行識別，因而表現(xiàn)出L-VLPFC、L-DLPFC激活顯著。Dietrich等研究發(fā)現(xiàn)，大腦皮層認(rèn)知資源有限，不同腦區(qū)需要競爭資源的優(yōu)先使用權(quán)［57］，也解釋了進(jìn)一步證實(shí)DLPFC、VLPFC的功能，都對于識圖決策的認(rèn)知加工過程至關(guān)重要。而新手組運(yùn)動員對于地圖符號的識別、圖景的匹配等能力相對較差，導(dǎo)致新手在簡單地圖下呈現(xiàn)出相關(guān)性，也證實(shí)了任務(wù)難度影響著不同水平運(yùn)動員的腦血氧激活與行為學(xué)結(jié)果。

在不同運(yùn)動強(qiáng)度條件下，大腦前額葉皮層的大部分區(qū)域均表現(xiàn)出靜息態(tài)血氧激活顯著高于高強(qiáng)度，且在簡單地圖靜息態(tài)下新手組L-DLPFC、R-VLPFC，以及復(fù)雜地圖靜息態(tài)下專家組L-DLPFC的腦血氧激活水平與正確率均呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)。相關(guān)研究證實(shí)，DLPFC、VLPFC、FOA在運(yùn)動決策過程中扮演著重要角色［58-59］，OFA與處理平衡狀態(tài)等內(nèi)部信息的皮層結(jié)構(gòu)相關(guān)［60］，持續(xù)高強(qiáng)度運(yùn)動導(dǎo)致疲勞PFC激活顯著降低。能量-認(rèn)知模型（Cognitive-Energetical Model）認(rèn)為，由于持續(xù)高強(qiáng)度運(yùn)動，機(jī)體能量大量的消耗，大腦供能不足［61］，這時運(yùn)動員工作效率降低，腦激活顯著下降，表現(xiàn)出選擇注意力下降，注意力難以集中［62］；Romain等指出高強(qiáng)度運(yùn)動會導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)失衡，大量的神經(jīng)遞質(zhì)釋放和變化，可能會影響大腦的興奮性和抑制性導(dǎo)致認(rèn)知功能下降［63］，且隨著高強(qiáng)度運(yùn)動時長的不斷增加，代謝廢物的積累也會對大腦產(chǎn)生負(fù)面影響，如乳酸等代謝廢物會干擾神經(jīng)元的正?；顒?，降低神經(jīng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)速度和反應(yīng)速度，大腦神經(jīng)元對肌肉活動的抑制增加［64］，運(yùn)動員短時記憶力、心理運(yùn)動能力和視覺辨別力下降［65］，同時這也可能是專家與新手均在靜息態(tài)下行為績效與相關(guān)腦區(qū)腦激活呈現(xiàn)出相關(guān)性的原因［66］，表明在靜息態(tài)下有利于定向運(yùn)動員做識圖決策任務(wù)。

且在不同任務(wù)難度條件下，L-DLPFC激活顯著，同時隨著任務(wù)難度的增加PFC激活顯著增加，由于任務(wù)難度越大，運(yùn)動員需要更加集中的注意力，腦力負(fù)荷大，需要消耗更多的認(rèn)知資源，從而導(dǎo)致腦激活較高［67］，為PFC提供更多的能源物質(zhì)以供其消耗，該結(jié)果與以往的研究結(jié)果一致［68］。同時在該研究結(jié)果中顯示L-DLPFC激活顯著，可能是由于大腦自身的功能結(jié)構(gòu)造成的差異［56］。張文等對定向運(yùn)動員不同認(rèn)知負(fù)荷下腦加工的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜地圖運(yùn)動員需要更為集中的注意力，隨任務(wù)難度的變大，血氧激活程度也隨之增大［69］。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在簡單地圖下血氧激活低于復(fù)雜地圖，由于在復(fù)雜地圖條件下，地圖信息多用等高線表示地貌，等高線信息需要進(jìn)行抽象的三維想象，將平面信息變?yōu)榱Ⅲw信息［14，69］。簡單地圖符號特征便于識別，任務(wù)相對較為簡單，腦區(qū)資源易分配，難度遠(yuǎn)低于復(fù)雜地圖，以及根據(jù)腦區(qū)功能差異，造成L-DLPFC腦區(qū)表現(xiàn)出特異性激活。

3.3" 局限性與展望

研究采用fNIRS設(shè)備研究定向運(yùn)動員在識圖決策任務(wù)下的腦加工特征，使用22通道模型，因設(shè)備通道限制未能對全腦區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測與分析，只能探測大腦的核心認(rèn)知區(qū)域（大腦前額葉皮層）的神經(jīng)活動特征，未來研究可進(jìn)一步優(yōu)化通道分布與布局，進(jìn)行全腦監(jiān)測。此外，功率自行車雖能很好調(diào)控運(yùn)動強(qiáng)度，但它無法完全模擬定向運(yùn)動員在真實(shí)比賽的環(huán)境，未來研究可通過VR模擬現(xiàn)實(shí)場景，進(jìn)一步提高研究的生態(tài)效度。

4" "結(jié)論

定向運(yùn)動的識圖決策任務(wù)受任務(wù)難度、運(yùn)動強(qiáng)度的制約，專家具有一定的認(rèn)知優(yōu)勢，表現(xiàn)出較高的任務(wù)績效和前額葉皮層相關(guān)腦區(qū)更低的血氧激活；任務(wù)難度造成L-DLPFC的特異性激活，在高強(qiáng)度下大腦血氧激活模式也發(fā)生改變；腦激活變化與認(rèn)知行為表現(xiàn)存在相關(guān)性，且受運(yùn)動水平、運(yùn)動強(qiáng)度以及任務(wù)難度的制約，并體現(xiàn)在不同的腦區(qū)；本研究對于優(yōu)化運(yùn)動員訓(xùn)練策略、提升競技水平以及推動運(yùn)動領(lǐng)域認(rèn)知決策研究具有重要意義。

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收稿日期：2024-01-08

基金項目：教育部人文社科項目（23YJAZH087）；陜西省社會科學(xué)基金項目（2022P003）。

第一作者簡介：胡芳芳（1999—），女，碩士在讀，研究方向?yàn)檫\(yùn)動訓(xùn)練理論與方法。E-mail：2956935655@snnu.edu.cn。

通信作者簡介：劉陽（1979—），男，博士，教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動領(lǐng)域的注意、記憶與決策。E-mail：liuyang0330@snnu.edu.cn。

作者單位：1.陜西師范大學(xué)體育學(xué)院，陜西西安710119；2.新疆工業(yè)學(xué)院通識學(xué)院，新疆和田 848000。

1.School of Physical Education， Shaanxi Normal University， Xian， Shaanxi 710119， China；2.General College of Xinjiang University of Technology， Hetian， Xinjiang 848000， China.