生物反饋訓(xùn)練在運動中的應(yīng)用

蔣長好， 孔維民，陳婷婷

(1.首都體育學(xué)院,北京市“運動機能評定和技術(shù)分析”重點實驗室,北京 100191；2.徐州師范大學(xué) 連云港校區(qū)，江蘇 連云港 222000；3.北京市海淀區(qū)教師進修學(xué)校,北京 100195)

生物反饋訓(xùn)練在運動中的應(yīng)用

蔣長好1， 孔維民2，陳婷婷3

(1.首都體育學(xué)院,北京市“運動機能評定和技術(shù)分析”重點實驗室,北京 100191；2.徐州師范大學(xué) 連云港校區(qū)，江蘇 連云港 222000；3.北京市海淀區(qū)教師進修學(xué)校,北京 100195)

生物反饋是通過一系列訓(xùn)練步驟學(xué)習(xí)控制、調(diào)節(jié)身體機能的一種方法.生物反饋訓(xùn)練不僅可以調(diào)整運動喚醒水平、增強運動員的情緒調(diào)節(jié)與控制能力、促進運動技能發(fā)展和提高運動表現(xiàn)，也有助于運動損傷及疾病的運動康復(fù).進一步的研究需要拓展生物反饋訓(xùn)練指標、加強訓(xùn)練項目的針對性并注意提高研究的外部效度.

生物反饋；運動表現(xiàn)；心理生理調(diào)節(jié)

引 言

生物反饋是通過一系列訓(xùn)練步驟學(xué)習(xí)控制、調(diào)節(jié)身體機能的一種方法，生物反饋可以提供的信息包括肌肉的緊張程度、皮膚的表面溫度、皮膚的導(dǎo)電量、血壓、心率及腦電活動等等.這一技術(shù)利用電子設(shè)備將機體內(nèi)與心理生理過程有關(guān)的信息進行選擇性處理，使其以視覺、聽覺等形式在儀器上顯示出來，個體通過學(xué)習(xí)與控制儀器所提供的外部反饋信號，了解原來并不為他所感知的身體狀況變化過程，并根據(jù)變化逐漸學(xué)會在一定程度上隨意控制和糾正這些活動，從而達到自我調(diào)節(jié)內(nèi)部心理生理變化、優(yōu)化身心狀態(tài)的目的[1].

生物反饋技術(shù)最早是根據(jù)巴甫洛夫的經(jīng)典條件反射理論而發(fā)展起來的，這一技術(shù)從20世紀70年代開始在運動界廣泛應(yīng)用，近40年來取得了一批優(yōu)秀的研究成果.當(dāng)前生物反饋訓(xùn)練主要用于調(diào)整運動員喚醒水平、提高運動員的情緒調(diào)節(jié)與控制能力，促進其運動表現(xiàn)，此外也用于運動損傷及疾病的運動康復(fù).本文對已有的研究進行回顧與整理，期望有助于相關(guān)研究的開展.

1 生物反饋訓(xùn)練在運動實踐中的應(yīng)用

生物反饋訓(xùn)練在運動實踐中的應(yīng)用主要分為競技運動領(lǐng)域和運動康復(fù)領(lǐng)域.由于服務(wù)對象不同、采用的技術(shù)和訓(xùn)練手段也不盡相同.

1.1 競技運動領(lǐng)域

競技運動領(lǐng)域的生物反饋主要用于運動員的訓(xùn)練，其最終目的是提高運動員的運動表現(xiàn).一些研究發(fā)現(xiàn)，生物反饋訓(xùn)練對運動表現(xiàn)具有促進作用.如一項研究將游泳運動員隨機分為實驗組和控制組，實驗組除了和控制組接受同樣的游泳訓(xùn)練后，還另外接受生物反饋訓(xùn)練.研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過為期3個半月的生物反饋訓(xùn)練后，實驗組的游泳技能水平和游泳成績出現(xiàn)了穩(wěn)定的進步，而控制組僅有一些較小幅度的進步[2].另一項研究以16名備戰(zhàn)2008年奧運會加拿大國家隊運動員為研究對象，這些運動員接受為期3年生物反饋訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過生物反饋訓(xùn)練后，所有隊員均提高了運動成績，其中2名運動員還在奧運比賽中獲得了獎牌[3].生物反饋對運動表現(xiàn)的促進主要是通過調(diào)整喚醒水平、增強自我控制能力和提高注意穩(wěn)定性而實現(xiàn)的.

1.1.1 調(diào)整喚醒水平 良好的競技狀態(tài)與賽前最佳喚醒水平是決定運動表現(xiàn)的重要因素.按照Yerkes-Dodson定律，喚醒水平與表現(xiàn)之間的關(guān)系，可以描繪成一條倒轉(zhuǎn)的U型曲線.由低喚醒水平到中等喚醒水平的臨界點以前，隨著喚醒水平的提高，表現(xiàn)也將隨之提高，當(dāng)喚醒水平超過中等喚醒水平的臨界點后繼續(xù)向高度喚醒方向發(fā)展，將導(dǎo)致表現(xiàn)的下降.對運動員來說，更多的情況下是需要降低喚醒水平.已有研究表明，生物反饋訓(xùn)練是一種有效的干預(yù)方法，有助于降低運動員的喚醒水平.如Pinel[4]等研究發(fā)現(xiàn)，比賽前的肌肉張力過高，以及喚醒水平高都會降低運動員的比賽成績，通過肌電反饋技術(shù)可以幫助運動員對身體進行適度的放松、緩解肌肉緊張，消除身體的過度喚醒；宋淑賢[4]等利用肌電反饋儀對射箭運動員進行現(xiàn)場即時反饋訓(xùn)練.發(fā)現(xiàn)經(jīng)過訓(xùn)練可明顯地降低肌電值和過高的喚醒水平，并幫助射箭運動員提高從開弓到撒放過程中主要工作肌肉用力的一致性，從而提高動作的穩(wěn)定性.

進一步的研究發(fā)現(xiàn)，生物反饋不僅僅是對隨意肌有效，對自主神經(jīng)系統(tǒng)所控制的內(nèi)臟功能，如血管、氣管腸道平滑肌緊張度，呼吸、脈搏的節(jié)律同樣有效.如殷恒嬋[6]等以優(yōu)秀運動員為實驗對象，采用多項生理指標的測試生物反饋技術(shù)的訓(xùn)練效果.研究發(fā)現(xiàn)，與訓(xùn)練前相比，訓(xùn)練后運動員肌電、皮電和心率等生理指標明顯向理想的趨勢發(fā)展.

總之，相關(guān)研究通過觀測和控制不同的生物反饋指標，有助于發(fā)現(xiàn)運動員的最佳喚醒點，并且將其運用在運動員的競技比賽中，將運動員的過度喚醒轉(zhuǎn)化為能量，從而使運動員進入良好的競賽狀態(tài).

1.1.2 增強自我控制能力 運動員的競技狀態(tài)經(jīng)常會受到心率、手足溫度、呼吸速率等自主神經(jīng)活動的影響，一些研究者利用生物反饋提升自控能力，擴大自身的優(yōu)勢.國內(nèi)一項研究綜合采用肌電、皮電、皮溫、血流量指標分析了生物反饋對擊劍運動員的心理調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)生物反饋訓(xùn)練能夠提高擊劍運動員的心理控制能力[7]；另有研究者將單一的反饋指標用之于不同類型的運動項目，如王惠民、崔秋耕[8]利用肌電反饋儀，對高水平游泳、舉重、體操和跳水運動員進行訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)以肌電反饋法為核心的訓(xùn)練可以提高運動員表象水平，提高心理控制能力.

除了上述的外周生理指標以外，近些年采用大腦神經(jīng)指標的反饋訓(xùn)練日益受到重視.一些研究還比較了大腦神經(jīng)反饋訓(xùn)練和傳統(tǒng)心率反饋訓(xùn)練的情緒調(diào)節(jié)效果.如Raymond[9]等人將接受同樣舞蹈練習(xí)的運動員隨機分為腦電生物反饋訓(xùn)練組、心跳變異反饋訓(xùn)練組以及控制組3個組別，除了控制組以外，兩個反饋組分別接受為期4周的反饋訓(xùn)練.結(jié)果表明，與控制組相比，兩個生物反饋訓(xùn)練組經(jīng)過訓(xùn)練后，運動成績提高更大，而且腦電反饋訓(xùn)練組的整體舞蹈運動表現(xiàn)顯著優(yōu)于心跳變異性訓(xùn)練組.研究還發(fā)現(xiàn)，腦電反饋訓(xùn)練能更有效降低消極情緒并增加積極情緒，因此使得被訓(xùn)練者對節(jié)奏有更好的敏感性.

上述研究表明，生物反饋技術(shù)可以作為增強運動員情緒自控能力的一種有效的手段.進一步研究還發(fā)現(xiàn)，這一方法結(jié)合表象和放松等心理訓(xùn)練方法，會取得更佳的情緒調(diào)節(jié)效果.

1.1.3 提高注意穩(wěn)定性 運動成績的好壞與運動員的注意集中和穩(wěn)定程度有密切的關(guān)系，尤其在需要高度穩(wěn)定的射擊、射箭及高爾夫推桿等閉鎖性運動項目中，注意的集中與穩(wěn)定往往是影響運動表現(xiàn)的主要因素.已有研究發(fā)現(xiàn)，通過生物反饋手段，可以幫助運動員改善注意，進而提高運動表現(xiàn).如一項研究以30名籃球運動員為被試，將他們隨機分為實驗組、安慰劑組和控制組，實驗組接受連續(xù)10天、每天20分鐘的心率變異性反饋訓(xùn)練，安慰劑組看同樣時間的視頻，控制組不接受任何干預(yù)，在訓(xùn)練開始、10天后和1個月后分別測量被試的心率變異性、注意集中性、反應(yīng)時間和投籃成績.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與安慰劑組和控制組相比，生物反饋訓(xùn)練組在訓(xùn)練后心率變異性分數(shù)提高、注意集中能力得到改善，投籃成績也顯著提高.這一結(jié)果提示，生物反饋訓(xùn)練是有助于改善注意、提高運動表現(xiàn)[10]；另一項以高水平高爾夫運動員為被試的研究發(fā)現(xiàn)，采用中線額區(qū)的θ波反饋訓(xùn)練后，運動員的注意和運動成績得到了提高[11].

也有研究發(fā)現(xiàn)運動員注意集中和左側(cè)顳葉α波功率增加相關(guān)聯(lián).如一項研究將28名體操運動員分為實驗組和控制組，實驗組參與連續(xù)15天、每天1次的腦電反饋訓(xùn)練，控制組不參加訓(xùn)練，比較兩組干預(yù)前后的腦電活動特征.研究表明，與控制組被試相比，實驗組被試的在腦電反饋訓(xùn)練后，其左側(cè)顳葉α波功率上升，同時注意穩(wěn)定性和切換能力提高，并在競賽期間發(fā)揮更為穩(wěn)定.α功率上升代表放松，左腦α波功率增加可以視為減少語言與邏輯分析，轉(zhuǎn)而偏向右腦之視覺空間處理，左右腦的腦波活動消長是注意集中過程轉(zhuǎn)換的表現(xiàn).本研究結(jié)果提示，腦電生物反饋訓(xùn)練有助于促進運動員大腦網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)回路能快速進入動作執(zhí)行的最佳狀態(tài)[12].

1.2 運動康復(fù)訓(xùn)練

生物反饋技術(shù)的另一個重要領(lǐng)域是運動康復(fù)訓(xùn)練.一些運動員由于長期重復(fù)從事高強度的運動，易于造成肌肉和骨骼損傷，而借助生物反饋技術(shù)特別是表面肌電技術(shù)可以進行輔助治療.研究發(fā)現(xiàn)，對表面肌電信號的反饋可以幫助運動員準確且適度地鍛煉股四頭肌、大腿后肌，恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能穩(wěn)定性，從而避免韌帶損傷[13].肌電反饋訓(xùn)練還被應(yīng)用于放松腿部肌肉，測量前交叉韌帶受損運動員的脛骨位移程度，或者前交叉韌帶受損相關(guān)的其他不良反應(yīng)，而對于伴隨性髕骨關(guān)節(jié)疼痛可以通過鍛煉股內(nèi)側(cè)肌肉和股外側(cè)肌肉的張力來改善，通過觀察肌電圖，可以對這一癥狀進行個性化的訓(xùn)練[14].

除了對運動員進行運動損傷后康復(fù)干預(yù)外，生物反饋也被用于對心肺疾患者的運動康復(fù)訓(xùn)練.例如Johnston[15]等以7名心絞痛病人為被試，考察生物反饋訓(xùn)練對心血管功能的影響.研究發(fā)現(xiàn)，在休息過程中，所有患者的脈搏運動間隔時間都有所增加，而在運動過程中則沒有顯著變化.而且7名患者中有6名胸部疼痛癥狀有所緩解，所有患者的治療藥物使用量都有所減少，6名患者在運動平板實驗中的運動耐受性也有所提高.此外，也有研究綜合采用心率、血流量、呼吸反饋等指標進行心肺功能康復(fù)鍛煉訓(xùn)練，產(chǎn)生良好的訓(xùn)練效果[16].

2 問題和展望

生物反饋技術(shù)在運動中應(yīng)用已有40多年的歷史，當(dāng)前這一技術(shù)在運動員喚醒水平控制、情緒自我調(diào)節(jié)、運動表現(xiàn)提高以及運動康復(fù)中扮演著重要角色.盡管相關(guān)研究取得許多令人鼓舞的成果，但總體而言，這方面的研究尚處于初步階段，運動生物反饋仍是一個研究有限，但是又亟待研究的領(lǐng)域.未來的研究需要進一步考察以下問題.

一是生物反饋訓(xùn)練生態(tài)效度.當(dāng)前生物反饋訓(xùn)練大都是在實驗室情境中進行，研究焦點主要集中在實驗程序、心理準備、訓(xùn)練課程次數(shù)以及生物反饋訓(xùn)練的干預(yù)效果等方面.由于這些研究數(shù)據(jù)主要是在實驗條件控制的狀態(tài)下所取得，與真實的運動情境存有較大差距，因此一些研究者質(zhì)疑研究的生態(tài)效度問題，即實驗所獲得的生物反饋訓(xùn)練效果是否可從實驗室遷移到真實的運動訓(xùn)練和競賽情境之中.盡管已有部分研究嘗試在運動現(xiàn)場對運動進行訓(xùn)練，但是這一方面的研究還非常有限，有待于進一步加強.

二是生物反饋訓(xùn)練的針對性.就運動項目而言，每一種項目均有其不同的特征，因此不同的運動項目選擇適合的生物反饋，其訓(xùn)練效果較佳.例如柔道、跆拳道需要力量和高度靈敏的肌肉運動感，因此肌電和皮膚電可能是更好的訓(xùn)練方法；而射擊和射箭項目需要良好的心理準備和注意力高度集中，因而以腦電反饋訓(xùn)練更為恰當(dāng).另一方面，從運動員角度來看，不同的運動員特別是高水平運動員的心理需求和運動過程中的表現(xiàn)特征存在很大差異，針對運動員運動專項、不同的運動訓(xùn)練方法以及個人的心理特質(zhì)[17]來制定出個性化的生物反饋訓(xùn)練方案，其效果會更佳.

三是生物反饋訓(xùn)練指標的拓展.首先，就傳統(tǒng)的運動生物反饋研究而言，大量的研究主要采用肌電圖、心率等有限的幾個指標，而其余指標如肌耗氧量、熱反饋等常用的臨床指標都很少研究，因此有必要進一步探討.其次，從生物反饋的訓(xùn)練效果來看，當(dāng)前運動員得到改善的指標大多體現(xiàn)在呼吸頻率、肌肉緊張度和外部體溫的調(diào)節(jié)等方面，而在實際應(yīng)用中，皮膚電反應(yīng)和心率變化指標并不能總是達到一致的結(jié)果，進一步的比較研究和長期追蹤研究也不多，因此相關(guān)指標的選擇、拓展及跟進研究還需要加強，未來需要將傳統(tǒng)的生物反饋指結(jié)合運動生理學(xué)的相關(guān)指標如皮質(zhì)醇、兒茶酚胺、血乳酸等相結(jié)合，并探討其作為研究運動員生理反饋指標的可能性.此外，當(dāng)前隨著研究技術(shù)的不斷進步，傳統(tǒng)生物反饋應(yīng)用方面的研究正逐漸被神經(jīng)反饋研究所替代.基于腦電、近紅外腦光譜、功能性磁共振技術(shù)的神經(jīng)反饋指標如腦電、腦血紅蛋白成為主要的研究指標.而其余的生物反饋指標，如肌電圖、心率、皮膚電反應(yīng)及心率變異性等常用的臨床生物反饋指標應(yīng)用日益減少.運動中的心理生理現(xiàn)象更多受大腦活動的控制，因此基于腦成像技術(shù)的神經(jīng)反饋技術(shù)作為主流技術(shù)指標是大勢所趨，但是研究者仍有許多問題需要解決，如神經(jīng)反饋在體育運動中的應(yīng)用到底有多大應(yīng)用價值？傳統(tǒng)的生物反饋研究方法存在哪些缺陷？如何將傳統(tǒng)的生物反饋技術(shù)和神經(jīng)反饋技術(shù)結(jié)合，從而使研究結(jié)果在運動中更具適用性？這些都需要進一步的探討.

[1] PETRUZZELLO S J, LANDERS D M, SALAZAR W. Biofeedback and sport/exercise performance: Applications and limitations[J]. Behav Ther, 1991,22(3):379-392.

[2] BAR ELI M, DRESHMAN R, BLUMENSTEIN B, et al. The effect of mental training with biofeedback on the performance of young swimmers[J]. Appl Psycholo. 2002,51(4):567-581.

[3] PENNY W,鄒文華.生物神經(jīng)反饋干預(yù)訓(xùn)練:培養(yǎng)運動員訓(xùn)練和比賽心理的技術(shù)[J].中國體育教練員,2011,(1):33.

[4] PINEL J P, SCHULTZ T D. Effect of antecedent muscle tension levels on motor behavior[J]. Med Sci Sports, 1978,10(3):177-182.

[5] 宋淑賢,田渝陵,任未多.借助EMG反饋提高射箭運動員動作一致性的研究[J].體育科學(xué),1994,(5):78-81.

[6] 殷恒嬋,丁雪琴,陳勇嘉.生物反饋技術(shù)在運動員心理訓(xùn)練過程中的應(yīng)用[J].體育與科學(xué),2000,(3):44-47.

[7] 陳丹萍,章建成,任杰,等.運用生物反饋技術(shù)對擊劍選手進行心理控制能力訓(xùn)練的效果[J].上海體育學(xué)院學(xué)報,1997,(2):51-57.

[8] 王惠民,崔秋耕.利用肌電反饋技術(shù)進行心理控制訓(xùn)練研究[J].體育科學(xué),1991,(4):84-87.

[9] RAYMOND J, SAJID I, PARKINSON L A, et al. Biofeedback and dance performance: a preliminary investigation[J]. Appl Psychophysiol Biofeedback, 2005,30(1):64-73.

[10] PAUL M, GARG K. The effect of heart rate variability biofeedback on performance psychology of basketball players[J]. Appl Psychophysiol Biofeedback, 2012,37(2):131-144.

[11] KAO S C, HUANG C J, HUNG T M. Neurofeedback training reduces frontal midline theta and improves putting performance in expert golfers[J]. J Appl Sport Psycholo, 2014,26(3):271-286.

[12] STRIZHKOVA O, CHERAPKINA L, STRIZHKOVA T. The effects of neurofeedback using in the different training mesocycles of the gymnast-women[C]//Omsk: IX All-Russian scientific conference of Biofeedback in medicine and sport. 2009:93-98.

[13] SWANIK C B, LEPHART S M, GIRALDO J L, et al. Reactive muscle firing of anterior cruciate ligament-injured females during functional activities[J]. J Athl Train, 1999,34(2):121-129.

[14] FELL J W, RAYFIELD J M, GULBIN J P, et al. Evaluation of the Accusport Lactate Analyser[J]. Int J Sports Med, 1998,19(3):199-204.

[15] JOHNSTONE D W, LO C R. The effects of cardiovascular feedback and relaxation on angina pectoris[J]. Behav Psychother, 1983,(11)：257-264.

[16] ZAICHKOWSKY L D, FUCHS C Z V I. Biofeedback applications in exercise and athletic performance[J]. Exerc Sport Sci Rev, 1988,16(1):381-422.

[17] 孔維民.論運動對于心理健康的中介機制及治療方略[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，36(4)：400-403.

Biofeedback Training Applications in Sports

JIANG Chang-hao1, KONG Wei-min2, CHEN Ting-ting3

(1.Beijing Key Lab of Physical Fitness Evaluation and Tech Analysis, Capital University of Physical Education and Sports, Beijing 100191, China; 2.Lianyungang Normal University, Lianyungang 222000, China; 3.Beijing Haidian Teachers Training College, Beijing 100195, China)

Biofeedback is a mental training tool by which subjects learn to control formerly involuntary physiological responses by means of instructional words and modern equipment. Studies have shown that does not only biofeedback optimize the ability to train athlete’s arousal control and emotional self-regulation, but also it provides sport psychologists with the ability to enhance athlete’s performance. This article reviewed the research literature on the effectiveness of biofeedback training in sports. Given the paucity of work in this area, the article critically concluded with a discussion of the gap in the literature and suggestions for future research.

biofeedback; sport performance; psychobiological regulation

10.14182/J.cnki.1001-2443.2015.05.016

2014-12-05

北京市科技面上項目(SQKM201210029003；北京市科技平臺項目(PXM2013_014206_000058)；國家特殊需求博士人才培養(yǎng)項目(2013、2014)；教育部人文社科項目(11YJA190008)；北京社科項目(13ZHB008).

蔣長好(1966.2-)，男，安徽巢湖人.副研究員，博士.

蔣長好，孔維民，陳婷婷.生物反饋訓(xùn)練在運動中的應(yīng)用[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015，38(5)：492-495.

G843

A

1001-2443(2015)05-0492-04