青少年兩側肢體間動作協(xié)調能力測試方法的實證效度研究
——以往返橫跨測試為例

林輝杰

青少年兩側肢體間動作協(xié)調能力測試方法的實證效度研究
——以往返橫跨測試為例

林輝杰

現(xiàn)階段，青少年動作協(xié)調能力測試方法效度論證往往源自設計者的理論分析，對其實證效度不清楚。這已成為此類測試方法的一個共性問題，嚴重阻礙了其發(fā)展及應用?；诨A研究領域中前沿的UCM運動協(xié)調理論與方法，以往返橫跨測試方法為例，以兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)作為效標，通過實驗檢測了該測試中此效標水平及其與測試成績間關聯(lián)度，并且，觀察了設置跨高條件后它們的變化。研究結果顯示：1)高與低跨往返橫跨測試中，兩側肢體肌肉活動間協(xié)調系數(shù)整體表現(xiàn)分別為0.65與0.58，兩者有顯著性差異(P<0.05)；2)高與低跨往返橫跨測試中兩側肢體肌肉活動間協(xié)調系數(shù)整體表現(xiàn)分別與測試成績具有高度負相關(r=-0.80，P<0.05；r=-0.71，P<0.05)，前者明顯較高。研究認為：UCM理論與方法能較好地被應用至對兩側肢體間動作協(xié)調能力測試方法實證效度的檢驗中。在基于此對往返橫跨測試的檢驗中，該測試展現(xiàn)了對兩側肢體間動作協(xié)調能力較高的反映程度及區(qū)分度，在增設跨高條件后其這兩方面表現(xiàn)更佳。今后，該理論與方法在各種各類動作協(xié)調能力測試方法的甄選、改進以及創(chuàng)新中具有廣寬應用空間。

往返橫跨測試；動作協(xié)調能力；青少年

1 前言

動作協(xié)調能力發(fā)展對兒童青少年成長具有重要作用。其發(fā)展有助于日常生活、生產(chǎn)勞作以及體育活動等相關技能有效獲得[3,31]，有助于速度、力量、平衡等身體素質有效發(fā)展[5]，有助于智商[24]和情商[26]開發(fā)。此外，發(fā)展性運動協(xié)調障礙是阻礙兒童成長的一種能力缺陷[34]，其發(fā)生率估計在1.8%[23]。

運動協(xié)調過程是對運動器官活動與運動任務實現(xiàn)間冗余自由度的掌控[16]。生物體運動器官系統(tǒng)的自由度遠遠超過實現(xiàn)運動任務本身所需要的，由此產(chǎn)生大量冗余自

由度，如何對其進行掌控是運動協(xié)調的核心問題[14]。動作協(xié)調能力則被認為是一種為了實現(xiàn)運動任務使運動器官間有序活動的本領[9]，例如，在指尖接觸目標任務中，組織足、小腿、大腿、軀干、上臂、前臂以及手相互協(xié)作使指尖接觸到離身體較遠目標物的本領。其測試方法的特點在于：1)能體現(xiàn)出運動器官間配合效果；2)這種配合效果與運動任務的實現(xiàn)程度有關。至今，國內、外已經(jīng)設計了系列的動作協(xié)調能力測試方法來監(jiān)控其發(fā)展[6]，涉及肢體及其各環(huán)節(jié)間動作協(xié)調能力、節(jié)奏性任務指向動作協(xié)調能力、平衡任務指向動作協(xié)調能力、靈巧任務指向動作協(xié)調能力、“手-眼”協(xié)調能力等等的測試[24,10,27]。然而，鮮見這些方面測試方法對動作協(xié)調能力的反映程度及對其區(qū)分度的量化分析有關報道。它們的有效性基本上依靠設計者的經(jīng)驗判斷和學理分析來體現(xiàn)，缺乏客觀論證[6]。這已經(jīng)成為這類方法發(fā)展與應用的瓶頸。在缺乏實證基礎上構建的各種、各類動作協(xié)調能力測試方法體系都是缺乏說服力的，進而影響其應用、推廣。

以往對動作協(xié)調能力的量化是一個難點，這是其測試方法實證效度檢驗難以開展的致因。在運動控制、神經(jīng)生理學相關的基礎研究領域中，Uncontrolled Manifold(UCM)運動協(xié)調理論與方法經(jīng)受了廣泛的檢驗[21]，逐漸完善，在人體運動協(xié)調機理探索中發(fā)揮了重要作用。該理論認為[28-29]，中樞神經(jīng)系統(tǒng)利用了運動器官間冗余自由度來確保運動任務的實現(xiàn)?；诖耍摲椒╗22,32]將運動器官活動集合與運動任務變量集合巧妙的建立直接聯(lián)系，依據(jù)雅克比矩陣屬性將運動器官活動集合分為對運動任務變量無干擾和有干擾的兩部分，前者變異度所占的比重即為協(xié)調指數(shù)。該指數(shù)大于零，說明中樞神經(jīng)系統(tǒng)利用了運動器官間冗余自由度來確保運動任務的實現(xiàn)；其值越高于零，其利用程度越高。目前，該指數(shù)能夠客觀體現(xiàn)動作協(xié)調能力，將其作為當下各種動作協(xié)調能力測試方法實證效度檢驗的效標，將會是推動這類方法發(fā)展與應用的重要突破口。

兩側肢體間動作協(xié)調能力是一種重要的動作協(xié)調能力[30]。從學理上分析，往返橫跨可作為其一種測試方法，能著重體現(xiàn)兩側下肢間動作協(xié)調能力，此外，該測試在兒童青少年動作協(xié)調能力測試中常有用到[8,12]，被認為具可靠性、便利性、安全性等特點[8]。據(jù)此，以往返橫跨測試方法效度檢驗為例，本研究以兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)為效標，對該測試對青少年兩側肢體間動作協(xié)調能力的反映程度以及對其區(qū)分度進行檢測，并考察設置高度條件后它們的變化，旨在檢驗往返橫跨測試方法，明晰兩側肢體間動作協(xié)調能力測試科學原理。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)采集方法

2.1.1 受試者

招募了浙江師范大學非體育專業(yè)男性學生受試者8名。這些學生受試者處于大學一、二年級，基本信息如表1所示。均以右側為習慣側肢體，身體健康狀況良好，無明顯體態(tài)超常，均無體育運動訓練經(jīng)歷。在實驗前，均被告知實驗內容、程序與注意事項，并征得其同意。

表 1 本研究受試者基本信息一覽表Table 1 Basic Information List of the Subjects

2.1.2 實驗流程

本實驗于2014年10月份進行。實驗前，讓受試者熟悉實驗流程及規(guī)范，練習測試項目。隨后，讓受試者充分休息，并做好肌電測量和運動捕捉的準備工作。在受試者身負測量儀器配件后，再練習一下測試項目，熟悉實驗條件下的該測試動作，并檢查這些配件安放的位置是否合理。做些微調后，開始實驗測試。實驗測試中受試者按要求進行該項目測試，先進行低跨往返橫跨測試，休息充分后再進行高跨往返橫跨測試，期間采集被測肌肉肌電圖以及被測部位的運動學數(shù)據(jù)(圖1)，并評判其測試動作的規(guī)范性，檢查數(shù)據(jù)采集情況，對于測試動作欠規(guī)范、測試數(shù)據(jù)異常的測試要求重測。實驗測試結束后，整理與儲存全部的數(shù)據(jù)資料。

圖 1 本研究低(上圖)與高(下圖)跨往返 橫跨測試數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場示意圖Figure 1. The Data Collection Site of Low(above) and High (below) cross TSRT

2.1.3 往返橫跨測試方法

測試器材、場地：防滑地毯1條，其中標記了間距為1 m[8]的兩條橫跨標志線；多功能標志錐組合1套，橫桿置于兩條標志線中間，在低跨中橫桿高度設置為11 cm，在高跨中橫桿高度設置為40 cm。

測試過程：受試者在一側標志線外站定后，盡最快速度兩腳依次越過橫桿至另一側標志線外，再立即跨回原位，最終記錄20 s[8]內橫跨次數(shù)作為測試成績。

2.1.4 表面肌電信號采集

采用芬蘭Megawin6000-16型號遙測肌電儀測量了往返橫跨測試中兩側臀大肌、股直肌以及腓腸肌表面肌電信號，采樣頻率為1 000 Hz。在測量過程中，首先要求測肌肉全力收縮，觀察其肌腹位置以及肌纖維走向，確定測試電極放置的區(qū)域；對該皮膚表面區(qū)域進行剃毛、去角質與污垢等處理；擦酒精，以減小皮膚抗阻；隨后，在肌腹上沿肌纖維走向放置2個探測電極，將參考電極置于側邊約3 cm處；再用醫(yī)用膠布將3個電極穩(wěn)固在皮膚上。這些均由具備扎實人體解剖學知識和豐富肌電測試經(jīng)驗的試驗人員來完成。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

2.2.1 表面肌電信號預處理

在往返橫跨測試中下肢肌肉表面肌電信號如圖2所示。在MegaWin軟件中，參照同步拍攝的視頻，從中裁剪出該測試中每個周期動作各測試肌肉表面肌電圖，選擇中間11個周期用于協(xié)調指數(shù)的計算。一個周期從右腳起跨開始至其再次起跨結束，包括從左往右跨和從右往左跨兩個階段。

圖 2 本研究往返橫跨測試中下肢肌肉原始表面肌電示意圖Figure 2. EMG Profile of the Lower Limb Muscles in TSRT

隨后，在Matlab 7.0軟件中，通過編程對各動作周期中被測肌肉表面肌電圖進行整流、巴特沃茲濾波器過濾(圖3)、歸一化處理，最后形成標準化肌電圖，這些處理參照Hug等[19]的研究。

2.2.2 兩側下肢肌肉活動間協(xié)調方式的量化：Continuous Relative Phase(CRP)

CRP是運動器官間協(xié)調活動方式的常用量化方法[4]，被用于量化兩側肢體肌肉間協(xié)調活動方式。在此過程中，先將一側肌肉肌電圖分解成相鄰時刻點間的變化幅度(D)以及平均水平(A)兩個維度變化信息，再經(jīng)標準化處理后(公式1、2)，計算包含這兩個維度信息的該肌肉活動相位角(φ1)(公式3)；再采用同樣步驟計算另一側肌肉活動相位角(φ2)；兩者之差的絕對值為CRP角(θCRP)(公式4)，即表示這兩塊肌肉間協(xié)調活動方式。

(1)

(2)

(3)

(4)

2.2.3 兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)計算：Uncontrolled Manifold(UCM)

采用UCM方法來計算兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)計算。該過程中，先基于兩側肌肉活動(X)與它們間協(xié)調方式(θCRP)間等式(公式4)獲得θCRP函數(shù)的雅克比矩陣(公式5)，這體現(xiàn)了自變量變化與應變量變化的比率，其中，

圖 3 本研究往返橫跨測試中下肢肌肉表面肌電圖數(shù)據(jù)平滑處理后的效果示意圖Figure 3. Smoothing Effect of the Lower Limb Muscles’EMG Data in TSRT

X=[D1＇，A1＇，D2＇，A2′]；構建肌肉活動變化與它們間協(xié)調方式變化間線性方程(公式6)，其中，△θCRP、△X均為離重復測量中它們各自平均水平的距離；依據(jù)Jx=0，求解該雅克比矩陣的零空間(εi)，在該空間內兩側下肢肌肉活動變化對其協(xié)調方式無影響(△θCRP=0)；求解兩側下肢肌肉活動變化在該零空間中投影(fUCM)(公式7)，其中，n為肌肉活動自由度數(shù)量(4)，d為運動任務變量自由度數(shù)量(1)；求解兩側下肢肌肉活動變化在該零空間的正交空間中投影(fORT)(公式8)，該空間內兩側下肢肌肉活動變化對其協(xié)調方式有影響(△θCRP≠0)；最后分別求出兩側下肢肌肉活動變化在該零空間(VUCM)(公式9)及其正交空間(VORT)(公式10)的變異性(方差)，以及前者所占比重(△V)(公式11)，后者即為兩側肢體肌肉活動間協(xié)調指數(shù)，量化表示兩側肢體間動作協(xié)調能力。

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

2.3 數(shù)理統(tǒng)計方法

采用配對樣本“t”檢驗方法對高與低往返橫跨測試中兩側肢體肌肉活動間協(xié)調指數(shù)差異進行了檢驗；采用皮爾遜相關分析方法對兩側肢體肌肉活動間協(xié)調指數(shù)與測試成績間的關聯(lián)性進行了分析。顯著性水平設置為P<0.05，用“*”表示；非常顯著水平設置為P<0.01，用“**”表示。所有的圖均采用Origin 8.0軟件來制作。

3 結果

3.1 往返橫跨測試中兩側下肢肌肉間的協(xié)調活動方式

往返橫跨測試動作中，兩側下肢肌肉間協(xié)調活動方式如圖4所示，這量化展現(xiàn)了它們間時空配合活動狀況。此外，在高與低跨往返橫跨測試間，兩側下肢肌肉間協(xié)調活動方式存在一些明顯差異。從CRP角變化曲線中可見(圖4A1、B1、C1)，在高跨條件下兩側臀大肌、股直肌以及腓腸肌活動間CRP角在大部分運動時間內要低于低跨。進而，從CRP角平均值與標準差比較中，更是突顯了這點。圖4A2、B2、C2顯示，高跨條件下兩側臀大肌活動間CRP角平均值(t=-3.116，P=0.017)與標準差(t=-3.227，P=0.015)均顯著性低于低跨，并且，從數(shù)值上看其兩側股直肌、腓腸肌活動間這兩參數(shù)也傾向低于低跨?？梢?，高跨往返橫跨測試中兩側下肢肌肉活動間CRP角較低。

圖 4 本研究高與低跨往返橫跨測試兩側下肢肌肉間協(xié)調活動 方式變化曲線(A1，B1，C1)、全過程均值與標準差(A2，B2，C2)示意圖Figure 4. The Curves(A1,B1,C1),Their Means and Stdevs (A2,B2,C2)of Coordination Pattern between both Lower Limb Muscles in TSRT

3.2 往返橫跨中青少年兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)

圖5B中顯示，兩種跨高條件下各對兩側下肢肌肉間協(xié)調指數(shù)均值都高于0.5，高與低跨條件下其整體水平分別為0.65和0.58，在[0,1]區(qū)間內處于中上水平。可見，在往返橫跨測試中兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)較高。此外，高與低跨條件相比，兩側下肢肌肉活動間協(xié)調系數(shù)整體水平間具有顯著性差異(t=-2.579，P=0.037)，前者高出0.17，占后者的29%；各對兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)均值都是前者高于后者(圖5B)，在兩側臀大肌活動間協(xié)調指數(shù)均值上差異檢驗具有非常顯著性(t=-4.529，P=0.003)?？梢姡摐y試中，設置跨高條件能使兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)有較明顯的增加。

圖 5 本研究高與低跨往返橫跨測試中兩側下肢肌肉活動間UCM和ORT變異度(A)以及協(xié)調指數(shù)(B)示意圖Figure 5. The UCM and ORT Variability,Synergy Index between both Lower Limb Muscles in TSRT 注：整體為三塊下肢肌肉間的均值。

圖5A中顯示，從數(shù)值上看，在高跨條件下兩側下肢肌肉活動間UCM與ORT變異性在整體表現(xiàn)上均高于低跨；其兩側臀大肌、股直肌以及腓腸肌活動間UCM變異性也均高于低跨，其ORT變異性除臀大肌外均高于低跨條件。由于兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)源自其UCM變異性比重，在其UCM與ORT變異性均增加情況下，其提高取決于UCM變異性增幅較高。由此可認為，高跨條件下較高的兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)很有可能源自其UCM變異性增幅較高。

3.3 往返橫跨中青少年兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)與測試成績間相關性

圖6顯示，從整體上看，該測試中兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)整體水平與跨速間具有較高的顯著性負相關，在低跨條件下相關系數(shù)為-0.71(P=0.048)，在高跨條件下相關系數(shù)為-0.80(P=0.017)；從部分上看，除高跨條件下兩側臀大肌外(r=-0.71,P=0.048)，其他各對肌肉活動間協(xié)調指數(shù)與跨速間相關系數(shù)檢驗均未呈現(xiàn)出顯著性；但是，均呈現(xiàn)出負相關傾向，兩側臀大肌、股直肌、腓腸肌分別與跨速的相關系數(shù)在高跨條件下為-0.71、-0.53、-0.46，在低跨條件下為-0.65、-0.19、-0.43?？梢?，從整體上判斷，該測試中兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)越高，測試成績越好。

圖 6 本研究低(A)與高(B)跨往返橫跨測試中兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)與跨速的點-點圖分布以及線性擬合示意圖Figure 6. The Scatter Diagram between the Across Velocity and the Synergy Index in TSRT and Their Linear Fit 注：整體指三塊下肢肌肉間的均值；r為相關系數(shù)。

圖6中顯示，高跨條件下各對兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)與跨速所構成的點-點圖分布比低跨條件下更加收斂，展現(xiàn)更明顯的負相關趨勢。從整體上比較，高跨條件下兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)整體水平與跨速的負相關程度要高于低跨(-0.80:-0.71)；從部分上比較，高跨條件下兩側臀大肌、股直肌以及腓腸肌活動間協(xié)調指數(shù)與跨速的負相關程度均高于低跨(-0.71:-0.65；-0.53:-0.19；-0.46:-0.43)；此外，兩側臀大肌活動間協(xié)調指數(shù)與測試成績間相關系數(shù)檢驗在低跨條件下未具顯著性(P=0.084)，然而，在高跨條件下具有顯著性(P=0.048)。可見，在高跨往返橫跨測試中，兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)越高測試成績越好的程度較高。

4 討論

4.1 往返橫跨測試對青少年動作協(xié)調能力測試的實證效度

往返橫跨測試在兒童青少年協(xié)調性測試中常有用到，被認為是一種可信、可靠的測試方法[8]。然而，其對青少年動作協(xié)調能力測試的實證效度怎樣卻不得而知，這也致使在一些體質測試實踐中將其完全視為靈敏性的測試方法[2]。本研究中，以兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)為效標，檢測其對青少年兩側肢體間動作協(xié)調能力測試的有效程度。

從該測試動作結構上看，兩腿間連續(xù)的交替活動是其主要動作特征。在其動作過程中，右腿制動、蹬伸使人體從向右移動轉變?yōu)橄蜃笠苿?，左腿同樣的活動使人體從向左移動轉變?yōu)橄蛴乙苿?，持續(xù)進行20 s。保持兩腿間協(xié)調活動方式的穩(wěn)定，進而維持它們快速交替活動的節(jié)奏，是該測試動作運動任務實現(xiàn)的主要體現(xiàn)。UCM運動協(xié)調理論的核心觀點認為[21,29]，中樞神經(jīng)系統(tǒng)利用了運動器官間冗余自由度來確保其重要運動變量的穩(wěn)定。那么，此測試動作中，運動器官活動集合為兩腿對應肌肉活動(肌電)，重要運動任務變量為它們間的協(xié)調活動方式(CRP角)。依據(jù)該理論，該測試動作中兩側肢體間動作協(xié)調能力則表現(xiàn)為利用兩腿活動間冗余自由度來確保它們間協(xié)調活動方式穩(wěn)定。

基于此兩側下肢動作協(xié)調能力的界定，即可用UCM方法來檢測該測試動作中這種能力的動員程度。從研究結果中顯示，該測試動作中兩側肢體肌肉活動間協(xié)調指數(shù)遠高于零，處于中等以上水平。這表明，在該測試動作中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)較高程度的利用了兩腿活動間冗余自由度來確保它們間協(xié)調活動方式的穩(wěn)定。這意味著該測試動作中動員較高兩側肢體間動作協(xié)調能力。此外，針對該測試方法在青少年群體中的適用性，分析了其測試成績與兩側肢體間動作協(xié)調能力的關聯(lián)。研究結果顯示，該測試中，測試成績與兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)間高度關聯(lián)，測試成績越好，兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)越高。這表明，該測試對青少年兩側肢體間動作協(xié)調能力有較好的區(qū)分度。綜上可見，往返橫跨對青少年兩側肢體間動作協(xié)調能力測試具有良好的構想效度與準則效度，展現(xiàn)出較好的實證效度。

即便本研究結果中展現(xiàn)了往返橫跨對青少年動作協(xié)調能力的良好測試效果，但是，不能排除其對靈敏性的測試功效。由于靈敏性與協(xié)調性有較高關聯(lián)性[12]，該測試動作也具備了一些靈敏性測試特征，其有可能對這兩者測試都具有較好效果[8]。至于究竟更側重于哪種，從實證角度難以判斷。從學理上分析認為，該測試更側重于對協(xié)調性的測試。靈敏性[7]是在各種突然變換的條件下，迅速、準確、協(xié)調地改變身體的空間位置，以適應變化著的外環(huán)境能力。其最主要特點是環(huán)境隨機性變化[1]，其測試方法也須有這方面的設置。例如，抓六角球測試[1]，其要求受試者在六角球反彈時以最快速度抓住它，其中六角球反彈方向具有隨機變化特點。反觀往返橫跨測試中，即便涉及到運動方向的變換，然而其變換路線是確定的，均是從左到右、再從右到左，不斷反復，不具備環(huán)境隨機變化這個關鍵特征。4.2 設置跨高條件的往返橫跨對青少年動作協(xié)調能力測試實證效度的影響

目前所采用的往返橫跨測試要求被測試者以1 m為間距橫向往返跨越20 s[8]，對橫跨高度未限制。經(jīng)觀察，青少年，特別是年齡大些的青少年，完成此測試的難度還能再提高些，因此，對該測試設置了跨高條件，以期使其更適合于對青少年動作協(xié)調能力的測試。在本研究中，對設置跨高條件后該測試能否提高對青少年動作協(xié)調能力的測試效度進行了考證。

本研究在該測試相距1 m的兩條標志線中間架起了一根橫桿(與標志線平行)，其離地面高度為40 cm，作為該測試的跨高(高跨條件)。作為對比，將橫桿高度降低至離地面11 cm，這幾乎與不設桿子時該測試中人體橫跨高度差不多，作為該測試的另一個跨高(低跨條件)。研究結果顯示，高跨往返橫跨中兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)以及其與測試成績的關聯(lián)度明顯高于低跨時。這意味著，設置跨高條件后該測試對兩側肢體間反映程度以及區(qū)分度均有所增加?？梢?，設置跨高條件無疑是一種對該測試的改進。至于該測試中跨高設置為40 cm，是一種經(jīng)驗性判斷。在應用實踐中可作為一種可供選擇的高度，畢竟其有效性受到本研究結果的支持。但是，這并不一定是一種最佳選擇，有可能設置20 cm或30 cm等跨高時會因避免受到疲勞等因素影響而產(chǎn)生更佳的測試效果。

高跨往返橫跨中兩腿間配合活動更緊密，這提升了其測試動作難度。研究結果顯示，高跨往返橫跨測試中兩側下肢肌肉活動間CRP角較低。CRP角越低表示兩側下肢肌肉活動間一致程度越高[4]，反之亦然。這表明，隨著跨高增加，兩側下肢對應肌肉間配合活動一致程度有所提高。從圖4A中可見，高與低跨往返橫跨中3對下肢肌肉活動間CRP角的差異主要在左往右跨和右往左跨前期(0～25%；50%～75%)中。在左往右跨前期中，兩側下肢間側向的“蹬-擺(抬)”是其主要配合活動，此時，右腿上抬并側擺，左腿積極蹬伸發(fā)力，從而使人體越過障礙迅速往右側移；在右往左跨前期中兩側下肢間配合活動也同樣，只是對調了兩腿的動作。當跨高提升時，勢必使擺動腿側擺與抬起高度有所增加，這將會使臀大肌活動強度變大來增加擺動腿側擺高度，使股直肌以及腓腸肌活動強度也有所提高來增加屈髖、屈膝的幅度，這些導致高跨往返橫跨測試中兩側下肢肌肉間配合活動一致程度提高。

高跨往返橫跨中測試動作難度的提升，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)更高程度上利用了兩腿活動間冗余自由度來確保其穩(wěn)定，從而使該測試具有較好的測試效果。研究結果顯示，高跨往返橫跨中兩側下肢肌肉活動間協(xié)調指數(shù)較高，這可能源自其UCM 變異度的增幅較高。兩側下肢肌肉活動間UCM變異度高表示它們間不干擾運動任務的配合活動較高，其ORT變異度高則表示它們間干擾運動任務的配合活動較高。前者提高，有助于同一套運動器官系統(tǒng)應對復雜運動任務的實現(xiàn)[15,18]，從而提高運動效果；后者降低，則能夠使機體抵御外界環(huán)境的干擾[25,33]，降低運動誤差，從而提高運動效果。在高跨往返橫跨測試中，人體不僅要跨越一定的遠度，而且要跨過一定的高度，這種運動任務要求的提升將會使兩側下肢肌肉活動間UCM變異度大幅增加。

4.3 基于UCM運動協(xié)調理論的兩側肢體間動作協(xié)調能力測試原理

通過實驗測試發(fā)現(xiàn)，往返橫跨測試須動員較高的兩側下肢間動作協(xié)調能力來完成，即較高程度上利用了兩側下肢間冗余自由度來確保該測試動作重要運動任務的實現(xiàn)。那么，該測試中表現(xiàn)出這種能力的機理是什么？這將會是針對兩側肢體間動作協(xié)調能力這類測試方法所要面對的共性問題。

從本質上看，協(xié)調能力[9]是大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的一種活動機制，旨在建立參與運動的各器官、各系統(tǒng)以及運動者與外界環(huán)境之間能滿足運動目的優(yōu)化聯(lián)系。兩側肢體間動作協(xié)調能力則與脊髓回路活動、腦胼胝體和基底神經(jīng)節(jié)等高位中樞神經(jīng)活動以及神經(jīng)系統(tǒng)反饋調節(jié)活動的功能密切相關。首先，脊髓回路活動能激發(fā)兩側肢體對應肌肉活動間交互抑制。一側脊髓回路的活動能夠同時引發(fā)同側肢體肌肉的屈肌反射以及異側肢體肌肉的伸肌反射[13]，這使一側肢體肌肉興奮時，另一側肢體對應肌肉活動受到抑制。其次，腦胼胝體和基底節(jié)等高位中樞神經(jīng)活動能夠整合兩側肢體間協(xié)調活動。腦胼胝體[17]和基底神經(jīng)節(jié)[20]聯(lián)結兩側腦半球，是它們間信息溝通的最主要渠道，對兩側肢體間協(xié)調活動具有重要的控制作用。其內的神經(jīng)活動能協(xié)調兩側脊髓回路活動，使它們間活動按照運動模式進行整合。還有，神經(jīng)系統(tǒng)反饋調節(jié)活動能夠修正兩側肢體間協(xié)調活動。

基于UCM運動協(xié)調理論的兩側肢體間動作協(xié)調能力重點與神經(jīng)系統(tǒng)專門性反饋調節(jié)活動有關。短延遲負反饋回路的調節(jié)活動具有維持機體內環(huán)境穩(wěn)定狀態(tài)的功能[11]，UCM運動協(xié)調觀視野下動作協(xié)調能力與這種反饋調節(jié)神經(jīng)活動密切關聯(lián)[21]。在此過程中，利用中間神經(jīng)元的作用，通過補償性調節(jié)運動器官間的活動，從而來維持重要任務變量的穩(wěn)定。閏紹細胞[21](Renshaw cells)被認為是這類中間神經(jīng)元，具有回返性抑制(recurrent inhibition)功能，并且接受下行反射活動的調節(jié)，在穩(wěn)定各種運動任務變量中發(fā)揮重要作用。在展現(xiàn)兩側肢體間動作協(xié)調能力中，一側肢體肌肉興奮過高時，將會激發(fā)該細胞興奮，進而再依據(jù)下行信息適度抑制該肌肉的活動，從而維持兩側肢體肌肉活動間協(xié)調活動方式的穩(wěn)定。

在往返橫跨測試中，連續(xù)的兩側下肢間快速交替運動方式顯然會較高程度上激發(fā)脊髓回路中屈肌反射與伸肌反射活動、相關高位中樞對兩側脊髓回路活動的整合、相關短延遲負反饋回路的調節(jié)活動等，從而來確保兩側下肢間協(xié)調活動的穩(wěn)定。從這些機理上看，該測試能夠較高程度上反映兩側肢體間動作協(xié)調能力，是其測試的一種有效方法。

5 結論與展望

5.1 結論

UCM理論與方法能較好的被應用至對兩側肢體間動作協(xié)調能力測試效度的檢驗中。基于此理論與方法，檢測出該測試對兩側肢體間動作協(xié)調能力的反映程度及區(qū)分度較高，此外，在該測試中設置跨高條件能提高對青少年兩側肢體間動作協(xié)調能力的測試效度。類似這樣的兩側肢體間動作協(xié)調能力測試的原理在于其能較高程度的動員脊髓回路、腦胼胝體和基底節(jié)等相關高位中樞以及相應短延遲負反饋回路的活動，從而顯示出其對兩側肢體間動作協(xié)調能力較高的要求。

5.2 展望

UCM理論與方法在動作協(xié)調能力測試方法實證效度檢驗上具有廣闊應用空間。其應用主要可涉及到：1)各種不同類型動作協(xié)調能力有效測試方法探索；2)針對不同年齡段人群(兒童、青少年、成年人、老年人)動作協(xié)調能力有效測試方法探索；3)針對不同競技體育專項動作協(xié)調能力有效測試方法探索。這些各種各類動作協(xié)調能力測試方法的甄選、改進以及創(chuàng)新需要這樣的理論與方法介入，推動其應用及發(fā)展。

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Research on Empirical Validity of Inter-limbCoordination Ability Test in Adolescents—Taking Traversal Striding Repeatedly Test as an Example

LIN Hui-jie

The validity of current inter-limb coordination ability tests are showed through qualitative analysis from the designer,however,the empirical validity of them are unknown.It has become a common problem of this kind method,which has a serious impediment to its development and application.Based on UCM coordination theory and method,taking traversal striding repeatedly test (TSRT) as an example,the study takes the index of synergy between inter lower limb muscles as a criterion to observe the level of this index in TSRT,and its correlation with the test performance,furthermore,to observe whether these two aspects of test could be improved after setting cross task.The results show that 1) the index of synergy between inter lower limb muscles of high and low cross TSRT are 0.65 and 0.58 respectively,and has significant diffrence.2) the index of synergy between inter lower limb muscles of high and low cross TSRT all have highly negative correlation with the test result(r=-0.80,P<0.05;r=-0.71,P<0.05),the former is significantly higher.The conclusion is that the UCM theory and method can be preferably applied to validate inter-limb coordination ability tests,by which the TSRT shows an good reflection and discrimination of inter-limb coordination ability,which could be much better when settings cross task in this test.In the future,this theory and method will has a wide space of application on selection,improvement and innovation of inter-limb coordination ability tests.

traversalstridingrepeatedlytest;inter-limbcoordinationability;adolescent

1002-9826(2016)02-0071-09

10.16470/j.csst.201602011

2015-05-29；

2016-01-30

教育部人文社會科學研究青年基金項目(14YJC890009)；浙江省社會科學界聯(lián)合會研究課題(2014N058)；浙江省體育局科研課題(2015-19)。

林輝杰(1982-)，男，浙江奉化人，副教授，博士，主要研究方向為運動生物力學、學生體質健康促進，E-mail：linhj@tzc.edu.cn。

臺州學院 體育科學學院，浙江 臨海 317000 Taizhou University,Linhai 317000,China.

G804.49

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