網(wǎng)球運動專長對深度運動知覺影響的ERP研究*

韋曉娜 漆昌柱 徐 霞 洪曉彬 羅躍嘉

(1武漢體育學院研究生院, 武漢 430079) (2武漢體育學院健康科學學院, 武漢 430079)(3深圳大學 深圳市情緒與社會認知科學重點實驗室, 深圳 518060) (4深圳市神經(jīng)科學研究院腦與情緒研究中心, 深圳 518057)

1 引言

在復雜多變的情境中, 優(yōu)秀網(wǎng)球運動員往往能快速而準確地識別、追蹤并攔截來球, 而一般選手卻表現(xiàn)得顧此失彼, 甚至來不及做出有效反應。Gray (2014)綜合分析心理學和運動科學領(lǐng)域的相關(guān)研究, 提出了“運動員的感知取決于所處運動環(huán)境中的客體物理特征和運動員能力兩者的相互作用”的觀點。運動專長(motor expertise)反映了運動員在特定專項上的能力, 是導致專家?新手表現(xiàn)差異的主要原因, 而運動專長的影響具體體現(xiàn)在認知過程的哪個環(huán)節(jié)仍是一個需要探討的問題。深度運動知覺是球類運動員重要的感知覺之一, 無論是足球競賽中守門員對射門的撲救, 還是隔網(wǎng)類項群的接發(fā)球等都涉及深度運動知覺。因此, 研究者就深度運動知覺是否存在運動專長效應進行探討。

有研究表明, 深度運動知覺敏感度(Motion in Depth Sensitivity)與單手接球成功率的提高顯著相關(guān)(Wilkins & Gray, 2015)。在一項視覺?視運動能力測試中, 球類運動員在手動攔截、操作物體到目標位置以及預測運動物體深度的任務中表現(xiàn)顯著優(yōu)于非運動員, 結(jié)果還顯示運動員優(yōu)勢眼的深度動態(tài)視敏度好于非運動員, 但雙眼深度動態(tài)視敏度與非運動員相比沒有顯著差異(Gao et al., 2015)。Ha,Sogaard, Gisick和Ni (2015)針對乒乓球訓練是否對包括深度運動知覺和分配性注意在內(nèi)的視覺功能有促進作用進行研究, 結(jié)果表明訓練僅對分配性注意有促進影響。當前有關(guān)運動員和非運動員深度運動知覺的研究都停留在行為實驗層面, 沒有得出較為明確和一致的結(jié)論, 因此, 從腦機制層面對球類運動專長與深度運動知覺的關(guān)系進行深入研究顯得尤為重要。

當物體向著觀察者眼睛運動時, 其視網(wǎng)膜圖像變大, 而反向運動時, 其視網(wǎng)膜圖像變小。這種動態(tài)改變的視網(wǎng)膜圖像大小就會產(chǎn)生深度運動的知覺。國內(nèi)外有關(guān)深度運動知覺腦機制的研究比較豐富, 針對個體在知覺深度運動時其大腦活動的時空間特征, 例如腦電特征、功能腦區(qū)甚至神經(jīng)通路等等, 都有相關(guān)的研究基礎(chǔ)(Kobayashi, Yoshino,Kawamoto, Takahashi, & Nomura, 2004; Ptito, Kupers,Faubert, & Gjedde, 2001; Yang, Chao, & Lin, 2012)。以往對深度運動知覺的研究主要采用平面光流(optical flow)運動(Ptito et al., 2001)、不同平面上的隨機點群(Kubota, Kaneoke, Maruyama, Watanabe,& Kakigi, 2004)、圓環(huán)放縮/不同大小的圓形交替顯示(Kobayashi et al., 2004; Shirai & Yamaguchi,2004)、棋盤格放縮/棋盤格圓環(huán)放縮(Yang et al.,2012)等范式。這些范式或是平面運動或是似動現(xiàn)象, 與實際的視覺經(jīng)驗仍有一定的差異。我國學者王玲與堯德中(2009)在借鑒以往研究范式的基礎(chǔ)上,設(shè)計一種較為接近人真實視覺經(jīng)驗的實驗范式, 并結(jié)合 ERP技術(shù)分析客體的運動速度、運動方向以及客體大小對深度運動知覺影響的腦電特征, 結(jié)果表明, N220、P140和P300可能是與深度運動知覺密切聯(lián)系的ERP成分。

信息加工理論認為, 信息處理第一步是外部信息的輸入, 而信息輸入的過程是一個選擇性注意的過程。針對網(wǎng)球運動員視覺加工策略的研究表明,優(yōu)秀運動員表現(xiàn)出更高的信息加工效率和更合理的加工策略(黃宏遠, 漆昌柱, 2014), 因此, 運動員與新手有可能因為對信息輸入的區(qū)別而導致加工效率的差異。當外界認知負荷增加時, 個體的認知負荷加大, 需要個體提取相關(guān)的認知資源大大增加,對于擁有更多專項認知資源的個體而言, 其認知效率則更高, 這顯示了專家的認知專長優(yōu)勢?！皩＜?新手范式”是關(guān)于運動專長研究的主要范式(漆昌柱,徐培, 2001), 將某一領(lǐng)域里的一個或多個專家在某行為樣本或心理特質(zhì)上的表現(xiàn), 與這一領(lǐng)域的新手的表現(xiàn)進行比較, 從而得出有關(guān)研究結(jié)論(漆昌柱,2004)。本研究將借鑒已有深度運動知覺研究范式,結(jié)合專家?新手范式與事件相關(guān)電位(Event-related Potential, ERP)技術(shù), 探討：1)運動專長對深度運動知覺產(chǎn)生的影響, 并通過對比網(wǎng)球?qū)＜遗c新手在深度運動知覺相關(guān)ERP成分(P1、N2、P2和P300)上的差異, 探討該影響體現(xiàn)在深度運動知覺的哪個環(huán)節(jié); 2)考察不同深度運動的模式對深度運動知覺的影響在網(wǎng)球?qū)＜液托率种g是否存在差異。本研究的實驗假設(shè)是：相對于網(wǎng)球新手, 網(wǎng)球?qū)＜以谏疃冗\動知覺判斷的過程中信息處理速度更快而且準確性更高。兩組的差異會體現(xiàn)在與深度運動知覺過程相關(guān)的 ERP成分上, 即與視覺注意資源調(diào)用相關(guān)的頂顳葉P1、與運動信息整合的頂顳葉N2、與模式識別相關(guān)的頂葉P2和P300等, 網(wǎng)球?qū)＜业男畔⒓庸に俣雀? 效率更高。

2 研究方法

2.1 被試

40名在校大學生自愿參加本項研究。本研究采用專家?新手范式, 20名擁有國家二級運動員證書且網(wǎng)球訓練年限達到 5年以上的網(wǎng)球?qū)I(yè)大學生,作為本研究中的網(wǎng)球?qū)＜医M; 20名無運動等級并且無任何網(wǎng)球運動經(jīng)驗的普通大學生, 作為新手組。所有被試均為右利手, 視力或矯正視力正常, 無色盲色弱, 無身心健康問題, 無中樞神經(jīng)病史, 無類似實驗經(jīng)歷。被試在確認知曉研究目的、過程、可能危害及權(quán)益后, 簽署被試知情同意書。每位被試在完成實驗后均獲得一定的報酬。

兩組被試各有1人的ERP 數(shù)據(jù)因偽跡過多而被剔除。納入數(shù)據(jù)分析的專家組被試為19人(男11人, 女8人, 平均年齡23.00 ± 3.13歲), 新手組19人(男 12 人, 女 7 人, 平均年齡 22.32 ± 2.06 歲), 專家組與新手組被試年齡無顯著差異,

F

(1, 26) = 0.64;

p

= 0.431。

2.2 實驗設(shè)備和刺激材料

本研究采用19 英寸液晶顯示器呈現(xiàn)實驗刺激,屏幕分辨率為1440 × 900, 刷新率為60 Hz。采用E-prime 2.0軟件在一部臺式計算機上呈現(xiàn)刺激, 并記錄被試的行為數(shù)據(jù)。腦電活動的記錄采用 Brain Product公司生產(chǎn)的64導電極帽, 并在另一部臺式計算機上采用Brain Product公司的Recorder軟件同步記錄產(chǎn)生的ERP數(shù)據(jù)。

實驗靶刺激是一個黑白棋盤格花紋的 3D球體。球體運動的類型按深度運動方向(靠近和遠離)和運動模式(旋轉(zhuǎn)和不旋轉(zhuǎn))分成 4種：1)球體從初始視角 2.47°開始, 直接以800 cm/s勻速接近觀察者, 直至終止視角為 6.68°, 模擬直線靠近過程; 2)球體從初始視角6.68°開始, 直接以800 cm/s勻速遠離觀察者, 直至終止視角為 2.47°, 模擬遠離過程; 3)球體以與 1)同樣的運動速度和視角靠近, 在靠近的同時以旋轉(zhuǎn)速度為 360°/s繞 x軸向前旋轉(zhuǎn)(下旋)模擬旋轉(zhuǎn)靠近過程; 4)球體以與 2)同樣的運動速度和視角遠離, 在遠離的同時以旋轉(zhuǎn)速度為360°/s繞 x軸向后旋轉(zhuǎn)(上旋)模擬旋轉(zhuǎn)遠離過程。靶刺激需要被試做相應的反應。

非靶刺激是一個棋盤格花紋的圓形平面, 分為擴大(圓形平面從初始視角 2.47°勻速擴大, 直至終止視角為 6.68°)和收縮(圓形平面從初始視角 6.68°勻速收縮, 直至終止視角為 2.47°)兩種運動。非靶刺激用于約束被試先進行刺激識別, 不需要被試按鍵反應, 對應的數(shù)據(jù)不進入最后分析。

采用Autodesk 3ds Max 2010軟件制作刺激材料。視頻材料時長 1000 ms, 為寬 1440高 900的wmv格式, 以每秒30幀(模擬平滑連續(xù)的運動過程)顯示于被試正前方約65 cm的液晶顯示器。

2.3 實驗設(shè)計

采用2 × 2 × 2混合設(shè)計。自變量一為被試類型(組間變量)：網(wǎng)球?qū)＜? 新手; 自變量二為球體深度運動方向：靠近, 遠離; 自變量三為球體運動模式：旋轉(zhuǎn), 不旋轉(zhuǎn)。

實驗總共包含360個trial, 平均分成3個block,每個block均包含6種刺激材料。一個trial呈現(xiàn)一種深度運動刺激, 因此每種刺激材料在每個 block各呈現(xiàn)20次, 順序隨機。每個block之間允許被試自主控制休息時間。

2.4 實驗流程

被試在完成頭皮清潔后, 關(guān)閉通訊設(shè)備, 進入隔音、光線控制的實驗室。主試為被試佩戴電極帽并將電阻降至10 k?以下。實驗開始前, 先向被試講解實驗任務, 待其明白實驗內(nèi)容和任務后, 讓其以眼睛距離屏幕中央65 cm的位置正座, 并開始練習。練習由12個trial (每種刺激材料各2個trial)組成, 所用刺激材料和操作任務均與正式實驗相同。練習旨在讓被試了解實驗過程、熟悉按鍵反應,以消除由于不了解實驗流程而帶來的反應延遲和錯誤反應的發(fā)生。練習數(shù)據(jù)不記入結(jié)果分析。

每一個 trial (如圖 1所示)首先呈現(xiàn)一個紅色“+”注視點(200 ～ 400 ms), 隨后是深度運動刺激視頻(1000 ms), 被試需要在呈現(xiàn)刺激的1000 ms之內(nèi)區(qū)分靶刺激和非靶刺激。非靶刺激出現(xiàn)時不按鍵為正確反應, 靶刺激需要根據(jù)球體深度運動的方向做出相應判斷：如果球體朝向自己飛來就按“J”鍵, 球體遠離自己就按“F”鍵。按鍵之后到下一個 trial之前是一個緩沖空屏(1000 ～1500 ms)。

2.5 腦電數(shù)據(jù)采集及分析

腦電數(shù)據(jù)記錄所使用的 64導電極帽, 按照國際10-20系統(tǒng)安置電極, 接地電極在AFz點, 參考電極為FCz點, 后期離線處理時轉(zhuǎn)換為平均參考。眼電電極(EOG)貼于右眼中下1 cm處。

在線采集腦電信號時, 采樣頻率設(shè)置為500 Hz,濾波帶通為0.01 ～ 100 Hz。離線數(shù)據(jù)濾波參數(shù)轉(zhuǎn)換為0.1 ～ 35 Hz。采用Brain Product公司的Analyzer 2.1軟件中的獨立成分分析法(Ocular Correction Independent Component Analysis, Ocular Correction ICA)識別并去除眨眼和眼動偽跡。選取視頻刺激呈現(xiàn)前的 200 ms作為基線校正的基線值, 排除電壓超過± 75 μV (相對于?200 ms的基線)的試次。

分別對被試知覺無旋轉(zhuǎn)靠近、旋轉(zhuǎn)靠近、無旋轉(zhuǎn)遠離和旋轉(zhuǎn)遠離4種深度運動過程的EEG進行疊加平均, 分析時程為1200 ms(包括基線前200 ms),每個實驗條件下疊加的分段數(shù)均超過55。根據(jù)ERP波形總平均圖和相關(guān)文獻(Kobayashi et al., 2004;Lamberty, Gobbelé, Schoth, Buchner, & Waberski,2008), 本研究選取顳枕區(qū)PO7和PO8電極點(各代表左、右顳枕區(qū))為P1和N2成分, 枕區(qū)Oz電極點為P2成分, 頂區(qū)Pz和CPz電極點為P300的測量和分析記錄點, 采用基線–峰值進行度量。

2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

行為學數(shù)據(jù)主要針對被試的正確率和反應時,ERP數(shù)據(jù)主要針對顳枕區(qū)PO7和PO8電極點的P1和N2、枕區(qū)Oz電極點P2以及頂區(qū)Pz和CPz電極點的 P300的波幅和潛伏期進行統(tǒng)計分析。所有數(shù)據(jù)預處理后, 采用 SPSS19.0軟件進行重復測量方差分析(rANOVA), 針對交互效應顯著的變量分別進行簡單效應分析。

3 實驗結(jié)果

3.1 行為學數(shù)據(jù)結(jié)果

圖1 實驗程序示意圖

圖2為兩組被試對不同深度運動方向模式判斷的反應時和正確率。從圖中可以看出兩組被試的反應時分布大致形同, 專家組的正確率分布較為集中。

圖2 不同深度運動模式下的反應時(ms)和正確率

非靶刺激的正確率結(jié)果顯示, 兩組被試對非靶刺激的反應正確率都非常高。新手組對平面擴大(0.99 ± 0.02)和平面縮小(0.99 ± 0.02)的反應和專家組對平面擴大(0.99 ± 0.01)和平面縮小(0.99 ± 0.02)的反應正確率無顯著差異。

3.2 腦電數(shù)據(jù)結(jié)果

圖3為電極點 PO7、PO8、Oz、Pz和 CPz的ERP總平均波形圖, 根據(jù)總平均波形的特征確認各成分的波峰探測范圍P1 (80 ～ 160 ms)、N2 (160 ～220 ms)和P2 (220 ～ 280 ms), 以及P300 (320 ～ 550 ms)進行統(tǒng)計分析。N2是個較大的群體, 波峰探測后發(fā)現(xiàn)本研究的N2潛伏期大多集中在180 ms左右, 因此以下將N2稱為N180更為準確。

圖4為P1、N180、P2和P300在ERP總平均圖中分別取112 ms、174 ms、240 ms和460 ms代表這4個成分的瞬時地形圖。4個縱列分別代表4種實驗條件：直線靠近、直線遠離、旋轉(zhuǎn)靠近和旋轉(zhuǎn)遠離。如圖所示, P1和N180主要出現(xiàn)在兩側(cè)顳枕區(qū), P2主要出現(xiàn)在枕區(qū), 而P300在中線頂區(qū)及部分中央?yún)^(qū)都有出現(xiàn)。對PO7和PO8兩個電極點的P1和N180、Oz電極點的P2以及CPz和Pz電極點的 P300的峰值幅度(μV)和潛伏期(ms)分別進行以被試類型作為組間變量的 2 (運動方向：靠近、遠離) × 2 (運動模式：無旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)) 重復測量方差分析。

以下僅針對達到統(tǒng)計學上顯著效應(

p

< 0.05)的結(jié)果進行報告：

圖3 所選取電極點的總平均波形圖

圖4 四種實驗條件下P1(112 ms)、N180(174 ms)、P2(240 ms)和P300(460 ms)的瞬時地形圖

4 討論

本研究主要采用專家?新手范式, 對比網(wǎng)球?qū)＜遗c新手在知覺不同深度運動方向和模式時的行為學與腦電特征, 從而探討運動專長是否對深度運動知覺過程產(chǎn)生影響。行為結(jié)果發(fā)現(xiàn), 專家組與新手組的反應時無顯著性差異, 但專家組的反應準確率高于新手組。本次實驗的任務較為簡單, 但要求兼顧速度和準確性, 即在準確辨認的基礎(chǔ)上做出準確的反應。當刺激作用于感官時, 網(wǎng)球?qū)＜夷茉谥X過程中對刺激特征進行快速識別, 并對大腦中的信息進行編碼和比較后, 準確做出反應; 而多數(shù)新手在實驗結(jié)束時候反映, 雖然能快速的識別刺激,但做出反應的時候常常出現(xiàn)錯誤。行為結(jié)果也說明專家組在速度與準確均衡的優(yōu)勢, 間接體現(xiàn)了網(wǎng)球?qū)＜以谥X過程中運動能快速投入更多認知資源。新手組在球體旋轉(zhuǎn)條件下的正確率比非旋轉(zhuǎn)條件高; 而此種情況在專家組中并沒有出現(xiàn), 這與Gray(2002)的“與一般水平棒球運動員相比, 旋轉(zhuǎn)線索對高水平運動員促進作用更明顯”的結(jié)論不一致,其原因有可能是該行為實驗中被試的任務是更為復雜的棒球擊打。該任務涉及的旋轉(zhuǎn)信息使擊打任務變得更為復雜, 但是對于擁有豐富的專業(yè)理論知識和訓練經(jīng)驗的高水平棒球運動員, 旋轉(zhuǎn)線索無疑有利于他們優(yōu)勢的發(fā)揮。在本研究中的任務更強調(diào)個體的深度運動知覺, 旋轉(zhuǎn)線索使新手能更準確地識別球體的運動, 而專家的判斷準確率在無旋轉(zhuǎn)的時候已經(jīng)極高, 出現(xiàn)一定的天花板效應, 旋轉(zhuǎn)線索能帶來的提高空間較小。

球體靠近的反應時比遠離的快, 且正確率比遠離的高, 這與之前關(guān)于人類視覺系統(tǒng)對靠近物體(視角擴大)更為敏感(Shirai & Yamaguchi, 2004)以及人的行為受到這種敏感性影響(Classen & Kibele,2017)的結(jié)果一致。Scott, van der Kamp, Savelsbergh,Oudejans和 Davids (2004)的研究發(fā)現(xiàn)在物體旋轉(zhuǎn)的情況下, 個體擊打動作的啟動較遲, 但該研究未能說明影響的機制, 而在本研究中, 對旋轉(zhuǎn)球體的反應比非旋轉(zhuǎn)的快, 因此結(jié)合兩個研究結(jié)果分析,可以肯定旋轉(zhuǎn)因素的影響不是使物體的識別變慢,而可能是由于旋轉(zhuǎn)因素增加擊打的復雜性, 個體需要時間考慮擊打策略或者協(xié)調(diào)動作。對旋轉(zhuǎn)球體的的判斷比非旋轉(zhuǎn)的快而且準的研究結(jié)果也驗證Gray (2002)關(guān)于旋轉(zhuǎn)線索能提高任務表現(xiàn)的結(jié)果。對球體直線靠近的反應比直線遠離快, 而在球體旋轉(zhuǎn)的情況下, 靠近和遠離的反應時無顯著差異, 說明旋轉(zhuǎn)線索的加入有可能削弱個體對靠近物體更敏感的現(xiàn)象或者提高對遠離物體的識別速度。

在本研究中, 從刺激呈現(xiàn)到消失, 專家組和新手組的腦電特征相似, 都出現(xiàn)4個ERP成分。最早出現(xiàn)的視覺成分 P1在兩側(cè)顳枕區(qū)幅度最大, 其出現(xiàn)大約始于 90 ms、峰值潛伏期在 110 ms左右;N180也是在兩側(cè)顳枕區(qū)幅度最大, 其出現(xiàn)大約始于146 ms、峰值潛伏期在174 ms左右; P2主要出現(xiàn)在枕區(qū), 大約始于220 ms、峰值潛伏期在240 ms左右; P300主要出現(xiàn)在頂區(qū)以及頂區(qū)往前的部分區(qū)域, 起始到結(jié)束的時間窗口從280 ms到630 ms。結(jié)果顯示, 有關(guān)深度運動知覺涉及的腦區(qū)和ERP成分與以往研究(王玲, 2008; Kobayashi et al., 2004;Lamberty et al., 2008)既有相似點(例如成分集中在顳枕區(qū))又有不同之處(例如ERP成分的潛伏期不完全相似)。不同的實驗刺激、實驗設(shè)計甚至是數(shù)據(jù)處理方法都有可能導致差異, 本研究的發(fā)現(xiàn)是對深度運動知覺領(lǐng)域知識的拓展。

如果刺激需要個體做出快速反應, 相應 P1和N1成分表明注意指向了該感知過程(Hillyard, Vogel,& Luck, 1998)。P1和N1成分一般多與物理刺激的早期加工有關(guān)。其中, P1與視覺刺激的一些初級特征以及對無意識感覺偏向的抑制有關(guān)(Luck &Kappenman, 2012), 容易受刺激亮度和對比度的影響(Kubová, Kuba, Spekreijse, & Blakemore, 1995)。在本研究中, 靠近時 P1的波幅小于遠離, 潛伏期晚于遠離, 這與王玲和堯德中(2009)的“遠離運動比接近運動引起明顯的早而強的反應, 特別是在初級視覺處理腦區(qū)”結(jié)果相似。遠離與接近的最主要區(qū)別就是刺激的初始視角及視角變化, 這可能是造成P1在兩個過程上差異的原因。該研究也指出, 接近和遠離的視覺信息處理腦機制可能不同, 接近運動對速度、深度及深度運動引起的光流變化等運動高級視覺信息處理的需求比遠離運動更高。在本研究中, 新手組在球體靠近時 P1的潛伏期晚于球體遠離, 專家組針對靠近和遠離 P1的潛伏期卻無顯著差異。這說明針對物體接近和遠離, 專家所投入的選擇性注意資源相同。網(wǎng)球運動過程需要的“盯球”不僅體現(xiàn)在接球前, 球被擊出后同樣需要選手全神貫注地將視覺注意保持在球上(除非是出手即刻, 選手就已經(jīng), 知道會出界的球)。因此, 網(wǎng)球運動員針對兩種深度運動的注意模式, 與在日常生活中更關(guān)注物體接近過程的普通人相比, 是有所不同的。

針對視運動知覺的研究證明, N180是一個與刺激運動過程相關(guān)的視覺成分(Hoffmann, Uns?ld,& Bach, 2001)。以往有關(guān)深度運動知覺的ERP研究(王玲, 2008)發(fā)現(xiàn)N220出現(xiàn)在多個區(qū)域, 而多區(qū)域信息同步處理有可能反映大腦信息整合。一般認為,波幅反映大腦的興奮性高低, 而潛伏期則反映神經(jīng)活動與加工過程的速度與評價時間。專家組和新手組N180無論在波幅還是對應的潛伏期都沒有顯著差異。其原因可能是深度運動的變化模式達不到運動情境中的復雜程度, 因此與運動相關(guān)的 N180沒有表現(xiàn)出球類運動專長的效應。有研究顯示(Ripoll& Latiri, 1997), 專家在刺激勻速運動中的判斷成績與新手無差異, 但在變速運動中優(yōu)于新手。在本研究中, 球體深度運動速度是固定的, 旋轉(zhuǎn)角度和速率也是固定的, 而且由于ERP實驗設(shè)計需要被試在同一實驗條件下進行多次反復操作, 從而使該成分更多取決于刺激特點, 不能反映專家的認知優(yōu)勢。N180在本研究中只出現(xiàn)方向效應, 靠近時的波幅小于遠離, 對應的潛伏期長于遠離, 說明知覺遠離時神經(jīng)細胞的激活性相對較大, 加工過程的速度比靠近快, 但在行為的反應時上, 卻是靠近比遠離快。說明對物體靠近的認知速度優(yōu)勢, 在時間進程上可能體現(xiàn)在知覺后半段, 而不是刺激出現(xiàn)的前半段。

在需要根據(jù)刺激外觀做出相應反應的實驗研究中, P2被認為是與工作記憶密切相關(guān)的成分(Finnigan, O'Connell, Cummins, Broughton, &Robertson, 2011)。工作記憶是指人們在完成認知任務的過程中將信息暫時儲存的系統(tǒng), 模式識別過程是感覺信息與記憶中的有關(guān)信息進行比較, 再決定它與哪個記憶中的項目有著最佳匹配的過程。本研究既涉及靶刺激與非靶刺激的Go-Nogo任務, 又涉及根據(jù)不同靶刺激(不同深度運動方向)快速做出相應的反應, 被試做出判斷時涉及模式識別與工作記憶。枕區(qū) P2和目標刺激的識別有關(guān), 代表了對感覺輸入信息的整合加工過程。在一項研究乒乓球運動經(jīng)驗對動態(tài)信息識別影響的研究中(金晨曦, 李安民, 陶瑩, 2015), 枕區(qū)P2成分的出現(xiàn)了運動專長效應, 乒乓球運動員的 P2波幅顯著小于普通大學生。在本研究中, 兩組被試 P2的波幅和潛伏期都沒有顯著性差異, 但潛伏期出現(xiàn)方向與組別的交互效應, 專家組在球體靠近時 P2的潛伏期晚于球體遠離, 新手組沒有出現(xiàn)該方向效應。專家組在 P2潛伏期的方向效應與N180、P2的方向主效應模式是一致的(靠近>遠離), 但方向與組別的交互效應并沒有在N180就出現(xiàn), 而是在P2上才出現(xiàn)。新手組知覺球體遠離的 P2潛伏期延長, 從而與知覺靠近時的潛伏期無顯著差異。該模式說明在本研究的任務中, 針對刺激信息輸入, 兩組所調(diào)用的認知資源可能是一樣, 但在反映感覺輸入信息的整合加工過程的 P2上, 新手組在知覺刺激遠離的速度比專家組慢。這一發(fā)現(xiàn)驗證了本文在引言中基于信息加工理論和相關(guān)研究所提出的“運動專家擁有更高的信息加工效率”, 但未能反映專家比新手擁有更多的認知資源。

多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)當被試對任務付出更多努力時,P300的波幅會變大?；诖? P300的波幅被視為資源分配的一種測量指標, 它的潛伏期反映對刺激的評價或分類所需要的時間。一項元分析研究也支持這一觀點, 并進一步提出 P300波幅反映認知資源的投入, 而潛伏期反映大腦效率(van Dinteren, Arns,Jongsma, & Kessels, 2014)。很多ERP研究認為P3既和工作記憶也和線索回憶有關(guān)(Allan & Rugg,1997; Johnson Jr, Kreiter, Zhu, & Russo, 1998; Kok,2001)。有 ERP研究顯示, 高水平運動員完成任務時 P300的潛伏期顯著短于一般水平選手或普通大學生(Jin et al., 2011; Sharhidd Taliep et al., 2008)。雖然同樣是球類運動, 本研究中的專家組與新手組在 P300的波幅和潛伏期上都沒有顯著差異。這說明雖然在運動情境下 P300可能會出現(xiàn)專長效應,但在一般性的深度運動知覺過程中, 兩組個體在模式識別后認知資源的分配和所需時間是相似的。旋轉(zhuǎn)的 P300波幅大于不旋轉(zhuǎn), 說明旋轉(zhuǎn)線索的加入使大腦調(diào)用更多認知資源。Pz方向主效應顯著, 靠近的波幅小于遠離。旋轉(zhuǎn)情況下, CPz和Pz都出現(xiàn)靠近的波幅小于遠離, 但在球體不旋轉(zhuǎn)時, 靠近與遠離的 P300波幅無顯著差異, 說明對靠近的識別更趨向于一種自動化, 需要投入的認知資源比識別遠離少, 但這種優(yōu)勢需要旋轉(zhuǎn)線索的加入才能體現(xiàn)出來。現(xiàn)實生活中知覺深度運動物體時涉及的線索更多, 因此方向效應會更加顯著。

結(jié)合行為數(shù)據(jù)和腦電數(shù)據(jù)分析來看, 在本次深度運動知覺的研究中, 網(wǎng)球?qū)＜业膬?yōu)勢主要體現(xiàn)在速度與準確率的均衡, 專長的影響主要與其獨特的注意調(diào)用以及深度運動知覺相關(guān)的模式識別有關(guān)。有研究表明, 網(wǎng)球?qū)＜业囊?動延遲比新手短(Le Runigo, Benguigui, & Bardy, 2010), 但該差異所產(chǎn)生的影響仍需要開展研究進一步探討。雖然本研究采用一種較為接近人真實視覺經(jīng)驗的實驗范式來模擬深度運動的感知, 但與真實運動情境的差異還是很大。運動專長對情境具有高度的敏感性, 未來可考慮將浸入式虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到運動情境中的深度運動知覺實驗。此外, 不同的區(qū)分專家和新手的方法會使研究結(jié)果具有不同的意義, 未來將在運動項目和專長水平上豐富研究群體, 驗證并拓展研究成果。

5 結(jié)論

本研究結(jié)合專家?新手范式與ERP技術(shù), 考察網(wǎng)球運動專長對個體深度運動知覺影響的腦機制。研究發(fā)現(xiàn)網(wǎng)球選手在深度運動知覺上的專長效應更多體現(xiàn)在其更高的判斷準確率, 而該效應主要與注意資源調(diào)用以及相關(guān)的模式識別有關(guān)。同時, 反映深度運動知覺過程中模式識別的枕區(qū) P2成分,未來可作為深度運動知覺的評價指標。

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