基于動(dòng)態(tài)低頻振蕩振幅方法的乒乓球運(yùn)動(dòng)員腦可塑性變化

張牧 黃月 高晴 陳華富

摘 要： 目的 利用靜息態(tài)功能磁共振成像（rs-fMRI）技術(shù)，選取動(dòng)態(tài)低頻振蕩振幅（dynamic amplitude of low-frequency fluctuation，dALFF）方法，動(dòng)態(tài)探測(cè)不同訓(xùn)練程度的乒乓球運(yùn)動(dòng)員腦功能活動(dòng)的可塑性變化，以更精確地分析乒乓球項(xiàng)目特征，并為乒乓球運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練監(jiān)控與評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。方法 招募乒乓球?qū)I(yè)隊(duì)運(yùn)動(dòng)員、專(zhuān)業(yè)體育院校乒乓球?qū)ｍ?xiàng)學(xué)生以及性別、年齡與之匹配的普通被試，分別進(jìn)行乒乓球訓(xùn)練情況調(diào)查。采集3組被試rs-fMRI相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算大腦dALFF指標(biāo)并進(jìn)行方差分析，提取差異腦區(qū)的dALFF值做雙樣本t檢驗(yàn)并做Bonferroni校正;同時(shí)分別將組間差異腦區(qū)dALFF值與運(yùn)動(dòng)員周訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。結(jié)果 3組被試左側(cè)小腦及左側(cè)顳中回的dALFF值均有顯著差異[（體素P<0.01，團(tuán)塊P<0.05，高斯隨機(jī)場(chǎng)（GRF）校正，體素>40]。事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員/專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員左側(cè)小腦dALFF值均顯著高于普通被試（P<0.05），大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員左側(cè)顳中回dALFF值顯著高于其他2組被試（P<0.05），且均呈現(xiàn)大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員>專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員>普通被試的變化趨勢(shì)。專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員左側(cè)小腦及左側(cè)顳中回dALFF值與周訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)均不存在相關(guān)性（P>0.05），而大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員左側(cè)小腦及左側(cè)顳中回dALFF值與周訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)呈顯著負(fù)相關(guān)（r值分別為–0.4382和–0.4115，均P<0.05）。結(jié)論 乒乓球運(yùn)動(dòng)可以引起大腦可塑性變化。乒乓球運(yùn)動(dòng)員在不同訓(xùn)練程度下可發(fā)生大腦（快速）運(yùn)動(dòng)平衡和視覺(jué)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)相關(guān)腦區(qū)的功能變化，其局部腦區(qū)腦自發(fā)活動(dòng)的變異性在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練前期強(qiáng)于后期，且隨著訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)的增加，腦自發(fā)活動(dòng)趨于穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞： 乒乓球運(yùn)動(dòng)員; 動(dòng)態(tài)低頻振蕩振幅; 腦可塑性; 靜息態(tài)功能磁共振成像

中圖分類(lèi)號(hào)： G846 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ? 文章編號(hào)： 1000-5498（2020）06-0062-08

DOI： 10.16099/j.sus.2020.06.008

人腦是生物界最為復(fù)雜、精密的器官，可塑性是其固有屬性，其結(jié)構(gòu)和功能會(huì)隨環(huán)境變化產(chǎn)生適應(yīng)性改變[1-2]。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究者將大腦可塑性描述為大腦發(fā)生改變的能力，認(rèn)為在學(xué)習(xí)、訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)等因素影響下，大腦結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)變化[3]，可塑性即腦神經(jīng)系統(tǒng)在外界環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)的作用下不斷塑造其結(jié)構(gòu)和功能的能力[4]。例如：中低強(qiáng)度訓(xùn)練可使幼年大鼠海馬齒狀回顆粒下區(qū)（subgranular zone，SGZ）細(xì)胞增加[5];中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)可誘發(fā)兒童執(zhí)行功能腦區(qū)激活模式的變化[6];有氧運(yùn)動(dòng)可使老年人前額葉、顳葉、頂葉的灰質(zhì)和白質(zhì)容量增加[7]。經(jīng)驗(yàn)（experience）與學(xué)習(xí)可以改變大腦的結(jié)構(gòu)和功能：甚至2周短期鋼琴學(xué)習(xí)也會(huì)引起大腦灰質(zhì)區(qū)域的改變，1周的雜技訓(xùn)練會(huì)引起顳中回、海馬等腦區(qū)的灰質(zhì)密度變化[3]。有研究[8-9]發(fā)現(xiàn)，特定的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練可引起大腦可塑性變化，如經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)練習(xí)的舞蹈運(yùn)動(dòng)員雙側(cè)中央后回、左側(cè)顳上回等腦區(qū)的局部一致性（regional homogeneity，ReHo）值顯著高于對(duì)照組[10]，優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員右枕葉外側(cè)的灰質(zhì)體積顯著高于普通大學(xué)生，接受長(zhǎng)期訓(xùn)練的籃球運(yùn)動(dòng)員小腦蚯蚓小葉增大[11-12]。運(yùn)動(dòng)技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練可引起運(yùn)動(dòng)者腦組織的變化，且強(qiáng)度和內(nèi)容的不同會(huì)影響其大腦結(jié)構(gòu)的改變[13]。專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員從小接受相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目訓(xùn)練，長(zhǎng)期的訓(xùn)練和技能學(xué)習(xí)不僅使其獲得較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力，還使其神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生適應(yīng)性（可塑性）變化，而后者已被許多研究[14-16]所證實(shí)，因此，運(yùn)動(dòng)員群體可成為很好的探究大腦可塑性變化的觀(guān)察對(duì)象。

功能性成像技術(shù)，尤其是靜息態(tài)功能磁共振成像（rs-fMRI）技術(shù)可幫助研究者觀(guān)察特定被試的大腦結(jié)構(gòu)，已較多應(yīng)用于腦可塑性研究。在rs-fMRI的眾多指標(biāo)中，低頻振蕩振幅（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）可表征自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)的強(qiáng)弱，從能量代謝角度客觀(guān)反映腦活動(dòng)[17]，已用于偏頭痛[18]、抑郁癥[19]、雙相障礙[20]等患者的腦活動(dòng)研究。但ALFF多用于靜息態(tài)下大腦活動(dòng)研究，對(duì)腦活動(dòng)的動(dòng)態(tài)了解還很有限。為了進(jìn)一步探究腦活動(dòng)的動(dòng)態(tài)性，可在觀(guān)察大腦內(nèi)部活動(dòng)（intrinsic brain activity，iBA）時(shí)量化其時(shí)間變異性[21-24]。在rs-fMRI掃描過(guò)程中，常假設(shè)iBA是穩(wěn)定的;如果在全腦活動(dòng)的研究中考慮到iBA會(huì)隨時(shí)間推移而發(fā)生變化，便可通過(guò)測(cè)量體素（voxel）中iBA的時(shí)間變異性進(jìn)行量化[25]。由此出現(xiàn)了一個(gè)可增加對(duì)大腦動(dòng)態(tài)活動(dòng)認(rèn)知的iBA評(píng)價(jià)指標(biāo)——?jiǎng)討B(tài)低頻振蕩振幅（dynamic amplitude of low-frequency fluctuation，dALFF）。dALFF是對(duì)ALFF的進(jìn)一步拓展，是在時(shí)間尺度上探究ALFF，可促進(jìn)對(duì)局部腦活動(dòng)的動(dòng)態(tài)研究，已被研究人員用于預(yù)測(cè)抑郁癥患者的自殺意念[19]和觀(guān)察精神分裂癥患者大腦動(dòng)態(tài)功能連接的變化[23]。

乒乓球運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)基于人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)的隔網(wǎng)對(duì)抗性小球類(lèi)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，其特點(diǎn)是速度快、變化多、對(duì)抗性強(qiáng)，項(xiàng)目參與者需要有極強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)、空間感知和信息預(yù)判等能力，即更強(qiáng)的認(rèn)知能力。乒乓球?qū)I(yè)運(yùn)動(dòng)員的視覺(jué)-空間認(rèn)知加工能力對(duì)其快速準(zhǔn)確地察覺(jué)場(chǎng)上變化、判斷來(lái)球特征、選擇恰當(dāng)應(yīng)對(duì)策略并做出合理的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)起著至關(guān)重要的作用，其良好的運(yùn)動(dòng)競(jìng)技水平也與其認(rèn)知能力緊密相關(guān)。探究長(zhǎng)期、專(zhuān)業(yè)的乒乓球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大腦產(chǎn)生的可塑性變化及其作用機(jī)制，不僅有助于更精確地分析乒乓球項(xiàng)目特征，也可將研究成果應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員選材、競(jìng)技能力評(píng)估等領(lǐng)域，為乒乓球運(yùn)動(dòng)的科學(xué)選材、訓(xùn)練監(jiān)控與評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。為此，筆者利用rs-fMRI技術(shù)并選取dALFF指標(biāo)，觀(guān)察并分析乒乓球?qū)I(yè)運(yùn)動(dòng)員、乒乓球大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員以及普通被試的局部腦活動(dòng)變化，以探究乒乓球運(yùn)動(dòng)中不同訓(xùn)練強(qiáng)度對(duì)運(yùn)動(dòng)員大腦可塑性的影響及動(dòng)態(tài)變化。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 被試及分組

1.1.1 篩選標(biāo)準(zhǔn)

被試自愿參加本試驗(yàn);右利手;雙眼裸眼視力或矯正視力正常，無(wú)色弱或色盲;無(wú)腦部創(chuàng)傷，無(wú)精神障礙，無(wú)精神病、神經(jīng)病或遺傳病史，且目前精神狀況良好;無(wú)嚴(yán)重軀體疾病，無(wú)其他可能影響腦功能與結(jié)構(gòu)的疾病;無(wú)酒精或藥物依賴(lài)史;滿(mǎn)足電子科技大學(xué)磁共振中心磁共振掃描核查清單中的要求，如體內(nèi)無(wú)植入金屬（金屬假牙等），身體未裝有電子、磁性或機(jī)械設(shè)備（如心臟起搏器、助聽(tīng)器）等。

1.1.2 被試來(lái)源及分組

被試被分為3組：①專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員組（n=34），均為四川省乒乓球隊(duì)的現(xiàn)役運(yùn)動(dòng)員，運(yùn)動(dòng)員等級(jí)為國(guó)家一級(jí)及以上。②大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員組（n=33），均為成都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專(zhuān)業(yè)乒乓球?qū)ｍ?xiàng)大學(xué)生，運(yùn)動(dòng)員等級(jí)為國(guó)家二級(jí)。③普通對(duì)照組（n=42），均為來(lái)自電子科技大學(xué)未受過(guò)乒乓球?qū)I(yè)訓(xùn)練的非體育特長(zhǎng)學(xué)生。普通對(duì)照組被試在年齡、性別、受教育年限方面與運(yùn)動(dòng)員組匹配。①和②組歸為試驗(yàn)組。所有被試均簽署知情同意書(shū)，實(shí)驗(yàn)獲電子科技大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。采用焦慮自評(píng)量表（SAS）和艾森克人格問(wèn)卷簡(jiǎn)式量表中國(guó)版（EPQ-RSC）進(jìn)行心理狀態(tài)評(píng)估。

1.1.3 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)

所有被試均填寫(xiě)乒乓球訓(xùn)練情況調(diào)查問(wèn)卷，根據(jù)問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)周訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)和訓(xùn)練年限等運(yùn)動(dòng)頻次相關(guān)數(shù)據(jù)（運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)以其教練員提供為準(zhǔn)）。3組被試之間的年齡和受教育年限無(wú)明顯差異。周訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)和訓(xùn)練年限：專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員>大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員>普通被試。研究對(duì)象人口統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)采集

磁共振影像數(shù)據(jù)在電子科技大學(xué)磁共振中心3.0 T超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)（GE Signa MR750，美國(guó)）下采集，采用8通道頭線(xiàn)圈。3DT1結(jié)構(gòu)像采用3D spoiled gradient-recalled（SPGR）序列，重復(fù)時(shí)間（repetition time，TR）=6.0 ms，回波時(shí)間（echo time，TE）=2.0 ms，視野（field of view，F(xiàn)OV）=240 mm×240 mm，翻轉(zhuǎn)角=12°，采集矩陣=512×512，體素大小=1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，層厚=1.0 mm，無(wú)層間距，平行于前后聯(lián)合軸位掃描，共采集156層圖像（包括全腦）。腦靜息態(tài)功能像采用gradient-recalled echo planar imaging（GRE-EPI）序列，采集位置復(fù)制結(jié)構(gòu)像，TR=2 000 ms，TE=30 ms，F(xiàn)OV=220 mm×220 mm，翻轉(zhuǎn)角=90°，采集矩陣=64×64，體素大小=3.75 mm×3.75 mm×3.2 mm，層厚=3.2 mm，無(wú)層間距，共43層，連續(xù)采集266個(gè)時(shí)間點(diǎn)。在掃描過(guò)程中，被試閉目、意識(shí)清醒平躺于掃描儀內(nèi)，保持安靜，頭部固定，不進(jìn)行任何系統(tǒng)性思維活動(dòng)。使用泡沫填充以控制被試頭動(dòng)，使用耳塞以減少掃描噪聲。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析方法

采用dpabi軟件包的DPARSF 4.3 Avanced Edition模塊進(jìn)行fMRI數(shù)據(jù)預(yù)處理，步驟如下。①去除功能像前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)（以免機(jī)器剛啟動(dòng)、被試對(duì)環(huán)境不適應(yīng)等不穩(wěn)定因素影響），對(duì)后256個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)分析。②進(jìn)行時(shí)間校正和頭動(dòng)校正（數(shù)據(jù)的頭動(dòng)控制要求平移參數(shù)<2.00 mm，轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)<2°）。③進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化，將被試的原始空間采樣至體素大小為3 mm×3 mm×3 mm的MNI標(biāo)準(zhǔn)空間。采用多元線(xiàn)性回歸方法，對(duì)年齡、性別、受教育年限、頭動(dòng)參數(shù)（6個(gè)）、白質(zhì)信號(hào)及腦脊液信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以避免其差異對(duì)結(jié)果造成影響。④進(jìn)行8 mm高斯核空間平滑和去線(xiàn)性漂移。⑤通過(guò)濾波（0.01～0.1 Hz）去除信號(hào)漂移和呼吸、心跳等生理噪聲。對(duì)所獲信號(hào)再進(jìn)行后續(xù)分析。

ALFF描述的是靜息態(tài)fMRI在0.01～0.1 Hz頻率區(qū)間的低頻振幅信號(hào)變化，反映了BOLD信號(hào)的變化[26]。利用快速傅立葉變換對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換后，由頻帶（0.01～0.1 Hz）計(jì)算每個(gè)頻率下的功率譜，求其平方根，在0.01～0.1 Hz內(nèi)計(jì)算平均值，得到ALFF值[18，20]。其計(jì)算公式為

ALFF =∑_（k ： f_k ∈[0.01，0.1]）?√（（a_k^2 （f_k ）+b_k^2 （f_k ））/N） ? ? ? ? ? ?（1）

式（1）中，k表示求和的頻率個(gè)數(shù)，fk表示不同頻率（0.01～0.1 Hz），a_k^ 和b_k^ 均表示不同頻率下對(duì)應(yīng)的系數(shù)，N表示體素總個(gè)數(shù)。

為更有效地反映乒乓球運(yùn)動(dòng)員腦可塑性變化結(jié)果，采用在時(shí)間尺度上對(duì)ALFF進(jìn)行考察的指標(biāo)——dALFF。采用滑動(dòng)窗方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，窗長(zhǎng)是靜息態(tài)動(dòng)力學(xué)計(jì)算中的一個(gè)重要參數(shù)，根據(jù)以往研究，最低窗長(zhǎng)不應(yīng)小于1/fmin，因?yàn)檩^短的窗長(zhǎng)可能增加虛假波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)[27]，較長(zhǎng)窗口又會(huì)喪失動(dòng)態(tài)性，其中fmin定義為時(shí)間序列的最小頻率。因此，此處選取50 TRs（100 s）的最佳窗寬、步長(zhǎng)1 s的窗口對(duì)fMRI時(shí)間信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)截取，然后對(duì)窗口截取的數(shù)據(jù)進(jìn)行普通的ALFF分析，最后用方差量化其變異性，該方差即dALFF值。采用SPM12軟件對(duì)3組被試的dALFF腦圖進(jìn)行單因素方差分析，采用全腦灰質(zhì)模板（mask），得出存在差異區(qū)域[體素P<0.01，團(tuán)塊P<0.05，高斯隨機(jī)場(chǎng)（Gaussian random field，GRF）校正，體素>40]。再對(duì)方差分析結(jié)果進(jìn)行事后檢驗(yàn)，即分別在差異腦區(qū)的模板下對(duì)兩兩被試組間的腦圖進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，得到差異腦區(qū)（體素P<0.01，團(tuán)塊P<0.05，Bonferroni校正，雙尾檢測(cè)）。

2 結(jié) 果

2.1 3組被試dALFF值方差分析結(jié)果

如表2、圖1所示，專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員、大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員以及普通被試dALFF經(jīng)方差分析表明存在顯著差異，通過(guò)GRF校正（體素P<0.01，團(tuán)塊P<0.05）后，結(jié)果顯示，3組dALFF值在左側(cè)小腦8區(qū)和左側(cè)顳中回均有顯著差異，F(xiàn)值分別為8.69和9.49。

2.2 方差分析的事后檢驗(yàn)結(jié)果

3組被試在方差分析后有顯著差異，為了明確差異具體由哪2組被試引起，更詳細(xì)地探究差異腦區(qū)的情況，此處進(jìn)行事后檢驗(yàn)，即對(duì)各組間再進(jìn)行兩兩比較。分別提取3組被試在差異腦區(qū)的dALFF信號(hào)，對(duì)每一差異腦區(qū)內(nèi)兩兩之間做比較，結(jié)果如圖2所示。在左側(cè)小腦8區(qū)，專(zhuān)業(yè)及大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員的dALFF值均顯著大于普通被試，且大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員最高;在左側(cè)顳中回，大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員、專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員和普通被試均有顯著差異，大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員的dALFF值仍最高，同時(shí)專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員高于普通被試。以上檢驗(yàn)均通過(guò)Bonferroni校正，即P<0.05/3。

2.3 2組運(yùn)動(dòng)員被試相關(guān)分析結(jié)果

在探究專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員、大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員與普通被試的差異腦區(qū)后，將運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度作為變量，探尋差異與該變量的關(guān)系。方差分析結(jié)果顯示，dALFF存在差異腦區(qū)的平均信號(hào)進(jìn)行提取，并與運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果（圖3）表明，專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員左側(cè)小腦8區(qū)和左側(cè)顳中回dALFF值與每周運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)均無(wú)相關(guān)性（P>0.05），而大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員左側(cè)小腦8區(qū)和左側(cè)顳中回dALFF值與每周運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)均存在顯著負(fù)相關(guān)（r值分別為-0.4382和-0.4115，P<0.05）。

3 討 論

本文使用dALFF指標(biāo)對(duì)乒乓球運(yùn)動(dòng)員rs-fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)專(zhuān)業(yè)及初級(jí)運(yùn)動(dòng)員腦可塑性變化進(jìn)行研究，探索其局部腦活動(dòng)變化。方差分析結(jié)果顯示，3組被試在左側(cè)小腦8區(qū)和左側(cè)顳中回均有顯著差異。在左側(cè)小腦8區(qū)，專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員和大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員的dALFF值（ALFF時(shí)間變異性）均顯著高于普通被試，以大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員最高;在左側(cè)顳中回，大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員的dALFF值顯著高于專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員和普通被試。

3.1 乒乓球運(yùn)動(dòng)對(duì)小腦可塑性變化的影響

小腦是腦的重要組成部分，負(fù)責(zé)維持身體平衡和協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)、記憶、學(xué)習(xí)、注意和很多認(rèn)知活動(dòng)中發(fā)揮重要作用。研究[28-29]表明，音樂(lè)家雙側(cè)小腦灰質(zhì)密度顯著高于非音樂(lè)家，舞者觀(guān)看芭蕾舞動(dòng)作時(shí)可產(chǎn)生更大的小腦激活。本文結(jié)果顯示，專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員和大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員左側(cè)小腦8區(qū)dALFF值（ALFF時(shí)間變異性）均顯著高于普通被試，且大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員最高。這提示，乒乓球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可在一定程度提升運(yùn)動(dòng)員左側(cè)小腦8區(qū)的自發(fā)性腦活動(dòng)變異性，且在訓(xùn)練前期作用更明顯。在訓(xùn)練前期，運(yùn)動(dòng)員須適應(yīng)新的學(xué)習(xí)和記憶內(nèi)容，保持運(yùn)動(dòng)平衡和激發(fā)快速反應(yīng)，故左側(cè)小腦8區(qū)ALFF時(shí)間變異性更大;隨著訓(xùn)練的強(qiáng)化和持續(xù)，運(yùn)動(dòng)技能得以熟悉和鞏固，平衡、反應(yīng)能力等得到提高，自發(fā)性腦活動(dòng)變得更加穩(wěn)定?？梢?jiàn)，乒乓球運(yùn)動(dòng)員左側(cè)小腦8區(qū)在訓(xùn)練前期和后期均存在可塑性變化。

3.2 乒乓球運(yùn)動(dòng)對(duì)左側(cè)顳中回可塑性變化的影響

顳中回在顳葉的中間部位，與視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、記憶和平衡等相關(guān)，也參與動(dòng)作的計(jì)劃和加工，包括動(dòng)作觀(guān)察、邏輯推理、物體識(shí)別等功能。研究發(fā)現(xiàn)：跳水運(yùn)動(dòng)員顳葉灰質(zhì)密度顯著高于普通人[30];相對(duì)于普通人，雜耍訓(xùn)練者顳葉明顯較大，但停止訓(xùn)練3個(gè)月后會(huì)縮小[31];識(shí)別乒乓球發(fā)球動(dòng)作時(shí)，新手較經(jīng)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)員顳中回的激活更高[29];體操運(yùn)動(dòng)員在觀(guān)看視頻并做判斷時(shí)，顳葉等腦區(qū)的激活較普通被試更低[32]。顳中回屬于腹側(cè)視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)，處理視覺(jué)刺激空間信息，在視覺(jué)-空間信息的處理加工中起重要作用，羽毛球、乒乓球類(lèi)運(yùn)動(dòng)對(duì)判斷對(duì)手發(fā)球方向、預(yù)測(cè)球的落點(diǎn)、掌控球的走向等有很高要求，需根據(jù)對(duì)視覺(jué)信息的處理和反饋進(jìn)行下一步動(dòng)作。

基于以上認(rèn)識(shí)，結(jié)合本文結(jié)果（左側(cè)顳中回dALFF值依次為大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員>專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員>普通被試），即左側(cè)顳中回的ALFF時(shí)間變異性在乒乓球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練前期特別大，隨著訓(xùn)練時(shí)間和強(qiáng)度的增加，變異性逐漸變小，但依然大于普通被試，說(shuō)明一定程度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可使左側(cè)顳中回變得非?；钴S，使初級(jí)運(yùn)動(dòng)員可更好地協(xié)調(diào)視覺(jué)-空間信息的處理能力，從而應(yīng)對(duì)動(dòng)作要求較為精細(xì)的乒乓球運(yùn)動(dòng)。但隨著訓(xùn)練的加強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)員對(duì)這一運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目逐漸熟悉，視覺(jué)-空間整合能力增強(qiáng)，效率增加，具有更好的控制能力，出現(xiàn)中樞資源的節(jié)省化，左側(cè)顳中回dALFF值相對(duì)降低，這與運(yùn)動(dòng)技能的學(xué)習(xí)進(jìn)程分為泛化、分化、鞏固和自動(dòng)化3個(gè)階段的相關(guān)理論相互印證。因此，大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員和專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員都存在左側(cè)顳中回自發(fā)腦活動(dòng)的可塑性，且其變異性在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練前期強(qiáng)于后期。

3.3 乒乓球運(yùn)動(dòng)員腦可塑性變化與運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)相關(guān)性

乒乓球運(yùn)動(dòng)的不同訓(xùn)練階段腦dALFF的差異表示動(dòng)作技能學(xué)習(xí)具有階段性，且dALFF的差異腦區(qū)都在左側(cè)，可以推論針對(duì)乒乓球這種較為精細(xì)的運(yùn)動(dòng)，學(xué)習(xí)訓(xùn)練對(duì)應(yīng)更多地定位到大腦左半球，左側(cè)大腦在動(dòng)作識(shí)別中表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)效應(yīng)，這在前人研究中也得到一定證實(shí)[33]。筆者分別計(jì)算了專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員和大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員dALFF差異腦區(qū)信號(hào)與運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的相關(guān)性。結(jié)果顯示：專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與腦區(qū)信號(hào)不存在相關(guān)性，而大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)與腦區(qū)信號(hào)存在負(fù)相關(guān)，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練前期ALFF的時(shí)間變異性受運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的影響;但隨著運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)的加長(zhǎng)，變異性逐漸減小，到專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練階段，變異性出現(xiàn)“天花板效應(yīng)”，腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)趨向穩(wěn)定。

3.4 不足與展望

使用dALFF方法對(duì)乒乓球運(yùn)動(dòng)員腦自發(fā)活動(dòng)的時(shí)間變異性進(jìn)行研究，將被試運(yùn)動(dòng)員更精細(xì)地劃分為專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員和大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員2個(gè)訓(xùn)練程度不同的組別。研究的不足在于只進(jìn)行了橫向比較，未收集縱向數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在后續(xù)研究中，如果結(jié)合縱向數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將得出乒乓球運(yùn)動(dòng)員隨運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)增加的腦可塑性變化的更深入的結(jié)論。

隨著基于dALFF方法考察乒乓球運(yùn)動(dòng)員腦可塑性特征研究的深入，相關(guān)成果可在乒乓球項(xiàng)目的多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮其轉(zhuǎn)化潛力和應(yīng)用價(jià)值。如：根據(jù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)為乒乓球訓(xùn)練監(jiān)控與評(píng)價(jià)等提供更有針對(duì)性的參考依據(jù);為乒乓球運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力提升結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建提供新思路，通過(guò)定量分析方式評(píng)估乒乓球階段性訓(xùn)練效果，預(yù)判運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力的提升趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

乒乓球運(yùn)動(dòng)可引起腦可塑性的變化。在小腦、顳中回這類(lèi)控制身體平衡、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、處理視覺(jué)-空間信息的腦區(qū)，腦自發(fā)活動(dòng)變異性增強(qiáng);大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員腦自發(fā)活動(dòng)的變異性大于專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員，說(shuō)明在訓(xùn)練前期，腦自發(fā)活動(dòng)的變異性強(qiáng)于訓(xùn)練后期;隨著訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)的增加，腦自發(fā)活動(dòng)趨于穩(wěn)定，說(shuō)明專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員在相關(guān)腦區(qū)形成了穩(wěn)定的自發(fā)腦活動(dòng)。這從靜息態(tài)腦功能角度揭示了乒乓球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練前后期的不同腦可塑性變化機(jī)制。

作者貢獻(xiàn)聲明：

張 牧：設(shè)計(jì)論文框架，處理及分析數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)，撰寫(xiě)、修改論文;

黃 月：采集磁共振影像數(shù)據(jù)，核實(shí)數(shù)據(jù)，調(diào)研文獻(xiàn)，修改論文;

高 晴：提出論文選題，審核、指導(dǎo)修改論文;

陳華富：審核、指導(dǎo)修改論文。

參考文獻(xiàn)

[1] BLAKEMORE S J，F(xiàn)RITH U.The learning brain：Lessons for education：A précis[J].Developmental Science，2005，8（6）：459-465

[2] PASCUAL-LEONE A，AMEDI A，F(xiàn)REGNI F，et al.The plastic human brain cortex[J].Annual Review of Neuroscience，2005，28（1）：377-401

[3] KOLB B，WHISHAW I Q.Brain plasticity and behavior[J].Annual Review of Psychology，1998，49（1）：43-64

[4] KOLB B，MUHAMMAD A，GIBB R.Searching for factors underlying cerebral plasticity in the normal and injured brain[J].Journal of Communication Disorders，2011，44（5）：503-514

[5] KIM S H，KIM H B，JANG M H，et al.Treadmill exercise increases cell proliferation without altering of apoptosis in dentate gyrus of Sprague-Dawley rats[J].Life Sciences，2002，71（11）：1331-1340

[6] 陳愛(ài)國(guó)，殷恒嬋，王君，等.短時(shí)中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)改善兒童執(zhí)行功能的磁共振成像研究[J].體育科學(xué)，2011，31（10）：35-40

[7] COLCOMBE S J，ERICKSON K I，RAZ N，et al.Aerobic fitness reduces brain tissue loss in aging humans[J].The Journals of Gerontology：Series A，2003，58（2）：M176-M180

[8] 史心發(fā).基于磁共振成像的視覺(jué)專(zhuān)家大腦局部功能與結(jié)構(gòu)可塑性研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2017：3-7

[9] IRVINE D R F，RAJAN R，MCDERMOTT H J.Injury-induced reorganization in adult auditory cortex and its perceptual consequences[J].Hearing Research，2000，147（1）：188-199

[10] 趙琦，陸穎之，王瑩瑩，等.舞蹈運(yùn)動(dòng)員大腦感知運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的功能特征：一項(xiàng)靜息態(tài)功能磁共振研究[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2017，36（12）：1081-1086

[11] PARK I S，HAN J W，LEE K J，et al.Evaluation of morphological plasticity in the cerebella of basketball players with MRI[J].Journal of Korean Medical Science，2006，21（2）：342-346

[12] PARK I S，LEE K J，HAN J W，et al.Experience-dependent plasticity of cerebellar vermis in basketball players[J].The Cerebellum，2009，8（3）：334-339

[13] 吳殷，張劍，曾雨雯，等.不同類(lèi)型運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)可塑性變化研究[J].體育科學(xué)，2015，35（4）：52-57

[14] GAO Q，YU Y，SU X，et al.Adaptation of brain functional stream architecture in athletes with fast demands of sensorimotor integration[J].Human Brain Mapping，2019，40（2）：420-431

[15] NAKATA H，YOSHIE M，MIURA A，et al.Characteristics of the athletes brain：Evidence from neurophysiology and neuroimaging[J].Brain Research Reviews，2010，62（2）：197-211

[16] CLASSEN J，LIEPERT J，WISE S F，et al.Rapid plasticity of human cortical movement representation induced by practice[J].Journal of Neurophysiology，1998，79（2）：1117-1123

[17] ZANG Y F，HE Y，ZHU C Z，et al.Altered baseline brain activity in children with ADHD revealed by resting-state functional MRI[J].Brain and Development，2007，29（2）：83-91

[18] 范凱威，任璐，張茜，等.有先兆偏頭痛患者發(fā)作間期的靜息態(tài)功能磁共振變化[J].腦與神經(jīng)疾病雜志，2016，24（2）：95-99

[19] LI J，DUAN X，CUI Q，et al.More than just statics：Temporal dynamics of intrinsic brain activity predicts the suicidal ideation in depressed patients[J].Psychological Medicine，2018：1-9

[20] 費(fèi)龍才，吳慶，王瑩.穩(wěn)定期雙相障礙患者靜息態(tài)腦低頻振幅與功能連接研究[J].臨床精神醫(yī)學(xué)雜志，2018，28（5）：321-325

[21] TAGLIAZUCCHI E，CARHART-HARRIS R，LEECH R，et al.Enhanced repertoire of brain dynamical states during the psychedelic experience[J].Human Brain Mapping，2014，35（11）：5442-5456

[22] TOMASI D，SHOKRI-KOJORI E，VOLKOW N.Temporal changes in local functional connectivity density reflect the temporal variability of the amplitude of low frequency fluctuations in gray matter[J].PLoS One，2016，11（4）：e0154407

[23] FU Z，TU Y，DI X，et al.Characterizing dynamic amplitude of low-frequency fluctuation and its relationship with dynamic functional connectivity：An application to schizophrenia[J].NeuroImage，2018，180：619-631

[24] YAN C G，YANG Z，COLCOMBE S J，et al.Concordance among indices of intrinsic brain function： Insights from inter-individual variation and temporal dynamics[J].Science Bulletin，2017，62（23）：1572-1584

[25] ALLEN E，DAMARAJU E，PLIS S，et al.Tracking whole-brain connectivity dynamics in the resting state[J].Cerebral Cortex，2012，24（3）：663-676

[26] 韓紅艷，尹昊，周友龍，等.針刺內(nèi)關(guān)穴對(duì)大腦血氧水平依賴(lài)信號(hào)低頻振幅的影響[J].中國(guó)針灸，2009，29（8）：647-651

[27] LEONARDI N，VAN DE VILLE D.On spurious and real fluctuations of dynamic functional connectivity during rest[J].NeuroImage，2015，104：430-436

[28] 李建福.磁共振結(jié)構(gòu)像分析及其在音樂(lè)家大腦研究中的應(yīng)用[D].成都：電子科技大學(xué)，2015：27-28

[29] 王麗巖.運(yùn)動(dòng)信息模式結(jié)構(gòu)特征及中樞加工機(jī)制[D].上海：上海體育學(xué)院，2013：17

[30] 魏高峽，羅進(jìn)，李佑發(fā).基于體素的優(yōu)秀跳水運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)性特征研究[J].自然科學(xué)進(jìn)展，2009，19（7）：718-723

[31] DRAGANSKI B，GASER C，BUSCH V，et al.Neuropla sticity：Changes in grey matter induced by training[J].Nature，2004，427（6972）：311-312

[32] BABILONI C，DEL PERCIO C，ROSSINI P M，et al.Judgment of actions in experts：A high-resolution EEG study in elite athletes[J].NeuroImage，2009，45（2）：512-521

[33] 王麗巖，王洪彪，樸忠淑，等.乒乓球運(yùn)動(dòng)員發(fā)球動(dòng)作識(shí)別的時(shí)間進(jìn)程及半球效應(yīng)：一項(xiàng)ERP研究[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2014，33（8）：804-812

Abstract： Objective It was explored that the brain plasticity mechanism caused by table tennis can make good contributions to analyzing the insight features of table tennis itself， which will provide potent scientific basis for table tennis training，monitoring and evaluation. Based on resting-state functional magnetic resonance imaging （rs-fMRI），it was aimed to explore the plasticity of brain activity in table tennis athletes with different training levels on the time scale with dynamic amplitude of low-frequency fluctuation（dALFF）.Methods The table tennis professional athletes（PA），sports college student athletes（SCSA） and gender and age matched normal controls（NC） were recruited. Resting-stated functional magnetic resonance imaging（rs-fMRI） data were collected， and dALFF of each individual was calculated.The three groups of dALFF maps were tested by one-way analysis of variance（ANOVA），and extracted the value of dALFF in the brain regions showing statistic differences of one-way ANOVA for the post-hoc test using the two-sample t-test by Bonferroni correction. In addition，Pearson correlation analysis was performed among the dALFF values of the significantly different regions and weekly training durations.Results It was found that the three groups had significant differences in dALFF values of the left cerebellum and middle temporal gyrus （voxel P<0.01，cluster P<0.05，GRF corrected，voxel size> 40）. Further post-hoc tests showed that the dALFF values of left cerebellum in SCSA group and PA group were both higher than that in NC group（P<0.05），while the dALFF value of left middle temporal gyrus in SCSA group was higher than that in PA group and NC group（P<0.05）. The dALFF values of the left cerebellum and middle temporal gyrus in three groups showed a trend of changing from high to low as SCSA>PA>NC. The dALFF values of the left cerebellum and the left middle temporal gyrus in SCSA group were both negatively correlated with the weekly training durations （r=-0.4382，-0.4115;P<0.05）.Conclusions Table tennis training can cause changes in brain plasticity. Under different training load of table tennis athletes，changes occurred on cerebral functional areas related to motor balance and visual motor coordination. The variability of local brain spontaneous activity of table tennis athletes is stronger in the early stage than that in the later stage.As the time span of training increases，the brain spontaneous activity tends to be stable.

Key words： table tennis athlete; dynamic amplitude of low-frequency fluctuation; brain plasticity; rs-fMRI