精準(zhǔn)類(lèi)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與大腦EEG特征潛在關(guān)系研究

彭艷芳，任 杰

隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究者借助腦磁圖（MEG）、功能核磁共振（fMRⅠ）、腦電（EEG）等無(wú)創(chuàng)性腦功能成像技術(shù)，可直接觀測(cè)到認(rèn)知執(zhí)行過(guò)程中的腦活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，腦激活狀態(tài)與認(rèn)知表現(xiàn)之間存在因果關(guān)系，有針對(duì)性地調(diào)節(jié)腦波活性，能直接有效促進(jìn)表現(xiàn)，錯(cuò)誤調(diào)節(jié)則會(huì)影響表現(xiàn)[1]。通過(guò)直接監(jiān)控運(yùn)動(dòng)中的腦活動(dòng)，理清腦激活與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的關(guān)系，能幫助研究者從神經(jīng)科學(xué)角度探尋促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的方法和手段，對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練具有現(xiàn)實(shí)意義。但由于精密的技術(shù)設(shè)備對(duì)頭部穩(wěn)定性要求高，監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)中腦激活狀態(tài)存在困難。大量的相關(guān)研究用與運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目相關(guān)的靜態(tài)圖片、動(dòng)態(tài)視頻材料、經(jīng)典認(rèn)知任務(wù)或想象練習(xí)進(jìn)行替代或模擬，通過(guò)邏輯推理探尋運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與腦激活間的聯(lián)系。這些方法雖在一定程度上解決了現(xiàn)實(shí)困難，卻無(wú)法避免認(rèn)知任務(wù)與實(shí)際運(yùn)動(dòng)間存在的差異，以及想象練習(xí)中的主觀因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

射擊、射箭、高爾夫推桿、定點(diǎn)投籃等在瞄準(zhǔn)環(huán)節(jié)對(duì)頭顱位置穩(wěn)定性有較高要求，這種頭部動(dòng)作幅度小的技術(shù)特點(diǎn)為監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)中腦活動(dòng)提供了可能性。技術(shù)層面上，EEG技術(shù)記錄不同腦部位神經(jīng)電位變化來(lái)反映實(shí)時(shí)的腦激活狀態(tài)，對(duì)頭部空間無(wú)意識(shí)運(yùn)動(dòng)限制較小，為實(shí)驗(yàn)實(shí)施提供了技術(shù)支撐。目前，國(guó)際上相關(guān)研究都以精準(zhǔn)為目標(biāo)、動(dòng)作幅度小的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目為研究對(duì)象，采用EEG技術(shù)監(jiān)測(cè)實(shí)際動(dòng)作執(zhí)行過(guò)程中的EEG信號(hào)，探討腦激活狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間的關(guān)系。本文以相關(guān)文獻(xiàn)為研究對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)分析大腦激活狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的相關(guān)性和因果性研究，論證兩者之間的潛在關(guān)系，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練提供新的研究思路，也為探尋更有效的神經(jīng)干預(yù)方案提供數(shù)據(jù)支撐。

1 腦激活與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)相關(guān)關(guān)系研究

1.1 研究方法的介紹

研究者利用EEG設(shè)備采集被試動(dòng)作執(zhí)行過(guò)程中的腦電信號(hào)，采用輔助設(shè)備在動(dòng)作擊發(fā)或球出手時(shí)刻的腦電數(shù)據(jù)上做標(biāo)記。數(shù)據(jù)分析以標(biāo)記時(shí)刻為零點(diǎn)，提取前后幾秒的EEG數(shù)據(jù)，并按一定的時(shí)間窗口進(jìn)行分段；統(tǒng)計(jì)分析不同時(shí)段、不同腦區(qū)的腦波功率（振幅）、頻段和時(shí)相的特點(diǎn)。其中，專(zhuān)家—新手范式的橫向?qū)Ρ仍O(shè)計(jì)和表現(xiàn)好—差試次、練習(xí)前—后的被試內(nèi)縱向設(shè)計(jì)是常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。與大腦皮層興奮性負(fù)相關(guān)的Alpha（α，8～12 Hz）節(jié)律[2]，與認(rèn)知控制能力相關(guān)的Theta（θ，4～8 Hz）節(jié)律[3]，尤其是負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和注意控制的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃額中區(qū)（Fz）的θ節(jié)律是相關(guān)研究的主要腦波指標(biāo)。與運(yùn)動(dòng)不相關(guān)的負(fù)責(zé)語(yǔ)義加工的左顳葉（T3）和與運(yùn)動(dòng)緊密相關(guān)的額中（Fz）是主要關(guān)注的腦區(qū)。

1.2 來(lái)自橫向研究的證據(jù)

通常情況下，系統(tǒng)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員比未受訓(xùn)練的新手都具有更穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，專(zhuān)家—新手范式是體育研究中常用的研究范式。早在20世紀(jì)80年代，B.D.HATFⅠELD[4]團(tuán)隊(duì)率先發(fā)現(xiàn)步槍運(yùn)動(dòng)員在擊發(fā)前左顳葉（T3）α功率最高，認(rèn)為降低語(yǔ)義加工對(duì)自動(dòng)化執(zhí)行過(guò)程的干擾有助于運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的穩(wěn)定發(fā)揮。隨后大量專(zhuān)家—新手對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，具有穩(wěn)定表現(xiàn)的專(zhuān)家群體在動(dòng)作執(zhí)行前表現(xiàn)出更高的神經(jīng)效率，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。（1）專(zhuān)家大腦活性普遍比新手低。有研究通過(guò)對(duì)比氣手槍運(yùn)動(dòng)員（18名）和新手（10名）120發(fā)擊發(fā)前EEG數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員α波去同步化程度顯著低于新手，而α去同步化程度越低，腦活性越低，擊發(fā)前表現(xiàn)出更低的腦活性[5]。而運(yùn)動(dòng)員這種神經(jīng)節(jié)能只表現(xiàn)在專(zhuān)項(xiàng)運(yùn)動(dòng)任務(wù)中，在語(yǔ)義加工任務(wù)、空間加工任務(wù)與新手并無(wú)差異[6]。表明系統(tǒng)的專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練帶來(lái)了大腦適應(yīng)性的變化。（2）專(zhuān)家腦區(qū)功能連接小。時(shí)相是反映腦區(qū)共同激活和功能連接的重要指標(biāo)。B.D.HATFⅠELD團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，步槍運(yùn)動(dòng)員大腦整體關(guān)聯(lián)維度低于新手[7]，其中右腦半球內(nèi)的連接表現(xiàn)尤其突出[8]。高爾夫研究也發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員（10名）推桿前左顳葉與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃區(qū)相干性顯著低于新手（10名）[9]。運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)出更加獨(dú)立的腦區(qū)激活，這種神經(jīng)節(jié)能在高水平運(yùn)動(dòng)員中表現(xiàn)更為明顯。S.P.DEENY等[10]根據(jù)運(yùn)動(dòng)水平將19名步槍運(yùn)動(dòng)員分為高水平優(yōu)秀組（10人）和熟練組（9人），采集射擊過(guò)程中13個(gè)極點(diǎn)（F3、Fz、F4、C3、Cz、C4、T3、T4、P3、Pz、P4、O1、O2）的高、低頻α和低頻β信號(hào)，發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀組不僅左顳葉（T3）與額中（Fz）低頻α和低頻β相干性普遍低于熟練組，且額中與左腦各點(diǎn)高頻α、左顳與各中線低頻β相干性都普遍低于熟練組。（3）精煉激活額中腦區(qū)。額中運(yùn)動(dòng)規(guī)劃區(qū)活性增大，表明大腦增強(qiáng)了注意控制。有研究發(fā)現(xiàn)，步槍運(yùn)動(dòng)員（8名）在擊發(fā)前額中θ功率會(huì)隨著時(shí)間推移逐步上升[11]；高爾夫運(yùn)動(dòng)員（9名）額中θ波功率高于新手（9名）[12]。可見(jiàn)，運(yùn)動(dòng)員在動(dòng)作執(zhí)行前抑制了非必要神經(jīng)激活，精煉激活任務(wù)相關(guān)的獨(dú)立腦區(qū)，表現(xiàn)出高效的神經(jīng)效率，系統(tǒng)訓(xùn)練帶來(lái)的大腦神經(jīng)回路適應(yīng)性變化可能是運(yùn)動(dòng)員比新手發(fā)揮穩(wěn)定的腦基礎(chǔ)。

但也有研究者提出不同意見(jiàn)，認(rèn)為不同運(yùn)動(dòng)水平的被試對(duì)同一任務(wù)在難度上的認(rèn)知存在差異，專(zhuān)家—新手腦激活的差異可能是在難度認(rèn)知上的差異造成的，并提出應(yīng)該用成功率來(lái)控制難度認(rèn)知。A.COOKE等[13]讓運(yùn)動(dòng)員（5.4 cm）與新手（10.8 cm）采用不同直徑的球洞，并通過(guò)初測(cè)結(jié)果選取每人成功率約50%的推桿距離作為正式實(shí)驗(yàn)的推桿距離，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員（10名）在推桿前最后時(shí)刻θ、α、β去同步化程度都高于新手（10名），運(yùn)動(dòng)員在應(yīng)答過(guò)程中分配了更多的認(rèn)知資源。其團(tuán)隊(duì)系列研究還發(fā)現(xiàn)，推桿成績(jī)受前一桿結(jié)果的影響，前桿失誤大腦會(huì)動(dòng)用更多腦資源進(jìn)行調(diào)控，運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)出更為明顯的調(diào)控激活特征[14]。以難度認(rèn)知為準(zhǔn)則的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可能是引發(fā)研究結(jié)果與以往研究矛盾的主要原因，同時(shí)也為專(zhuān)家—新手范式的研究帶來(lái)新的思考。

1.3 來(lái)自縱向研究的證據(jù)

專(zhuān)家—新手對(duì)比研究，間接證明運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與腦激活之間可能存在直接關(guān)聯(lián)，但橫向研究無(wú)法消除個(gè)體間差異，也無(wú)法直接證明兩者之間的必然關(guān)聯(lián)。因此，能控制個(gè)體差異的被試內(nèi)縱向研究則顯得非常必要。

1.3.1 練習(xí)前后EEG縱向?qū)Ρ妊芯?眾所周知，練習(xí)能有效促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，練習(xí)前—后對(duì)比研究進(jìn)一步驗(yàn)證橫向研究結(jié)論，同時(shí)還能描繪出練習(xí)是如何通過(guò)影響腦激活狀態(tài)來(lái)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的過(guò)程圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，練習(xí)不僅能促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，還能促進(jìn)神經(jīng)效率升高。D.M.LANDERS[15]招募11名新手進(jìn)行為期15周的射箭練習(xí)，在第2和14周的練習(xí)課上采集被試安靜狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的心率、左右顳葉的腦電信號(hào)，發(fā)現(xiàn)練習(xí)后射箭成績(jī)（16支）提高62%，心率明顯下降，擊發(fā)前左顳葉α功率升高，左右腦不對(duì)稱(chēng)性顯著增大。選擇性地抑制語(yǔ)義加工與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)提升可能存在直接關(guān)聯(lián)。有研究在為期12～14周的練習(xí)實(shí)驗(yàn)中增加對(duì)練習(xí)中期的腦電監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)隨著練習(xí)時(shí)間推移，只有與射擊相關(guān)的模擬站姿和實(shí)彈射擊任務(wù)中擊發(fā)前左顳高頻α功率逐漸升高（右顳無(wú)變化）；實(shí)彈射擊條件下，除了運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū)（額中、頂中），其他各腦區(qū)高頻α功率隨著練習(xí)時(shí)間的增加也普遍升高。表明練習(xí)使大腦感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層的整合增強(qiáng)，認(rèn)知努力降低，神經(jīng)效率顯著增高[16]。練習(xí)不僅有效提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，還精煉激活運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū)，降低非必要神經(jīng)激活，提高大腦神經(jīng)效率。這與專(zhuān)家—新手對(duì)比結(jié)論基本一致，進(jìn)一步論證了系統(tǒng)訓(xùn)練能使大腦神經(jīng)回路產(chǎn)生適應(yīng)性變化。但以時(shí)間軸為基線的縱向研究數(shù)量有限，研究中練習(xí)時(shí)長(zhǎng)的設(shè)計(jì)也存在較大差異，練習(xí)對(duì)腦激活狀態(tài)影響周期尚不清楚。

1.3.2 表現(xiàn)好—差的EEG對(duì)比研究 成績(jī)好—差腦波對(duì)比，更能直觀呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與腦激活狀態(tài)兩者間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知控制狀態(tài)對(duì)兩者關(guān)系具有中介作用，自動(dòng)加工狀態(tài)下最佳運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)都伴隨高效的神經(jīng)激活，表現(xiàn)出更高的神經(jīng)效率；控制加工狀態(tài)下，資源配置合理、神經(jīng)適應(yīng)性好，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)則好。20世紀(jì)80年代，E.BⅠRD[17]對(duì)比一名優(yōu)秀射擊運(yùn)動(dòng)員好—差射擊試次擊發(fā)前左顳EEG信號(hào)，發(fā)現(xiàn)差的試次左顳腦波頻率升高，活性增大，以為語(yǔ)義加工干擾了自動(dòng)化執(zhí)行過(guò)程。此后研究還發(fā)現(xiàn)，枕葉[18]、感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層[19]過(guò)分活躍也影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。此外，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)好，腦區(qū)相干性也小。有研究對(duì)比12名籃球運(yùn)動(dòng)員罰籃成功與失敗試次球出手前2 s腦區(qū)相干性發(fā)現(xiàn)，投籃成功的大腦高、低頻α和低頻β波相干性均低于失敗投籃[20]。氣手槍運(yùn)動(dòng)員成績(jī)好的試次左顳與額中相干性也顯著低[19]。運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)好，腦區(qū)連接小，腦區(qū)精煉激活運(yùn)動(dòng)相關(guān)的獨(dú)立腦區(qū)。成功的投籃瞄準(zhǔn)階段具有相對(duì)穩(wěn)定的額區(qū)θ波動(dòng)[21]；冬季兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員射擊成績(jī)好的試次額中θ功率高，左中央?yún)^(qū)α功率小，左顳葉α功率大[22]。

但也有研究發(fā)現(xiàn)，額中活性也不完全與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)成正比。K.SHⅠH-CHUN等[23]將18名高爾夫運(yùn)動(dòng)員100次推桿成績(jī)分為優(yōu)（15%）、良（70%）和差（15%），發(fā)現(xiàn)優(yōu)和差的額中θ功率均高于良，其中成績(jī)差的試次θ功率最高，表明過(guò)多的注意控制可能對(duì)動(dòng)作執(zhí)行也存在干擾，只有合理地增加注意控制才有助于運(yùn)動(dòng)執(zhí)行。7名運(yùn)動(dòng)員在40發(fā)射擊中，主動(dòng)放棄和執(zhí)行擊發(fā)的腦波對(duì)比存在很大差異，并提出這種不合理的激活也可能是運(yùn)動(dòng)員感覺(jué)不佳最終放棄擊發(fā)的原因[24]。此外，也有部分研究發(fā)現(xiàn)，成績(jī)好腦活性大，這與大部分研究結(jié)論相矛盾。F.DYKE等[25]對(duì)比14名無(wú)高爾夫經(jīng)驗(yàn)的大學(xué)生好—差推桿腦波特征發(fā)現(xiàn)，推桿好的全腦θ波功率和左顳葉低頻β波功率較大。A.COOKE等[13]采用成功率約50%的個(gè)性化推桿距離設(shè)計(jì)好—差對(duì)比發(fā)現(xiàn)，成績(jī)好的推桿高頻α功率小?？梢?jiàn)，神經(jīng)效率的高低似乎并不是運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)好壞的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

雙加工模式理論認(rèn)為，大腦加工過(guò)程包含自動(dòng)加工和控制加工2種模式。在技能習(xí)得早期，控制加工主導(dǎo)，隨著技能熟練程度增加逐步進(jìn)入自動(dòng)加工狀態(tài)，而此時(shí)再增加有意識(shí)的注意控制反而會(huì)破壞自動(dòng)加工過(guò)程，但當(dāng)失誤率達(dá)到30%～50%以上，大腦會(huì)增加控制加工進(jìn)行調(diào)整。有研究在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中增加對(duì)加工狀態(tài)變量的控制，將運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分為成績(jī)最佳—自動(dòng)、最佳—控制、次佳—自動(dòng)和次佳—控制4種類(lèi)型。其中，最佳—自動(dòng)模式是機(jī)體平穩(wěn)、省力、又自主達(dá)到最佳輸出的自動(dòng)化理想狀態(tài)，但很容易被外界環(huán)境變化打破；當(dāng)理想狀態(tài)被打破，機(jī)體會(huì)增加再投入來(lái)控制動(dòng)作輸出以維持最佳運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，即最佳—控制；但若再投入資源配置不合理，則會(huì)引發(fā)機(jī)能失調(diào)，影響運(yùn)動(dòng)輸出；次佳—自動(dòng)則反映一種大腦消極應(yīng)對(duì)的狀態(tài)。研究將10名氣手槍運(yùn)動(dòng)員120次射擊成績(jī)分成4類(lèi)，對(duì)比擊發(fā)前高、低頻α，θ波去同步化與同步化比（ERD/ERS），發(fā)現(xiàn)最佳—自動(dòng)模式下大腦同步化程度（ERS）高，腦活性小，而最佳—控制模式下去同步化程度（ERD）高，大腦表現(xiàn)出更大的活性[26]。由此可見(jiàn)，高效的神經(jīng)激活和合理配置再投入資源都是確保最佳運(yùn)動(dòng)輸出的有效方式，忽略認(rèn)知加工狀態(tài)來(lái)探討運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與腦激活之間的關(guān)系可能會(huì)帶來(lái)誤讀。近期研究發(fā)現(xiàn)，控制加工狀態(tài)下腦資源的合理配置主要表現(xiàn)為瞄準(zhǔn)前期加強(qiáng)動(dòng)作控制，后期抑制再投入[27]。但相關(guān)研究數(shù)量有限，有待進(jìn)一步深入探討。

1.3.3 壓力對(duì)腦激活狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)關(guān)系的影響研究 壓力對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響具有雙向性，壓力研究是目前體育界的研究熱點(diǎn)之一。但壓力—腦激活—運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)三者之間的關(guān)系尚不明朗，壓力影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的腦機(jī)制研究是目前壓力研究的熱點(diǎn)。

（1）難度壓力下，腦激活特征表現(xiàn)出任務(wù)特定性。S.E.KERⅠCK等[29]研究18名士兵分析不同任務(wù)條件下腦激活特征發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜任務(wù)下，大腦調(diào)用更多資源進(jìn)行信息編碼和應(yīng)答準(zhǔn)備，不同任務(wù)伴隨特定的腦激活，即選擇性決策條件下頂葉θ波峰值高，雙任務(wù)情境下右中央?yún)^(qū)和顳葉的潛伏期更長(zhǎng)等。還有研究發(fā)現(xiàn)，被試采用不同注意策略來(lái)適應(yīng)不同距離引起認(rèn)知負(fù)荷的變化[30]。身體負(fù)荷的增加，同樣影響腦激活狀態(tài)。13名冬季兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員分別在安靜狀態(tài)下和90%最大心率強(qiáng)度自行車(chē)運(yùn)動(dòng)后（3 min）進(jìn)行50 m距離的射擊任務(wù)發(fā)現(xiàn)，射擊成績(jī)雖無(wú)差別，但運(yùn)動(dòng)后額中θ波功率下降，枕葉、顳葉α功率升高，認(rèn)為外周神經(jīng)激活促進(jìn)大腦進(jìn)行抑制與任務(wù)不相關(guān)腦區(qū)激活的適應(yīng)性變化，來(lái)應(yīng)對(duì)認(rèn)知需求的增長(zhǎng)，以達(dá)到維持運(yùn)動(dòng)輸出的目標(biāo)[22]。由此可見(jiàn)，大腦會(huì)根據(jù)任務(wù)的需求和環(huán)境變化及時(shí)調(diào)整腦激活狀態(tài)。

（2）心理壓力下，大腦非必要神經(jīng)激活增大，神經(jīng)效率降低，但神經(jīng)效率降低并未引發(fā)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的必然下降。“Choking”研究提出，壓力下機(jī)體會(huì)再投入有意識(shí)控制，這種再投入會(huì)破壞自動(dòng)化加工程序，進(jìn)而影響動(dòng)作輸出。其中，再投入分值高、陳述性知識(shí)多的個(gè)體在壓力下更傾向于增大再投入，也更容易發(fā)生“Choking”[31]。F.F.ZHU等[32]根據(jù)204名大學(xué)生再投入量表得分，從中招募8名高分，8名低分大學(xué)生作為研究對(duì)象，并采集被試在2 m高爾夫推桿任務(wù)中7個(gè)極點(diǎn)（Fp1、Fp2、T3、T4、Fz、Cz、Pz）的腦電數(shù)據(jù)，分析推桿前4 s各腦區(qū)α波相干性。結(jié)果顯示，高分組額中（Fz）—左顳葉（T3）α相干性高于低分組。隨后又將新招募的18名大學(xué)生隨機(jī)分配到顯性學(xué)習(xí)策略組和隱性學(xué)習(xí)策略組，第1天進(jìn)行300桿推桿學(xué)習(xí)，第2天復(fù)習(xí)測(cè)試和社會(huì)評(píng)價(jià)壓力下的推桿測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隱性組300桿練習(xí)平均誤差顯著小于顯性組，學(xué)習(xí)效果更好，第2天隱性組T3-Fz高頻α相干性小，壓力條件下顯性組T3-Fz相干性明顯升高。以上研究似乎說(shuō)明T3-Fz相干性增加，即有意識(shí)監(jiān)控的再投入可能是壓力迫使運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降的主要原因。后續(xù)壓力研究也一致發(fā)現(xiàn)，壓力下非必要神經(jīng)激活增大，T3-Fz相干性增大是主要表現(xiàn)之一。B.D.HATFⅠELD[33]團(tuán)隊(duì)對(duì)比19名大學(xué)生志愿者在有—無(wú)競(jìng)爭(zhēng)壓力下完成射擊任務(wù)時(shí)的生理、心理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，面對(duì)面的競(jìng)賽有效營(yíng)造出競(jìng)爭(zhēng)壓力，壓力下被試焦慮水平顯著增加，同時(shí)被試在擊發(fā)前大腦高頻α功率降低，腦區(qū)間α相干性增大，瞄準(zhǔn)的變異性增加。該團(tuán)隊(duì)近期飛鏢研究也發(fā)現(xiàn)，競(jìng)爭(zhēng)壓力下21名大學(xué)生T3-Fz相干性高[34]。M.WOO等[35-36]研究也同樣發(fā)現(xiàn)，壓力情景下負(fù)責(zé)語(yǔ)義加工的左顳葉與中央?yún)^(qū)、腦半球間相干性增大。多項(xiàng)研究一致發(fā)現(xiàn)，壓力誘發(fā)了非必要神經(jīng)激活，神經(jīng)效率降低。但值得一提的是，除一項(xiàng)研究外，以上壓力研究都未發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的必然下降。雖有學(xué)者解釋隨著壓力持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，神經(jīng)效率的持續(xù)下降將會(huì)逐漸影響加工效益，迫使運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降，但用神經(jīng)效率假說(shuō)來(lái)解釋壓力對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響顯然存在邏輯問(wèn)題。近期有研究提出，Mu節(jié)律功率與新手競(jìng)爭(zhēng)壓力下成績(jī)負(fù)相關(guān)，認(rèn)為視覺(jué)運(yùn)動(dòng)回路中Mu節(jié)律去同步化抑制了任務(wù)無(wú)關(guān)刺激來(lái)爭(zhēng)奪注意資源，Mu節(jié)律的去同步化程度可能是壓力影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的主要腦波特征[37]，但這一結(jié)論有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 腦激活與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的因果關(guān)系研究

通過(guò)改變腦激活反觀運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)變化的干預(yù)性研究，其干預(yù)有效性是證明兩者因果關(guān)系的有力支撐。干預(yù)研究一致表明，針對(duì)性地調(diào)整腦波特征能有效促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，但目前干預(yù)研究數(shù)量有限，干預(yù)指標(biāo)不統(tǒng)一，干預(yù)指標(biāo)的有效性有待進(jìn)一步驗(yàn)證，目前還缺乏相對(duì)權(quán)威的干預(yù)方案。

2.1 研究方法的介紹

提取有價(jià)值干預(yù)目標(biāo)并確定干預(yù)方案是干預(yù)研究的第1步。研究者首先根據(jù)以往研究結(jié)果選取干預(yù)腦波制定干預(yù)閾值或范圍，再利用設(shè)備和技術(shù)手段將干預(yù)反饋的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為直觀的視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)前，主試按照標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)語(yǔ)向被試介紹實(shí)驗(yàn)流程及要求，引導(dǎo)被試進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被試根據(jù)要求自主調(diào)節(jié)腦激活狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)值給予反饋。實(shí)驗(yàn)主要目的是通過(guò)神經(jīng)反饋幫助機(jī)體增強(qiáng)身—心間認(rèn)知關(guān)聯(lián)，提高自我調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而促使機(jī)體在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中能自主控制腦激活，并將其維持在最佳狀態(tài)，最終達(dá)到促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的目的?，F(xiàn)有干預(yù)研究在指標(biāo)選擇上存在較大差異，干預(yù)方案主要分為3大類(lèi)：（1）對(duì)單一經(jīng)典的腦波進(jìn)行干預(yù)，如顳葉α、額中θ波等；（2）根據(jù)團(tuán)隊(duì)前期研究成果，進(jìn)行多個(gè)指標(biāo)綜合干預(yù)；（3）根據(jù)被試自身最佳表現(xiàn)時(shí)激活特點(diǎn)制定個(gè)性化干預(yù)方案。前—后測(cè)被試間設(shè)計(jì)和ABBA被試內(nèi)設(shè)計(jì)是干預(yù)研究主要應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案。

2.2 單一腦波干預(yù)研究

顳葉、額中的腦波特征是相關(guān)關(guān)系研究重點(diǎn)關(guān)注的腦區(qū)，也是干預(yù)指標(biāo)選取的重要區(qū)域。D.M.LANDERS[38]以顳葉α波為干預(yù)目標(biāo)發(fā)現(xiàn)，增大左顳葉α功率能促進(jìn)運(yùn)動(dòng)員（24名）射箭成績(jī)，增大右顳葉功率反而會(huì)影響發(fā)揮。C.RⅠNG等[39]以增強(qiáng)額中活性為干預(yù)手段，將24名高爾夫愛(ài)好者隨機(jī)分成實(shí)驗(yàn)組和控制組，要求實(shí)驗(yàn)組通過(guò)增強(qiáng)額中α功率和降低θ功率的方式自主降低額中活性，實(shí)驗(yàn)前以被試前測(cè)數(shù)據(jù)為參照制定目標(biāo)調(diào)節(jié)幅度，實(shí)驗(yàn)中被試自主調(diào)節(jié)過(guò)程中有伴隨的聽(tīng)覺(jué)刺激，當(dāng)被試達(dá)到目標(biāo)幅度后，以關(guān)閉聽(tīng)覺(jué)刺激給予反饋，實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行3次，每次1 h，3次α功率訓(xùn)練的目標(biāo)增長(zhǎng)幅度分別為26.8%、53.6%和80.4%，θ波的目標(biāo)降低幅度為18.2%、36.4%和54.6%，對(duì)照組則進(jìn)行3次虛假干預(yù)，3次干預(yù)后在有和無(wú)壓力下進(jìn)行高爾夫推桿后測(cè)，發(fā)現(xiàn)雖然2組推桿成績(jī)無(wú)差別，但實(shí)驗(yàn)組腦激活狀態(tài)更加接近專(zhuān)家。此研究至少證明，3次神經(jīng)反饋訓(xùn)練能增強(qiáng)機(jī)體自我調(diào)節(jié)大腦激活的能力。M.Y.CHENG等[40]以SMR為目標(biāo)頻段，采用被試間設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)前對(duì)14名高爾夫運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行40次推桿前測(cè)，并將成功推桿擊球前1.5 s中央中線（Cz）SMR平均振幅設(shè)定為反饋閾值，當(dāng)目標(biāo)腦波振幅超過(guò)閾值，給予實(shí)驗(yàn)組被試（7名）一個(gè)低頻聽(tīng)覺(jué)反饋，被試聽(tīng)見(jiàn)后即刻進(jìn)行一次無(wú)球推桿練習(xí)，每次實(shí)驗(yàn)30～45 min，8次干預(yù)后進(jìn)行后測(cè)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組SMR振幅和推桿成功率都顯著高于對(duì)照組。

2.3 綜合腦波干預(yù)研究

腦激活狀態(tài)對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)影響可能是多特征相互作用的結(jié)果。有干預(yù)研究根據(jù)自身團(tuán)隊(duì)前期研究結(jié)果，對(duì)多個(gè)頻段指標(biāo)進(jìn)行綜合干預(yù)也取得了顯著成效。R.ROSTAMⅠ等[41]將24名步槍運(yùn)動(dòng)員隨機(jī)分成2組，實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行為期5周共15次干預(yù)訓(xùn)練，其中每次干預(yù)包括2部分：（1）增強(qiáng)左中央?yún)^(qū)SMR振幅、抑制高頻β振幅；（2）增強(qiáng)頂中α-θ的交叉激活。實(shí)驗(yàn)前，采集2 min腦電數(shù)據(jù)作為基線，以0.5～1μV為單位，當(dāng)目標(biāo)腦波振幅上升/下降1個(gè)單位視為成功。當(dāng)升高SMR振幅的成功率超過(guò)80%或降低高頻β振幅成功率達(dá)到20%給予獎(jiǎng)勵(lì)反饋，獎(jiǎng)勵(lì)反饋率達(dá)到90%，目標(biāo)閾值提高/降低1個(gè)單位值。第2部分方法類(lèi)似其成功率達(dá)到60%給予獎(jiǎng)勵(lì)。每部分練習(xí)時(shí)長(zhǎng)30 min。15次干預(yù)后進(jìn)行后測(cè)，實(shí)驗(yàn)組后測(cè)成績(jī)顯著提高，并顯著優(yōu)于進(jìn)行虛假干預(yù)的對(duì)照組。還有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)射箭運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行為期4周共12次的增強(qiáng)中央中線低頻β/SMR比，抑制θ和高頻β的混合反饋訓(xùn)練，有效促進(jìn)了比賽成績(jī)[42]。

2.4 個(gè)性化腦波干預(yù)研究

還有部分研究考慮到個(gè)體之間的差異，采用個(gè)性化腦波干預(yù)方案。M.ARNS[43]以成功率衡量任務(wù)難度，6名業(yè)余高爾夫運(yùn)動(dòng)員先進(jìn)行10次練習(xí)，根據(jù)成績(jī)?cè)O(shè)定推桿距離，以保證推桿成功率約50%；隨后進(jìn)行80次的實(shí)驗(yàn)前測(cè)，根據(jù)成功推桿的EEG數(shù)據(jù)繪制個(gè)人腦電圖，以前額葉中線（FPz）的腦波為目標(biāo)腦區(qū)，制定個(gè)性化干預(yù)方案；干預(yù)實(shí)驗(yàn)采用ABBA設(shè)計(jì)，在“B”反饋環(huán)節(jié)有伴隨的聽(tīng)覺(jué)刺激，當(dāng)被試目標(biāo)腦波達(dá)到范圍值，聽(tīng)覺(jué)刺激暫停1.5 s，被試需在1.5 s內(nèi)完成推桿，發(fā)現(xiàn)干預(yù)環(huán)節(jié)推桿成績(jī)提高約25%。

綜上所述，針對(duì)性對(duì)有價(jià)值腦波進(jìn)行干預(yù)能直接有效促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，表明腦激活狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間確實(shí)存在因果關(guān)系。但通過(guò)對(duì)干預(yù)研究的梳理發(fā)現(xiàn)，目前的干預(yù)研究存在指標(biāo)不統(tǒng)一、數(shù)量有限、樣本量小等問(wèn)題，現(xiàn)有干預(yù)方案的效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證，目前無(wú)法歸納總結(jié)出一套相對(duì)權(quán)威的干預(yù)方案，未來(lái)需加強(qiáng)對(duì)干預(yù)研究的關(guān)注。

3 問(wèn)題與展望

3.1 神經(jīng)效率假說(shuō)能否全面解釋腦激活與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間的相關(guān)關(guān)系？

橫向、縱向研究結(jié)果一致表明，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與腦激活狀態(tài)具有緊密聯(lián)系。部分研究結(jié)果支持神經(jīng)效率假說(shuō)，但也有研究，尤其是外界環(huán)境變化、控制加工參與的研究，其結(jié)果并不支持此假說(shuō)。如壓力研究均發(fā)現(xiàn)壓力下非必要神經(jīng)激活增大神經(jīng)效率下降，但這種效率的降低并未引發(fā)必然的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降[33]。神經(jīng)效率假說(shuō)無(wú)法解釋壓力對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響。雙加工模式理論認(rèn)為，當(dāng)機(jī)體受到外界干擾并意識(shí)到結(jié)果會(huì)受影響時(shí)，大腦會(huì)增強(qiáng)控制加工參與，通過(guò)增大認(rèn)知控制進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。因此，在控制加工參與下，如何合理配置再投入的腦資源可能才是影響運(yùn)動(dòng)輸出的關(guān)鍵。加工狀態(tài)在兩者之間的中介效應(yīng)目前尚不明晰，深入探討該中介效應(yīng)能更加全面深刻地理解兩者之間的關(guān)系，也能為干預(yù)研究提供更加明確的理論指導(dǎo)。

3.2 壓力下運(yùn)動(dòng)發(fā)揮失常的腦機(jī)制是什么？

從神經(jīng)科學(xué)角度探討壓力影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的腦機(jī)制是目前壓力研究的熱點(diǎn)之一。以往相關(guān)研究一致證明，壓力下神經(jīng)效率降低，但神經(jīng)效率假說(shuō)無(wú)法解釋壓力對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的雙向影響。B.D.HATFⅠELD[44]通過(guò)歸納總結(jié)以往的壓力研究提出認(rèn)知—情感運(yùn)動(dòng)神經(jīng)級(jí)聯(lián)模型，繪制了認(rèn)知—情感級(jí)聯(lián)路徑圖，強(qiáng)調(diào)機(jī)體對(duì)壓力事件的認(rèn)知是關(guān)鍵因素，不同的壓力評(píng)估會(huì)誘發(fā)不同的腦激活狀態(tài)，并提出杏仁核、前額葉的激活狀態(tài)是壓力影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的關(guān)鍵腦指標(biāo)。當(dāng)機(jī)體對(duì)客觀壓力再評(píng)為威脅，眶額葉和杏仁核過(guò)度激活，有意識(shí)監(jiān)控和神經(jīng)噪音增加，過(guò)度募集運(yùn)動(dòng)單位影響動(dòng)作輸出；相反，當(dāng)壓力被評(píng)估為機(jī)會(huì)時(shí)前額葉適度激活，合理募集肌肉確保高效的動(dòng)作輸出。雖理論模型自洽地解釋了壓力影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的可能路徑，但壓力影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的腦機(jī)制目前尚不明晰。理論模型的科學(xué)性還需大量實(shí)證研究論證，部分實(shí)證研究結(jié)果也需進(jìn)一步驗(yàn)證。

此外，實(shí)驗(yàn)室壓力設(shè)計(jì)存在一定現(xiàn)實(shí)困難，尤其是模擬嚴(yán)重影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)壓力相似的高壓情境存在很大操作困難。王進(jìn)等[45]對(duì)1984—2018年117個(gè)壓力研究中操作壓力效應(yīng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，壓力的總效應(yīng)量?jī)H能預(yù)測(cè)12.8%的“Choking”現(xiàn)象。營(yíng)造有效壓力情境所面臨的現(xiàn)實(shí)困境也抑制了壓力研究的發(fā)展。探討有效的壓力設(shè)計(jì)方案和壓力影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的腦機(jī)制是未來(lái)壓力研究關(guān)注的主題。

3.3 相干性指標(biāo)在干預(yù)研究中的應(yīng)用

隨著相干分析算法的發(fā)展，近20年涌現(xiàn)大量相干性研究，大量研究一致證明腦區(qū)間連接與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)存在關(guān)聯(lián)，但指標(biāo)在腦區(qū)和頻段上又存在較大差異。如橫向研究發(fā)現(xiàn)，高水平運(yùn)動(dòng)員T3-Fz低頻α、低頻β相干性、左半球與Fz高頻α相干性、T3與中線低頻β相干性都比普通運(yùn)動(dòng)員低[10]；縱向研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員射擊成績(jī)好的試次在擊發(fā)前T3-Fz高頻α相干性低[19]。不同腦區(qū)、頻段間的相干性與不同的認(rèn)知加工相關(guān)，那么在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同指標(biāo)特征與什么認(rèn)知加工相關(guān)？以及這種關(guān)聯(lián)是如何影響動(dòng)作輸出的？這一系列問(wèn)題還需更加深入細(xì)致地探討，這些研究也必將引導(dǎo)我們對(duì)如何將相干性指標(biāo)應(yīng)用到干預(yù)研究中進(jìn)行深入思考。

4 結(jié) 論

腦激活狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間存在直接關(guān)聯(lián)，認(rèn)知加工狀態(tài)影響兩者關(guān)系。自動(dòng)加工下神經(jīng)效率高，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)好；而控制加工下大腦資源配置合理，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)好，但影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的腦機(jī)制還需深入探討。此外，針對(duì)性地調(diào)節(jié)腦激活狀態(tài)能有效促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。目前，干預(yù)指標(biāo)不統(tǒng)一、干預(yù)效果都有待進(jìn)一步驗(yàn)證，還無(wú)法形成一套相對(duì)權(quán)威的干預(yù)方案。未來(lái)可增強(qiáng)對(duì)認(rèn)知控制的中介作用、神經(jīng)反饋干預(yù)研究的關(guān)注。