感覺交互作用對自由式滑雪空中技巧運動員平衡能力影響的研究

程宇琦，王 新

（沈陽體育學(xué)院，遼寧 沈陽 110102）

自由式滑雪空中技巧項目是我國冬奧會雪上優(yōu)勢技巧類項目，在落地過程中需要較強(qiáng)的平衡控制能力保持自身平衡，而復(fù)雜多變的動作技術(shù)結(jié)構(gòu)和雪面物理因素干擾，使得在“動作-平衡動態(tài)耦合”狀態(tài)下，運動員成功著陸難度增加。找出不同感覺作用對運動員的影響程度，對進(jìn)行有效的針對性訓(xùn)練和提升運動員的平衡能力具有重要作用。

平衡能力已被發(fā)現(xiàn)與技巧類運動項目成績顯著相關(guān)（Taube et al.，2008；Viseux et al.，2019），水平更高的運動員表現(xiàn)出更強(qiáng)的平衡能力（Opala et al.，2018）。平衡能力較強(qiáng)的運動員可能會使脊椎在維持平衡時表現(xiàn)出神經(jīng)適應(yīng)，抑制脊柱反射的興奮性和姿勢任務(wù)中的肌肉拉伸反射，從而減少不穩(wěn)定運動，提高平衡能力（Hrysomallis，2011；Keller et al.，2018；Paillard et al.，2007）。這種神經(jīng)適應(yīng)對視覺輸入的依賴較少，而更多地依賴于姿勢控制的其他組成部分。如本體感覺減少對姿勢控制的視覺貢獻(xiàn)的必要性，提示應(yīng)更多關(guān)注對平衡和運動表現(xiàn)至關(guān)重要的其他感覺輸入（Chapman et al.，2008；Vuillerme et al.，2001）。有研究通過引入睜眼和閉眼條件來評估視覺功能對姿勢控制的影響程度，同時在直立姿勢時擾亂本體感覺系統(tǒng)（Del et al.，2007；Petrofsky et al.，2012；Staines et al.，2001），但研究的結(jié)果并不一致。Allum等（1985）認(rèn)為，姿勢平衡的65%由前庭系統(tǒng)控制，35%依靠視覺和本體系統(tǒng)。Kahky等（2000）認(rèn)為，視覺作用（35%）可能比本體感覺（26%）對平衡的影響程度更大。綜上，目前對人體感覺系統(tǒng)作用評估尚無確切定論，對技巧類運動員感覺功能的評估研究仍較少。

人體平衡是一個復(fù)雜的信息組合過程，主要依賴于視覺系統(tǒng)、前庭系統(tǒng)、本體感覺系統(tǒng)相互協(xié)同作用達(dá)到自身的穩(wěn)定（Peterka，2002），這些輸入不僅提供有關(guān)身體方向和位置的重要信息，而且還會相互作用（Khattar，2012）。人體感覺系統(tǒng)具有不同的功能，感覺系統(tǒng)的減弱可能造成敏感程度降低，從而影響人體平衡控制能力（Ishida et al.，2010）。當(dāng)3種感覺系統(tǒng)受到干擾的情況下，會出現(xiàn)自身姿勢搖擺，平衡能力受損（Carver et al.，2005）。

有研究評價了視覺感覺系統(tǒng)在平衡中所起到的作用，視覺的干擾對于平衡能力會產(chǎn)生重要的影響，視覺環(huán)境的改變會導(dǎo)致人體平衡控制能力較差，在平衡控制較差的人中影響程度將會更加嚴(yán)重（Jacob et al.，1995）。當(dāng)人體各種感覺系統(tǒng)之間存在不明確作用，將很難評估自身在環(huán)境下自我運動和外部運動之間的區(qū)別，導(dǎo)致人體平衡能力控制不穩(wěn)定（Redfern，2001）。

視覺信息在受到干擾下，人體站立時維持平衡的能力還會受到自身本體感覺系統(tǒng)的影響。當(dāng)人體發(fā)現(xiàn)自身本體感覺系統(tǒng)可以進(jìn)行使用時，平衡控制能力則會加強(qiáng)，相反，本體感覺缺乏時，平衡控制能力下降。相較而言，本體感覺削弱的人會更多地依賴于視覺和前庭感覺（Redfern et al.，1994）。同樣，Ivanenko（2018）研究健康人時發(fā)現(xiàn)，視覺感覺系統(tǒng)剝奪的情況下，本體感覺更多參與補(bǔ)償，在維持人體平衡過程中提供更大的作用。

人體在維持平衡時，視覺感覺起著重要的作用，尤其是前庭感覺較差的人將會更加依賴于視覺作用。前庭感覺較差的人對復(fù)雜的環(huán)境更加敏感，可能會導(dǎo)致平衡較差和空間感知重新定位變得復(fù)雜，雖然這種感覺敏感性的確切特征尚不明確，但前庭感覺的缺乏將會引起更大身體擺動（Angelaki et al.，2008；Bergin et al.，1995）。

郭麗敏等（2003）評估了人體在維持平衡過程中各種感覺之間的相互作用，通過平均速度作為評估姿勢平衡的參數(shù)，可以有效地提高試驗結(jié)果的有效性，采用不穩(wěn)定平面可以將視覺、本體感覺進(jìn)行精準(zhǔn)分離，對不同感覺系統(tǒng)的作用大小進(jìn)行分別評估，評價人體的平衡能力。本研究的目的是評估運動員各種感覺系統(tǒng)的貢獻(xiàn)程度，對運動員的感覺系統(tǒng)作用進(jìn)行準(zhǔn)確分析，當(dāng)運動員在比賽過程中遇到閉眼或落地時雪質(zhì)的特殊情況下，避免影響落地過程中的平衡穩(wěn)定，確保取得優(yōu)異的成績。本研究假設(shè)：1）運動員在不同條件下維持平衡時，各種感覺交互作用影響程度不同；2）運動員單一感覺系統(tǒng)出現(xiàn)干擾時，其他感覺系統(tǒng)會代替維持自身的平衡控制。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

25名自由式滑雪空中技巧國家隊運動員（所有受試者均簽署知情同意書），其中，男運動員14名，身高（174.76±3.16）cm，體重（69.93±5.19）kg，年齡（21.43±3.98）歲；女運動員 11名，身高（159.54±4.10）cm，體重（55.77±9.30）kg，年齡（19.45±5.00）歲。受試者完成了病史調(diào)查問卷，以確定是否存在肌肉骨骼、神經(jīng)或者其他影響單腿平衡能力的損傷。通過統(tǒng)計所有受試者6個月內(nèi)下肢都未有損傷。

1.2 測試方法

采用便攜式平衡儀（Humac Balance，American）規(guī)格為65 cm×40 cm，平衡儀記錄受試者在站立過程中足底壓力中心（COP）的移動情況，并通過軟件分析相關(guān)參數(shù)，平臺采樣頻率為100 Hz。測試時選擇在安靜房間中進(jìn)行。海綿密度中等，大小為65 cm×40 cm，厚度為50 mm，質(zhì)地柔軟、均一。

測試過程中，要求受試者脫掉鞋襪站立，并“盡可能保持身體軀干穩(wěn)定和不動”，在測試過程中，全程保持安靜，給予受試者良好的測試環(huán)境。要求受試者將手放在臀部，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測試方案，受試者腳的第二跖骨底部與平衡儀的標(biāo)記對齊。測試時受試者視線目光集中在一個直徑5 cm的白色圓圈上，這個圓圈與其視線平行，放在距圓圈3 m外的墻上，并避免出現(xiàn)任何其他動作。在整個實驗過程中，雙眼目視前方，保持輕微的髖部和膝關(guān)節(jié)彎曲。

測試4種不同條件下的靜態(tài)站立姿勢。為了控制單一感覺的干擾，測試順序依次為：T1：站立于穩(wěn)定平面，睜眼；T2：站立于穩(wěn)定平面，閉眼；T3：站立于非穩(wěn)定平面，睜眼；T4：站立于非穩(wěn)定平面，閉眼。每種條件下站立30 s，不同平面條件下測試的間隔進(jìn)行坐位休息（30 s），選取COP移動的平均速度（SV）進(jìn)行評價平衡穩(wěn)定能力。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)使用SPSS 21.0進(jìn)行分析處理，（SPSS，Chicago，Illinois），結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）的形式展示，概率水平設(shè)置為0.05為顯著性差異，數(shù)據(jù)采用配對樣本t檢驗對COP的SV進(jìn)行差異檢驗。

根據(jù)Lacour等（1997）測試方法，采用“感覺評估整合”公式評價感覺交互作用：

評價視覺作用：（T2-T1）/（T2＋T1）表示自身本體感覺未受到干擾，視覺變化引起平衡能力變化的程度；（T4-T3）/（T4＋T3）表示自身本體感覺受到干擾，視覺變化引起平衡能力變化的程度。

評價本體感覺的作用：（T3-T1）/（T3＋T1）表示自身視覺感覺未受到干擾，本體感覺受到干擾引起平衡能力變化的程度；（T4-T2）/（T4＋T2）表示自身視覺感覺受到干擾，本體感覺受到干擾引起平衡能力變化的程度。

評價視覺和本體感覺同時作用：（T4-T1）/（T4＋T1）表示自身視覺與本體感覺同時受到干擾時，引起平衡能力變化的程度。

2 結(jié)果

2.1 不同條件下運動員SV變化差異

受試者在不同條件（T1、T2、T3、T4）、不同感覺下SV的結(jié)果如圖1、圖2所示。配對樣本t檢驗結(jié)果顯示，視覺感覺受到干擾的情況下，男、女運動員T2與T1、T4與T3的SV差異顯著（P＜0.05）；本體感覺受到干擾、視覺未受到干擾的情況下，男、女運動員T3與T1的SV差異顯著（P＜0.01）；視覺與本體感覺同時受到干擾的情況下，男、女運動員T4與T1的SV差異顯著（P＜0.01）。

圖1 女運動員不同平面SVFigure 1.SV of Female Athletes in Different Surface

圖2 男運動員不同平面SVFigure 2.SV of Male Athletes in Different Surface

2.2 不同影響條件下SV變化程度

將運動員不同條件下的SV結(jié)果按照“感覺整合評估”公式進(jìn)行計算，計算出在面對不同感覺干擾時運動員維持自身平衡穩(wěn)定的變化情況，評價不同感覺作用的影響程度。

2.2.1 評價視覺作用

如圖3所示，本體感覺受干擾的情況下，女運動員視覺變化引起SV的變化程度由（13.61±10.30）%上升至（21.42±12.02）%；男運動員視覺變化引起SV的變化程度由（18.15±10.14）%上升至（18.70±10.78）%。男運動員本體感覺受到干擾時視覺變化程度較小，女運動員則表現(xiàn)出相反情況，視覺變化程度增加。

圖3 本體感覺干擾與未干擾條件下SV變化結(jié)果Figure 3.The Result of SV Changes under the Non-Interference and Interference Conditions of Visual Sensation

2.2.2 評價本體感覺作用

如圖4所示，視覺感覺受干擾的情況下，女運動員本體感覺引起SV的變化程度由（40.83±13.15）%上升至（45.43±12.74）%；男運動員本體感覺引起SV的變化程度由（43.13±18.85）%上升至（47.72±8.47）%。男、女運動員視覺感覺受到干擾時，本體感覺作用變化程度均增加。

圖4 視覺感覺干擾與未干擾條件下SV變化結(jié)果Figure 4.The Result of SV Changes under the Non-Interference and Interference Conditions of Visual Sensation

2.2.3 本體感覺和視覺感覺同時干擾

視覺與本體感覺同時被干擾的情況下，女運動員SV的變化程度為（55.83±9.59）%；男運動員SV的變化程度為（55.66±14.57）%。其中各種感覺變化程度標(biāo)準(zhǔn)差較大，個體之間不同感覺系統(tǒng)對平衡能力的影響差異較大。

2.3 不同感覺作用影響程度分析

根據(jù)不同條件下SV的變化程度，參考郭麗敏等（2003）的公式，計算男、女運動員在不同條件下本體感覺、視覺與前庭3種感覺功能對維持平衡能力的重要程度（表1）。

表1 男、女運動員不同條件下感覺作用重要程度Table 1 The Importance of Sensory Function in Male and Female Athletes under Different Conditions

3 討論

自由式滑雪空中技巧運動員需要在落地時達(dá)到穩(wěn)定的姿勢控制，提升比賽中落地的穩(wěn)定性（馬毅等，2014）。王新等（2011）研究影響自由式滑雪空中技巧動作難度相關(guān)因素指出，運動員完成難度動作的成功率多在50%～70%，優(yōu)秀運動員為80%左右，落地動作的成功率已成為我國自由式滑雪空中技巧運動員獲得冠軍的關(guān)鍵因素。運動員在落地時站立階段和滑行階段都需要較強(qiáng)的姿勢控制，平衡姿勢控制需要人體視覺感覺系統(tǒng)、本體感覺系統(tǒng)和前庭感覺系統(tǒng)互相合作完成，不同感覺功能具有不同作用，當(dāng)不同感覺系統(tǒng)受到挑戰(zhàn)，會破壞相互協(xié)作能力，導(dǎo)致身體搖擺的改變，影響人體平衡能力（Goh et al.，2017）。

本研究表明，男、女運動員視覺與本體感覺中某一感覺受到干擾時，COP移動速度均顯著增加，平衡穩(wěn)定性較差，同時，男、女運動員視覺與本體感覺同時受到干擾的情況下，COP移動速度增加非常顯著，姿勢擺動加大，平衡穩(wěn)定性明顯降低。這與Peterka（2018）的研究結(jié)論一致，對條件進(jìn)行改變時，人體感官系統(tǒng)也必須快速調(diào)整，以防止由于糾正措施不足或過剩而導(dǎo)致的不穩(wěn)定。

姿勢的穩(wěn)定性依賴于多感覺系統(tǒng)信息的相互整合（Appiah et al.，2019）。評價視覺作用時，女運動員在T1條件下，視覺感覺系統(tǒng)占比11.98%、本體感覺作用占比28.99%、前庭感覺作用占比35.83%；T2條件下閉眼進(jìn)行實驗，視覺感覺不具有作用，本體感覺作用占比31.24%、前庭感覺作用占比68.76%；T3條件下通過泡沫墊對運動員的本體感覺進(jìn)行干擾，視覺感覺占比17.64%、前庭感覺作用占比82.36%。在T1、T3條件下，視覺占總感覺的15.6%、17.64%，維持平衡過程中某種感覺系統(tǒng)受到干擾時，視覺影響作用有較小提升，女運動員視覺對平衡能力作用具有一定影響，但影響程度小于本體感覺和前庭感覺。男運動員在T1條件下，視覺感覺系統(tǒng)占比15.36%、本體感覺作用占比30.13%、前庭感覺作用占比35.76%；T2條件下，本體感覺作用占比32.30%、前庭感覺作用占比67.70%；T3條件下，視覺作用占比15.76%、前庭感覺作用占比84.24%。在T1、T3條件下，視覺占總感覺的18.90%、15.76%。

男、女運動員展示出相同特征。一方面，視覺對平衡能力作用具有影響，但影響程度小于本體感覺和前庭感覺，這與Allum等（1985）的研究結(jié)果一致。運動員長期在柔軟的雪面和復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行比賽，空中的頭部移動對運動員的平衡能力有更大的影響，長期的訓(xùn)練與比賽使運動員可以更多地依賴前庭感覺和本體感覺的作用。另一方面，當(dāng)視覺感覺被消除時，人體會提升自身本體感覺來維持平衡能力，這與Pir?po（2016）研究結(jié)果一致，視覺感覺被剝奪的情況下，本體感覺更多參與補(bǔ)償，在平衡控制中提供更大的作用。

男、女運動員也呈現(xiàn)出一定的差異。男運動員視覺功能占比在T3條件時小于T1，在本體感覺受到干擾時，男運動員將會更多地使用前庭感覺來代替本體感覺維持自身的平衡，而并不是通過更多的視覺感覺代替本體感覺，這表明，視覺系統(tǒng)功能在維持自身穩(wěn)定過程中的作用較其他2種感覺功能更低。女運動員視覺功能占比在T3條件時大于T1，在本體感覺功能受到干擾的情況下，女運動員會選擇增加視覺作用來維持自身的平衡能力，這與男運動員不同。不同運動員所應(yīng)用的感覺信息和平衡維持策略有較大的個體差異，這可能是運動員日常生活和長期訓(xùn)練中的不同活動策略所引起（Kashlan et al.，1998）。

本研究的假設(shè)得到了驗證。男、女運動員在T1、T2條件下的本體感覺作用占比均有增加，但增加程度較小。在視覺消除時，運動員雖然會增加本體感覺代替視覺功能，但主要仍然依靠提高前庭感覺維持自身的平衡。T1條件下3種感覺系統(tǒng)相互作用時，男、女運動員感覺作用的重要程度表現(xiàn)出同樣特征，前庭感覺作用占比最高、視覺感覺作用占比最低，本體感覺與前庭感覺作用差距較小，運動員在維持自身平衡時，需要更多地注意提升影響程度較大的本體感覺與前庭感覺。

本研究在評估各種不同感覺交互作用時，可以通過閉眼完全消除視覺感覺作用。針對消除本體感覺作用，雖然劉波等（2007）提出利用站立與海綿墊方式可以有效消除本體感覺的輸入，但不能完全消除全身的本體感覺輸入，且由于項目的特殊性以及國家隊人數(shù)原因，本研究所測試的樣本量有限，未來仍需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1）男、女運動員在不同條件下維持自身平衡時感覺的相互作用展示出相同特征，前庭感覺作用均占有最大的比重，其次是本體感覺和視覺，應(yīng)針對前庭感覺進(jìn)行有效訓(xùn)練，增加落地時的平衡穩(wěn)定控制能力。

2）運動員視覺或本體感覺系統(tǒng)受到干擾時，其他感覺系統(tǒng)作用增加以維持人體平衡，比賽中面對雪質(zhì)不適問題時，需要其他感覺作用替代維持平衡，較好的感覺功能配合會有效降低落地時失誤率。

3）視覺或本體感覺受到干擾時，男、女運動員選擇替代的感覺系統(tǒng)沒有展示出相同的特征，應(yīng)針對不同運動員制定不同的平衡訓(xùn)練策略。