林輝杰，嚴(yán)波濤，許崇高

●專題研究Special Lecture

基于Bernstein運(yùn)動協(xié)調(diào)觀的優(yōu)秀女子鐵餅運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力特征研究

林輝杰1，嚴(yán)波濤2，許崇高2

對我國女子鐵餅運(yùn)動員擲鐵餅動作中主要肌肉肌電信號進(jìn)行采集，采用非負(fù)矩陣分解方法對其進(jìn)行非負(fù)分解與降維，獲得Bernstein運(yùn)動協(xié)調(diào)理論體系下的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體及其活動程度概念的量化指標(biāo)，并且從它們與運(yùn)動成績間的關(guān)系中探討優(yōu)秀女子鐵餅運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力的特征。研究顯示，擲鐵餅動作中，肌肉的活動主要受到4種貢獻(xiàn)率各異的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體支配，它們的構(gòu)成與活動方式有所差異，具備實(shí)現(xiàn)該動作中重要運(yùn)動任務(wù)的功能。優(yōu)秀女子運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力特征表現(xiàn)為，部分運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體較高的活動強(qiáng)度或適宜的活動時機(jī)，它們通過作用于人體扭緊姿態(tài)以及最后用力等重要任務(wù)，實(shí)現(xiàn)效果對擲鐵餅動作運(yùn)動成績產(chǎn)生影響?；贐ernstein運(yùn)動協(xié)調(diào)觀的“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力診斷與評價具有鮮明特點(diǎn)以及可行性，值得在專項技術(shù)訓(xùn)練以及重大賽事科研攻關(guān)服務(wù)實(shí)踐中應(yīng)用。

Bernstein運(yùn)動協(xié)調(diào)觀；“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力；擲鐵餅動作

技術(shù)動作的診斷與評價對運(yùn)動員專項技術(shù)水平發(fā)展有重要作用，是運(yùn)動訓(xùn)練與重大賽事科研攻關(guān)服務(wù)實(shí)踐中的重要組成部分。人體運(yùn)動協(xié)調(diào)是各專項技術(shù)動作質(zhì)量評價的一個重要方面，然而，現(xiàn)階段對各專項技術(shù)動作中人體運(yùn)動協(xié)調(diào)評價往往源自經(jīng)驗判斷或是簡單運(yùn)動器官活動間關(guān)系的描述，缺乏理論根基和方法學(xué)支持，特別是針對深層次的運(yùn)動協(xié)調(diào)能力。

始創(chuàng)于BERNSTEIN B A的運(yùn)動協(xié)調(diào)觀是詮釋人體運(yùn)動協(xié)調(diào)奧秘的一個經(jīng)典理論體系[1]，該理論體系中提出了運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體（coordinative structure）的概念[2]，即能批量支配運(yùn)動器官活動的功能性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，具有實(shí)現(xiàn)單個運(yùn)動器官無法完成的運(yùn)動任務(wù)的功能[3]。并且認(rèn)為，人體運(yùn)動協(xié)調(diào)源自少量運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動靈活組合所致，從而機(jī)體龐大的冗余自由度得以有效控制。中樞神經(jīng)系統(tǒng)只要激活少量運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體，就能組織起大量運(yùn)動器官有序的活動，從而有效地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動任務(wù)?？梢姡吧窠?jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力，作為一種深層次的運(yùn)動協(xié)調(diào)能力，可以體現(xiàn)在這些能支配批量運(yùn)動器官活動的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體及其活動的質(zhì)量上。那么，在高水平擲鐵餅動作中，受到幾種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的支配？它們各自具備怎樣的功能？主要在哪些時段中活動？其活動是否對運(yùn)動成績的提高有作用？這些問題亟待探索，從而推動專項技術(shù)動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)能力測量與評價內(nèi)容與方法的創(chuàng)新。

綜上所述，本研究基于經(jīng)典的運(yùn)動協(xié)調(diào)理論與方法，通過分析我國女子運(yùn)動員擲鐵餅動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的種類與權(quán)重、功能、活動方式以及它們與運(yùn)動成績間的關(guān)系，試圖揭示優(yōu)秀女子鐵餅運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力的特征，為其測量、評價以及訓(xùn)練提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 測試法

依托我國女子鐵餅隊2012年倫敦奧運(yùn)會科研攻關(guān)項目，于2012年4月在江蘇省運(yùn)動訓(xùn)練基地（南京），采用芬蘭Megawin6000-16型號遙測肌電儀、瑞士Kister三維測力臺和日本Casio fh25高速攝像機(jī)，3機(jī)同步對5名國家隊女子鐵餅運(yùn)動員（見表1）擲鐵餅動作中的生物學(xué)、動力學(xué)以及運(yùn)動學(xué)參數(shù)信息進(jìn)行采集（見圖1）。每個運(yùn)動員在測試前準(zhǔn)備活動充分，在測試過程中保持能使機(jī)體充分恢復(fù)的間歇，全力完成2～3次擲鐵餅技術(shù)動作，教練評判動作的質(zhì)量以及有效性，每次測試結(jié)束后審查并存儲各儀器設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)。選擇發(fā)揮好、測量全的8次擲鐵餅動作作為研究樣本，其中最高成績?yōu)?1.26 m，最低成績?yōu)?5.10 m，平均成績?yōu)?8.58 m。

1.2 運(yùn)動生物力學(xué)測量法

即便課題組采用多種運(yùn)動生物力學(xué)測量方法對我國女子運(yùn)動員擲鐵餅動作中人體運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)以及生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行同步測量，然而本研究中主要涉及人體主要表層肌肉電信號的測量。在肌電測量中，依據(jù)項目特征、解剖學(xué)原理以及教練員的經(jīng)驗認(rèn)識，選擇右腕屈肌、右肱二頭肌、右豎直肌、左腹內(nèi)斜肌、臀大肌（兩側(cè)）、股二頭肌（兩側(cè)）、股直肌（兩側(cè)）和腓腸?。▋蓚?cè)）共12塊肌肉進(jìn)行肌電測量，采樣頻率設(shè)置為1 000 Hz。具備扎實(shí)人體解剖學(xué)知識和豐富肌電測試經(jīng)驗的試驗人員負(fù)責(zé)貼電極片，在此過程中，去毛、擦酒精，2個探測電極在肌腹上沿肌纖維走向放置，參考電極置于側(cè)邊約3 cm處。腹內(nèi)斜肌電極片置于髂前上棘往下2 cm、往內(nèi)7 cm處[4]，其余各塊肌肉電極片粘貼位置見圖2。在獲得各塊肌肉原始肌電圖后，采用Matlab7.0軟件進(jìn)行整流，再通過巴特沃茲濾波器過濾（20 Hz高頻，5 Hz低頻，零相位）[5]，最后進(jìn)行歸一化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化即刻肌電值（見圖3）。

圖1 試驗測試現(xiàn)場圖Figure 1 A test scene of experiment

圖2 肌電測試中被測肌肉上電極片粘貼位置示意圖Figure 2 Locations of electrode slice on each tested muscle

圖3 擲鐵餅動作中被測肌肉即刻肌電變化圖Figure 3 Electromyo-graphic patterns of each tested muscle in discus throwing

1.3 非負(fù)矩陣分解方法

非負(fù)矩陣分解方法是目前采用肌肉電信號來量化運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體構(gòu)成以及活動系數(shù)的最佳方法，其結(jié)果的非負(fù)屬性能夠較好地表示肌肉活動的強(qiáng)弱，在揭示運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體功能及其活動方式時具有較強(qiáng)的可解釋性。通過該方法，能夠?qū)Χ嗑S的非負(fù)原始矩陣進(jìn)行非負(fù)分解、降維，其數(shù)學(xué)模型[6]為：式中，E為原始肌肉肌電值；W為主成分內(nèi)各肌肉間權(quán)重系數(shù)（運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體），W≥0；C為各主成分間權(quán)重系數(shù)（運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動系數(shù)），C≥0；e為誤差[7]。

本研究中，采用該方法對12塊被測肌肉即刻肌電值矩陣進(jìn)行非負(fù)分解、降維，在主成分的選取時要求累計貢獻(xiàn)率在90%以上，最小主成分貢獻(xiàn)率在10%以上，并將最后所獲得的每個主成分的W與C值標(biāo)準(zhǔn)化為0～1之間，并將這2參數(shù)的較高水平定義在0.4以上[8]。其中，具體計算均在Matlab7.0軟件中采用LIN CHIH-JEN[9]編制的非負(fù)矩陣分解方法程序來完成。

由以上公式計算而得的主成分的累積貢獻(xiàn)率（VAF）[5]為：

式中：P為時間序列總長度；n為所測肌肉數(shù)量；E為原始變量的誤差；e為重構(gòu)值的誤差。

1.4 數(shù)理統(tǒng)計法

采用皮爾遜相關(guān)分析方法，對各主成分貢獻(xiàn)率以及肌肉間權(quán)重系數(shù)分別與運(yùn)動成績間的相關(guān)性進(jìn)行分析。此外，由于各主成分間權(quán)重系數(shù)是一組時間序列，其與運(yùn)動成績間的相關(guān)性不能直接采用上述方法進(jìn)行。因此，先采用函數(shù)型主成分分析方法提煉出各主成分間權(quán)重系數(shù)的主要類型，此時每個主成分上各次擲鐵餅動作的得分值表示與其接近程度，進(jìn)而再采用皮爾遜相關(guān)分析方法對這些得分值與運(yùn)動成績進(jìn)行相關(guān)性分析。如果運(yùn)動成績越好，在某類型主成分間權(quán)重系數(shù)上的得分越高，說明較好的擲鐵餅動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動系數(shù)曲線越接近該類型主成分間權(quán)重系數(shù)曲線，反之亦然。另外，在Excel或Matlab7.0軟件上對全部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用Origin8.0軟件制作所有圖形。

2 結(jié)果與分析

2.1 擲鐵餅動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體構(gòu)成特征及其活動方式

經(jīng)非負(fù)矩陣分解方法處理后，從12塊被測肌肉即刻肌電變化中提取4種獨(dú)立主成分，這4種主成分累積貢獻(xiàn)率在90%以上，并且以10%以上幅度遞增，這顯示它們幾乎包含了全部12塊肌肉肌電變化（見圖4）。并且，每個主成分也具備足夠的信息量，可見，這樣的提取較為合理。提示，在擲鐵餅動作中，這12塊肌肉活動具有較強(qiáng)的共性，受到4種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動的支配，這體現(xiàn)了擲鐵餅動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體間的構(gòu)成特征。

圖4 擲鐵餅動作中被測肌肉肌電變化主成分的累積貢獻(xiàn)率Figure 4 The variance accounted for cumulative principal component in discus throwing

在以往研究中，將各主成分內(nèi)肌肉間權(quán)重系數(shù)、各主成分間權(quán)重系數(shù)均標(biāo)準(zhǔn)化至[0，1]區(qū)間內(nèi)，高于0.5定義為高權(quán)重區(qū)域，從而突顯出運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的構(gòu)成及其活動方式?？紤]到競技體育動作的復(fù)雜性，采用與簡單動作中一樣的高權(quán)重限有可能不能納入一些重要肌肉的活動，或是一些重要時域上運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的活動，所以本研究將高權(quán)重限降低至0.4，在相對較寬的范圍中展現(xiàn)擲鐵餅各種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的構(gòu)成特征及其活動方式。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體1活動主要能同步激活右腕屈肌、右肱二頭肌、左腹內(nèi)斜肌、左股直肌、右股直肌、右股二頭肌和右腓腸肌等；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2活動主要能同步激活右腕屈肌、右豎直肌、左股二頭肌、右股直肌、右股二頭肌和右腓腸肌等；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體3活動主要能同步激活右豎直肌、左股直肌、右臀大肌和右股二頭肌等；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體4活動主要能同步激活左腹內(nèi)斜肌、右豎直肌、左臀大肌、左股直肌、左股二頭肌和左腓腸肌等（見圖5）。此外，運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體1活動主要在第2雙支撐階段（⑥）中；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2活動主要在第1單支撐前期（②）、第2單支撐（⑤）和第2雙支撐（⑥）中；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體3活動主要在第1雙支撐階段（①）和第2雙支撐階段（⑥）中；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體4活動主要在第1單支撐后期（③）和騰空階段（④）中（見圖6）。

圖5 擲鐵餅動作中各主成分間權(quán)重系數(shù)圖Figure 5 Individual muscle weightings of each principal component in discus throwing

圖6 擲鐵餅動作中各主成分內(nèi)肌肉間權(quán)重系數(shù)圖Figure 6Each principal component weightings in discus throwing

依據(jù)擲鐵餅動作中4種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動方式，對其動作階段有更深入的釋義與更細(xì)致的劃分。通常，擲鐵餅動作被劃分成第1雙支撐、第1單支撐、騰空、第2單支撐和第2雙支撐階段[10]，在對各動作階段運(yùn)動任務(wù)分析基礎(chǔ)之上，將這5個動作階段又稱之為起旋、旋轉(zhuǎn)、騰空、過渡和最后用力階段[11]。一方面，從擲鐵餅動作的4種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動方式中展現(xiàn)了上述階段間的關(guān)聯(lián)，揭示了該動作深層次結(jié)構(gòu)特征。在上述5個擲鐵餅技術(shù)階段中，2個單支撐階段間、2個雙支持階段間以及第1單支撐后期與騰空階段間具有相似肌肉間協(xié)作活動方式，第2雙支撐階段有獨(dú)立的肌肉間協(xié)作活動方式。建議在該動作訓(xùn)練與教學(xué)內(nèi)容安排時，要充分考慮這些動作階段間內(nèi)在的聯(lián)系。另一方面，依據(jù)運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2、4活動方式可將第1單支撐階段劃分成2個區(qū)域，即第一單支撐前期與后期，前者側(cè)重人-餅”系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)加速，后者則側(cè)重該系統(tǒng)的平動加速。建議在相關(guān)科研、訓(xùn)練以及教學(xué)中可將擲鐵餅技術(shù)動作劃分為第1雙支撐、第1單支撐前期、第1單支撐后期與騰空、第2單支撐和第2雙支撐5個動作階段。

2.2 擲鐵餅動作中各運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的功能

運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的功能性受到了廣泛關(guān)注[12]，其活動能夠?qū)崿F(xiàn)單個運(yùn)動器官活動無法完成的運(yùn)動任務(wù)[3]，一般通過對其與運(yùn)動任務(wù)觀測變量間聯(lián)系的分析來探討其所對應(yīng)的具體運(yùn)動任務(wù)。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體1在第2雙支撐階段中活動體現(xiàn)出人體以左側(cè)為支撐右側(cè)積極發(fā)力，使機(jī)體最大限度地產(chǎn)生能量并轉(zhuǎn)移至鐵餅中，使餅速迅速提高，展現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)最后用力任務(wù)的功能。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2、3在此階段中活動體現(xiàn)出左下肢支撐、右下肢蹬轉(zhuǎn)、軀干后伸和手腕內(nèi)扣的強(qiáng)化，使最后用力任務(wù)更好地實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2在第1單支撐前期中活動體現(xiàn)出在穩(wěn)固上體以及鐵餅的同時右腿繞左側(cè)軸積極前擺，從而通過支撐腿地面反作用力提供的離心力矩作用提升人體繞垂直軸角動量[13]，展現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)“人-餅”系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)加速任務(wù)的功能；在第2單支撐中活動體現(xiàn)出在穩(wěn)固上體以及鐵餅的同時左腿繞人體右側(cè)軸積極后擺，從而在最后用力任務(wù)開始前保持“人-餅”系統(tǒng)穩(wěn)定、建立合理的下肢支撐[14]和人體扭緊姿態(tài)，體現(xiàn)出實(shí)現(xiàn)擲鐵餅動作中加速與最后用力間銜接任務(wù)的功能。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體3在第1雙支撐中活動體現(xiàn)出以人體左側(cè)為支撐軸右腿積極蹬轉(zhuǎn)，從而通過兩腳地面反作用力力偶的作用使人體繞垂直軸的角動量快速產(chǎn)生[13]，展現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)“人-餅”系統(tǒng)快速起旋任務(wù)的功能。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體4在第1單支撐后期中活動體現(xiàn)出在穩(wěn)固軀干的同時左腿積極蹬伸，獲得“人-餅”系統(tǒng)朝投擲方向的線動量[11]，推動人體重心前移，展現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)平動加速任務(wù)的功能；在騰空階段中，體現(xiàn)了在穩(wěn)固上體的同時左腿積極回收，使人體下肢轉(zhuǎn)動慣量降低[11]，依據(jù)動量距守恒原理使下肢繞垂直軸的轉(zhuǎn)動速度提高，展現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)人體扭緊姿態(tài)的功能（見圖7）。

通過上述分析認(rèn)為，在優(yōu)秀女子運(yùn)動員擲鐵餅動作中4種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動與某種運(yùn)動任務(wù)觀測變量變化間存在密切聯(lián)系。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體1活動傾向于實(shí)現(xiàn)第2雙支撐階段中最后用力任務(wù)；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2活動傾向于實(shí)現(xiàn)第1單支撐前期中旋轉(zhuǎn)加速任務(wù)、第2單支撐階段中加速與最后用力間的銜接任務(wù)和第2雙支撐階段中最后用力任務(wù)；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體3活動傾向于實(shí)現(xiàn)第1雙支撐階段中快速起旋任務(wù)、第2雙支撐階段中最后用力任務(wù)；運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體4活動傾向于實(shí)現(xiàn)第1單支撐后期中平均加速任務(wù)、騰空階段中人體扭緊姿態(tài)，這些運(yùn)動任務(wù)的實(shí)現(xiàn)對擲鐵餅動作完成的重要性基本上受到認(rèn)可。展現(xiàn)了Bernstein經(jīng)典的運(yùn)動協(xié)調(diào)理論觀點(diǎn)[15]，同一種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動能夠?qū)崿F(xiàn)不同的運(yùn)動任務(wù)，同一種運(yùn)動任務(wù)可有多種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動來實(shí)現(xiàn)。同時，也初步展現(xiàn)了擲鐵餅動作中具體的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體功能，由于測量肌肉數(shù)量的限制，還有待更多的試驗證據(jù)來推敲和拓展。

2.3 擲鐵餅動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體構(gòu)成及其活動與運(yùn)動成績的關(guān)聯(lián)

上述分析可知，在我國女子運(yùn)動員擲鐵餅動作中，運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的構(gòu)成形式與活動狀態(tài)主要通過其貢獻(xiàn)率、其所支配肌肉間耦合度、其活動強(qiáng)度與時機(jī)這些指標(biāo)來量化體現(xiàn)。在我國女子運(yùn)動員擲鐵餅動作中，這4種主成分的貢獻(xiàn)率與運(yùn)動成績間相關(guān)性較低（0.5>r>-0.5），且不具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。此外，這4種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體中各肌肉間權(quán)重系數(shù)與運(yùn)動成績間幾乎全部無顯著相關(guān)性?？梢姡瑪S鐵餅動作運(yùn)動成績的變化受運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體數(shù)量、貢獻(xiàn)率以及所支配的肌肉間耦合度的影響甚微，這些指標(biāo)展示了擲鐵餅動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的構(gòu)成特征，包括運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體之間以及內(nèi)部的構(gòu)成。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體被視為一種存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中相對固化的功能性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)[17]，具有相對較高的穩(wěn)定性，一般在經(jīng)特殊訓(xùn)練[18]或受傷病[19]等影響后會產(chǎn)生變化。由于本研究中女子鐵餅運(yùn)動員專項水平屬于同一層次，也處于相同的訓(xùn)練階段，運(yùn)動成績的差異不足以體現(xiàn)在相對穩(wěn)定的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體構(gòu)成上的變化。然而，本研究顯示，主成分權(quán)重系數(shù)2、3、4分別與運(yùn)動成績具有高度的顯著相關(guān)性（r=0.81，P<0.05；r=0.78，P<0.05；r=-0.84，P<0.01），這顯示運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動的強(qiáng)度或區(qū)域隨運(yùn)動成績變化而產(chǎn)生相應(yīng)的改變。運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動方式被認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)依據(jù)運(yùn)動任務(wù)對其下達(dá)的活動指令[17]，會依據(jù)人體內(nèi)外環(huán)境、運(yùn)動約束條件以及對運(yùn)動任務(wù)掌握程度的變化而改變[12]，如在自行車蹬踏動作中，支配下肢肌肉活動的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動方式隨蹬踏速度、功率等改變而有所變化[5]。本研究中，擲鐵餅動作運(yùn)動成績的變化可能由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)對運(yùn)動任務(wù)把握程度不同而引發(fā)運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動方式的差異所致。

圖7 4種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體各自對應(yīng)的運(yùn)動任務(wù)分析路徑示意Figure 7 The analytic way of each four coordinative structure’s movement tasks

較高運(yùn)動成績時，運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2在其主要活動區(qū)域內(nèi)活動系數(shù)明顯較高，運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體3在第2雙支撐階段活動系數(shù)明顯較高，運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體4在其主要活動區(qū)域內(nèi)活動系數(shù)有明顯的相位差異，使其峰值相對靠后，幾乎處于左腳離地時刻上。在擲鐵餅動作中，較高的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2活動程度能夠使其在第1單支撐前期的“左腿撐-右腿前擺”等配合動作、在第2單支撐中“右腿撐-左腿后擺”等配合動作、在第2雙支撐階段中“左腿撐-右腿蹬轉(zhuǎn)”等配合動作較強(qiáng)，從而能夠較好地完成旋轉(zhuǎn)加速、銜接過渡以及最后發(fā)力任務(wù)；在第2雙支撐階段中，較高的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體3活動程度能夠使其此時“左腿撐-右腿蹬轉(zhuǎn)”等配合動作較強(qiáng)，從而能夠較好地完成最后發(fā)力任務(wù)；適宜的運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體4活動時機(jī)使其在第1單支撐后期與騰空階段過渡時，“左腿蹬轉(zhuǎn)為收”的動作迅速完成，從而能夠較好地完成使人體扭緊的任務(wù)。這些運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動方式的改變，致使部分運(yùn)動任務(wù)高質(zhì)量完成，從而使運(yùn)動成績提高。這體現(xiàn)了Bernstein運(yùn)動協(xié)調(diào)發(fā)展觀中“自由度的釋放（releasing）”原理[20-21]，認(rèn)為良好人體運(yùn)動協(xié)調(diào)表現(xiàn)的一個特征為，對運(yùn)動任務(wù)變量以及人體內(nèi)外環(huán)境約束條件充分掌控后原本受束縛的運(yùn)動器官間活動自由度被釋放，從而展現(xiàn)出更多的力學(xué)和生物學(xué)效益。通過上述分析可見，優(yōu)秀女子鐵餅運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力特征可體現(xiàn)為運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2、3、4較高的活動強(qiáng)度或是適宜的活動時機(jī)（見圖8）。

2.4 對鐵餅運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力診斷與評價的應(yīng)用展望

專項技術(shù)的診斷與評價是專項技術(shù)訓(xùn)練以及重大賽事科研攻關(guān)服務(wù)實(shí)踐中的一個重要內(nèi)容。本研究中所揭示的優(yōu)秀女子鐵餅運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力特征是在這些實(shí)踐中架構(gòu)對該能力診斷與評價的核心內(nèi)容。在該過程中，通過測量擲鐵餅動作中人體表面肌電數(shù)據(jù)，采用非負(fù)矩陣分解方法得到運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體及其活動指標(biāo)；再依據(jù)本研究所揭示的內(nèi)容評判其運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動強(qiáng)度或時機(jī)的優(yōu)劣；最后闡明診斷結(jié)果以及專項技術(shù)動作改進(jìn)的方法與手段等。將其應(yīng)用至本研究女子鐵餅運(yùn)動員的專項技術(shù)動作分析中表明：（1）楊擲鐵餅動作全過程以及馬、梁擲鐵餅動作第2雙支撐階段中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2活動系數(shù)低于0.4；（2）楊、李擲鐵餅動作的第2雙支撐階段中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體3活動系數(shù)低于0.4；（3）姜、梁擲鐵餅動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體4活動系數(shù)的峰值明顯早于左腳離地時刻。這些在運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體活動上的不足顯示，她們在第2雙支撐階段中“左腿撐-右腿蹬轉(zhuǎn)”等配合動作或是在第1單支撐后期與騰空階段過渡時“左腿蹬轉(zhuǎn)為收”的動作不甚理想，前者主要影響第2雙支撐階段中繞人體垂直軸的角動量的形成，后者影響最后用力前人體扭緊姿態(tài)的形成，這些亟待改進(jìn)。

圖8 高、低運(yùn)動成績擲鐵餅動作中主成分權(quán)重系數(shù)2、3、4的變化及差異Figure 8 The second，third，fourth principal component weightings of high and low performance’s discus throwing and its differences

在專項技術(shù)動作分析中，應(yīng)用基于Bernstein運(yùn)動協(xié)調(diào)觀的神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力診斷與評價具有以下特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)的診斷與評價肌肉群組織及其活動質(zhì)量，明顯區(qū)別于目前從運(yùn)動任務(wù)變量、單塊肌肉活動（或環(huán)節(jié)運(yùn)動）、簡單的肌肉間活動（或環(huán)節(jié)運(yùn)動）關(guān)系指標(biāo)上對專項技術(shù)動作所做的診斷；（2）由于Bernstein運(yùn)動協(xié)調(diào)觀是對人體運(yùn)動生物性規(guī)律的一種科學(xué)認(rèn)識，基于此對“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力診斷與評價結(jié)果更加符合人體運(yùn)動技能變化與發(fā)展的生物規(guī)律，其對專項技術(shù)改進(jìn)有更好的幫助?；谝酝鶑牧W(xué)角度所得的單個肌肉活動或簡單的肌肉間協(xié)作活動力學(xué)功能對專項技術(shù)動作效果的作用，并非能夠通過改變該肌肉的活動或簡單的肌肉活動間關(guān)系來提高專項技術(shù)動作效果。由于生物體運(yùn)動的復(fù)雜性，這些變化有可能對生物體運(yùn)動系統(tǒng)其他元素（其他肌肉或肌肉活動間關(guān)系）產(chǎn)生影響，從而得不到較好的專項技術(shù)動作改進(jìn)效果。然而，Bernstein運(yùn)動協(xié)調(diào)觀在這方面予以了充分的考慮，基于其所架構(gòu)的“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力診斷與評價在提煉肌肉活動間相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上評判獨(dú)立肌肉群活動的優(yōu)劣，對運(yùn)動員專項技術(shù)動作改進(jìn)的指導(dǎo)效果會更佳。

由于優(yōu)秀運(yùn)動員的專項技術(shù)動作已經(jīng)得到高度的發(fā)展，所以亟待全方位、多視角、多層面的評價指標(biāo)來揭示其專項技術(shù)動作中存在的瑕疵，推動其專項技術(shù)動作發(fā)展或改進(jìn)。此外，由于優(yōu)秀運(yùn)動員訓(xùn)練與競賽服務(wù)體系的高度發(fā)展，所以配套科研服務(wù)團(tuán)隊以及相關(guān)儀器設(shè)備來輔助優(yōu)秀運(yùn)動員專項技術(shù)動作的科學(xué)評價與訓(xùn)練已經(jīng)具備了較好的物質(zhì)、人員以及經(jīng)驗基礎(chǔ)?？梢?，采用肌電測量儀器，基于運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體概念在專項技術(shù)訓(xùn)練實(shí)踐中對我國運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力進(jìn)行周期性的監(jiān)測不僅是需要的，而且可行。然而，在專項技術(shù)訓(xùn)練實(shí)踐中對此測量與評價應(yīng)用力度的提高還需后續(xù)研究的跟進(jìn)?，F(xiàn)階段對此“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力在專項訓(xùn)練中有針對性的訓(xùn)練手段與方法及其影響因素等不甚了解，這將使其應(yīng)用力度受限。在這方面，今后可探討核心穩(wěn)定性訓(xùn)練、功能性訓(xùn)練和肌肉能量技術(shù)（MET）等對“神經(jīng)-肌肉”活動單位有特殊訓(xùn)練功效的方法與手段對專項技術(shù)動作中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體及其活動方式的改善是否有幫助？基于各階段技術(shù)動作間的內(nèi)在聯(lián)系，強(qiáng)化第1雙支撐階段、第1單支撐階段前期的技術(shù)動作是否有助于擲鐵餅動作第2雙支撐階段中運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2、3活動強(qiáng)度的提高？擲鐵餅動作常規(guī)的訓(xùn)練方法與手段對其運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體及其活動方式具有怎樣的影響？

3 結(jié)論

在擲鐵餅動作中，存在4種運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體的活動，在其主要活動區(qū)域內(nèi)支配著各肌肉間的協(xié)作活動，從而使在第1雙支撐階段起旋、在第1單支撐前期旋轉(zhuǎn)加速、在第1單支撐后期平動加速、在騰空階段人體扭緊姿態(tài)、在第2雙支撐過渡以及在第2雙支撐最后用力等運(yùn)動任務(wù)得以實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動成績較好的擲鐵餅動作中，運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體2、3、4體現(xiàn)出較高的活動程度或是適宜的活動時機(jī)，在實(shí)現(xiàn)人體扭緊姿態(tài)以及最后用力等任務(wù)上有更佳表現(xiàn)，這展現(xiàn)了優(yōu)秀女子鐵餅運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力特征。采用肌電測量儀器，基于運(yùn)動協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)體概念對我國運(yùn)動員“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力診斷與評價具有鮮明特點(diǎn)，在專項技術(shù)訓(xùn)練等實(shí)踐中是需要的、可行的。然而，其廣泛的應(yīng)用還需對“神經(jīng)-肌肉”協(xié)調(diào)能力有針對性的專項訓(xùn)練手段與方法進(jìn)行后續(xù)研究。

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Characteristics of Neuromuscular Coordination Ability in Elite Women Athletes of Discus Throwing Based on Bernstein’sTheoreticalPerspectivesofMotorCoordination

LIN Huijie1，YAN Botao2，XU Chonggao2
（1.Taizhou University，Linhai 317000，China；2.Xi’an University of Sport，Xian 710068，China）

Several main muscle’s electromyographic signals of elite women athletes in discus throwing were collected，and then decomposed by nonnegative matrix decomposition method，from which the quantitative indicators of coordinative structure and its active level which belong to Bernstein’s theoretical per?spectives of motor coordination were obtained to discuss the characteristics of neuromuscular coordination ability in elite women athletes of discus throwing. The results showed that there were four coordinative structures had been activated，which covering the whole motion process，and showing four kinds of func?tional units about muscle collaboration，which committed to implement the all tasks of this skill；and the change of some coordinative structures activity time or intensity had a significant influence on discus throwing performance by acting on the important tasks of this skill such as block posture and delivery effects. The diagnosis and evaluation of neuromuscular coordination ability of athletes based on Bernstein’s theoretical perspectives of motor coordination has distinc?tive characteristics and feasibility，which is worth of applying to practice of technical training and scientific research service for the big games.

Bernstein’s theoretical perspectives of motor coordination；neuromuscular coordination ability；discus throwing

G 804.6

：A

：1005-0000（2014）06-489-07

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2014.06.006

2014-08-22；

2014-11-02；錄用日期：2014-11-03

教育部人文社會科學(xué)研究項目（項目編號：14YJC890009）；國家體育總局體育社會科學(xué)研究項目（項目編號：2011B025）；浙江省社會科學(xué)界聯(lián)合會研究課題成果（項目編號：2014N058）；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目（項目編號：2014JM4174）

林輝杰（1982-），男，浙江奉化人，博士，副教授，研究方向為運(yùn)動生物力學(xué)。

1.臺州學(xué)院，浙江臨海317000；2.西安體育學(xué)院，陜西西安710068。