吳 殷，張 劍，曾雨雯，沈 城

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不同類型運(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

吳 殷，張 劍，曾雨雯，沈 城

采用功能磁共振成像技術(shù)，基于體素形態(tài)測(cè)量學(xué)，比較了13名羽毛球運(yùn)動(dòng)員、13名籃球運(yùn)動(dòng)員和16名非運(yùn)動(dòng)員的大腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)差異。結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)員在雙側(cè)中央前回、左側(cè)頂下小葉、中央后回、眶額回、顳上回灰質(zhì)體積顯著大于非運(yùn)動(dòng)員，顯示長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)對(duì)不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員大腦產(chǎn)生相似的可塑性變化。羽毛球運(yùn)動(dòng)員相比于籃球運(yùn)動(dòng)員在左側(cè)額下回、左側(cè)頂上小葉、左側(cè)楔前葉灰質(zhì)體積有顯著增大；籃球運(yùn)動(dòng)員相對(duì)于羽毛球運(yùn)動(dòng)員在顳下回、左側(cè)額中回、左側(cè)額下回、扣帶回中部、腦島灰質(zhì)體積差異顯著，顯示不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)存在運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特異性。

可塑性；體素形態(tài)學(xué)；運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目；大腦結(jié)構(gòu)

前言

體育運(yùn)動(dòng)不僅要求運(yùn)動(dòng)員有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)技能水平，也需要有很好的認(rèn)知能力。研究顯示，優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員較非運(yùn)動(dòng)員具有更好的認(rèn)知能力，并且，優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的良好表現(xiàn)與其認(rèn)知能力緊密相關(guān)。長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練使優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員大腦的結(jié)構(gòu)和功能上存在什么樣的不同？功能磁共振技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱“MRI”)的發(fā)展提供了測(cè)量大腦結(jié)構(gòu)的工具，從而可以發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)員大腦產(chǎn)生的可塑性變化。

人類大腦具有可塑性，其結(jié)構(gòu)和功能會(huì)隨著環(huán)境的變化而產(chǎn)生適應(yīng)性的改變[5，26]。運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)可誘導(dǎo)局部腦組織結(jié)構(gòu)的變化，而且技能學(xué)習(xí)強(qiáng)度和內(nèi)容也會(huì)影響腦組織結(jié)構(gòu)的變化。這一觀點(diǎn)已被廣泛的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，典型的研究對(duì)象包括倫敦出租車司機(jī)、音樂(lè)家、舞蹈家等[11，17，21，22]。

當(dāng)前，運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)專長(zhǎng)對(duì)大腦功能和結(jié)構(gòu)的可塑性影響已經(jīng)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。由于運(yùn)動(dòng)員通常從小就進(jìn)行長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。因此，運(yùn)動(dòng)員的大腦為研究者提供了研究大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)可塑性的機(jī)會(huì)[23]。研究顯示，長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)造成運(yùn)動(dòng)員的大腦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生適應(yīng)性變化。例如，Park等人的研究表明，運(yùn)動(dòng)員和非運(yùn)動(dòng)員的總體腦容量和小腦容量并沒(méi)有顯著性差異，但長(zhǎng)期訓(xùn)練會(huì)導(dǎo)致籃球運(yùn)動(dòng)員具有更大的小腦蚓體小葉VI-VII[24，25]。魏高峽等人發(fā)現(xiàn)，跳水運(yùn)動(dòng)員相比對(duì)照組在丘腦和中央前回的灰質(zhì)密度明顯增大[33]。熟練的高爾夫球運(yùn)動(dòng)員在前額葉-頂葉網(wǎng)絡(luò)，包括運(yùn)動(dòng)前區(qū)和頂葉的腦區(qū)具有更大的灰質(zhì)體積[18]。

不同類型(單人對(duì)抗和團(tuán)體對(duì)抗)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)大腦結(jié)構(gòu)的影響卻較少有人關(guān)注。一方面，單人和團(tuán)體對(duì)抗性項(xiàng)目對(duì)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作技能水平和視覺(jué)知覺(jué)能力都有很高的要求，長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)造成運(yùn)動(dòng)員大腦可能產(chǎn)生相似的可塑性變化，存在共通性；另一方面，由于單人對(duì)抗項(xiàng)目和團(tuán)體對(duì)抗項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)環(huán)境有所不同，對(duì)認(rèn)知能力和認(rèn)知方式的要求也不同，長(zhǎng)期訓(xùn)練會(huì)造成不同類型的運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)有所差異。由此提出假設(shè)：不同類型運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員的大腦結(jié)構(gòu)既存在共通性，也存在特異性。

為了驗(yàn)證該研究假設(shè)，本研究使用MRI對(duì)13名羽毛球運(yùn)動(dòng)員(單人項(xiàng)目)、13名籃球運(yùn)動(dòng)員(團(tuán)體項(xiàng)目)和16名非運(yùn)動(dòng)員的大腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，采用基于體素的形態(tài)測(cè)量學(xué)(以下簡(jiǎn)稱VBM)比較3組被試大腦局部的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)差異。

1 研究方法

1.1 被試

13名國(guó)家二級(jí)籃球運(yùn)動(dòng)員、13名國(guó)家二級(jí)羽毛球運(yùn)動(dòng)員和16名年齡匹配的非運(yùn)動(dòng)員參與本研究。所有被試都是右利手，男性。運(yùn)動(dòng)員被試從上海體育學(xué)院籃球隊(duì)和羽毛球隊(duì)招募，籃球運(yùn)動(dòng)員平均年齡19.6±1.3歲，平均訓(xùn)練年限6.4±1.9年，羽毛球運(yùn)動(dòng)員平均年齡20.2±1.0歲，平均訓(xùn)練年限7.8±2.4年。非運(yùn)動(dòng)員被試均為上海體育學(xué)院的普通在校大學(xué)生，都沒(méi)有接受過(guò)專業(yè)的籃球、羽毛球或者其他項(xiàng)目的專項(xiàng)訓(xùn)練，平均年齡為19.3±1.8歲。所有被試身體健康，雙眼視力正常或矯正后正常。本實(shí)驗(yàn)是單盲實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)程序經(jīng)過(guò)本校倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，本校的倫理委員會(huì)章程與1964年赫爾辛基宣言的倫理標(biāo)準(zhǔn)一致，所有被試都簽訂了知情同意書(shū)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)在華東師范大學(xué)功能磁共振成像中心完成。采用西門子3.0T全身磁共振成像儀對(duì)3組被試的大腦結(jié)構(gòu)像進(jìn)行采集。掃描序列為T1-權(quán)重3維梯度回波序列，掃描參數(shù)為：TR=2 530 ms；TE=2.34 ms；FA=7°； FOV= 100 mm；像素矩陣=256×256，掃描層數(shù)196層； 體素大小=1×1×1.5 mm。

1.3 結(jié)構(gòu)像預(yù)處理

采用VBM技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)像進(jìn)行分析。通過(guò)該技術(shù)，可以對(duì)整體或局部的大腦灰質(zhì)體積差異進(jìn)行完全自動(dòng)化的計(jì)算分析。本研究在MATLAB 平臺(tái)下，采用基于SPM8的VBM8工具包對(duì)結(jié)構(gòu)像進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理過(guò)程包括：1)將原始圖片標(biāo)準(zhǔn)化匹配至蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究中心(MNI)的標(biāo)準(zhǔn)模板，然后根據(jù)模板，將標(biāo)準(zhǔn)化后的圖片切割成灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液3種圖片。將所有被試的灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液圖片平均，形成新的灰質(zhì)、白質(zhì)、腦脊液模板。2)根據(jù)上一步制作而成的灰質(zhì)、白質(zhì)、腦脊液模板，重新將原始圖片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。這樣就避免了腦外體素的進(jìn)入，從而對(duì)灰質(zhì)、白質(zhì)進(jìn)行最佳的空間標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)束后，根據(jù)模板繼續(xù)切割成灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液。3)對(duì)分割出來(lái)的灰質(zhì)圖像進(jìn)行平滑，參數(shù)為6 mm的全寬半高值(Full Width at Half Maximum， FWHM)。通過(guò)VBM預(yù)處理之后，可得到高分辨率的解剖圖像(體素大小，1 mm3)，從而可在全腦內(nèi)對(duì)灰質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部的差異分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPM8中的單因素方差分析比較3組被試的灰質(zhì)體積差異(P<0.001，Voxel>10，不矯正)，并分別對(duì)3組被試進(jìn)行兩兩比較，從而發(fā)現(xiàn)每?jī)山M之間的局部灰質(zhì)差異(P<0.001，Voxel>10，不矯正)，然后采用聯(lián)合分析找出羽毛球運(yùn)動(dòng)員>非運(yùn)動(dòng)員且籃球運(yùn)動(dòng)員>非運(yùn)動(dòng)員的共同激活腦區(qū)，從而可以反映長(zhǎng)期羽毛球運(yùn)動(dòng)或者籃球運(yùn)動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)造成的相似影響。選取標(biāo)準(zhǔn)為：在以上兩個(gè)比較中選取P<0.01且Voxel>10的腦區(qū)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果最后在標(biāo)準(zhǔn)空間(MNI)的3D圖像上進(jìn)行投影顯示。

2 研究結(jié)果

2.1 羽毛球運(yùn)動(dòng)員、籃球運(yùn)動(dòng)員和非運(yùn)動(dòng)員3組間的大腦結(jié)構(gòu)差異

方差分析結(jié)果顯示，3組被試主要在右側(cè)眶額回、左側(cè)中線額回、雙側(cè)額下回、左側(cè)楔葉等腦區(qū)的灰質(zhì)體積存在顯著差異(表1，圖1)。

表1 本研究羽毛球運(yùn)動(dòng)員、籃球運(yùn)動(dòng)員和非運(yùn)動(dòng)員3組被試之間的灰質(zhì)差異一覽表Table 1 Comparison of Gray Matter Volume between Three Groups of Subjects

圖1 本研究羽毛球運(yùn)動(dòng)員、籃球運(yùn)動(dòng)員和非運(yùn)動(dòng)員3組間灰質(zhì)差異示意圖Figure 1. Comparison of Gray Matter Volume between Badminton Players,Basketball Players and Non-athletes

2.2 羽毛球運(yùn)動(dòng)員與籃球運(yùn)動(dòng)員的大腦結(jié)構(gòu)相似性

2.2.1 羽毛球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員之間主要的灰質(zhì)差異

羽毛球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員的兩兩比較結(jié)果顯示，相比非運(yùn)動(dòng)員，羽毛球運(yùn)動(dòng)員主要在右側(cè)中央前回、右側(cè)眶額回、左側(cè)額上回、左側(cè)頂下小葉和左側(cè)楔前葉在灰質(zhì)體積上有顯著增大(表2，圖2)。

表2 本研究羽毛球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員之間灰質(zhì)差異一覽表Table 2 Comparison of Gray Matter Volume between Badminton Players and Non-athletes

圖2 本研究羽毛球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員之間灰質(zhì)差異示意圖Figure 2. Comparison of Gray Matter Volume between Badminton Players and Non-athletes

2.2.2 籃球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員之間主要的灰質(zhì)差異

進(jìn)一步在全因素分析中，比較籃球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員的灰質(zhì)差異。發(fā)現(xiàn)籃球運(yùn)動(dòng)員主要在右側(cè)眶額回、左側(cè)頂下小葉、左側(cè)顳上回、左側(cè)中央前回、左側(cè)腦島灰質(zhì)體積顯著增大(表3，圖3)。

表3 本研究籃球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員之間灰質(zhì)差異一覽表Talble 3 Comparison of Gray Matter Volume between Basketball Players and Non-athletes

2.2.3 羽毛球運(yùn)動(dòng)員、籃球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員之間的共同灰質(zhì)差異

本研究采用聯(lián)合分析，找出羽毛球運(yùn)動(dòng)員>非運(yùn)動(dòng)員且籃球運(yùn)動(dòng)員>非運(yùn)動(dòng)員的共同激活腦區(qū)，選取標(biāo)準(zhǔn)為：在以上兩個(gè)比較中選取P<0.01且Voxel>10個(gè)體素的腦區(qū)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于非運(yùn)動(dòng)員，羽毛球運(yùn)動(dòng)員和籃球運(yùn)動(dòng)員在中央前回、中央后回、左側(cè)頂下小葉、右側(cè)眶額回、左側(cè)顳上回灰質(zhì)體積顯著增大(表4)。

圖3 本研究籃球運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員之間灰質(zhì)差異示意圖Figure 3. Comparison of Gray Matter Volume between Basketball Players and Non-athletes

表4 本研究羽毛球運(yùn)動(dòng)員與籃球運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)相似處一覽表Table 4 Similarity in Brain Structure between Badminton Players and Basketball Players

2.3 羽毛球運(yùn)動(dòng)員與籃球運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)的差異

羽毛球運(yùn)動(dòng)員與籃球運(yùn)動(dòng)員的兩兩比較結(jié)果顯示，羽毛球運(yùn)動(dòng)員組相比于籃球運(yùn)動(dòng)員組在左側(cè)額下回、左側(cè)頂上小葉、左側(cè)楔前葉灰質(zhì)體積有顯著增大；籃球運(yùn)動(dòng)員相對(duì)于羽毛球運(yùn)動(dòng)員在顳下回、左側(cè)額中回、腦島灰質(zhì)體積顯著增大(表5，圖4)。

表5 本研究羽毛球運(yùn)動(dòng)員與籃球運(yùn)動(dòng)員之間的灰質(zhì)差異一覽表Table 5 Comparison of Gray Matter Volume Between Badminton Players and Basketball Players

圖4 本研究羽毛球運(yùn)動(dòng)員與籃球運(yùn)動(dòng)員之間灰質(zhì)差異示意圖Figure 4. Comparison of Gray Matter Volume Between Badminton Players and Basketball Players

3 研究討論

本研究的目的在于探究不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員相對(duì)于普通人群大腦結(jié)構(gòu)差異的共同部位以及不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員之間大腦結(jié)構(gòu)的差異，從而發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)員大腦產(chǎn)生的可塑性變化。本研究主要發(fā)現(xiàn)：1)羽毛球組相對(duì)于非運(yùn)動(dòng)員組在右側(cè)中央前回，眶額回、左側(cè)額上回、左側(cè)頂下小葉和左側(cè)楔前葉在灰質(zhì)體積上有顯著增大；籃球運(yùn)動(dòng)員組相對(duì)于非運(yùn)動(dòng)員組在右側(cè)眶額回、左側(cè)頂下小葉、左側(cè)顳中回、左側(cè)中央前回、左側(cè)腦島灰質(zhì)體積顯著增大。通過(guò)分析找出羽毛球運(yùn)動(dòng)員>非運(yùn)動(dòng)員且籃球運(yùn)動(dòng)員>非運(yùn)動(dòng)員的共同激活腦區(qū)，發(fā)現(xiàn)在雙側(cè)中央前回，左側(cè)頂下小葉，右側(cè)中央后回，右側(cè)眶額回，左側(cè)顳上回灰質(zhì)體積顯著增大。2)羽毛球運(yùn)動(dòng)員組相比于籃球運(yùn)動(dòng)員組在左側(cè)額下回、左側(cè)頂上小葉、左側(cè)楔前葉灰質(zhì)體積有顯著增大；籃球運(yùn)動(dòng)員相對(duì)于羽毛球運(yùn)動(dòng)員在顳下回、左側(cè)額中回、腦島灰質(zhì)體積差異顯著。

3.1 羽毛球運(yùn)動(dòng)員和籃球運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)中的共通性

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，兩組運(yùn)動(dòng)員在顳上回灰質(zhì)的增加，顳上回被認(rèn)為與運(yùn)動(dòng)感知能力有關(guān)。Beauchamp以及Grossman研究了被試在觀察復(fù)雜的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)以及點(diǎn)光源運(yùn)動(dòng)時(shí)大腦的反應(yīng)的部位發(fā)現(xiàn)，顳上回會(huì)參與到運(yùn)動(dòng)的感知[4,14]。還有研究表明，顳上回與意圖分析和動(dòng)作理解有關(guān)。Wyk等人的研究表明，在觀看他人動(dòng)作并判斷意圖圖片任務(wù)時(shí)，右側(cè)顳上回顯著激活[35]，說(shuō)明右側(cè)顳上回會(huì)影響被試感知和理解他人動(dòng)作的行為。Saygin研究了一側(cè)中風(fēng)病人對(duì)于生物運(yùn)動(dòng)的感知和理解，通過(guò)基于體素的形態(tài)學(xué)測(cè)量方法發(fā)現(xiàn)顳上回和前額葉運(yùn)動(dòng)前區(qū)的損害會(huì)嚴(yán)重影響一側(cè)中風(fēng)病人對(duì)生物運(yùn)動(dòng)的感知和理解[28]。已有的這些研究都說(shuō)明，顳上回對(duì)運(yùn)動(dòng)感知與動(dòng)作意圖分析與理解的重要性。對(duì)專業(yè)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，在比賽和訓(xùn)練中，對(duì)他人或物體運(yùn)動(dòng)的感知與意圖理解是非常重要的，這往往是決定比賽的關(guān)鍵因素，是優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員必備的素質(zhì)。因此，兩組運(yùn)動(dòng)員相比普通人在顳上回灰質(zhì)體積的顯著增大。

相比非運(yùn)動(dòng)員，兩組運(yùn)動(dòng)員在眶額葉皮層灰質(zhì)體積上都有增加。有研究表明，眶額葉皮層會(huì)參與到視覺(jué)預(yù)期的過(guò)程。視覺(jué)預(yù)期是一種運(yùn)用視覺(jué)信息的部分資源和先行資源對(duì)即將發(fā)生的事件進(jìn)行預(yù)測(cè)的能力。Eger等人的研究表明，預(yù)期可以促進(jìn)個(gè)體對(duì)物體的識(shí)別，而這一加工過(guò)程是由雙側(cè)眶額葉皮層控制的[10]。Summerfiel進(jìn)一步指出，在雙側(cè)眶額葉皮層區(qū)關(guān)聯(lián)性信息促進(jìn)了最初猜測(cè)預(yù)期的形成，這主要是因?yàn)殡p側(cè)眶額葉皮層在多個(gè)刺激間的聯(lián)系以及信息檢索中發(fā)揮了十分重要的作用。此外，Summerfield 等認(rèn)為，雙側(cè)眶額葉皮層區(qū)并非獨(dú)立地影響視覺(jué)預(yù)期，它還和其他腦區(qū)共同作用[31]。魏高峽等人的研究也發(fā)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)與普通人的差異，專業(yè)跳水運(yùn)動(dòng)員相比普通人群在眶額葉皮層的皮層厚度顯著增加[34]。

相比于非運(yùn)動(dòng)員而言，兩組運(yùn)動(dòng)員在中央前回和中央后回的灰質(zhì)體積都顯著增大。已有研究表明，長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)造成中央前回和后回的灰質(zhì)密度增加[2]。初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)位于中央前回，與運(yùn)動(dòng)控制有密切關(guān)系。軀體感覺(jué)區(qū)位于中央后回，在運(yùn)動(dòng)中也發(fā)揮著重要作用。

兩組運(yùn)動(dòng)員大腦相比非運(yùn)動(dòng)員在頂下小葉灰質(zhì)有增加。Huang等通過(guò)比較頂級(jí)體操運(yùn)動(dòng)員和非運(yùn)動(dòng)員的大腦結(jié)構(gòu)也發(fā)現(xiàn)，頂級(jí)體操運(yùn)動(dòng)員相對(duì)于普通人群在雙側(cè)的頂下小葉灰質(zhì)體積顯著增大[16]，說(shuō)明長(zhǎng)期專業(yè)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)引起頂下小葉的灰質(zhì)體積增大。Fogassi等人有關(guān)于猴子的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)報(bào)告了頂下小葉對(duì)執(zhí)行特定的動(dòng)作做出反應(yīng)的神經(jīng)元在僅有動(dòng)作意圖的情況下也出現(xiàn)放電反應(yīng)[12]。以人為被試的神經(jīng)影像學(xué)研究報(bào)告了頂下小葉在對(duì)動(dòng)作觀察[6,8,13,15]和動(dòng)作模仿[7,27,32]時(shí)均表現(xiàn)出激活，這暗示頂下小葉可能是人類識(shí)別和模仿他人行為和姿勢(shì)的神經(jīng)基礎(chǔ)。頂下小葉皮層灰質(zhì)增加可能使運(yùn)動(dòng)員在對(duì)抗中能夠動(dòng)用該系統(tǒng)中的更多神經(jīng)元，從而能夠較好地理解對(duì)方姿勢(shì)和行為中包含的信息，為下一步動(dòng)作做好準(zhǔn)備，最終在預(yù)判活動(dòng)中表現(xiàn)優(yōu)異。

3.2 不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)具有項(xiàng)目特異性

通過(guò)比較籃球運(yùn)動(dòng)員和羽毛球運(yùn)動(dòng)員的大腦結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，兩組運(yùn)動(dòng)員在大腦結(jié)構(gòu)上有顯著差異。相對(duì)于籃球運(yùn)動(dòng)員，羽毛球運(yùn)動(dòng)員在左側(cè)頂上小葉灰質(zhì)顯著增大。有研究表明，頂上小葉與對(duì)側(cè)上、下肢的精巧技能運(yùn)動(dòng)有關(guān)，它辨別肌肉主動(dòng)收縮的程度，分辨觸覺(jué)，區(qū)分所感受的壓覺(jué)，辨別運(yùn)動(dòng)方向和肢體在空間的位置。當(dāng)頂上小葉腦區(qū)損傷時(shí)，感知空間位置、運(yùn)動(dòng)方向以及肢體在空間的位置的能力會(huì)受到破壞[3，20，29]。這個(gè)差異應(yīng)該與項(xiàng)目差異有關(guān)，因?yàn)橛鹈蛳鄬?duì)籃球運(yùn)動(dòng)而言是一項(xiàng)對(duì)上、下肢精巧運(yùn)動(dòng)控制要求更高的運(yùn)動(dòng)，在羽毛球運(yùn)動(dòng)中，更多的運(yùn)用到手腕、手指，揮拍的力量和方向上的控制要更為精確和嚴(yán)格。此外，在左側(cè)楔前葉上，羽毛球運(yùn)動(dòng)員較于籃球運(yùn)動(dòng)員灰質(zhì)體積也是增大的。羅躍嘉等人的研究表明，楔前葉對(duì)于手指運(yùn)動(dòng)的精細(xì)控制有積極作用[19]，也體現(xiàn)了羽毛球運(yùn)動(dòng)對(duì)于精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制的要求的特點(diǎn)?；@球運(yùn)動(dòng)員相對(duì)于羽毛球運(yùn)動(dòng)員在顳下回灰質(zhì)有顯著差異，研究表明，顳下回接收處理視覺(jué)信息，在人臉識(shí)別和物體識(shí)別上有重要作用[9]，這可能與籃球是一項(xiàng)團(tuán)體對(duì)抗運(yùn)動(dòng)有關(guān)，需要處理來(lái)自視覺(jué)的判斷信息和隊(duì)友間的配合。在額中回灰質(zhì)體積也有差異。研究表明，額中回與執(zhí)行功能有關(guān)，之前有研究表明，乒乓球運(yùn)動(dòng)員與中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員在執(zhí)行功能上存在差異[1]，可能體現(xiàn)了不同項(xiàng)目之間的差異性?；@球運(yùn)動(dòng)員比羽毛球運(yùn)動(dòng)員在腦島的灰質(zhì)體積更大。有研究表明，腦島通過(guò)預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)員將來(lái)的感覺(jué)在運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮作用。Simmons等人認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)員擁有高度協(xié)調(diào)的腦島，它可以極其精確地預(yù)測(cè)身體在下一刻的感覺(jué)[30]?；@球運(yùn)動(dòng)員對(duì)傳球線路的預(yù)判，對(duì)對(duì)手進(jìn)攻的方向、策略以及與隊(duì)友的跑位配合需要更強(qiáng)的預(yù)測(cè)功能配合實(shí)現(xiàn)，因此，可能造成其比羽毛球運(yùn)動(dòng)員的腦島灰質(zhì)體積更大。

4 結(jié)論

不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)存在項(xiàng)目差異，這與不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的特點(diǎn)有關(guān)。在非運(yùn)動(dòng)員與運(yùn)動(dòng)員的比較中，再次證明了通過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練可以改變與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)，大腦具有結(jié)構(gòu)上的可塑性。

籃球和羽毛球運(yùn)動(dòng)員不僅在運(yùn)動(dòng)認(rèn)知能力與運(yùn)動(dòng)技能能力上表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)的優(yōu)勢(shì)，且在相應(yīng)的大腦結(jié)構(gòu)上顯現(xiàn)出與普通人的差異；羽毛球運(yùn)動(dòng)員需要更精確的運(yùn)動(dòng)控制，籃球運(yùn)動(dòng)員需要更全面的觀察能力，他們大腦相關(guān)灰質(zhì)結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出相應(yīng)的改變。本研究表明，長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以改變運(yùn)動(dòng)相關(guān)大腦結(jié)構(gòu)，大腦具有結(jié)構(gòu)上的可塑性。

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Structural Brain Plasticity Change in Athletes Associated with Different Sports

WU Yin,ZHANG Jian,ZENG Yu-weng,SHEN Cheng

In this paper,using functional magnetic resonance imaging and voxel based morphometry,we compared the brain gray matter structure differences of 13 badminton players,13 basketball player and 16 non-athletes.The results show that the gray matter volume in the precentral gyrus,left inferior parietal lobule,postcentral gyrus,left orbitofrontal cortex,superior temporal gyrus of athletes were significantly higher than that of non-athletes,showing that long term training for different sports cause the brain structure of athletes of different sports to produce similar plasticity changes.In addition,the results showed the gray matter volume in the left inferior frontal gyrus,left superior parietal lobule and left precuneus of the badminton athletes increased significantly compared to basketball athlete； and the gray matter volume in the inferior temporal gyrus,left middle frontal gyrus,left inferior frontal gyrus,cingulate gyrus of the insula of basketball player increased significantly compared to badminton players,showing that the specific sports have impact on structure of the brain of athletes of different sports.

plasticity;voxel-basedmorphometry;differenttypesofsports；structuralbrain

1000-677X(2015)04-0052-06

10.16469/j.css.201504006

2014-11-14；

2015-02-09

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31470051);上海市人類運(yùn)動(dòng)能力開(kāi)發(fā)與保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(11DZ2261100)。

吳殷 (1979-)，男，江西撫州人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)心理學(xué)，(Tel):021-51253276，E-mail：wuyin@sus.edu.cn。

上海體育學(xué)院，上海 200438 Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

G804.8

A