林輝杰

青少年兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法的實(shí)證效度研究
——以往返橫跨測(cè)試為例

林輝杰

現(xiàn)階段，青少年動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法效度論證往往源自設(shè)計(jì)者的理論分析，對(duì)其實(shí)證效度不清楚。這已成為此類測(cè)試方法的一個(gè)共性問題，嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展及應(yīng)用?；诨A(chǔ)研究領(lǐng)域中前沿的UCM運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)理論與方法，以往返橫跨測(cè)試方法為例，以兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)作為效標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了該測(cè)試中此效標(biāo)水平及其與測(cè)試成績(jī)間關(guān)聯(lián)度，并且，觀察了設(shè)置跨高條件后它們的變化。研究結(jié)果顯示：1)高與低跨往返橫跨測(cè)試中，兩側(cè)肢體肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)系數(shù)整體表現(xiàn)分別為0.65與0.58，兩者有顯著性差異(P<0.05)；2)高與低跨往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)肢體肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)系數(shù)整體表現(xiàn)分別與測(cè)試成績(jī)具有高度負(fù)相關(guān)(r=-0.80，P<0.05；r=-0.71，P<0.05)，前者明顯較高。研究認(rèn)為：UCM理論與方法能較好地被應(yīng)用至對(duì)兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法實(shí)證效度的檢驗(yàn)中。在基于此對(duì)往返橫跨測(cè)試的檢驗(yàn)中，該測(cè)試展現(xiàn)了對(duì)兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力較高的反映程度及區(qū)分度，在增設(shè)跨高條件后其這兩方面表現(xiàn)更佳。今后，該理論與方法在各種各類動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法的甄選、改進(jìn)以及創(chuàng)新中具有廣寬應(yīng)用空間。

往返橫跨測(cè)試；動(dòng)作協(xié)調(diào)能力；青少年

1 前言

動(dòng)作協(xié)調(diào)能力發(fā)展對(duì)兒童青少年成長具有重要作用。其發(fā)展有助于日常生活、生產(chǎn)勞作以及體育活動(dòng)等相關(guān)技能有效獲得[3,31]，有助于速度、力量、平衡等身體素質(zhì)有效發(fā)展[5]，有助于智商[24]和情商[26]開發(fā)。此外，發(fā)展性運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙是阻礙兒童成長的一種能力缺陷[34]，其發(fā)生率估計(jì)在1.8%[23]。

運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)過程是對(duì)運(yùn)動(dòng)器官活動(dòng)與運(yùn)動(dòng)任務(wù)實(shí)現(xiàn)間冗余自由度的掌控[16]。生物體運(yùn)動(dòng)器官系統(tǒng)的自由度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)任務(wù)本身所需要的，由此產(chǎn)生大量冗余自

由度，如何對(duì)其進(jìn)行掌控是運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的核心問題[14]。動(dòng)作協(xié)調(diào)能力則被認(rèn)為是一種為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)任務(wù)使運(yùn)動(dòng)器官間有序活動(dòng)的本領(lǐng)[9]，例如，在指尖接觸目標(biāo)任務(wù)中，組織足、小腿、大腿、軀干、上臂、前臂以及手相互協(xié)作使指尖接觸到離身體較遠(yuǎn)目標(biāo)物的本領(lǐng)。其測(cè)試方法的特點(diǎn)在于：1)能體現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)器官間配合效果；2)這種配合效果與運(yùn)動(dòng)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)程度有關(guān)。至今，國內(nèi)、外已經(jīng)設(shè)計(jì)了系列的動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法來監(jiān)控其發(fā)展[6]，涉及肢體及其各環(huán)節(jié)間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力、節(jié)奏性任務(wù)指向動(dòng)作協(xié)調(diào)能力、平衡任務(wù)指向動(dòng)作協(xié)調(diào)能力、靈巧任務(wù)指向動(dòng)作協(xié)調(diào)能力、“手-眼”協(xié)調(diào)能力等等的測(cè)試[24,10,27]。然而，鮮見這些方面測(cè)試方法對(duì)動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的反映程度及對(duì)其區(qū)分度的量化分析有關(guān)報(bào)道。它們的有效性基本上依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)判斷和學(xué)理分析來體現(xiàn)，缺乏客觀論證[6]。這已經(jīng)成為這類方法發(fā)展與應(yīng)用的瓶頸。在缺乏實(shí)證基礎(chǔ)上構(gòu)建的各種、各類動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法體系都是缺乏說服力的，進(jìn)而影響其應(yīng)用、推廣。

以往對(duì)動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的量化是一個(gè)難點(diǎn)，這是其測(cè)試方法實(shí)證效度檢驗(yàn)難以開展的致因。在運(yùn)動(dòng)控制、神經(jīng)生理學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域中，Uncontrolled Manifold(UCM)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)理論與方法經(jīng)受了廣泛的檢驗(yàn)[21]，逐漸完善，在人體運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)機(jī)理探索中發(fā)揮了重要作用。該理論認(rèn)為[28-29]，中樞神經(jīng)系統(tǒng)利用了運(yùn)動(dòng)器官間冗余自由度來確保運(yùn)動(dòng)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。基于此，該方法[22,32]將運(yùn)動(dòng)器官活動(dòng)集合與運(yùn)動(dòng)任務(wù)變量集合巧妙的建立直接聯(lián)系，依據(jù)雅克比矩陣屬性將運(yùn)動(dòng)器官活動(dòng)集合分為對(duì)運(yùn)動(dòng)任務(wù)變量無干擾和有干擾的兩部分，前者變異度所占的比重即為協(xié)調(diào)指數(shù)。該指數(shù)大于零，說明中樞神經(jīng)系統(tǒng)利用了運(yùn)動(dòng)器官間冗余自由度來確保運(yùn)動(dòng)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)；其值越高于零，其利用程度越高。目前，該指數(shù)能夠客觀體現(xiàn)動(dòng)作協(xié)調(diào)能力，將其作為當(dāng)下各種動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法實(shí)證效度檢驗(yàn)的效標(biāo)，將會(huì)是推動(dòng)這類方法發(fā)展與應(yīng)用的重要突破口。

兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力是一種重要的動(dòng)作協(xié)調(diào)能力[30]。從學(xué)理上分析，往返橫跨可作為其一種測(cè)試方法，能著重體現(xiàn)兩側(cè)下肢間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力，此外，該測(cè)試在兒童青少年動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試中常有用到[8,12]，被認(rèn)為具可靠性、便利性、安全性等特點(diǎn)[8]。據(jù)此，以往返橫跨測(cè)試方法效度檢驗(yàn)為例，本研究以兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)為效標(biāo)，對(duì)該測(cè)試對(duì)青少年兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的反映程度以及對(duì)其區(qū)分度進(jìn)行檢測(cè)，并考察設(shè)置高度條件后它們的變化，旨在檢驗(yàn)往返橫跨測(cè)試方法，明晰兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試科學(xué)原理。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)采集方法

2.1.1 受試者

招募了浙江師范大學(xué)非體育專業(yè)男性學(xué)生受試者8名。這些學(xué)生受試者處于大學(xué)一、二年級(jí)，基本信息如表1所示。均以右側(cè)為習(xí)慣側(cè)肢體，身體健康狀況良好，無明顯體態(tài)超常，均無體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練經(jīng)歷。在實(shí)驗(yàn)前，均被告知實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、程序與注意事項(xiàng)，并征得其同意。

表 1 本研究受試者基本信息一覽表Table 1 Basic Information List of the Subjects

2.1.2 實(shí)驗(yàn)流程

本實(shí)驗(yàn)于2014年10月份進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)前，讓受試者熟悉實(shí)驗(yàn)流程及規(guī)范，練習(xí)測(cè)試項(xiàng)目。隨后，讓受試者充分休息，并做好肌電測(cè)量和運(yùn)動(dòng)捕捉的準(zhǔn)備工作。在受試者身負(fù)測(cè)量?jī)x器配件后，再練習(xí)一下測(cè)試項(xiàng)目，熟悉實(shí)驗(yàn)條件下的該測(cè)試動(dòng)作，并檢查這些配件安放的位置是否合理。做些微調(diào)后，開始實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)測(cè)試中受試者按要求進(jìn)行該項(xiàng)目測(cè)試，先進(jìn)行低跨往返橫跨測(cè)試，休息充分后再進(jìn)行高跨往返橫跨測(cè)試，期間采集被測(cè)肌肉肌電圖以及被測(cè)部位的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)(圖1)，并評(píng)判其測(cè)試動(dòng)作的規(guī)范性，檢查數(shù)據(jù)采集情況，對(duì)于測(cè)試動(dòng)作欠規(guī)范、測(cè)試數(shù)據(jù)異常的測(cè)試要求重測(cè)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)束后，整理與儲(chǔ)存全部的數(shù)據(jù)資料。

圖 1 本研究低(上圖)與高(下圖)跨往返 橫跨測(cè)試數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)示意圖Figure 1. The Data Collection Site of Low(above) and High (below) cross TSRT

2.1.3 往返橫跨測(cè)試方法

測(cè)試器材、場(chǎng)地：防滑地毯1條，其中標(biāo)記了間距為1 m[8]的兩條橫跨標(biāo)志線；多功能標(biāo)志錐組合1套，橫桿置于兩條標(biāo)志線中間，在低跨中橫桿高度設(shè)置為11 cm，在高跨中橫桿高度設(shè)置為40 cm。

測(cè)試過程：受試者在一側(cè)標(biāo)志線外站定后，盡最快速度兩腳依次越過橫桿至另一側(cè)標(biāo)志線外，再立即跨回原位，最終記錄20 s[8]內(nèi)橫跨次數(shù)作為測(cè)試成績(jī)。

2.1.4 表面肌電信號(hào)采集

采用芬蘭Megawin6000-16型號(hào)遙測(cè)肌電儀測(cè)量了往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)臀大肌、股直肌以及腓腸肌表面肌電信號(hào)，采樣頻率為1 000 Hz。在測(cè)量過程中，首先要求測(cè)肌肉全力收縮，觀察其肌腹位置以及肌纖維走向，確定測(cè)試電極放置的區(qū)域；對(duì)該皮膚表面區(qū)域進(jìn)行剃毛、去角質(zhì)與污垢等處理；擦酒精，以減小皮膚抗阻；隨后，在肌腹上沿肌纖維走向放置2個(gè)探測(cè)電極，將參考電極置于側(cè)邊約3 cm處；再用醫(yī)用膠布將3個(gè)電極穩(wěn)固在皮膚上。這些均由具備扎實(shí)人體解剖學(xué)知識(shí)和豐富肌電測(cè)試經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)人員來完成。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

2.2.1 表面肌電信號(hào)預(yù)處理

在往返橫跨測(cè)試中下肢肌肉表面肌電信號(hào)如圖2所示。在MegaWin軟件中，參照同步拍攝的視頻，從中裁剪出該測(cè)試中每個(gè)周期動(dòng)作各測(cè)試肌肉表面肌電圖，選擇中間11個(gè)周期用于協(xié)調(diào)指數(shù)的計(jì)算。一個(gè)周期從右腳起跨開始至其再次起跨結(jié)束，包括從左往右跨和從右往左跨兩個(gè)階段。

圖 2 本研究往返橫跨測(cè)試中下肢肌肉原始表面肌電示意圖Figure 2. EMG Profile of the Lower Limb Muscles in TSRT

隨后，在Matlab 7.0軟件中，通過編程對(duì)各動(dòng)作周期中被測(cè)肌肉表面肌電圖進(jìn)行整流、巴特沃茲濾波器過濾(圖3)、歸一化處理，最后形成標(biāo)準(zhǔn)化肌電圖，這些處理參照Hug等[19]的研究。

2.2.2 兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)方式的量化：Continuous Relative Phase(CRP)

CRP是運(yùn)動(dòng)器官間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式的常用量化方法[4]，被用于量化兩側(cè)肢體肌肉間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式。在此過程中，先將一側(cè)肌肉肌電圖分解成相鄰時(shí)刻點(diǎn)間的變化幅度(D)以及平均水平(A)兩個(gè)維度變化信息，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后(公式1、2)，計(jì)算包含這兩個(gè)維度信息的該肌肉活動(dòng)相位角(φ1)(公式3)；再采用同樣步驟計(jì)算另一側(cè)肌肉活動(dòng)相位角(φ2)；兩者之差的絕對(duì)值為CRP角(θCRP)(公式4)，即表示這兩塊肌肉間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式。

(1)

(2)

(3)

(4)

2.2.3 兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)計(jì)算：Uncontrolled Manifold(UCM)

采用UCM方法來計(jì)算兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)計(jì)算。該過程中，先基于兩側(cè)肌肉活動(dòng)(X)與它們間協(xié)調(diào)方式(θCRP)間等式(公式4)獲得θCRP函數(shù)的雅克比矩陣(公式5)，這體現(xiàn)了自變量變化與應(yīng)變量變化的比率，其中，

圖 3 本研究往返橫跨測(cè)試中下肢肌肉表面肌電圖數(shù)據(jù)平滑處理后的效果示意圖Figure 3. Smoothing Effect of the Lower Limb Muscles’EMG Data in TSRT

X=[D1＇，A1＇，D2＇，A2′]；構(gòu)建肌肉活動(dòng)變化與它們間協(xié)調(diào)方式變化間線性方程(公式6)，其中，△θCRP、△X均為離重復(fù)測(cè)量中它們各自平均水平的距離；依據(jù)Jx=0，求解該雅克比矩陣的零空間(εi)，在該空間內(nèi)兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)變化對(duì)其協(xié)調(diào)方式無影響(△θCRP=0)；求解兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)變化在該零空間中投影(fUCM)(公式7)，其中，n為肌肉活動(dòng)自由度數(shù)量(4)，d為運(yùn)動(dòng)任務(wù)變量自由度數(shù)量(1)；求解兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)變化在該零空間的正交空間中投影(fORT)(公式8)，該空間內(nèi)兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)變化對(duì)其協(xié)調(diào)方式有影響(△θCRP≠0)；最后分別求出兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)變化在該零空間(VUCM)(公式9)及其正交空間(VORT)(公式10)的變異性(方差)，以及前者所占比重(△V)(公式11)，后者即為兩側(cè)肢體肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)，量化表示兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力。

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

采用配對(duì)樣本“t”檢驗(yàn)方法對(duì)高與低往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)肢體肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)差異進(jìn)行了檢驗(yàn)；采用皮爾遜相關(guān)分析方法對(duì)兩側(cè)肢體肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)與測(cè)試成績(jī)間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析。顯著性水平設(shè)置為P<0.05，用“*”表示；非常顯著水平設(shè)置為P<0.01，用“**”表示。所有的圖均采用Origin 8.0軟件來制作。

3 結(jié)果

3.1 往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉間的協(xié)調(diào)活動(dòng)方式

往返橫跨測(cè)試動(dòng)作中，兩側(cè)下肢肌肉間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式如圖4所示，這量化展現(xiàn)了它們間時(shí)空配合活動(dòng)狀況。此外，在高與低跨往返橫跨測(cè)試間，兩側(cè)下肢肌肉間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式存在一些明顯差異。從CRP角變化曲線中可見(圖4A1、B1、C1)，在高跨條件下兩側(cè)臀大肌、股直肌以及腓腸肌活動(dòng)間CRP角在大部分運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)要低于低跨。進(jìn)而，從CRP角平均值與標(biāo)準(zhǔn)差比較中，更是突顯了這點(diǎn)。圖4A2、B2、C2顯示，高跨條件下兩側(cè)臀大肌活動(dòng)間CRP角平均值(t=-3.116，P=0.017)與標(biāo)準(zhǔn)差(t=-3.227，P=0.015)均顯著性低于低跨，并且，從數(shù)值上看其兩側(cè)股直肌、腓腸肌活動(dòng)間這兩參數(shù)也傾向低于低跨。可見，高跨往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間CRP角較低。

圖 4 本研究高與低跨往返橫跨測(cè)試兩側(cè)下肢肌肉間協(xié)調(diào)活動(dòng) 方式變化曲線(A1，B1，C1)、全過程均值與標(biāo)準(zhǔn)差(A2，B2，C2)示意圖Figure 4. The Curves(A1,B1,C1),Their Means and Stdevs (A2,B2,C2)of Coordination Pattern between both Lower Limb Muscles in TSRT

3.2 往返橫跨中青少年兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)

圖5B中顯示，兩種跨高條件下各對(duì)兩側(cè)下肢肌肉間協(xié)調(diào)指數(shù)均值都高于0.5，高與低跨條件下其整體水平分別為0.65和0.58，在[0,1]區(qū)間內(nèi)處于中上水平?？梢姡谕禉M跨測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)較高。此外，高與低跨條件相比，兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)系數(shù)整體水平間具有顯著性差異(t=-2.579，P=0.037)，前者高出0.17，占后者的29%；各對(duì)兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)均值都是前者高于后者(圖5B)，在兩側(cè)臀大肌活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)均值上差異檢驗(yàn)具有非常顯著性(t=-4.529，P=0.003)。可見，該測(cè)試中，設(shè)置跨高條件能使兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)有較明顯的增加。

圖 5 本研究高與低跨往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間UCM和ORT變異度(A)以及協(xié)調(diào)指數(shù)(B)示意圖Figure 5. The UCM and ORT Variability,Synergy Index between both Lower Limb Muscles in TSRT 注：整體為三塊下肢肌肉間的均值。

圖5A中顯示，從數(shù)值上看，在高跨條件下兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間UCM與ORT變異性在整體表現(xiàn)上均高于低跨；其兩側(cè)臀大肌、股直肌以及腓腸肌活動(dòng)間UCM變異性也均高于低跨，其ORT變異性除臀大肌外均高于低跨條件。由于兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)源自其UCM變異性比重，在其UCM與ORT變異性均增加情況下，其提高取決于UCM變異性增幅較高。由此可認(rèn)為，高跨條件下較高的兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)很有可能源自其UCM變異性增幅較高。

3.3 往返橫跨中青少年兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)與測(cè)試成績(jī)間相關(guān)性

圖6顯示，從整體上看，該測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)整體水平與跨速間具有較高的顯著性負(fù)相關(guān)，在低跨條件下相關(guān)系數(shù)為-0.71(P=0.048)，在高跨條件下相關(guān)系數(shù)為-0.80(P=0.017)；從部分上看，除高跨條件下兩側(cè)臀大肌外(r=-0.71,P=0.048)，其他各對(duì)肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)與跨速間相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)均未呈現(xiàn)出顯著性；但是，均呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)傾向，兩側(cè)臀大肌、股直肌、腓腸肌分別與跨速的相關(guān)系數(shù)在高跨條件下為-0.71、-0.53、-0.46，在低跨條件下為-0.65、-0.19、-0.43?？梢姡瑥恼w上判斷，該測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)越高，測(cè)試成績(jī)?cè)胶谩?/p>

圖 6 本研究低(A)與高(B)跨往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)與跨速的點(diǎn)-點(diǎn)圖分布以及線性擬合示意圖Figure 6. The Scatter Diagram between the Across Velocity and the Synergy Index in TSRT and Their Linear Fit 注：整體指三塊下肢肌肉間的均值；r為相關(guān)系數(shù)。

圖6中顯示，高跨條件下各對(duì)兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)與跨速所構(gòu)成的點(diǎn)-點(diǎn)圖分布比低跨條件下更加收斂，展現(xiàn)更明顯的負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。從整體上比較，高跨條件下兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)整體水平與跨速的負(fù)相關(guān)程度要高于低跨(-0.80:-0.71)；從部分上比較，高跨條件下兩側(cè)臀大肌、股直肌以及腓腸肌活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)與跨速的負(fù)相關(guān)程度均高于低跨(-0.71:-0.65；-0.53:-0.19；-0.46:-0.43)；此外，兩側(cè)臀大肌活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)與測(cè)試成績(jī)間相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)在低跨條件下未具顯著性(P=0.084)，然而，在高跨條件下具有顯著性(P=0.048)?？梢?，在高跨往返橫跨測(cè)試中，兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)越高測(cè)試成績(jī)?cè)胶玫某潭容^高。

4 討論

4.1 往返橫跨測(cè)試對(duì)青少年動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試的實(shí)證效度

往返橫跨測(cè)試在兒童青少年協(xié)調(diào)性測(cè)試中常有用到，被認(rèn)為是一種可信、可靠的測(cè)試方法[8]。然而，其對(duì)青少年動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試的實(shí)證效度怎樣卻不得而知，這也致使在一些體質(zhì)測(cè)試實(shí)踐中將其完全視為靈敏性的測(cè)試方法[2]。本研究中，以兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)為效標(biāo)，檢測(cè)其對(duì)青少年兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試的有效程度。

從該測(cè)試動(dòng)作結(jié)構(gòu)上看，兩腿間連續(xù)的交替活動(dòng)是其主要?jiǎng)幼魈卣鳌Ｔ谄鋭?dòng)作過程中，右腿制動(dòng)、蹬伸使人體從向右移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蜃笠苿?dòng)，左腿同樣的活動(dòng)使人體從向左移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛴乙苿?dòng)，持續(xù)進(jìn)行20 s。保持兩腿間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式的穩(wěn)定，進(jìn)而維持它們快速交替活動(dòng)的節(jié)奏，是該測(cè)試動(dòng)作運(yùn)動(dòng)任務(wù)實(shí)現(xiàn)的主要體現(xiàn)。UCM運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)理論的核心觀點(diǎn)認(rèn)為[21,29]，中樞神經(jīng)系統(tǒng)利用了運(yùn)動(dòng)器官間冗余自由度來確保其重要運(yùn)動(dòng)變量的穩(wěn)定。那么，此測(cè)試動(dòng)作中，運(yùn)動(dòng)器官活動(dòng)集合為兩腿對(duì)應(yīng)肌肉活動(dòng)(肌電)，重要運(yùn)動(dòng)任務(wù)變量為它們間的協(xié)調(diào)活動(dòng)方式(CRP角)。依據(jù)該理論，該測(cè)試動(dòng)作中兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力則表現(xiàn)為利用兩腿活動(dòng)間冗余自由度來確保它們間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式穩(wěn)定。

基于此兩側(cè)下肢動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的界定，即可用UCM方法來檢測(cè)該測(cè)試動(dòng)作中這種能力的動(dòng)員程度。從研究結(jié)果中顯示，該測(cè)試動(dòng)作中兩側(cè)肢體肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)遠(yuǎn)高于零，處于中等以上水平。這表明，在該測(cè)試動(dòng)作中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)較高程度的利用了兩腿活動(dòng)間冗余自由度來確保它們間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式的穩(wěn)定。這意味著該測(cè)試動(dòng)作中動(dòng)員較高兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力。此外，針對(duì)該測(cè)試方法在青少年群體中的適用性，分析了其測(cè)試成績(jī)與兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果顯示，該測(cè)試中，測(cè)試成績(jī)與兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)間高度關(guān)聯(lián)，測(cè)試成績(jī)?cè)胶茫瑑蓚?cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)越高。這表明，該測(cè)試對(duì)青少年兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力有較好的區(qū)分度。綜上可見，往返橫跨對(duì)青少年兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試具有良好的構(gòu)想效度與準(zhǔn)則效度，展現(xiàn)出較好的實(shí)證效度。

即便本研究結(jié)果中展現(xiàn)了往返橫跨對(duì)青少年動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的良好測(cè)試效果，但是，不能排除其對(duì)靈敏性的測(cè)試功效。由于靈敏性與協(xié)調(diào)性有較高關(guān)聯(lián)性[12]，該測(cè)試動(dòng)作也具備了一些靈敏性測(cè)試特征，其有可能對(duì)這兩者測(cè)試都具有較好效果[8]。至于究竟更側(cè)重于哪種，從實(shí)證角度難以判斷。從學(xué)理上分析認(rèn)為，該測(cè)試更側(cè)重于對(duì)協(xié)調(diào)性的測(cè)試。靈敏性[7]是在各種突然變換的條件下，迅速、準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)地改變身體的空間位置，以適應(yīng)變化著的外環(huán)境能力。其最主要特點(diǎn)是環(huán)境隨機(jī)性變化[1]，其測(cè)試方法也須有這方面的設(shè)置。例如，抓六角球測(cè)試[1]，其要求受試者在六角球反彈時(shí)以最快速度抓住它，其中六角球反彈方向具有隨機(jī)變化特點(diǎn)。反觀往返橫跨測(cè)試中，即便涉及到運(yùn)動(dòng)方向的變換，然而其變換路線是確定的，均是從左到右、再從右到左，不斷反復(fù)，不具備環(huán)境隨機(jī)變化這個(gè)關(guān)鍵特征。4.2 設(shè)置跨高條件的往返橫跨對(duì)青少年動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試實(shí)證效度的影響

目前所采用的往返橫跨測(cè)試要求被測(cè)試者以1 m為間距橫向往返跨越20 s[8]，對(duì)橫跨高度未限制。經(jīng)觀察，青少年，特別是年齡大些的青少年，完成此測(cè)試的難度還能再提高些，因此，對(duì)該測(cè)試設(shè)置了跨高條件，以期使其更適合于對(duì)青少年動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的測(cè)試。在本研究中，對(duì)設(shè)置跨高條件后該測(cè)試能否提高對(duì)青少年動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的測(cè)試效度進(jìn)行了考證。

本研究在該測(cè)試相距1 m的兩條標(biāo)志線中間架起了一根橫桿(與標(biāo)志線平行)，其離地面高度為40 cm，作為該測(cè)試的跨高(高跨條件)。作為對(duì)比，將橫桿高度降低至離地面11 cm，這幾乎與不設(shè)桿子時(shí)該測(cè)試中人體橫跨高度差不多，作為該測(cè)試的另一個(gè)跨高(低跨條件)。研究結(jié)果顯示，高跨往返橫跨中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)以及其與測(cè)試成績(jī)的關(guān)聯(lián)度明顯高于低跨時(shí)。這意味著，設(shè)置跨高條件后該測(cè)試對(duì)兩側(cè)肢體間反映程度以及區(qū)分度均有所增加?？梢姡O(shè)置跨高條件無疑是一種對(duì)該測(cè)試的改進(jìn)。至于該測(cè)試中跨高設(shè)置為40 cm，是一種經(jīng)驗(yàn)性判斷。在應(yīng)用實(shí)踐中可作為一種可供選擇的高度，畢竟其有效性受到本研究結(jié)果的支持。但是，這并不一定是一種最佳選擇，有可能設(shè)置20 cm或30 cm等跨高時(shí)會(huì)因避免受到疲勞等因素影響而產(chǎn)生更佳的測(cè)試效果。

高跨往返橫跨中兩腿間配合活動(dòng)更緊密，這提升了其測(cè)試動(dòng)作難度。研究結(jié)果顯示，高跨往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間CRP角較低。CRP角越低表示兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間一致程度越高[4]，反之亦然。這表明，隨著跨高增加，兩側(cè)下肢對(duì)應(yīng)肌肉間配合活動(dòng)一致程度有所提高。從圖4A中可見，高與低跨往返橫跨中3對(duì)下肢肌肉活動(dòng)間CRP角的差異主要在左往右跨和右往左跨前期(0～25%；50%～75%)中。在左往右跨前期中，兩側(cè)下肢間側(cè)向的“蹬-擺(抬)”是其主要配合活動(dòng)，此時(shí)，右腿上抬并側(cè)擺，左腿積極蹬伸發(fā)力，從而使人體越過障礙迅速往右側(cè)移；在右往左跨前期中兩側(cè)下肢間配合活動(dòng)也同樣，只是對(duì)調(diào)了兩腿的動(dòng)作。當(dāng)跨高提升時(shí)，勢(shì)必使擺動(dòng)腿側(cè)擺與抬起高度有所增加，這將會(huì)使臀大肌活動(dòng)強(qiáng)度變大來增加擺動(dòng)腿側(cè)擺高度，使股直肌以及腓腸肌活動(dòng)強(qiáng)度也有所提高來增加屈髖、屈膝的幅度，這些導(dǎo)致高跨往返橫跨測(cè)試中兩側(cè)下肢肌肉間配合活動(dòng)一致程度提高。

高跨往返橫跨中測(cè)試動(dòng)作難度的提升，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)更高程度上利用了兩腿活動(dòng)間冗余自由度來確保其穩(wěn)定，從而使該測(cè)試具有較好的測(cè)試效果。研究結(jié)果顯示，高跨往返橫跨中兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)指數(shù)較高，這可能源自其UCM 變異度的增幅較高。兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間UCM變異度高表示它們間不干擾運(yùn)動(dòng)任務(wù)的配合活動(dòng)較高，其ORT變異度高則表示它們間干擾運(yùn)動(dòng)任務(wù)的配合活動(dòng)較高。前者提高，有助于同一套運(yùn)動(dòng)器官系統(tǒng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)[15,18]，從而提高運(yùn)動(dòng)效果；后者降低，則能夠使機(jī)體抵御外界環(huán)境的干擾[25,33]，降低運(yùn)動(dòng)誤差，從而提高運(yùn)動(dòng)效果。在高跨往返橫跨測(cè)試中，人體不僅要跨越一定的遠(yuǎn)度，而且要跨過一定的高度，這種運(yùn)動(dòng)任務(wù)要求的提升將會(huì)使兩側(cè)下肢肌肉活動(dòng)間UCM變異度大幅增加。

4.3 基于UCM運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)理論的兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試原理

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，往返橫跨測(cè)試須動(dòng)員較高的兩側(cè)下肢間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力來完成，即較高程度上利用了兩側(cè)下肢間冗余自由度來確保該測(cè)試動(dòng)作重要運(yùn)動(dòng)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。那么，該測(cè)試中表現(xiàn)出這種能力的機(jī)理是什么？這將會(huì)是針對(duì)兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力這類測(cè)試方法所要面對(duì)的共性問題。

從本質(zhì)上看，協(xié)調(diào)能力[9]是大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的一種活動(dòng)機(jī)制，旨在建立參與運(yùn)動(dòng)的各器官、各系統(tǒng)以及運(yùn)動(dòng)者與外界環(huán)境之間能滿足運(yùn)動(dòng)目的優(yōu)化聯(lián)系。兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力則與脊髓回路活動(dòng)、腦胼胝體和基底神經(jīng)節(jié)等高位中樞神經(jīng)活動(dòng)以及神經(jīng)系統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)活動(dòng)的功能密切相關(guān)。首先，脊髓回路活動(dòng)能激發(fā)兩側(cè)肢體對(duì)應(yīng)肌肉活動(dòng)間交互抑制。一側(cè)脊髓回路的活動(dòng)能夠同時(shí)引發(fā)同側(cè)肢體肌肉的屈肌反射以及異側(cè)肢體肌肉的伸肌反射[13]，這使一側(cè)肢體肌肉興奮時(shí)，另一側(cè)肢體對(duì)應(yīng)肌肉活動(dòng)受到抑制。其次，腦胼胝體和基底節(jié)等高位中樞神經(jīng)活動(dòng)能夠整合兩側(cè)肢體間協(xié)調(diào)活動(dòng)。腦胼胝體[17]和基底神經(jīng)節(jié)[20]聯(lián)結(jié)兩側(cè)腦半球，是它們間信息溝通的最主要渠道，對(duì)兩側(cè)肢體間協(xié)調(diào)活動(dòng)具有重要的控制作用。其內(nèi)的神經(jīng)活動(dòng)能協(xié)調(diào)兩側(cè)脊髓回路活動(dòng)，使它們間活動(dòng)按照運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行整合。還有，神經(jīng)系統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)活動(dòng)能夠修正兩側(cè)肢體間協(xié)調(diào)活動(dòng)。

基于UCM運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)理論的兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力重點(diǎn)與神經(jīng)系統(tǒng)專門性反饋調(diào)節(jié)活動(dòng)有關(guān)。短延遲負(fù)反饋回路的調(diào)節(jié)活動(dòng)具有維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定狀態(tài)的功能[11]，UCM運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)觀視野下動(dòng)作協(xié)調(diào)能力與這種反饋調(diào)節(jié)神經(jīng)活動(dòng)密切關(guān)聯(lián)[21]。在此過程中，利用中間神經(jīng)元的作用，通過補(bǔ)償性調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)器官間的活動(dòng)，從而來維持重要任務(wù)變量的穩(wěn)定。閏紹細(xì)胞[21](Renshaw cells)被認(rèn)為是這類中間神經(jīng)元，具有回返性抑制(recurrent inhibition)功能，并且接受下行反射活動(dòng)的調(diào)節(jié)，在穩(wěn)定各種運(yùn)動(dòng)任務(wù)變量中發(fā)揮重要作用。在展現(xiàn)兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力中，一側(cè)肢體肌肉興奮過高時(shí)，將會(huì)激發(fā)該細(xì)胞興奮，進(jìn)而再依據(jù)下行信息適度抑制該肌肉的活動(dòng)，從而維持兩側(cè)肢體肌肉活動(dòng)間協(xié)調(diào)活動(dòng)方式的穩(wěn)定。

在往返橫跨測(cè)試中，連續(xù)的兩側(cè)下肢間快速交替運(yùn)動(dòng)方式顯然會(huì)較高程度上激發(fā)脊髓回路中屈肌反射與伸肌反射活動(dòng)、相關(guān)高位中樞對(duì)兩側(cè)脊髓回路活動(dòng)的整合、相關(guān)短延遲負(fù)反饋回路的調(diào)節(jié)活動(dòng)等，從而來確保兩側(cè)下肢間協(xié)調(diào)活動(dòng)的穩(wěn)定。從這些機(jī)理上看，該測(cè)試能夠較高程度上反映兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力，是其測(cè)試的一種有效方法。

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

UCM理論與方法能較好的被應(yīng)用至對(duì)兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試效度的檢驗(yàn)中?；诖死碚撆c方法，檢測(cè)出該測(cè)試對(duì)兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的反映程度及區(qū)分度較高，此外，在該測(cè)試中設(shè)置跨高條件能提高對(duì)青少年兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的測(cè)試效度。類似這樣的兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試的原理在于其能較高程度的動(dòng)員脊髓回路、腦胼胝體和基底節(jié)等相關(guān)高位中樞以及相應(yīng)短延遲負(fù)反饋回路的活動(dòng)，從而顯示出其對(duì)兩側(cè)肢體間動(dòng)作協(xié)調(diào)能力較高的要求。

5.2 展望

UCM理論與方法在動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法實(shí)證效度檢驗(yàn)上具有廣闊應(yīng)用空間。其應(yīng)用主要可涉及到：1)各種不同類型動(dòng)作協(xié)調(diào)能力有效測(cè)試方法探索；2)針對(duì)不同年齡段人群(兒童、青少年、成年人、老年人)動(dòng)作協(xié)調(diào)能力有效測(cè)試方法探索；3)針對(duì)不同競(jìng)技體育專項(xiàng)動(dòng)作協(xié)調(diào)能力有效測(cè)試方法探索。這些各種各類動(dòng)作協(xié)調(diào)能力測(cè)試方法的甄選、改進(jìn)以及創(chuàng)新需要這樣的理論與方法介入，推動(dòng)其應(yīng)用及發(fā)展。

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Research on Empirical Validity of Inter-limbCoordination Ability Test in Adolescents—Taking Traversal Striding Repeatedly Test as an Example

LIN Hui-jie

The validity of current inter-limb coordination ability tests are showed through qualitative analysis from the designer,however,the empirical validity of them are unknown.It has become a common problem of this kind method,which has a serious impediment to its development and application.Based on UCM coordination theory and method,taking traversal striding repeatedly test (TSRT) as an example,the study takes the index of synergy between inter lower limb muscles as a criterion to observe the level of this index in TSRT,and its correlation with the test performance,furthermore,to observe whether these two aspects of test could be improved after setting cross task.The results show that 1) the index of synergy between inter lower limb muscles of high and low cross TSRT are 0.65 and 0.58 respectively,and has significant diffrence.2) the index of synergy between inter lower limb muscles of high and low cross TSRT all have highly negative correlation with the test result(r=-0.80,P<0.05;r=-0.71,P<0.05),the former is significantly higher.The conclusion is that the UCM theory and method can be preferably applied to validate inter-limb coordination ability tests,by which the TSRT shows an good reflection and discrimination of inter-limb coordination ability,which could be much better when settings cross task in this test.In the future,this theory and method will has a wide space of application on selection,improvement and innovation of inter-limb coordination ability tests.

traversalstridingrepeatedlytest;inter-limbcoordinationability;adolescent

1002-9826(2016)02-0071-09

10.16470/j.csst.201602011

2015-05-29；

2016-01-30

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究青年基金項(xiàng)目(14YJC890009)；浙江省社會(huì)科學(xué)界聯(lián)合會(huì)研究課題(2014N058)；浙江省體育局科研課題(2015-19)。

林輝杰(1982-)，男，浙江奉化人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、學(xué)生體質(zhì)健康促進(jìn)，E-mail：linhj@tzc.edu.cn。

臺(tái)州學(xué)院 體育科學(xué)學(xué)院，浙江 臨海 317000 Taizhou University,Linhai 317000,China.

G804.49

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