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        排球運(yùn)動(dòng)員決策神經(jīng)效率的fMRI研究

        2017-01-04 05:56:00孟國(guó)正
        中國(guó)體育科技 2016年4期
        關(guān)鍵詞:枕葉腦區(qū)普通人

        孟國(guó)正

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        排球運(yùn)動(dòng)員決策神經(jīng)效率的fMRI研究

        孟國(guó)正

        目的:采用功能磁共振成像技術(shù)(fMRI),對(duì)優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員和普通大學(xué)生運(yùn)動(dòng)決策過(guò)程中的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行研究,探討多年的動(dòng)作技能學(xué)習(xí)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員大腦神經(jīng)機(jī)制產(chǎn)生的影響。方法:采用Siemens Magnetom Trio 3.0T磁共振成像系統(tǒng),對(duì)20名優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員和20名普通大學(xué)生運(yùn)動(dòng)決策時(shí)進(jìn)行全腦fMRI掃描,找出攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)組間激活腦存在顯著差異的區(qū)域。結(jié)果:行為數(shù)據(jù)中,運(yùn)動(dòng)員與普通人相比具有顯著性差異,決策正確率高,反應(yīng)速度快。在腦成像數(shù)據(jù)中,運(yùn)動(dòng)員激活的腦區(qū)與普通人相比具有顯著性差異,普通人比運(yùn)動(dòng)員多激活了負(fù)責(zé)視覺加工的枕極和枕葉梭狀回腦區(qū)。結(jié)論:普通人組在進(jìn)行攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)需要?jiǎng)佑酶嗟哪X功能活動(dòng)去進(jìn)行視覺信息處理加工,而運(yùn)動(dòng)員組則動(dòng)用較少的腦功能活動(dòng)進(jìn)行視覺信息處理加工。由此推斷,運(yùn)動(dòng)員的神經(jīng)效率具有經(jīng)濟(jì)性。

        功能磁共振成像;運(yùn)動(dòng)員;決策行為;神經(jīng)效率

        年復(fù)一年,高水平運(yùn)動(dòng)員在競(jìng)賽中不斷突破人類身體極限,創(chuàng)造優(yōu)異運(yùn)動(dòng)成績(jī)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,高水平的運(yùn)動(dòng)員可以感知到對(duì)手和隊(duì)友的動(dòng)作行為并成功地進(jìn)行反應(yīng),如網(wǎng)球中的快速發(fā)球,乒乓球中的快速揮拍動(dòng)作,排球中的攔網(wǎng)和籃球中的攔截、擊劍、拳擊、空手道中的快速反擊等等,這與運(yùn)動(dòng)員多年的動(dòng)作技能學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和比賽過(guò)程中形成的經(jīng)驗(yàn)與專項(xiàng)技術(shù)有很大的關(guān)系。盡管優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員比新手執(zhí)行的既快又好歸因于專門領(lǐng)域的技術(shù)知識(shí),知識(shí)的發(fā)展方式,然而,他們的結(jié)構(gòu)怎樣?是如何使用更快更準(zhǔn)確的決策還沒有受到更多注意[25]。

        究竟高水平運(yùn)動(dòng)員在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中如何快速準(zhǔn)確地進(jìn)行決策行為的,不同的心理學(xué)家展開不同的研究。在運(yùn)動(dòng)心理學(xué)中,“專家-新手范式”的決策和認(rèn)知過(guò)程已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用[23,26]。從認(rèn)知心理學(xué)家的角度來(lái)看,研究專家-新手在運(yùn)動(dòng)中的不同表現(xiàn)是非常重要的,為運(yùn)動(dòng)認(rèn)知研究提供了一個(gè)窗口。高水平運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)表現(xiàn)在認(rèn)知心理學(xué)中已經(jīng)被研究很多年[12]。但是,對(duì)于專家運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)成績(jī)的神經(jīng)機(jī)制、在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中評(píng)估運(yùn)動(dòng)成績(jī),目前進(jìn)行的研究較少[3,10]。隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的飛速發(fā)展,認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)關(guān)注更多的更為簡(jiǎn)單的基于實(shí)驗(yàn)的任務(wù)的研究。這些任務(wù)建起了大腦和行為的橋梁,允許更嚴(yán)格的神經(jīng)物理學(xué)的描述,通過(guò)計(jì)算的模式和以大腦為基礎(chǔ)的單一單元的記錄和大腦成像的實(shí)驗(yàn)假設(shè)對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行神經(jīng)機(jī)制的研究。功能成像技術(shù)已將顯示在初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層會(huì)發(fā)生變化,重復(fù)簡(jiǎn)單的拇指運(yùn)動(dòng)[8]和熟練地連續(xù)的手指運(yùn)動(dòng)會(huì)激活大腦初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)[14],為探測(cè)高水平運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)神經(jīng)機(jī)制的研究帶來(lái)了新的研究思路和手段。

        在激烈的排球比賽中,運(yùn)動(dòng)員要具備良好的時(shí)空知覺、反應(yīng)速度和集中注意力的能力,處理場(chǎng)上各種復(fù)雜情況,快速、準(zhǔn)確地做出運(yùn)動(dòng)決策,進(jìn)行合理有效的技術(shù)動(dòng)作。因此,運(yùn)動(dòng)員對(duì)于排球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中信息快速準(zhǔn)確的加工能力具有至關(guān)重要的意義。本研究從優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)決策研究入手,利用磁共振技術(shù)和分析手段,通過(guò)排球運(yùn)動(dòng)情境中不同被試決策行為和fMRI的研究,從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的角度,揭示優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)決策過(guò)程,探討優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員和普通人運(yùn)動(dòng)決策過(guò)程的神經(jīng)機(jī)制。

        1 研究對(duì)象與方法

        1.1 被試

        本研究共40名正常成年被試,其中運(yùn)動(dòng)員組20名,均為國(guó)家一級(jí)排球運(yùn)動(dòng)員,男女各10人,平均年齡21.45±1.19歲,專業(yè)訓(xùn)練年限5.6±1.35年;普通人組20名,均為普通在校大學(xué)生,男女各10人,平均年齡21.4±1.14歲,視力或矯正視力正常且不是色盲或色弱[4]。同時(shí),每個(gè)被試都完成了1個(gè)愛丁堡利手測(cè)驗(yàn),確保他們均為右利手[18]。這些被試沒有任何精神病史、腦外傷史、神經(jīng)病史及家族史。在實(shí)驗(yàn)之前,都被告知實(shí)驗(yàn)的目的和方法,并在《被試知情同意書》上簽字確認(rèn)。

        1.2 實(shí)驗(yàn)材料

        實(shí)驗(yàn)軟件為自行開發(fā)的“排球運(yùn)動(dòng)決策行為測(cè)試系統(tǒng)”軟件,實(shí)驗(yàn)任務(wù)采用Block組塊設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)材料為奧運(yùn)會(huì)排球比賽視頻片段,其中練習(xí)視頻12個(gè),正式測(cè)試視頻36個(gè)。

        1.3 實(shí)驗(yàn)流程

        屏幕首先會(huì)出現(xiàn)500 ms的注視點(diǎn),然后實(shí)驗(yàn)刺激將會(huì)呈現(xiàn)2 000 ms直到被試做出反應(yīng)。最后是2 000 ms的空屏,整個(gè)ITI為4 500 ms。這樣的設(shè)計(jì)可以在不減少采樣點(diǎn)的前提下,盡量消除相鄰兩個(gè)刺激所引起的BOLD信號(hào)之間的干擾。同時(shí),為了獲得更穩(wěn)定的磁場(chǎng)信號(hào),實(shí)驗(yàn)序列的開頭和結(jié)尾各有一定時(shí)間的空屏(前500 ms,后500 ms,磁共振掃描序列本身也有勻場(chǎng)目的的預(yù)掃描)。在刺激呈現(xiàn)順序的安排上,首先將36個(gè)刺激隨機(jī)排序,然后調(diào)整部分刺激的順序,以避免同種刺激重復(fù)出現(xiàn)兩次以上的情況。

        由于決策測(cè)試軟件使用鍵盤錄入數(shù)據(jù)采集,需要將排球比賽場(chǎng)地劃分為合理的區(qū)域,并分別賦予可以讓計(jì)算機(jī)識(shí)別的符號(hào)和數(shù)字,以方便技術(shù)統(tǒng)計(jì)區(qū)域信息的數(shù)據(jù)和操作簡(jiǎn)便。因此,將排球場(chǎng)地按照左、中、右分為3個(gè)區(qū)域。本實(shí)驗(yàn)采用3個(gè)反應(yīng)鍵,按鍵反應(yīng)分別用兩手的食指和中指進(jìn)行1區(qū)(f鍵)、2區(qū)(j鍵)、3區(qū)(k鍵)。正式開始實(shí)驗(yàn)前,主試先給被試詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)語(yǔ)。強(qiáng)調(diào)在做任務(wù)時(shí)要集中注意力,并在保證反應(yīng)正確的情況下盡量以最快的速度按鍵反應(yīng)。同時(shí)強(qiáng)調(diào)在掃描期間要盡量保持頭部靜止,保持清醒。接下來(lái),為了幫助被試熟悉按鍵方法和實(shí)驗(yàn)程序,被試需要參加1個(gè)簡(jiǎn)短的練習(xí)任務(wù)。

        實(shí)驗(yàn)程序用Visual Basic 6.0編寫。刺激在1臺(tái)IBM筆記本上呈現(xiàn),并通過(guò)背投投影儀經(jīng)過(guò)反射鏡投射給被試。被試通過(guò)1個(gè)MRI兼容的4鍵反應(yīng)盒進(jìn)行,而其作出的反應(yīng)將會(huì)被記錄。被試進(jìn)入磁體間后,實(shí)驗(yàn)人員會(huì)首先提示被試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng),同時(shí)再次強(qiáng)調(diào)任務(wù)的反應(yīng)方式及注意事項(xiàng)。在被試確定按鍵正確后開始正式的實(shí)驗(yàn)掃描。

        圖 1 攔網(wǎng)決策實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)圖

        Figure1. Design of Block Decision-Making Test

        1.4 數(shù)據(jù)采集

        本研究采用北京宣武醫(yī)院磁共振研究中心西門子3.0T磁共振成像儀(Siemens Magnetom Trio 3.0T),被試實(shí)驗(yàn)時(shí)仰臥,頭部左右側(cè)加墊海綿墊固定于線圈內(nèi)以減少頭部運(yùn)動(dòng),與計(jì)算機(jī)相連的投影儀將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容投射到成像儀內(nèi)的屏幕上,被試通過(guò)頭部所戴掃描線圈上的反光鏡觀看屏幕內(nèi)容。在功能像的掃描中采用T2*-weighted單次激發(fā)梯度回波EPI序列。具體參數(shù)為:TR=2 000 ms,TE=30 ms,F(xiàn)OV=200 mm×200 mm,F(xiàn)A=90°,層厚=4 mm。平行于AC-PC,采用無(wú)間隔方式采集了30層圖像。這些圖像覆蓋了整個(gè)大腦和大部分小腦。掃描矩陣=64×64,分辨率=3.125 mm×3.125 mm×4 mm,整個(gè)實(shí)驗(yàn)的掃描時(shí)間為30 min。同時(shí),為了更好的進(jìn)行圖像配準(zhǔn),本研究也采集了每個(gè)被試的大腦結(jié)構(gòu)像。該掃描采用T1-weighted MP-RAGE序列,掃描參數(shù)為:TR=2 530 ms,TE=3.39 ms,F(xiàn)A=7°。掃描采用矢狀切面,F(xiàn)OV=256 mm×256 mm,像素矩陣=192×256。厚層=1.33 mm,無(wú)間隔,掃描層數(shù)128層。分辨率1.33 mm×1 mm×1.33 mm。

        1.5 數(shù)據(jù)處理

        1.5.1 圖像轉(zhuǎn)換與功能像預(yù)處理

        首先在MATLAB下運(yùn)行的SPM5對(duì)fMRI數(shù)據(jù)文件進(jìn)行從DICOM格式到NFITI格式的轉(zhuǎn)換。接下來(lái),刪除前3幅用于磁場(chǎng)勻場(chǎng)的圖像。然后采用FSL將轉(zhuǎn)換后的NFITI格式文件轉(zhuǎn)換成FSL支持的壓縮4D格式。在腦成像數(shù)據(jù)的預(yù)處理中,共進(jìn)行了5步操作:第1步,使用Bet工具對(duì)結(jié)構(gòu)像進(jìn)行剝離頭皮的操作,以更好的和模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。第2步,將功能圖像進(jìn)行內(nèi)部對(duì)齊,以消除輕微頭動(dòng)帶來(lái)的影響。對(duì)齊完成后,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行視覺檢查,確保被試在任何方向上的頭動(dòng)都沒有超過(guò)1個(gè)體素,否則將會(huì)去除該數(shù)據(jù)。第3步,采用了非線性的高通濾鏡(100-s cutoff)對(duì)所有數(shù)據(jù)在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行濾波以去除噪音。第4步,使用5 mm的FWHM高斯核進(jìn)行空間平滑。第5步,對(duì)平滑后的功能數(shù)據(jù)進(jìn)行了空間標(biāo)準(zhǔn)化。

        1.5.2 功能像統(tǒng)計(jì)分析

        將每個(gè)被試的功能數(shù)據(jù)單獨(dú)采用FSL中的FILM模塊建模分析,接下來(lái)采用每個(gè)被試的有效數(shù)據(jù)所在的時(shí)間點(diǎn)構(gòu)建每個(gè)條件的基函數(shù),并和雙Gamma HRF 曲線進(jìn)行卷積。也同時(shí)將每個(gè)條件的時(shí)間倒數(shù)、功能像內(nèi)部對(duì)齊時(shí)得到的6個(gè)方向上的頭動(dòng)參數(shù)作為混淆變量加入到該模型中,用以提高統(tǒng)計(jì)的敏感性,從而得到更純凈的結(jié)果。在結(jié)果對(duì)比中,設(shè)計(jì)普通人減運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行對(duì)比。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        2.1 行為結(jié)果

        運(yùn)動(dòng)員和普通人的攔網(wǎng)決策行為測(cè)試結(jié)果見表1。

        表 1 攔網(wǎng)決策行為測(cè)試結(jié)果一覽表

        Table 1 Result of Block Decision-Making Behavior

        組別n決策正確率(%)決策反應(yīng)時(shí)(s)運(yùn)動(dòng)員2067.22±8.091233.84±200.57普通人2036.95±10.121391.43±276.14

        本研究對(duì)攔網(wǎng)決策正確率和反應(yīng)時(shí)進(jìn)行單因素方差分析,結(jié)果顯示,攔網(wǎng)決策正確率[F(1,39)=28.755,P<0.01]和攔網(wǎng)決策反應(yīng)時(shí)[F(1,39)=13.038,P<0.01]均出現(xiàn)顯著性差異。

        2.2 腦成像結(jié)果

        2.2.1 攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)運(yùn)動(dòng)員腦激活區(qū)域

        攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)運(yùn)動(dòng)員激活的腦區(qū)主要是團(tuán)塊的激活和局域激活中心。團(tuán)塊激活主要位于運(yùn)動(dòng)員大腦右半球中央前回;左半球中央前回兩個(gè)大的團(tuán)塊,局域中心激活主要位于運(yùn)動(dòng)員大腦右半球額中回和中央前回,大腦左半球枕葉外側(cè)下,額中回(表2)。

        表 2 攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)運(yùn)動(dòng)員腦激活區(qū)一覽表

        Table 2 Players’Activated Brain Regionsduring Block Decision-Making Tasks

        ClusterIndexZmaxMNI坐標(biāo)半球 腦區(qū)XYZ27.65-28-446L中央前回(PrecentralGyrus)27.63-46-704L枕葉外側(cè)下(InfLOC)27.53-46-700L枕葉外側(cè)下(InfLOC)27.45-28-450L額中回(MFG)27.32-56-740L枕葉外側(cè)下(InfLOC)27.14-42-744L枕葉外側(cè)下(InfLOC)16.226-446L中央前回(PrecentralGyrus)15.7434-258R額中回(MFG)15.29301248R額中回(MFG)14.9752844R額中回(MFG)14.748238R中央前回(PrecentralGyrus)

        圖 2 攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)運(yùn)動(dòng)員腦激活圖

        Figure 2. Diagram of Players’Activated BrainRegions during Block Decision-Making Tasks

        2.2.2 攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)普通人腦激活區(qū)域

        攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)團(tuán)塊激活主要位于普通人大腦右半球枕葉外側(cè)下;左半球腦干和殼核3個(gè)大的團(tuán)塊。局域中心激活主要位于普通人大腦右半球腦干和枕葉外側(cè)下;大腦左半球枕葉外側(cè)下、腦干;、殼核、蒼白球和丘腦(表3)。

        表 3 攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)普通人腦激活區(qū)一覽表

        Table 3 Ordinary People’s Activated BrainRegions during Block Decision-Making Tasks

        ClusterIndexZmaxMNI坐標(biāo)半球 腦區(qū)XYZ37.4952-700R枕葉外側(cè)下(InfLOC)37.4246-644R枕葉外側(cè)下(InfLOC)37.158-684R枕葉外側(cè)下(InfLOC)37.09-46-648L枕葉外側(cè)下(InfLOC)

        續(xù)表 3

        圖 3 攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)普通人腦激活圖

        Figure 3. Ordinary People’s Activated BrainRegions during Block Decision-Making Tasks

        2.2.3 攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)普通人與運(yùn)動(dòng)員腦激活圖比較結(jié)果

        攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)運(yùn)動(dòng)員與普通人腦區(qū)激活存在顯著性差異,出現(xiàn)差異的團(tuán)塊主要包括:大腦右半球枕極;大腦左半球枕極和枕葉梭狀回 。普通人與運(yùn)動(dòng)員相比出現(xiàn)顯著性差異的腦激活局域中心主要包括:大腦右半球枕葉梭狀回、枕極和枕葉外側(cè)下;大腦左半球枕極和枕葉梭狀回(表4)。

        表 4 攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)普通人比運(yùn)動(dòng)員多激活的腦激活區(qū)域一覽表

        Table 4 More Activation of Regional Brain of OrdinaryPeople than Players during Block Decision-Making Tasks

        ClusterIndexZmaxMNI坐標(biāo)半球 腦區(qū)XYZ33.9922-88-2R枕極(OccipitalPole)33.5124-86-6R枕葉梭狀回(OccipitalFusiformGyrus)33.330-980R枕極(OccipitalPole)33.2130-1024R枕極(OccipitalPole)33.1626-102-4R枕極(OccipitalPole)

        續(xù)表 4

        攔網(wǎng)任務(wù)時(shí)磁共振功能像結(jié)果顯示(圖4),運(yùn)動(dòng)員組和普通人組激活腦區(qū)存在顯著性差異,主要差異的激活區(qū)域在枕極和枕葉梭狀回區(qū)域,普通人組比運(yùn)動(dòng)員組多激活了該區(qū)域,研究表明,普通人組在進(jìn)行攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)需要?jiǎng)佑酶嗟哪X功能活動(dòng)去進(jìn)行視覺信息處理加工,而運(yùn)動(dòng)員組則要?jiǎng)佑幂^少的腦功能活動(dòng)進(jìn)行視覺信息處理加工。

        圖 4 攔網(wǎng)決策時(shí)普通人比運(yùn)動(dòng)員多激活的腦激活圖

        Figure 4. Diagram of More Activation of Regional Brain ofOrdinary People than Players during Block Decision-Making Tasks

        3 討論

        本研究采用自行編制的排球運(yùn)動(dòng)決策行為測(cè)試軟件,對(duì)運(yùn)動(dòng)情境中不同水平被試的運(yùn)動(dòng)決策行為進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同運(yùn)動(dòng)水平被試的決策行為存在顯著性差異,運(yùn)動(dòng)員組在正確率上顯著高于普通人組,而在反應(yīng)時(shí)上快于普通人組。這些差異的原因是因?yàn)椴煌\(yùn)動(dòng)水平被試的視覺信息加工能力存在差異,由于運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷不同、擁有的運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)也不同,在運(yùn)動(dòng)情境中觀察到的線索也不相同。為了對(duì)此假設(shè)進(jìn)行進(jìn)一步的研究,采用fMRI技術(shù)對(duì)不同被試在排球決策任務(wù)中腦功能的差異進(jìn)行了研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),普通人比運(yùn)動(dòng)員多激活了負(fù)責(zé)視覺信息加工的枕極(Occipital Pole)和枕葉梭形回(Occipital Fusiform Gyrus)腦區(qū)。接下來(lái),將結(jié)合前人研究中的發(fā)現(xiàn)對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行討論。

        3.1 運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)決策行為特征

        決策行為測(cè)試結(jié)果顯示,優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中具有既快又好的決策行為,決策行為既準(zhǔn)確反應(yīng)速度又快,與普通人相比較,在相同的任務(wù)中表現(xiàn)極具不同。專家的決策行為特征是在復(fù)雜環(huán)境變換的情況下運(yùn)動(dòng)決策的穩(wěn)定性。在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中,普通人的決策行為會(huì)受到相當(dāng)大的影響,而運(yùn)動(dòng)員在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中決策行為具有相對(duì)高的穩(wěn)定性。由此推斷,在特定的運(yùn)動(dòng)情境中,決策行為與大腦皮層的資源、有意識(shí)的注意和工作記憶有著直接的關(guān)系。一個(gè)領(lǐng)域的專家和新手的區(qū)別表現(xiàn)為專家傾向于用更大的組塊來(lái)組織信息,而新手則以孤立的小塊信息來(lái)處理。有經(jīng)驗(yàn)的象棋選手在僅僅5 s的觀察之后就能夠重現(xiàn)16枚棋子在棋盤上的精確布局。研究者推測(cè),一位象棋大師在長(zhǎng)時(shí)記憶中存儲(chǔ)了大約100 000種棋盤上的棋子擺放模式[7]。通過(guò)使用這些信息,他們可以用兩三個(gè)組塊的信息來(lái)編碼所有的16個(gè)棋子的位置,這個(gè)數(shù)量能夠很容易被工作記憶把握。專家之所以比新手決策水平高的原因是因?yàn)?,?jīng)過(guò)多年的動(dòng)作技能學(xué)習(xí)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,積累了豐富的運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn),可以在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中根據(jù)擁有的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)先選擇所需要的信息,迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行反應(yīng)。另外,專家擁有專門的運(yùn)動(dòng)技術(shù),這項(xiàng)技術(shù)包括對(duì)運(yùn)動(dòng)知識(shí)和信息的運(yùn)用和快速的轉(zhuǎn)換能力,這是新手不具有的技術(shù)[6]。還有,專家擁有豐富的智力資源,可以增加工作記憶和注意的容量,在運(yùn)動(dòng)情境中增加注意深度,減少注意信息的減退等等能力。有研究認(rèn)為,認(rèn)知機(jī)制可能是導(dǎo)致專家和新手的決策水平差異的主要原因[21],優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員和新手在運(yùn)動(dòng)認(rèn)知上存在差異導(dǎo)致了決策行為的差異。

        3.2 運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)決策信息加工過(guò)程

        認(rèn)知心理學(xué)從信息加工的角度研究大腦的心理活動(dòng),把大腦與計(jì)算機(jī)類比,把大腦當(dāng)做一個(gè)信息加工系統(tǒng),把心理活動(dòng)看作是一系列信息的獲得、存貯、加工和使用的過(guò)程。從運(yùn)動(dòng)認(rèn)知的信息加工角度來(lái)看,高水平排球運(yùn)動(dòng)員在觀看排球比賽錄像時(shí),做出決策就是一系列的信息加工過(guò)程。排球運(yùn)動(dòng)員首先將排球錄像中的動(dòng)作及其相關(guān)刺激的信號(hào)轉(zhuǎn)入大腦的感知系統(tǒng);其次,大腦將相關(guān)信息識(shí)別后并轉(zhuǎn)到短時(shí)記憶,再與長(zhǎng)時(shí)記憶中提取來(lái)的技、戰(zhàn)術(shù)信息相匹配,然后根據(jù)已經(jīng)掌握的競(jìng)賽規(guī)則和技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)做出最后的決策。美國(guó)學(xué)者Singer對(duì)運(yùn)動(dòng)情境中運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行運(yùn)動(dòng)決策的信息加工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)地分析:認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)情境中可以準(zhǔn)確地感知當(dāng)前信息,將信息存入短時(shí)記憶中,然后與大腦中存儲(chǔ)的長(zhǎng)時(shí)記憶中相關(guān)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較,并根據(jù)比較結(jié)果做出決策,然后執(zhí)行動(dòng)作[22]。按照運(yùn)動(dòng)認(rèn)知心理學(xué)的觀點(diǎn),運(yùn)動(dòng)決策需要以運(yùn)動(dòng)情境中一定的信息作為基礎(chǔ),而在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中進(jìn)行信息加工,視覺的信息加工尤為重要。不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的研究表明,專家與新手相比較,決策速度更快、更準(zhǔn)確。普通人被試由于專業(yè)技術(shù)和運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的限制,視覺加工時(shí)只注意動(dòng)作特征和空間維度的信息,容易被對(duì)方的動(dòng)作所迷惑;運(yùn)動(dòng)員被試擁有專家級(jí)的專業(yè)技術(shù)和多年的運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn),在進(jìn)行視覺信息加工時(shí),可以根據(jù)自己大腦記憶中存在的比賽信息和當(dāng)前的信息進(jìn)行比較,根據(jù)時(shí)間、空間的維度上的信息,并且還可以結(jié)合對(duì)手的特點(diǎn)、戰(zhàn)術(shù)意圖、場(chǎng)上局勢(shì)等信息進(jìn)行綜合分析,然后決策,執(zhí)行動(dòng)作。由此可見,運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)決策行為過(guò)程中,視覺信息加工和處理起到了關(guān)鍵的作用。

        3.3 運(yùn)動(dòng)員神經(jīng)機(jī)制的可塑性

        生態(tài)學(xué)的研究證明,隨著進(jìn)化人類大腦會(huì)產(chǎn)生功能的適應(yīng)和可塑性變化[15,24]。動(dòng)作技能學(xué)習(xí)是指一系列提高動(dòng)作速度、準(zhǔn)確性、自動(dòng)化水平和適應(yīng)性等動(dòng)作效率指標(biāo)的內(nèi)部過(guò)程。人們認(rèn)為這些過(guò)程是感覺和動(dòng)作信息進(jìn)行重組和整合的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜活動(dòng)。關(guān)于大腦可塑性的研究可以看到,經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的動(dòng)作訓(xùn)練和認(rèn)知訓(xùn)練,人類的大腦會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化。研究顯示,經(jīng)過(guò)記憶訓(xùn)練后在大腦右側(cè)腦島的皮層厚度發(fā)生改變[5],認(rèn)知訓(xùn)練可以改變青春期女孩的大腦皮層厚度的變化[13];還有研究顯示,青年受試者經(jīng)過(guò)數(shù)月的變戲法的學(xué)習(xí),大腦灰質(zhì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變化[11]。研究發(fā)現(xiàn),體育鍛煉可以改變成年人海馬的神經(jīng)結(jié)構(gòu),在成年人的大腦產(chǎn)生新的神經(jīng)元,表明身體鍛煉對(duì)大腦結(jié)構(gòu)的影響[16]。

        雖然以前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),動(dòng)作技能學(xué)習(xí)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以提高運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績(jī),但是,很少有研究關(guān)于多年的動(dòng)作技能學(xué)習(xí)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)于運(yùn)動(dòng)員大腦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。研究發(fā)現(xiàn),運(yùn)動(dòng)員組在負(fù)責(zé)視覺中樞系統(tǒng)的枕葉外側(cè)上大腦皮層厚度明顯增厚、灰質(zhì)體積明顯增加。決策行為的研究已經(jīng)顯示,不同水平被試的決策水平存在顯著性差異,不同被試的決策策略的不同主要存在于視覺信息處理的差異。枕葉是負(fù)責(zé)視覺系統(tǒng)的主要腦區(qū),研究顯示,大腦皮層厚度增厚和灰質(zhì)體積增加主要發(fā)生在枕葉外側(cè)上(sup LOC)的區(qū)域,運(yùn)動(dòng)員顯示皮層最大增厚和灰質(zhì)體積增大的腦區(qū)也正是此區(qū)域[1]。磁共振結(jié)構(gòu)和功能成像的研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí),個(gè)體經(jīng)過(guò)一定期限的動(dòng)作任務(wù)的訓(xùn)練,可以看到大腦的結(jié)構(gòu)改變,顯然是訓(xùn)練導(dǎo)致了這種結(jié)果。通過(guò)學(xué)習(xí)變戲法已經(jīng)在一些腦區(qū)灰質(zhì)體積發(fā)生改變,其中包括顳葉中部雙側(cè)腦區(qū)增加。由此可見,動(dòng)作技能學(xué)習(xí)影響到大腦的宏觀結(jié)構(gòu)。大腦結(jié)構(gòu)的變化可能會(huì)影響到細(xì)胞的體積增加,增加新的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、脊骨密度[17]。雖然觀察的影響是在大腦的兩側(cè)半球均出現(xiàn)顯著性激活,但是更顯著激活的是在大腦的右半球。雖然右側(cè)優(yōu)勢(shì)的理由還不太清楚,但是與大腦右半球的主要功能(注意[20]和視覺空間信息加工處理[9])有著密切的聯(lián)系。

        3.4 運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)決策過(guò)程的神經(jīng)效率

        視覺與決策技巧在排球運(yùn)動(dòng)中有著十分重要的作用。人們用雙眼收集信息并傳遞周圍環(huán)境的細(xì)枝末節(jié),視網(wǎng)膜將雙眼所看到的外部視覺世界,編碼成各種視覺影像,并把這些視覺影像通過(guò)神經(jīng)沖動(dòng)傳輸至大腦中的視覺中樞。這些電流信息會(huì)被處于大腦皮層枕葉中的視覺中樞轉(zhuǎn)譯為“景象”。視覺和決策依賴于運(yùn)動(dòng)員識(shí)別不同形狀和色彩的能力以及肌肉骨骼系統(tǒng)自動(dòng)而有目的地調(diào)節(jié)輸入視覺信息的功能,這樣才能產(chǎn)生高效率和富有成效的行為。這種適宜地詮釋所看見的事物和行為的能力,是后天習(xí)得的技巧,正如排球運(yùn)動(dòng)中的攔網(wǎng)、防守和接發(fā)球,都是通過(guò)訓(xùn)練才習(xí)得的[2]。運(yùn)動(dòng)員在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中時(shí),大腦首先對(duì)外部環(huán)境建立初步的認(rèn)識(shí),然后與大腦記憶中的信息相比較,經(jīng)過(guò)信息加工后,進(jìn)行決策,最后采取行動(dòng)。傳統(tǒng)的認(rèn)知運(yùn)動(dòng)理論建議用連續(xù)的方式解決運(yùn)動(dòng)決策的問(wèn)題,首先是選擇做什么,然后在選擇如何去做。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn),大腦的知覺系統(tǒng)首先收集感覺信息,在大腦內(nèi)部建立一個(gè)對(duì)外部世界物體的基本描述。接下來(lái),根據(jù)當(dāng)前的需要信息和過(guò)去經(jīng)驗(yàn)的記憶去判斷和決策一個(gè)行動(dòng)過(guò)程[19]。

        運(yùn)動(dòng)員和普通人在攔網(wǎng)任務(wù)時(shí)磁共振功能像結(jié)果顯示,運(yùn)動(dòng)員組與普通人組在某些腦區(qū)上的腦激活出現(xiàn)顯著性差異。普通人組和運(yùn)動(dòng)員組相比較,發(fā)現(xiàn)普通人組比運(yùn)動(dòng)員組多激活了枕極(Occipital Pole)和枕葉梭形回(Occipital Fusiform Gyrus)腦區(qū),這說(shuō)明普通人組在攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí),需要?jiǎng)佑酶嗟哪X功能活動(dòng)去進(jìn)行視覺信息處理。高水平排球運(yùn)動(dòng)員有準(zhǔn)確的、有效的神經(jīng)中樞網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)決策,使視覺信息和動(dòng)作指令一體化。顯然,在進(jìn)行同樣的決策任務(wù)時(shí),運(yùn)動(dòng)員和普通人大腦激活程度不同。普通人要從復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中去尋找到可以用的信息來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)決策,中間需要排除無(wú)用的信息,這就需要激活多的視覺信息系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行信息的加工和分析。運(yùn)動(dòng)專家可以從復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中找尋到有用的信息進(jìn)行動(dòng)作執(zhí)行,就需要?jiǎng)佑幂^少的視覺信息系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行信息的加工和處理,花費(fèi)的時(shí)間和精力均少于普通人,普通人則需要過(guò)濾掉無(wú)用的信息,去進(jìn)行運(yùn)動(dòng)決策。因此,運(yùn)動(dòng)員負(fù)責(zé)視覺信息加工的腦區(qū)激活會(huì)少于普通人,導(dǎo)致普通人負(fù)責(zé)視覺信息加工的腦區(qū)激活比高水平排球運(yùn)動(dòng)員要多,所以,運(yùn)動(dòng)員的決策神經(jīng)效率具有經(jīng)濟(jì)性。

        4 結(jié)論

        1.運(yùn)動(dòng)決策行為結(jié)果顯示,運(yùn)動(dòng)員組在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)情境中進(jìn)行決策任務(wù)時(shí),既準(zhǔn)確速度又快,與實(shí)際運(yùn)動(dòng)情境中的表現(xiàn)一致。

        2.fMRI結(jié)果顯示,運(yùn)動(dòng)員組與普通人組在腦區(qū)激活區(qū)域上存在顯著性差異。在負(fù)責(zé)視覺加工的枕極和枕葉梭形回腦區(qū),普通人組比運(yùn)動(dòng)員組多激活了該區(qū)域。

        3.普通人組在進(jìn)行攔網(wǎng)決策任務(wù)時(shí)需要?jiǎng)佑酶嗟哪X功能活動(dòng)去進(jìn)行視覺信息加工,而運(yùn)動(dòng)員組則動(dòng)用較少的腦功能活動(dòng)進(jìn)行視覺信息加工。因此,運(yùn)動(dòng)員的決策神經(jīng)效率具有經(jīng)濟(jì)性。

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        An fMRI Study for Decision-Making Neural Efficiency of Volleyball Players

        MENG Guo-zheng

        Objectives:This paper analyzes the brain neural mechanism of the elite volleyball players and ordinary college students in the decision-making task by using fMRI for the purpose to illustrate the influence of motor skill learning and sports training on the brain neural mechanism of the players.Methods:20 elite volleyball players and 20 ordinary college students are scanned with fMRI when they are in the decision-making task by Siements Magnetom Trio 3.0 Tesla magnetic resonance imaging scanner,to find the difference of activate encephalic region in the block decision-making task.Results:Behavioral results showed that players were much better than college students in the decision-making test.The results of fMRI showed that it was significant different between players and college students,players activate much less than college students in Occipital Pole and Occipital Fusiform Gyrus that play important roles in visual information processing.Conclusion:It is significantly different in sport decision-making level with different participants.Athletes have the best accuracy and reaction times than others.Athletes activate much less than college students in Occipital Pole and Occipital Fusiform Gyrus that play important roles in visual processing.Therefore,we deduce that the neural efficiency of athletes have economical efficiency.

        fMRI;player;decision-makingbehavior;neuralefficiency

        1002-9826(2016)04-0084-07

        10.16470/j.csst.201604012

        2015-10-14;

        2016-03-27

        第59批博士后基金面上項(xiàng)目(2016M590331);河南省科技廳科技攻關(guān)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(162102310441);河南省社科聯(lián)課題(SKL-2015-2558);河南師范大學(xué)教育科學(xué)研究基金(2008J18)。

        孟國(guó)正(1973-),男,河北臨漳人,博士,碩士研究生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)閯?dòng)作技能學(xué)習(xí)與控制,Tel:(0373)3326352;E-mail:mengguozheng1111@sina.com。

        河南師范大學(xué) 體育學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453007 Henan Normal University,Xinxiang 453007,China.

        G804.8

        A

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        普通人的“美好生活”
        金橋(2018年1期)2018-09-28 02:24:36
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        53例枕葉癲癇臨床分析
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        讀《一個(gè)普通人》有感
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