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“神經啟動”技術增強運動表現(xiàn)

近期上一篇題為“”的文章引起了廣泛關注。文中羅列了大量新科技在競技體育中的應用，尤其是被稱為大腦訓練，也稱神經技術的方法，可以增強大腦與肌肉的連接，提高運動員在體育運動中肌肉協(xié)調的效率。例如，使用“神經啟動（neuropriming）”的訓練輔助裝置Halo Sport耳機，有的運動員在佩戴它進行訓練后，原地彈跳高度提高了18 cm（Hornyak, 2017）。

據(jù)了解，Halo Sport耳機實際上是采用了“經顱直流電刺激”技術來達到增強使用者運動能力的效果。經顱直流電刺激（tDCS）是一種無創(chuàng)的腦刺激技術，它使用微弱的直流電，通過電極貼片作用于頭顱和大腦皮層，以此來調節(jié)特定腦區(qū)的興奮性。該技術在實驗室環(huán)境下用于動物和人體實驗有近50年的歷史。此前已有大量實驗表明，對于有認知障礙的病人（如腦卒中病人），使用tDCS技術有助其認知及運動能力的康復。而近年來，有越來越多的研究聚焦于tDCS是否能幫助健康人群，甚至運動員提高運動表現(xiàn)。在Angius團隊（2016）的研究中，受試者經過10 min tDCS刺激后，其自行車騎行至力竭的時間顯著增加，同時，RPE有明顯下降。而在Borducchi團隊（2016）的研究中，參與實驗的10名不同項目的職業(yè)運動員（柔道，n=4；游泳，n=3；體操，n=3）在經過連續(xù)10 d，每天20 min的tDCS刺激后，其注意力、認知記憶和情緒均有顯著改善。

事實上，美國滑雪與雪板協(xié)會（USSA）于2016年便已開始嘗試將tDCS技術用于其冬奧會選手的訓練中，以加速提高這些運動員的專項技能（Reardon, 2016）。這意味著tDCS技術的應用開始逐漸從實驗室走向競技場。同時，tDCS增強運動員競技能力的有效性也引發(fā)了不少研究者關于其在倫理和競賽公平性方面的關注，甚至已有人將這種技術稱為“神經興奮劑（Neurodoping）”或“大腦興奮劑（Brain doping）”。

圖1 經10 min 2mA的tDCS刺激后，自行車騎行至力竭的時間顯著增加，同時RPE顯著下降[1]

Figure 1. Bar Graph: Shows Time to Exhaustion (TTE) Performance; Line Chart: Time Course of Rating of Perceived Exertion(RPE)

tDCS對于提高運動表現(xiàn)的幫助主要體現(xiàn)在“急性”和“長期”兩方面：1）tDCS刺激后即刻大腦皮層興奮性的提高；2）在訓練周期中規(guī)律使用tDCS的長期效果?！凹毙匀毙Чǎ哼\動疲勞出現(xiàn)的延遲；運動反應時間的縮短；由緊張或焦慮情緒帶來的生理性震顫現(xiàn)象的抑制。tDCS刺激的急性效果取決于刺激的強度和時長，可在刺激結束后維持20～60 min（Nitsche等，2001）。而tDCS的長期效果主要體現(xiàn)在運動技能的習得上：在訓練中接受規(guī)律tDCS刺激的人群，較對照組運動技能的學習更為快速，技術動作重復得也更加準確（Reis等，2009）。出色運動技能和時機把控是高水平競技運動中不可或缺的部分，而這些都需要運動員通過訓練加以磨練和精進，因此，使用tDCS有可能可以幫助運動員提高訓練的效率，從而在比賽中獲得一定的優(yōu)勢。另一方面，tDCS被認為是一種無創(chuàng)且相對安全的技術。在目前的研究中，最常見的副作用為出現(xiàn)在電極片下方皮膚的刺痛感和瘙癢感。

在競技體育中，關于選材和訓練科學的研究已有很長歷史，且趨于成熟；而一些新科技的運用可能會進一步加速人類極限邊界的拓展。從現(xiàn)有研究的結論來看，tDCS技術在運動訓練領域的運用顯然具備潛力：其在延遲神經肌肉疲勞、提高認知和學習能力、改善緊張焦慮情緒方面的作用，很有可能可以同時幫助到體能類項目和技術型項目的運動員。然而，目前針對高水平運動員的研究尚為數(shù)不多，且樣本量較小。針對不同項目運動員的特定需求，如何設計刺激方案使刺激的積極效果最大化，同時將潛在的副作用降到最低，可能是接下去研究的方向。

[1] ANGIUS L, MARCORA S M, HOPKER J G,. Transcranial direct current stimulation improves cycling performance in healthy individuals [J]. Proc Physiol Soc, 2016, 35: C03.

[2] BORDUCCHI D M, GOMES J S, AKIBA H,. Transcranial direct current stimulation effects on Athletes’ cognitive Performance: An exploratory proof of concept trial [J]. Frontiers in Psychiatry, 2016, 7(3).

[3] HORNYAK T. Smarter, not harder [J]. Nature, 2017, 549:S1-S3.

[4] NITSCHE M A, PAULUS W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans [J]. Neurol, 2001, 57(10): 1899-1901.

[5] REARDON S. Performance boost paves way for'brain doping': electrical stimulation seems to boost endurance in preliminary studies [J]. Nature, 2016, 531(7594): 283-285.

[6] REIS J, SCHAMBRA H M, COHEN L G,. Noninvasive cortical stimulation enhances motor skill acquisition over multiple days through an effect on consolidation [J]. Proc Nati Acad Sci, 2009, 106(5): 1590-1595.

（上海體育學院 王開元 劉 宇）