丁建嵐，黃 謙，張 犁，馬林曉，丁逸菲，王歡慶

（1.陜西師范大學(xué)體育學(xué)院，陜西西安710119；2.西安體育學(xué)院體育經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，陜西西安710068；3.西安體育學(xué)院運(yùn)動訓(xùn)練學(xué)院，陜西西安710068；4.西安建筑科技大學(xué)體育學(xué)院，陜西西安710055；5.西安體育學(xué)院研究生部，陜西西安710068）

近年來，足球裁判員誤判導(dǎo)致各方不滿而造成的有關(guān)爭論和新聞報道成為各方討論的焦點(diǎn)［1］。無論是馬拉多納的“上帝之手”，還是在2010年南非足球世界杯賽16進(jìn)8比賽中，德國隊對陣英格蘭隊時，英格蘭球員蘭帕德的“門線冤案”，都成為媒體和球迷們熱烈討論的話題。這2場比賽都發(fā)生在世界足球的最高殿堂——足球世界杯賽上，而且誤判都十分明顯：馬拉多納的手球鏡頭在日后被一再提及，而在蘭帕德射門時，足球明顯砸在門線范圍以內(nèi)，但當(dāng)值主裁判的誤判改變了比賽走勢，英格蘭隊成為了這2次誤判的最大受害者，而獲利的阿根廷隊和德國隊分別取得了當(dāng)屆足球世界杯賽的冠軍和季軍。盡管目前越來越多的高科技技術(shù)，如回放技術(shù)（Video Assistant Referee，VAR）等被應(yīng)用到足球比賽中提高裁判員的執(zhí)裁效率［2］，但是面對現(xiàn)實比賽場景中高強(qiáng)度的判罰工作，裁判員依然會受到現(xiàn)場環(huán)境、自身疲勞等因素的影響產(chǎn)生無意識的決策偏差［3］。針對此類問題的研究證明，長期參加特定比賽項目而獲取的運(yùn)動經(jīng)驗?zāi)軌蛱岣弑荣愔袀€體的身體反應(yīng)速度和心理決策效率［4］。例如：與足球愛好者相比，專業(yè)足球運(yùn)動員在比賽場景下識別和決策能力明顯更強(qiáng)［5］，類似的情況也發(fā)生在乒乓球和曲棍球項目上。研究［5］發(fā)現(xiàn)，專業(yè)乒乓球運(yùn)動員能更快地識別對方發(fā)球落點(diǎn)和乒乓球的旋轉(zhuǎn)方向。同樣，曲棍球運(yùn)動員水平越高，對球在場地中的位移變化反應(yīng)就越迅速［6］。除此之外，在籃球［7］和瑜伽［8］等運(yùn)動中也同樣證明，有經(jīng)驗的運(yùn)動員往往能在與該運(yùn)動相關(guān)的決策任務(wù)中表現(xiàn)出更高效率。

事實上，決策貫穿于日常生活的方方面面，對于人類至關(guān)重要，它是人類高級認(rèn)知活動之一。狹義上的決策是指在多個不同選項之間做出選擇，形成行動的反應(yīng)。Smith等［9］認(rèn)為，刺激引起的無意識的眼球轉(zhuǎn)動和股票期貨市場暗流涌動的投機(jī)行為，在本質(zhì)上都是將感知和認(rèn)知轉(zhuǎn)化為行動的決策活動。因此，人類如何進(jìn)行決策是近20年來行為科學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等學(xué)科學(xué)者極為關(guān)注的重大科學(xué)問題。人工智能、認(rèn)知科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)等眾多學(xué)科的發(fā)展都得益于決策領(lǐng)域的研究。神經(jīng)認(rèn)知科學(xué)的研究表明，人類的決策是一種復(fù)合的認(rèn)知活動，是執(zhí)行控制、反應(yīng)抑制等眾多心理功能共同作用的結(jié)果，這表現(xiàn)為：人類的決策行為與低等動物的覓食決策或求偶決策在神經(jīng)機(jī)制上有顯著差異，后者是一種基于觀察并做出選擇的“反射行為”，而人類已經(jīng)進(jìn)化出了專門負(fù)責(zé)決策的、獨(dú)立于運(yùn)動反應(yīng)系統(tǒng)的單獨(dú)的大腦功能模塊。對動物而言，特定的刺激引發(fā)的行為模式是一樣的，而人類對于刺激的反應(yīng)很難預(yù)料，會受到多種因素的影響，在不同時間和不同環(huán)境下，個體的決策模式可能大不相同。因此，關(guān)注體育學(xué)研究中的決策問題對于體育學(xué)研究的發(fā)展具有重要影響。

神經(jīng)管理學(xué)學(xué)者進(jìn)行了大量針對決策問題的研究。通過事件相關(guān)電位（Event-Related Potential，ERP）技術(shù)實驗，充分證明在個體決策行為中經(jīng)驗往往起到了舉足輕重的作用［10-11］。在以往針對不同經(jīng)驗水平的被試決策任務(wù)研究中，無論是冒險決策實驗［12］，還是依據(jù)納什均衡原則而設(shè)計的一系列決策實驗，包括囚徒困境（prisoner's dilemma）、獨(dú)裁者游戲（dictator game）、信任游戲（trust game）、普魯斯特任務(wù)（ortiz-teran）、四 臂 賭 博 機(jī) 任 務(wù)（four-arm gambler task）［13］，實驗設(shè)計要求被試進(jìn)行的決策任務(wù)都與自身利益緊密相關(guān)（如賭博游戲），被試的決策結(jié)果將直接影響自身利益。在現(xiàn)實社會中，大多是在中立立場下需要個體進(jìn)行一項與自身利益相關(guān)性不大的第三方?jīng)Q策［14］，而現(xiàn)有的有關(guān)中立決策的研究更多地是研究人際之間的合作關(guān)系（如同情、利他、從眾等），對第三方?jīng)Q策在決策機(jī)制上與其他決策行為的區(qū)別研究較少［15］，并且經(jīng)驗因素對第三方?jīng)Q策的影響機(jī)制的研究也不夠充分，缺乏第三方?jīng)Q策的神經(jīng)基礎(chǔ)研究。事實上，人類生活中存在大量的第三方?jīng)Q策行為，無論是法官依據(jù)法律法規(guī)，結(jié)合案情進(jìn)行審判裁決［16］，還是運(yùn)動比賽的判決［17］，都需要職業(yè)決策者針對與自身利益無關(guān)的任務(wù)進(jìn)行公正的判罰決策，足球裁判員判罰決策亦屬于此類中立的第三方?jīng)Q策。同時，職業(yè)足球的比賽場地和規(guī)則較為固定，參賽雙方對于足球比賽規(guī)則較為了解，作為第三方?jīng)Q策者的主裁判處于比賽雙方的利益無關(guān)者地位，會直接決定決策的結(jié)果。因此，足球裁判員的判罰決策作為決策問題研究中第三方?jīng)Q策的典型代表，不應(yīng)被理論界長期忽視。

2015年審議通過的《中國足球改革總體方案》明確提出要加強(qiáng)足球裁判員隊伍建設(shè)，保證足球比賽在公平正義的環(huán)境下和諧展開。長期以來，對于我國足球裁判員的研究主要集中在合格裁判員所必備的職業(yè)素質(zhì)、職業(yè)道德以及足球裁判員管理體制建設(shè)等方面，主要是為了通過規(guī)范樹立裁判員個體的行為與思想規(guī)范，以及效仿意大利、德國等國的足球裁判員培訓(xùn)管理系統(tǒng)，提升我國足球裁判員的綜合執(zhí)裁能力［18］。隨著足球運(yùn)動在世界范圍內(nèi)的影響不斷擴(kuò)大，足球比賽早已脫離了原有競技體育的范疇，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)、文化價值。一場聯(lián)賽或杯賽中的關(guān)鍵比賽，往往能夠決定球隊能否捧得冠軍獎杯，升入價值更大的上一級聯(lián)賽或者慘遭降級。因此，裁判員在關(guān)鍵場次的判罰就顯得極為重要，職業(yè)聯(lián)盟也使用高科技裝備，采用場邊錄像裁判等方法，試圖盡量減少裁判員在判罰過程中的漏判、錯判。然而，總體上對于個體決策層面的研究較少，缺乏對決策行為影響機(jī)制的研究成果。

綜上所述，本文從神經(jīng)管理學(xué)視角關(guān)注足球比賽中裁判員個體間的經(jīng)驗差異對與自身利益關(guān)聯(lián)性不大的中立第三方判罰決策影響的神經(jīng)機(jī)制，探析個體在不同經(jīng)驗水平情景下的決策行為和神經(jīng)機(jī)制，其中，經(jīng)驗因素又如何影響決策效率。解決以上問題對促進(jìn)神經(jīng)管理學(xué)在體育學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用以及我國足球事業(yè)的發(fā)展都具有重要的理論及現(xiàn)實意義。

1 理論綜述和假設(shè)

為了更加系統(tǒng)地說明個體決策形成的過程，認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域的研究者將人類的決策按照時間順序分為多個階段。其中，決策的核心是“選擇行為”，其次包括對決策前信息的“識別行為”以及之后對決策結(jié)果的“結(jié)果反饋”［19］。這3個環(huán)節(jié)共同構(gòu)成一個完整的決策行為，并廣泛存在于各種決策任務(wù)中［15］。因此，在足球裁判員做出判罰決策時，也應(yīng)包含對犯規(guī)動作的識別、是否吹罰的選擇和對判罰結(jié)果反饋構(gòu)成的決策過程。然而，目前研究人員尚未提出存在該決策過程的生理層面上的證明。

根據(jù)Damasio的軀體標(biāo)記假說（somatic marker hypothesis），決策的各個階段都會受到情緒、認(rèn)知偏差以及參考點(diǎn)等不同因素的影響。如同日常生活中的經(jīng)驗一樣，人類的決策行為在不同時間和環(huán)境下，往往會受到多種因素的影響而有不同的表現(xiàn)［20］。Laureiro-Martínez等［21］指出：“研究個體決策效率差異，從而進(jìn)一步了解決策背后的神經(jīng)差異，是決策科學(xué)目前最為重要的問題?！盤olezzi等［22］認(rèn)為，神經(jīng)科學(xué)的方法可以幫助我們系統(tǒng)地觀察人類的決策模式及影響因素，這是傳統(tǒng)的社會科學(xué)無法做到的，相較于研究環(huán)境或人格特征對行為的影響，神經(jīng)管理學(xué)更注重研究環(huán)境、行為和神經(jīng)基礎(chǔ)之間復(fù)雜的關(guān)系。

在神經(jīng)管理學(xué)領(lǐng)域通過fMRI技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，被試有無創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗對其將刺激轉(zhuǎn)化為具體內(nèi)容有影響，并且有創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗的被試所用時間更少，其額極皮層（Frontopolar Cortex，F(xiàn)PC）激活程度更強(qiáng)，特別是面對探索任務(wù)時，有經(jīng)驗的被試的決策速度更快，決策準(zhǔn)確率更高，與執(zhí)行力和控制力相關(guān)的額頂區(qū)（frontoparietal region）、背 側(cè) 前 扣 帶 皮 層（dorsal anterior cingulate cortex）的激活程度也顯著強(qiáng)于沒有創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗的被試［23］。該研究為認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)工具在決策科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，以及揭示經(jīng)驗因素對決策行為的影響機(jī)制提供了生理層面的證據(jù)。隨著有關(guān)決策認(rèn)知過程的研究不斷涌現(xiàn)，大量研究發(fā)現(xiàn)，特定的腦電成分能表征認(rèn)知過程，這為研究者揭示決策過程背后的神經(jīng)基礎(chǔ)，進(jìn)而了解影響因素對決策各環(huán)節(jié)之間的影響機(jī)制提供了技術(shù)上的支持。本文正是在神經(jīng)管理學(xué)研究范式下，將認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究方法應(yīng)用到經(jīng)驗因素對足球裁判員判罰決策影響問題的研究中，同時借助ERP高時間分辨率的特點(diǎn)，嘗試從神經(jīng)管理學(xué)視角揭示在足球比賽判罰決策過程中個體經(jīng)驗因素變化對決策者決策過程的影響機(jī)制。

在足球比賽中裁判員在短時間內(nèi)須完成對某個動作是否構(gòu)成犯規(guī)的判罰決策，這對裁判員的認(rèn)知能力要求很高［24］，其屬于認(rèn)知心理學(xué)決策模型中的識別行為。有研究［25］表明，判罰決策可能受到裁判員的選擇性注意和警惕性等認(rèn)知能力的影響。在ERP實驗中，N1成分主要與個體認(rèn)知有關(guān)［26］。N1成分的波峰一般出現(xiàn)在刺激后100～150 ms，位于前部頭皮的電極位置，在刺激后的150～200 ms，頂葉皮層和外頂葉皮層也會產(chǎn)生相應(yīng)的N1成分［27］。根據(jù)已有的關(guān)于經(jīng)驗與決策任務(wù)的研究，相較于沒有經(jīng)驗的個體，有經(jīng)驗個體在進(jìn)行決策之前的視覺認(rèn)知過程中，消耗的認(rèn)知資源較少。同時，訓(xùn)練和專業(yè)知識似乎可以增加處理視覺信息的認(rèn)知能力［28］。經(jīng)驗可以顯著提高個體在決策前期進(jìn)行視覺識別任務(wù)的效率。在同樣的決策任務(wù)中，其誘發(fā)的N1成分也應(yīng)小于沒有經(jīng)驗的個體。

P300成分是指在刺激呈現(xiàn)300～1 000 ms出現(xiàn)的一個可辨別的ERP成分，其成分與決策活動中的選擇行為（即是否做出該決策行為）有關(guān)［29］。研究［30］結(jié)果顯示，P300成分的振幅與該決策任務(wù)中被試消耗的決策資源有關(guān)，被試在決策過程中消耗的決策資源越多，其引發(fā)的P300成分振幅越低。在本實驗中，對所有被試均使用相同刺激材料，而被試個體經(jīng)驗因素的差異會導(dǎo)致不同經(jīng)驗水平的個體對同一刺激材料消耗的決策資源不同。對于同一種犯規(guī)圖片，由于裁判員有專業(yè)的知識和長時間的臨場執(zhí)裁經(jīng)驗，其消耗的決策資源會小于體育生組和對照組，P300成分的振幅也較小。體育生組則具有基本的足球常識和較多的觀賽經(jīng)驗，他們進(jìn)行判罰決策消耗會小于對照組，P300成分的振幅也小于對照組。

綜上所述，筆者認(rèn)為在足球裁判員的判罰決策過程與認(rèn)知心理學(xué)提出的決策模型一致，個體需要在多個刺激中感知尋找與任務(wù)相關(guān)的刺激因素，并在短時間內(nèi)做出決策。這種決策過程將會受到個體經(jīng)驗因素的影響，而這種影響的時序效應(yīng)可以被ERP所觀察到。為此，筆者設(shè)計了一個基于真實足球比賽中裁判員判罰決策場景的ERP實驗，從而研究不同經(jīng)驗個體在進(jìn)行決策時決策差異的影響機(jī)制，并嘗試用行為和腦電數(shù)據(jù)揭示這種機(jī)制背后的神經(jīng)基礎(chǔ)。本文提出如下研究假設(shè)。假設(shè)1：在判罰決策過程的識別階段，與有執(zhí)裁經(jīng)驗的個體相比，無經(jīng)驗個體決策會調(diào)用更多的認(rèn)知資源，表現(xiàn)為引發(fā)更大的N1成分波幅。假設(shè)2：在進(jìn)行判罰決策選擇階段，個體的經(jīng)驗差異會使不同執(zhí)裁經(jīng)驗水平的被試對同一刺激材料所消耗的決策資源產(chǎn)生差異，這表現(xiàn)為更有執(zhí)裁經(jīng)驗的個體所引發(fā)的P300成分波幅更小。

2 研究方法

2.1 被試

本文使用G*Power 3.1.9.4軟件［31］計算所需的樣本量。根據(jù)已有研究的效應(yīng)量，α的值取0.05～0.80。根據(jù)之前的文獻(xiàn)和作者之間的討論，效應(yīng)量結(jié)果為0.15（中等效果）［1］，為了達(dá)到預(yù)期的功率，需要收集來自55個被試的有效數(shù)據(jù)。因此本實驗招募了65名被試，其中5名被試由于腦電數(shù)據(jù)偽跡過多，分析數(shù)據(jù)前將其剔除，最終有效被試為60人，平均年齡為22.92歲（M=22.92，SD=3.396）。按照行為和腦電實驗要求與慣例，要求被試裸眼或矯正視力達(dá)到正常水平，慣用手為右手，精神狀態(tài)良好。

在本實驗中，將被試按照執(zhí)裁經(jīng)驗和對足球比賽的專業(yè)程度分為裁判組（執(zhí)裁場次大于200場）19人、體育生組（體育相關(guān)專業(yè)且經(jīng)常觀看足球比賽，了解足球比賽規(guī)則和相關(guān)知識）20人和對照組（無體育專業(yè)學(xué)習(xí)背景）21人。具體分組情況如表1所示，所有被試均有償參與實驗。

表1 被試基本情況Table 1 Information of participants

2.2 實驗設(shè)計

本實驗采用E-Prime 2.0系統(tǒng)（Psychology Software Tools，Pittsburgh，PA，USA）進(jìn)行呈現(xiàn)，被試距離屏幕70 cm，水平視角和垂直視角分別為2.58°和2.4°，像素為200×150，亮度與對比度統(tǒng)一。本實驗所用的刺激材料來自足球比賽犯規(guī)視頻，犯規(guī)瞬間的圖片均從國際足聯(lián)2019年遠(yuǎn)程裁判員培訓(xùn)課程所提供的教程“明顯犯規(guī)組”的視頻中截選而來（圖1）。預(yù)實驗和正式實驗所用的刺激材料圖片均經(jīng)過前測，確保被試充分理解圖片內(nèi)容。實驗在標(biāo)準(zhǔn)ERP實驗室進(jìn)行，室內(nèi)光線柔和，溫度恒定，要求被試調(diào)整身體坐姿到最舒服的姿勢，放松頭部和面部肌肉，并且要求被試在實驗期間控制眨眼次數(shù)，集中注意力，等到腦波平穩(wěn)后提示被試開始實驗。

圖1 實驗材料Figure 1 The experimental materials

2.3 實驗任務(wù)與流程

本實驗主要參考“信息啟動”（information priming）效應(yīng)的實驗范式，即先呈現(xiàn)視覺啟動信息（特定足球比賽圖片），再要求被試做出判罰決策。在被試的一次實驗中，共有200對測試，即將40張足球比賽犯規(guī)圖片重復(fù)5次（40×5=200）。在每次測試中，先給被試呈現(xiàn)“+”圖片（800 ms），然后呈現(xiàn)足球比賽犯規(guī)圖片，要求被試在規(guī)定的時間內(nèi)做出是否犯規(guī)的判罰決策。判罰犯規(guī)按“F”，判罰不犯規(guī)按“J”，當(dāng)被試做出決策后，屏幕將會根據(jù)正確與否分別呈現(xiàn)“正確”“錯誤”“無反應(yīng)”（被試未在規(guī)定時間內(nèi)做出反應(yīng)）的反饋圖片，本輪測試結(jié)束。具體實驗流程為：呈現(xiàn)一個黑色的“+”注視點(diǎn)，呈現(xiàn)時間為1 000 ms，“+”圖片結(jié)束后200 ms呈現(xiàn)刺激圖片，每張刺激圖片停留時間為1 000 ms，反饋圖片的呈現(xiàn)時間為800 ms，從刺激結(jié)束到下一輪測試開始之間的時間間隔為300～700 ms，平均為500 ms。數(shù)據(jù)采集時間共計5 min左右（圖2）。

圖2 足球比賽判罰的實驗流程Figure2 Experimentalparadigmof footballmatchjudgement

2.4 數(shù)據(jù)記錄與分析

采用Neuroscan公司生產(chǎn)的64導(dǎo)腦電記錄系統(tǒng)和Scan 4.5軟硬件系統(tǒng)記錄分析并同時記錄腦電數(shù)據(jù)及行為數(shù)據(jù)。采樣頻率為1 000 Hz，正式實驗開始時各電極電阻均降到5 000Ω以下，運(yùn)用SPSS 23.0統(tǒng)計軟件對3組被試進(jìn)行組間統(tǒng)計分析。

運(yùn)用MATLAB對采集的ERP數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：對數(shù)據(jù)做電極電位后，以雙側(cè)乳突（M1、M2）作為重參考指標(biāo)。去除無用電極，包括腦電、CB1和CB2。進(jìn)行濾波（高通濾波為0.1 Hz，低通濾波為30 Hz，去除市電48～52 Hz、98～102 Hz），將決策發(fā)生前150 ms至后500 ms的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，并對0點(diǎn)前150 ms進(jìn)行基線校正。分段后手動插值壞電極，剔除壞分段，并運(yùn)行ICA進(jìn)行去除偽跡成分，檢驗并剔除伴有眨眼、眼動、肌電以及波幅大于±80μV的ERP偽跡片段的數(shù)據(jù)。

預(yù)處理后把被試內(nèi)所有分段疊加平均，同組被試間也做疊加平均，通過所得到的波形圖觀察到感興趣的N1和P300成分顯著。根據(jù)前人文獻(xiàn)，N1成分選取C1、Cz、C2、CP1、CPz、CP2，P300選取PO3、POz、PO4、O1、Oz、O2（圖3）。對2個成分分別進(jìn)行波幅值的提?。∟1成分為200～240 ms，P300成分為340～380 ms），并對其做3（被試類別）×6（電極）的重復(fù)測量方差分析，統(tǒng)計結(jié)果非球性時采用Greenhouse-Geisser校正，以P＜0.05為顯著。

圖3 64個電極整體分布與分析電極的選取Figure 3 Overall distribution of 64 electrodes and selection of analytical electrodes

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 行為數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 23.0軟件對正確率與反應(yīng)時進(jìn)行統(tǒng)計，具體觀察3組被試的正確率（表2）。裁判組均值M=96.91%，SD=0.017；體育生組均值M=95.62%，SD=0.026；對照組均值M=90.91%，SD=0.060。

表2 3組被試正確率與反應(yīng)時Table 2 Correct rate and response time of three groups

通過觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：裁判組和體育生組的正確率均值分布高于對照組，而裁判組和體育生組的正確率差異并不顯著，但裁判組正確率分布較為集中穩(wěn)定。反應(yīng)時與正確率的分布相似（圖4），表現(xiàn)為裁判組的反應(yīng)略快于體育生組，且分布較為集中，這2組的反應(yīng)時又明顯低于對照組。

圖4 被試組間正確率與反應(yīng)時均值分布箱型圖Figure 4 Box plot of the mean distribution of accuracy and response time among groups

3.2 腦電數(shù)據(jù)分析

3.2.1 N1成分

通過對選定的電極進(jìn)行同組被試間的疊加平均，觀測到被試在進(jìn)行決策的過程中頂區(qū)產(chǎn)生了明顯的N1成分，各電極（C1、C2、CP1、CP2、CPz、Cz）誘發(fā)的波幅差異明顯。圖5為3組被試在6個電極上觀測到的N1成分平均波幅圖，結(jié)果顯示體育生組波幅最高，對照組其次，裁判組最低，地形圖（圖6）與波形圖結(jié)果顯示一致。3（被試類別）×6（電極）的重復(fù)測量方差結(jié)果顯示，組間主效應(yīng)顯著［F（2，57）=3.71，P=0.035］，電極間主效應(yīng)不顯著［F（5，54）=1.57，P=0.17］，組間和電極間的交互作用不顯著［F（5，54）=0.33，P=0.97］。通過對3組被試的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后分析發(fā)現(xiàn)，裁判組和對照組在做出決策時所誘發(fā)的N1成分有顯著性差異（P=0.049），體育生組和其他2組間均無顯著性差異（P＞0.05），同時在波形圖和地形圖觀測到裁判組的N1成分明顯低于其他2組，可以認(rèn)為經(jīng)驗值較高的裁判組相較其他2組在決策過程中分配更少的注意資源。

圖5 N1成分電極點(diǎn)峰值的平均波形圖Figure 5 The average wave form of the peak value of the electrode point of the N1 component

圖6 N1成分腦分布地形圖Figure 6 Topographic map of the N1 component brain distribution

3.2.2 P300成分

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，枕區(qū)出現(xiàn)了明顯的P300成分且峰值明顯。圖7為3組被試決策過程中誘發(fā)的P300成分平均波幅圖，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗值較低對照組在決策過程中誘發(fā)的P300成分在3組中最活躍，裁判組其次，地形圖與波形圖顯示結(jié)果一致（圖8）。與N1成分處理方式相同，隨后對其進(jìn)行3（被試類別）×6（電極）的重復(fù)性測量方差分析，統(tǒng)計結(jié)果顯示組間主效應(yīng)顯著［F（2，57）=5.76，P=0.007］，電 極 間 主 效 應(yīng) 顯 著［F（5，54）=18.38，P＜0.01］，組間和電極間的交互作用無顯著性差異［F（5，54）=0.77，P=0.659］。對數(shù)據(jù)進(jìn)行組別間的事后分析得知，對照組在決策時所誘發(fā)的P300成分分別與體育生組（P=0.012）和裁判組（P=0.022）有顯著性差異，體育生組與裁判組在P300成分上無顯著性差異?？梢哉J(rèn)為：由于體育生組有一定足球判罰知識，但因不具備專業(yè)判罰經(jīng)驗，因此在面對相應(yīng)刺激時無法快速準(zhǔn)確做出判斷，表現(xiàn)為更大波幅的P300成分；對照組由于無相關(guān)判罰經(jīng)驗且缺乏相關(guān)知識，在決策過程中對罰判任務(wù)難易程度無法衡量，精神壓力小，沒有消耗過多的決策資源，表現(xiàn)為P300成分波幅最?。唤?jīng)驗值較高的裁判組受職業(yè)特征和經(jīng)驗的雙重影響，在判罰過程中消耗較多的決策資源。

圖7 P300成分電極點(diǎn)峰值的平均波形圖Figure 7 The average waveform of the peak value of the electrode point of the P300 component

圖8 P300成分腦分布地形圖Figure 8 Topographic map of the P300 component brain distribution

4 討論

在足球裁判員判罰決策中，個體執(zhí)裁經(jīng)驗對裁判員的判罰決策判斷和效率起著非常重要的作用。本文設(shè)計了在一個基于不同執(zhí)裁經(jīng)驗下的判罰決策實驗任務(wù)，要求不同經(jīng)驗水平的被試針對基于真實比賽場景選取的照片中的球員是否犯規(guī)做出判罰決策，實驗結(jié)果表明裁判組和體育生組的整體正確率顯著高于經(jīng)驗值最低的對照組，而決策者進(jìn)行決策反應(yīng)的耗時則表現(xiàn)為經(jīng)驗值越高越趨于穩(wěn)定，腦電成分N1的振幅更小，同時有經(jīng)驗的裁判組和體育生組引發(fā)的P300成分的振幅也要顯著小于對照組。

4.1 N1成分

本實驗要求不同執(zhí)裁經(jīng)驗的被試面對一張足球比賽圖片進(jìn)行是否犯規(guī)的判罰決策，這要求被試必須首先識別圖片中的足球運(yùn)動員的位置與動作，然后進(jìn)行是否犯規(guī)的判罰決策，同時要求這一判罰決策必須在1 000 ms內(nèi)做出，并通過預(yù)實驗讓所有被試都熟悉這一過程。根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)中對于決策任務(wù)階段的劃分，被試在做出判罰決策前，必然有一個從圖片中識別存在哪些動作的認(rèn)知階段。

在本實驗中，當(dāng)刺激呈現(xiàn)200 ms左右時，裁判組、體育生組和對照組都會出現(xiàn)明顯的N1成分。N1成分是一個包含眾多子波形的代表視覺的ERP波形，一般出現(xiàn)在刺激呈現(xiàn)100～200 ms，與早期視覺加工中的注意力分配有關(guān)。決策者對某一任務(wù)分配的視覺注意力越高，其N1成分的波幅就越大［32］。在本實驗中，體育生組引發(fā)的N1成分波幅與對照組無顯著差別，與專業(yè)裁判組相比明顯偏高，這表明體育生組和對照組相較于裁判組，在識別犯規(guī)動作時要消耗更多的認(rèn)知資源。因此，假設(shè)1得到驗證。

由此可見，在裁判員個體做出判罰決策時，經(jīng)驗因素首先會影響其識別具體犯規(guī)動作時分配的注意力資源。有大量臨場比賽經(jīng)驗的專業(yè)裁判員，面對需要進(jìn)行犯規(guī)決策的疑似犯規(guī)場景時，只需要調(diào)動較少的注意力資源就可以完成前期的識別任務(wù)，而僅僅愛好足球運(yùn)動卻缺乏執(zhí)裁經(jīng)驗的體育生和對照組要調(diào)動更多的注意力資源才能識別出是否存在犯規(guī)。

4.2 P300成分

在本實驗中，被試被要求在一定時間內(nèi)完成刺激圖片中運(yùn)動員是否犯規(guī)的決策任務(wù)，當(dāng)刺激圖片呈現(xiàn)后的300 ms左右，在所有被試腦電圖中都觀察到了較為明顯的P300成分。

從整體上看，裁判組和體育生組引發(fā)的P300成分波幅要顯著小于對照組，而裁判組與體育生組之間的差異不顯著。因此，假設(shè)2得到驗證。主要原因是：①對于同一刺激材料，裁判組自身接受過系統(tǒng)的足球判罰培訓(xùn)，同時具有較為豐富的現(xiàn)場執(zhí)裁經(jīng)驗，因此對于本實驗挑選的國際足聯(lián)2019年遠(yuǎn)程裁判員培訓(xùn)課程中提供的犯規(guī)動作做出判罰，并不會消耗他們過多的決策資源；而體育生組，由于他們?nèi)粘Ｉ钪袗酆米闱蝽椖?，具有一定觀看足球比賽的經(jīng)歷，其經(jīng)驗水平要高于平時觀看比賽較少的對照組，消耗的決策資源也小于對照組。這體現(xiàn)為裁判組和體育生組引發(fā)的P300成分波幅均顯著小于對照組。②裁判組和體育生組之間P300成分波幅差異不顯著，這是因為本次刺激材料選取自2019年裁判員培訓(xùn)教程的培訓(xùn)素材，本身就是針對新手裁判員的入門級培訓(xùn)素材，所有素材的難易程度一致，整體難度不高。體育生組雖然沒有受過專業(yè)的培訓(xùn)，但在日常生活中觀賽經(jīng)驗豐富。在實驗環(huán)境下無法模擬出真實比賽場景，產(chǎn)生臨場壓力、體力消耗等真實比賽中影響裁判員判罰決策的因素［31］，所以僅僅體現(xiàn)出有經(jīng)驗個體和無經(jīng)驗個體之間的P300成分波幅差異明顯，而執(zhí)裁經(jīng)驗豐富的裁判組和欠缺臨場執(zhí)裁經(jīng)驗的體育生組之間決策資源消耗差別不大，引發(fā)的P300成分波幅差異也不明顯。從行為數(shù)據(jù)上看，裁判組間各個被試的按鍵反應(yīng)時總體較為平穩(wěn)，而體育生組間被試的按鍵反應(yīng)時波動較大。這說明受過統(tǒng)一系統(tǒng)訓(xùn)練的裁判員在進(jìn)行判罰決策任務(wù)時，其決策過程和決策時間趨于一致，穩(wěn)定性較強(qiáng)。僅僅是長期觀看足球比賽積累經(jīng)驗的體育生組，其判罰決策過程受到個體間認(rèn)知、反應(yīng)差異的影響，并不穩(wěn)定。

5 結(jié)論與展望

5.1結(jié)論

本文基于個體決策過程的不同階段，嘗試從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的角度探索個體經(jīng)驗對裁判判罰決策的影響路徑，通過事件相關(guān)電位工具，發(fā)現(xiàn)了用以表征決策過程中信息識別和行動選擇聯(lián)系的腦電成分N1和P300成分，為揭示足球裁判員判罰決策的大腦認(rèn)知機(jī)制和決策路徑提供了神經(jīng)層面的證據(jù)，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了經(jīng)驗因素對裁判員判罰決策影響的神經(jīng)機(jī)制。研究認(rèn)為：當(dāng)不同經(jīng)驗水平的個體面對同樣的犯規(guī)場景時，有經(jīng)驗的個體調(diào)用的認(rèn)知資源較少，表現(xiàn)為較小的N1成分波幅；同時，面對同一犯規(guī)場景，不同經(jīng)驗水平個體所消耗的決策資源存在顯著差異，經(jīng)過系統(tǒng)訓(xùn)練、具有較為豐富的臨場執(zhí)裁經(jīng)驗的個體在決策時判斷反應(yīng)更為穩(wěn)定，消耗的決策資源較小，表現(xiàn)較小的P300成分波幅。

依據(jù)研究結(jié)果，明確裁判員判罰決策的2階段模型。如圖9所示，在足球裁判進(jìn)行判罰決策時，首先產(chǎn)生的是一個識別過程，其標(biāo)志N1成分活躍，在這個階段裁判員需要調(diào)動識別資源，捕捉犯規(guī)信息。之后進(jìn)入選擇決策階段，其標(biāo)志P300成分活躍，裁判員根據(jù)前一階段捕捉的信息，結(jié)合足球比賽判罰規(guī)則做出犯規(guī)或者不犯規(guī)的判罰決策。結(jié)合之前不同經(jīng)驗水平的個體所引發(fā)的N1成分和P300成分波幅的差異，認(rèn)為經(jīng)驗因素在對發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的疑似犯規(guī)行為和是否判罰該行為犯規(guī)這2個階段中均會影響裁判員的判罰決策。

圖9 裁判員判罰決策過程模型Figure 9 The stage model of refereeing decision

在VAR技術(shù)應(yīng)用日益成熟的今天，一方面在實踐層面上可以依據(jù)本文理論支撐，根據(jù)裁判員不同的經(jīng)驗水平設(shè)計相應(yīng)的VAR介入標(biāo)準(zhǔn)，讓足球比賽在保證公平公正的同時，不失去原有的流暢性，不影響觀眾的觀賽體驗。另一方面可以根據(jù)裁判員在認(rèn)知和選擇決策階段中不同的心理特點(diǎn)，設(shè)計更為細(xì)化的足球裁判培養(yǎng)計劃，并根據(jù)該模型設(shè)計相應(yīng)的糾偏機(jī)制，為足球裁判員的預(yù)備選拔、臨場執(zhí)裁以及事后分析3個層面提供理論借鑒，從而提升足球裁判員的判罰決策準(zhǔn)確性，為提升我國足球水平和職業(yè)聯(lián)賽比賽質(zhì)量，做大做強(qiáng)足球產(chǎn)業(yè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

5.2 展望

本文尚存一些不足之處，在實驗材料的選取、實驗程序的設(shè)計方面尚存在需要改進(jìn)的地方。后續(xù)研究可以針對不同經(jīng)驗水平的被試在面對難度差異、環(huán)境差異的決策任務(wù)時，揭示其決策行為和背后神經(jīng)活動變化機(jī)制和影響機(jī)理，從而進(jìn)一步完善和豐富針對裁判員個體的判罰決策神經(jīng)機(jī)制的研究范式。

事實上，決策行為對于包括體育運(yùn)動在內(nèi)的人類活動起到了至關(guān)重要的作用。體育學(xué)研究，除了本文涉及的裁判員判罰決策外，還包含運(yùn)動員的運(yùn)動決策、教練員針對比賽現(xiàn)場進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)調(diào)整的風(fēng)險決策、體育消費(fèi)者的品牌決策、體育觀眾的觀賽決策等大量的決策場景［33］。因此，將神經(jīng)管理學(xué)研究范式應(yīng)用于體育學(xué)的決策研究中，發(fā)掘不同體育場景中情緒狀態(tài)、年齡和性別等個體因素對參與體育運(yùn)動各類人群的決策影響神經(jīng)機(jī)制將有重要意義。此外，隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的FMRI、EEG、眼動及近紅外成像等技術(shù)不斷發(fā)展，便攜式、高分辨率的儀器為解決體育學(xué)中實踐場景問題提供了便利條件。

總之，隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究方法和研究范式被不斷應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)等社會科學(xué)領(lǐng)域，并取得一系列重要的研究成果，相信認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與體育學(xué)的相互融合與相互借鑒會對體育學(xué)未來的研究產(chǎn)生重要影響，形成一套融合多學(xué)科知識的解決機(jī)制，為體育學(xué)研究提供新的研究思路。

作者貢獻(xiàn)聲明：

丁建嵐：設(shè)計論文框架，提出實驗思路，采集、核實實驗數(shù)據(jù)，撰寫、修改論文；

黃 謙：提出論文選題，指導(dǎo)撰寫論文，審核修改論文；

張 犁：完善實驗思路，采集、分析實驗數(shù)據(jù)，撰寫論文；

馬林曉：采集實驗數(shù)據(jù)，校對論文；

丁逸菲：采集實驗數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)；

王歡慶：校對論文。