馮敏 周云鶴

(同濟大學運動與健康研究中心 上海 200092)

適宜的運動可維持人體健康狀態(tài)，如預防及緩解人類的抑郁情緒，對心肺生理功能和骨骼肌肉等系統(tǒng)具有明顯的保護作用，對糖尿病等慢性病有明顯的預防和干預作用等［1］。尤其是新型冠狀病毒肺炎疫情暴發(fā)以來，疾病的治療和康復很大限度上依靠人體自身的免疫系統(tǒng)，因此，強健的體魄成為人類生存的重要基礎和關鍵。上海醫(yī)療救治組專家張文宏指出，最有效的藥物，是人的免疫力。我國呼吸病領域權威專家，國家衛(wèi)健委高級別專家組組長鐘南山院士，以84歲的高齡，積極投身到抗疫最前線。他用自己常年堅持運動的身體成果，來主持中國抗疫大局，這是運動促進健康并提高工作精力的最好例證。運動在疾病的預防、治療以及延緩衰老的過程中，表現(xiàn)出與“藥物”相近的防治原理，具有與藥物相似的劑量—效應依賴關系、時間—效應累積關系等藥效學及藥理學特點［2］。這種特點在世界衛(wèi)生組織提出的運動促進全球健康建議中被特別強調。

該文將從運動情境下的運動決策與選擇等方面的神經(jīng)生理機制入手，來深入剖析運動實踐的神經(jīng)生理效應影響。以期為疫情影響下的運動類課程的設計、構建和實施提供借鑒，有助于運動學習的研究者、設計者和實施者運用這一成果改進運動類課程的開發(fā)與應用。

1 運動情境下大腦的運動決策與選擇

運動情境中，運動決策與選擇非常重要。運動技能的學習和掌握、運動成績的穩(wěn)定和提高、運動表現(xiàn)的發(fā)揮和優(yōu)異，都與運動決策和選擇息息相關。運動是一種具體的應激狀態(tài)，運動者必須選擇運動形式并且執(zhí)行才能實現(xiàn)這種應激的發(fā)生。運動決策是運動參與者在運動情境中進行信息的處理，主要表現(xiàn)為感知運動信息、選擇特定信息、分析加工傳入信息、輸出信息并且采取具體行動的整個過程［3］。運動決策與選擇是由人腦來完成的。腦神經(jīng)之間信息的流暢通行，對運動技能的學習和運動能力的運用至關重要。人腦通過不同的功能區(qū)域［4］來選擇和決策個體的具體運動表現(xiàn)，并在運動情境下與外部世界的互動中會形成運動感覺、運動知覺和運動記憶，存儲在大腦相應的區(qū)域，如視覺區(qū)、運動區(qū)等［5，6］。各腦區(qū)之間既有各自的任務特性，也有互相合作的特點。

現(xiàn)有的運動解剖功能分析、電生理數(shù)據(jù)和功能性磁共振成像等技術研究表明，位于人的大腦后頂葉皮層區(qū)域和運動前區(qū)皮層區(qū)域是決定人體的知覺運動整合的重要結構。而建立正確的運動動作記憶痕跡，則是由皮質—紋狀體、皮質—小腦以及邊緣（海馬）等區(qū)域和結構來完成的［7，8］（見圖1）。在體育運動情境中，常見的狀態(tài)是，運動者必須排除所有外界的無關干擾，集中全部精力于運動任務信息的執(zhí)行中。在這一過程中，運動參與者需要進行視覺運動目標追蹤，這種運動追蹤目標，可能是單目標，如乒乓球、高爾夫球等，也可能是多目標，如足球等。在這種運動目標的追蹤任務中，運動參與者需要對所追蹤目標的運動空間、行進速度、運動角度和方向、行進軌跡以及目標定位信息等進行搜集、整合、加工并且做出預測，才能在運動情境中做出合理、優(yōu)化和即時的運動選擇和決定［7］。

圖1 運動選擇和決策的神經(jīng)調控機制

此外，有研究表明，運動參與者的動作決定與選擇，也需要大腦背外側的前額葉皮層參與完成［9］。運動參與者在進行一些高策略、開放性的運動比賽時，例如網(wǎng)球比賽，在做運動決策時，必須要在短時間內(nèi)利用僅有的少量信息迅速做出運動決定，而這種決定的運動結果可能具有不確定性。這就對運動參與者的大腦區(qū)域的獨立信息處理能力和相互間的信息融合要求非常高。在搜尋和追隨運動目標的過程中，運動參與者的大腦需要同時進行多種信息接收和加工，如運動物體的速度、方向和角度，還要整合自己身體各個部位的動作，并且要調節(jié)物體在三維空間環(huán)境中運動時雙眼視軸的輻合［10］。當運動目標的運動速度加快、運動角度突然變化或者運動軌跡發(fā)生改變時，追蹤者的眼動速度就會慢于目標速度的改變，從而導致追蹤的增益降低，即追蹤者的眼動速度與目標速度的比率變化了。這種增益降低，會導致追蹤者和運動目標之間的位置誤差不斷擴大［11］。運動者就需要調節(jié)不同的眼跳幅度來逐漸縮小與追蹤目標之間的誤差，甚至可以通過預測來調節(jié)眼動幅度，使視覺追蹤提前到運動目標之前的特定位置上，從而提高追蹤增益［12］。這是運動者各腦區(qū)之間短期快速聯(lián)合行動，做出運動決策，甚至提前預判的特別機制。運動過程中的即時決策能力，是運動參與者對運動目標的空間位置、接觸時間、運動角度和速度、預測性變化等時空特征表征［13-16］的信息接收、整合與反饋，并進行預測的行為能力。

運動的執(zhí)行功能可以對大腦相關功能區(qū)進行刺激，從而對大腦形成改善效應，這種改善是大腦可塑性變化的結果。大腦的可塑性是人腦在外界變化環(huán)境和自身行動經(jīng)驗的相互作用下，不斷重塑和改變腦神經(jīng)結構和執(zhí)行功能的結果。人腦的執(zhí)行功能在完成運動過程中處理復雜的認知任務時，對各種基本認知過程進行升級協(xié)調和調控，提升到更高級的認知過程。大腦用位于額葉前端的執(zhí)行功能區(qū)（executive function，EF）或中央控制功能區(qū)來指揮協(xié)調其他相關腦區(qū)的共同工作。EF是大腦進行學習、推理、決策與選擇、解決問題和智力活動的重要部位。在運動過程中，復雜的運動活動，像發(fā)球、接球等，EF 除了執(zhí)行基本功能外，還要完成一系列的管理任務，包括選擇運動目標、確定運動任務、制定具體行動、保持注意力、控制情緒表現(xiàn)、還要檢查與評價運動效果等。這些活動涉及大腦的多個區(qū)域，需要聯(lián)合融合信息并統(tǒng)籌，因此EF 區(qū)要對各個腦區(qū)進行協(xié)調、調度、整合和控制［17］。在面臨眾多目標任務要求時，EF 區(qū)必須做出即時決定，哪些信號重要、哪些信號可以忽略、哪些信號需要馬上加工并反饋［18］。EF區(qū)在大腦決策過程中如此重要，卻是一個發(fā)育較晚的器官。已有研究顯示，EF區(qū)的發(fā)展高峰期主要在青春期后期發(fā)生［19］。而這一時期，正好處于大學教育階段，所以在大學期間開展不同強度的綜合學習、運動、決策等任務，來刺激大腦功能區(qū)的發(fā)育，促進大腦EF區(qū)的發(fā)展，事半功倍。

2 視覺搜索及注意力選擇對運動決策的影響

在運動過程中，視覺對運動信息的接收、反饋，對運動的決策制定具有重要作用。大腦顳葉主要負責識別運動中的視覺對象，并形成視覺長期記憶。枕葉也參與運動過程中的視覺搜尋、視覺注意等基本運動認知加工過程［20］。楔前葉位于大腦的頂葉皮層，而頂葉與注意力選擇、反應沖突、問題的解決等高度相關。枕葉與頂葉一起構成了人腦的視覺聯(lián)合皮層，是運動參與者完成多種運動認知加工過程的重要大腦皮層系統(tǒng)。視覺聯(lián)合皮層與運動功能的相關研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)倪\動練習，可以讓人腦的初級和次級視覺皮層系統(tǒng)發(fā)生可塑性改變［21］。此外，有研究者通過測試從事棒球、羽毛球、網(wǎng)球、攀巖等項目的運動員發(fā)現(xiàn)，視覺運動追蹤能力是高水平運動員的運動特質之一，對擊球的準確性以及運動預判效果具有重要影響［22，23］。運動參與者進行專門的視覺運動追蹤訓練后，其視覺搜尋能力、注意力程度、手眼協(xié)調能力、動作反應速度以及預判預測能力，都有顯著性提升［24］。

前扣帶回對運動的決策也具有一定影響。研究顯示，前扣帶回在運動過程中，與前額葉相互配合，執(zhí)行發(fā)現(xiàn)錯誤、解決沖突、抑制無關干擾等功能控制［25，26］。執(zhí)行控制的雙系統(tǒng)模型理論意味著，前額葉與前扣帶回在執(zhí)行控制中大多數(shù)情況下會同時激活，前扣帶回的主要功能是監(jiān)控沖突或錯誤檢測，前額葉則主要負責抑制不相容反應的調節(jié)［27，28］。前扣帶回和前額葉形成的控制雙系統(tǒng)，對運動過程中的決策制定、行動反饋等至關重要。

運動需要選擇和啟動正確的動作才能達到有效的運動目的。有研究表明，運動參與者的視覺認知加工，需要大腦基底神經(jīng)節(jié)和枕葉模塊之間的連接，具體表現(xiàn)在基底神經(jīng)節(jié)—枕葉、枕葉—頂葉聯(lián)合皮層、枕葉—額葉聯(lián)合皮層、枕葉—顳葉聯(lián)合皮層［29］。最近研究發(fā)現(xiàn)，基底神經(jīng)節(jié)在運動控制中的作用非常廣泛：基底神經(jīng)節(jié)—頂葉聯(lián)合皮層的連接也參與運動過程中的視覺認知調節(jié)。而且基底神經(jīng)節(jié)參與調控運動速度、運動方向、運動角度和運動強度，同時還參與動作學習效果的調控［30］。體育運動的特性要求，參與者在運動過程中，需要根據(jù)接收到的不同視覺刺激信息，即時做出選擇和決定，隨時調整和變換身體動作，以適應運動過程中的任務變化。因此，體育運動對于楔前葉和枕下回共同構成的視覺聯(lián)合皮層的整合能力要求非常高，并使視覺聯(lián)合皮層發(fā)生可塑性變化［31］。

在真實的運動情境中，運動目標可能會發(fā)生速度、角度甚至軌跡的不定時變化，有時運動可能會被遮擋，運動參與者的視覺系統(tǒng)必須對追蹤的運動目標進行時空特征和運動轉換的信息加工，通過視覺聯(lián)合皮層的整合，建立連續(xù)性的信息加工和反饋系統(tǒng)，并經(jīng)由前扣帶回和前額葉形成的控制雙系統(tǒng)，是發(fā)揮運動預測功能，就行為層面上對追蹤目標空間位置或碰撞時間、眼動層面上對追蹤目標經(jīng)歷遮擋后重新出現(xiàn)位置、神經(jīng)活動層面上的決策行動等進行預測［32］。

運動類實踐課程的形式和內(nèi)容上需要模擬和營造真實的運動追蹤任務，對于學習者的運動決策和選擇訓練效果會產(chǎn)生積極的影響［33］。如何設計、開發(fā)和實施具有真實的運動決策和追蹤任務的運動類課程，需要相關人員進行積極思考與推進。未來研究者應綜合應用多種方法和技術，針對不同運動項目的特征設計研發(fā)運動訓練、決策及測評系統(tǒng)，同時結合自我報告、認知行為學以及神經(jīng)科學等方面對運動、訓練和比賽效果進行評價和反饋。

3 結語

真實運動情景下的時間、空間信息的獲得與融合，運動決策與選擇和社會交互等相關神經(jīng)活動的激活，是促進運動學習的神經(jīng)生理效應機制。

如何設計、開發(fā)和實施具有真實的運動決策和追蹤任務的運動類課程，需要相關人員的積極思考與推進。未來研究者應綜合應用多種方法和技術，針對不同運動項目的特征設計研發(fā)運動訓練、決策及測評系統(tǒng)，同時結合自我報告、認知行為學以及神經(jīng)科學等方面對運動、訓練和比賽效果進行評價和反饋。