視覺失匹配負波及在運動心理學研究中的前景

李四化　張力為

摘 要：在事件相關電位的研究中，通常采用oddball范式獲取視覺失匹配負波，其產(chǎn)生機制有疲勞假說和記憶痕跡假說2種，能夠反映大腦的時間信息自動加工，研究成果主要集中在記憶和注意2個領域。目前，研究具有以通道內(nèi)、主動范式為主，改良實驗范式，重視理論價值，傾向醫(yī)學領域等特點。研究瓶頸是刺激的編輯，突破口是范式的革新。在運動心理學中，可以致力于探討視覺失匹配負波的功能意義和應用價值，體現(xiàn)在理論性探索、實踐性應用和外圍性拓展3個方面。面對體育運動實踐中遇到的問題，可以通過改良oddball范式來解決。

關鍵詞： oddball范式；視覺失匹配負波；運動心理學

中圖分類號： G 804.8 文章編號：1009783X（2012）05055204 文獻標志碼： A

ERP技術是上世紀70年代發(fā)展起來的，它是研究認知過程中最令人寄予希望的手段之一，被譽為“窺測心理活動的窗口”。由于ERP系統(tǒng)記錄的是大腦皮層的誘發(fā)電位；因此，最為重要的就是編輯刺激，oddball范式是常用范式之一，它主要用于誘發(fā)P300、失匹配負波（Mismatch Negativity，MMN）等與刺激概率有關的ERP成分。Squires等[1]于1975年最早使用了oddball范式，Ntnen等[2]于1978年首先在聽覺通道證實并報道了失匹配負波（auditory mismatch negativity，aMMN）。

aMMN的研究成果頗豐，在運動心理學中也有所嘗試[3]，那么占人腦接收外界信息總量70%以上的視覺通道是否也存在失匹配負波呢，這一問題已經(jīng)得到肯定的回答。Tales等于1999年第一次公開發(fā)表論文提及vMMN[4]，其理論依據(jù)傾向于疲勞假說和記憶痕跡假說；其提取原理同樣是偏差刺激ERP成分減去標準刺激ERP成分得出100～250 ms的差異波。可見，能夠誘發(fā)vMMN的不是刺激物本身，而是刺激物之間的差異，這說明它不是大腦低級感覺功能的產(chǎn)物，而是對信息自動加工的反映。隨后，學者們不斷關注并發(fā)表研究成果，Alvarez等[5]和Czigler[6]先后對vMMN的研究進行了梳理和總結。近些年，隨著腦電技術的改善和普及與在不同領域的應用，最新成果不斷涌現(xiàn)；但是運動心理學領域才剛剛起步，由于運動員在比賽和訓練中，要不斷接受外在視覺信息的刺激，并根據(jù)自己的判斷作出合適的反應，而且vMMN是大腦的視覺自動加工、內(nèi)隱認知和無意識等方面研究的客觀指標。因此，vMMN更加貼合運動實際場景，更能說明運動員認知功能，在運動心理學中具有一定的研究前景，可以用于探討不同運動項目運動員信息加工的差別，不同運動等級、運動經(jīng)驗、年齡運動員信息加工的差距，面臨不同比賽壓力、運動情境、身心狀態(tài)時信息加工的差異等。

1 視覺失匹配負波研究的現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)生機制

由于視覺通道以并行加工為主，且視覺感覺記憶的持續(xù)時間較短，所以有學者認為MMN是聽覺通道的特異成分，aMMN的意義就在于對刺激變化的朝向反應[7]。隨后，也有學者發(fā)現(xiàn)視覺通道有類似aMMN的成分[8]。矛盾的存在引起了研究者更大的興趣，并力圖為之找到相應的理論依據(jù)。目前，關于vMMN產(chǎn)生機制的代表性觀點有2種：一種觀點認為中央視覺系統(tǒng)在偏差刺激出現(xiàn)之前已經(jīng)對重復出現(xiàn)的標準刺激形成了一個內(nèi)部表征，而一旦偏差刺激與內(nèi)部表征發(fā)生沖突，vMMN便被誘發(fā)出來，也就是記憶痕跡假說（memory comparisonbasedchange detection hypothesis）；還有一種觀點傾向于疲勞假說（refractory hypothesis），即vMMN是對偏差刺激敏感的神經(jīng)元群興奮的結果，在整個實驗過程中，因連續(xù)的2個偏差刺激之間的間隔較長，所以這些神經(jīng)元始終保持著對偏差刺激的反應性，那些對標準刺激敏感的神經(jīng)元群則因刺激不斷重復而出現(xiàn)適應性疲勞，處于相對不應期。這2種觀點均有各自的支持者，可能的原因是實驗條件的不同導致實驗結果的差異；但是，近年來多數(shù)學者似乎更傾向于前者，原因是從實驗證據(jù)得出了相悖于疲勞假說的結論。

1.2 研究內(nèi)容

研究者利用視覺鑒別、積極反應、消極反應、延遲反應和跨通道選擇反應等設計獲得vMMN，發(fā)現(xiàn)其潛伏期從100 ms至400 ms不等，腦區(qū)分布集中在中央部位和后部枕葉區(qū)域，也有研究發(fā)現(xiàn)其分布在額葉部位，并證實vMMN同樣具有aMMN的特征[9]。在進行腦波評價時，指標通常有基本波形及其變異，潛伏期、波幅、面積，以及特異成分（雙峰波）分析等；研究還發(fā)現(xiàn)其影響因素可能有刺激類型、刺激偏差大小、刺激間隔時間、年齡、疾病、藥物、尼古丁等，這些都提示需要注意研究vMMN的實驗范式。

oddball范式可用于誘發(fā)vMMN，它包括主動和被動范式：主動范式是在一組重復出現(xiàn)的大概率標準刺激中隨機插入刺激參數(shù)不同的小概率偏差刺激，要求研究參與者辨認偏差刺激，現(xiàn)在的研究以主動范式為主；被動范式則讓研究參與者不注意刺激信號。在oddball范式的實驗設計中，有通道內(nèi)實驗設計和通道間實驗設計，先前的研究多數(shù)利用跨通道設計，現(xiàn)在的研究以通道內(nèi)為主。另外，vMMN可以通過不同的刺激類型誘發(fā)出來，如顏色[10]、形狀[11]、亮度[12]、方位[13]、運動方向[14]、空間頻率[15]；還有一些方面，研究成果不集中，如空間位置[16]、刺激遺漏和偏差刺激順序[17]和刺激大小[18]；部分研究還進行了不同刺激類型組合的探討。國內(nèi)也有學者進行了研究，體現(xiàn)在形狀[19]、光柵[20]、方位[21]、形狀和顏色[9]等方面。

總之，研究成果整體不多，集中于2個方向：記憶[13，17，20]和注意[4，10]，尤其是后者的研究在體育運動領域有較大空間（如分析能夠及時、準確、精妙助攻的球類運動員的信息加工特點）；且具有國外研究多于國內(nèi)研究，以通道內(nèi)、主動范式為主，改善oddball范式（以結合等概率范式equiprobable paradigm尤為突出），重視理論價值，傾向醫(yī)學領域等特點。

2 視覺失匹配負波研究的瓶頸

vMMN已經(jīng)有了一定的研究基礎，也引起了學者的關注和嘗試；但是，要想深入和系統(tǒng)地研究vMMN，不僅要總結其研究的重點，還必須清楚研究的瓶頸，即刺激的編輯和數(shù)據(jù)的提取。

2.1 編輯刺激

vMMN在非注意狀態(tài)下常與N1P1波重疊，在注意狀態(tài)下常與N2b部分重疊形成雙峰波。腦電成分不是很純粹，對早期負波（出現(xiàn)在100～150 ms）和晚期負波（出現(xiàn)在200～250 ms）的解釋也存在爭議；因此，需要對刺激的編輯加以探討。研究者發(fā)現(xiàn)等概率范式有可能很好地解決這一問題。應該強調一點，等概率范式的控制刺激和經(jīng)典范式的偏差刺激的概率都是12.5%，這樣使得標準刺激和偏差刺激的概率加大，可能會導致對控制刺激不適應高于對偏差刺激的不適應，從而加大記憶痕跡效應；因此，具體設計上通常加大控制刺激的概率，增加至20%。Kimura等使用經(jīng)典范式和等概率范式的結合以純化vMMN，同時還有效地解釋了晚期負波產(chǎn)生機理[13]。對于vMMN早期負波的解釋，一致認為反映疲勞假說，而對于晚期負波的解釋則有些爭議，一些學者[10，12，18]支持疲勞假說，一些學者[13，17，21]支持記憶痕跡假說。

不管范式怎樣改善，刺激間隔時間不應該過長，有研究[20]嘗試SOA（stimulus onset asynchrony）在200 ms到400 ms之間、ITI （intertrial interval）在750 ms到1 350 ms之間，共80個試次（trial）；有研究[13]將ISI（interstimulus interval）定為500 ms，包括20個165刺激組，刺激呈現(xiàn)時間也不宜過長；上述2位學者選擇了100 ms。Flynn等[11]選用的是ISI為600 ms，呈現(xiàn)時間為400 ms，包括5個225刺激組。研究[17]表明并沒有研究揭示最短的SOA是多少，其實驗中選用的是SOA為14 ms和174 ms，呈現(xiàn)時間為14 ms，包括4個510刺激組（block）。Henderson等 [22]選用的是ISI為900 ms，呈現(xiàn)時間為100 ms，2組300試次。Urban等 [23]選用的ISI為600 ms，呈現(xiàn)時間為200 ms，包括4個170試次。上述刺激類型有顏色、形狀、運動方向等，還有缺失刺激的設計，得到的結果均發(fā)現(xiàn)了vMMN；因此，根據(jù)研究目的，可以選擇相應刺激類型、設定刺激間隔、刺激呈現(xiàn)時間和刺激數(shù)量等。

2.2 提取數(shù)據(jù)

Ntnen等很早就發(fā)現(xiàn)aMMN不受注意的控制，僅反映自動加工的特點；但是，vMMN是否僅反映自動加工的觀點沒有得到普遍的認可。Woods等先后于1992年和1994年得出不同的結論，于是羅躍嘉等提出了跨通路延遲反應實驗范式[24]。一些碩士研究生[9，19]分別使用這種范式得到了vMMN，而且認為僅反映自動加工；但是他們公認在提取數(shù)據(jù)時需要有嚴格的標準。有研究者認為作為一種誘發(fā)電位的差異成分，MMN的提取通常采用相干平均方法獲得不同類型的刺激反應，然后再進行減法處理，得到相應的差異波[25]。這種提取是不容易的，因為實驗中影響因素比較復雜，如刺激本身因素、研究參與者個體因素和實驗環(huán)境因素等，vMMN與P300的競爭關系，信噪比（signal to noise ratio，SNR）過低等；因此，需要優(yōu)化實驗范式，從標準刺激反應信號的可靠性以及多刺激范式設計以提高實驗效率等方面入手，增加偏差刺激的種類。

總之，在探索vMMN的過程中，刺激的編輯和數(shù)據(jù)的提取是研究的瓶頸，而實驗范式的不斷改進則成為研究的突破口，可將vMMN研究推上更高的平臺。面對出現(xiàn)的研究問題和未來的研究前景，需要繼續(xù)加強范式的革新，包括刺激類型、刺激的呈現(xiàn)時間、刺激的間隔時間、刺激的數(shù)量和排列等具體細節(jié)。

3 視覺失匹配負波在運動心理學的研究前景

未來的研究方向最為重要的一點是探討vMMN的功能意義[6]。

3.1 理論性探索

vMMN可以反映大腦的自動化加工，可以用來研究運動員的選擇性注意和無意識水平等認知問題；但是需要理清一些理論性的問題，如產(chǎn)生機制、影響因素和腦區(qū)定位等。

1）關于是否僅反映自動加工和晚期負波產(chǎn)生機理等有爭議的問題還需進一步地澄清；另外，由于vMMN是前注意加工，先于感知，且未發(fā)現(xiàn)感知能力改變和生理改變一一對應的聯(lián)系；因此，還需要進一步研究注意前腦電成分與感知能力的關系，這可以用來研究運動員的運動思維和運動決策等。2）在影響aMMN的因素中，刺激強度、可預見性、刺激含義等不會發(fā)生作用；但是，體育運動中，vMMN會不會受這些因素的影響，需要進一步地研討。3）有學者認為不同的刺激類型可能激活相同的腦區(qū)[5]；因此，需要分析vMMN源定位，且探討其是否與aMMN一樣具有大腦的右側效應。這些理論性知識的探索有助于描述和解釋vMMN的功能意義，并指導實際應用。

3.2 實踐性應用

1）在特定的情境和人群中得到vMMN，分析其差異。如果能夠應用于不同的競技項目，前景比較廣闊；因為運動員獲取外界信息絕大多數(shù)來源于視覺，而且相比之下，情境大多是動態(tài)變化的。考慮到研究的生態(tài)學效度、方位和運動方向刺激類型的研究意義重大，例如，小球類項目可以選用運動的刺激，籃球等受外界干擾較大的項目可進行跨通路的設計。對于相對靜止的運動項目，例如，環(huán)靶射擊可以進行對比度的分析，國際象棋或圍棋可以進行刺激缺失的分析，當然這需要以了解項目特點、把握項目規(guī)律為基礎。根據(jù)不同的項目，在實驗設計和數(shù)據(jù)分析時也應該考慮，有些項目（如射擊）是以正確率高為主要特征，有些項目（如百米跑）以反應快為主要特征，還有些項目（如乒乓球）既要正確率也要反應快。另外，還可以對不同年齡、不同性別、不同運動等級的運動員進行測試，分析運動經(jīng)歷和學習背景對其產(chǎn)生的影響。

2）由于自動加工具有節(jié)約時間、節(jié)省能源、正確率高、速度快等特點，這對運動員運動技能形成和認知加工特點的研究有一定的價值。如可以為動作技能泛化、分化和自動化3階段提供客觀和可靠的大腦活動指標，而且理論上認為通過訓練可以得到提高，實驗證據(jù)就是振幅的增加（證明神經(jīng)的可塑性），所以可以利用專業(yè)的儀器設備（如加拿大FlexcompInfinite10導生物反饋儀），通過神經(jīng)生物反饋的方式訓練特定的腦區(qū)，促進運動員行為和思維習慣的形成；但是，進行類似的研究必須明確2點：刺激的部位和刺激的強度。

3）vMMN還可以評價視覺系統(tǒng)的發(fā)育或康復效果，可應用于運動員的心理選材或運動后的心理疲勞恢復，為其提供深層證實性評價標準，如運動員心理疲勞與否在vMMN的潛伏期和波幅上有無差異。

3.3 外圍性拓展

1）ERP技術側重于考察大腦機制的時間特征（被譽為21世紀的反應時），應該與反映大腦其他特征的技術結合使用，如功能性磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、近紅外光譜技術（near infrared spectrum，NIR）等，共同分析神秘的大腦，以探討心理活動的機制、佐證心理是腦的機能。

2）人類心理加工過程包括控制加工和自動加工2類加工系統(tǒng)。MMN是分析大腦對時間信息自動加工的ERP成分，反映對時間信息控制加工的ERP成分是關聯(lián)負變化（contigent negative variation，CNV），既與自動加工又與控制加工有關的成分是刺激遺漏電位（omitted stimuus potentials，OSPs）[26]，它們與MMN之間關系的探討，以及分析時間信息加工的統(tǒng)一機制都有研究的必要。

3）有些運動員可能是“看到了，做不到”，如何評價其是否能夠做到，實驗室條件下可以嘗試使用觸壓覺（touch and pressure sensation），它在體育運動領域非常重要，若能夠使用oddball范式，加上特殊的呈現(xiàn)和提取手段獲取體感失匹配負波（somatosensory Mismatch Negativity，sMMN），再與vMMN共同分析和評定運動實踐，如運動表象的形成，將比單純使用vMMN意義更大。遺憾的是，在運動心理學領域無人問津。究其原因，可能源于2點：刺激的呈現(xiàn)與系統(tǒng)的采集之間不匹配，以及刺激部位的確定問題（不同項目運動員有不同的身體重點活動部位，即便是同一個運動員身體的不同部位也有不同的刺激感受）。

在進行實際研究的過程中，還需注意以下幾點。首先，研究參與者。學生運動員和大眾鍛煉者可能較好選取；但是，高水平專業(yè)運動員相對來說研究價值更為突出，取得教練員和運動員的認可和配合至關重要。其次，實驗環(huán)境等外部因素。考慮到所有的研究參與者不可能都去專門的腦電實驗室，研究者可以選擇便攜式腦電工作站，在一個安靜通風、溫濕度合適的房間進行實驗；但是這樣的實驗數(shù)據(jù)是否可靠有待考證。再次，現(xiàn)場實驗。研究者為了體現(xiàn)真實性和保證生態(tài)學效度，通常會使用與運動項目緊密結合的實驗材料，在類似實際運動情景或3D模擬的運動場景中實驗，但這些畢竟是實驗室實驗；如果能夠成功進行現(xiàn)場實驗，將更具說服力。最后，綜合評價。作為生理指標的腦電波如何與心理學指標（如主觀感受和心理調查問卷）相結合綜合評價運動員還有待探討。

綜上所述，vMMN在運動心理學中的應用，需要對實驗進行嚴密、精巧的設計，即對oddball范式提出了高要求，改良實驗范式或與其他范式相結合使用成了當務之急。可以說實驗范式演進既是研究的出發(fā)點，又成為研究的創(chuàng)新點和落腳點，有了良好的實驗范式就可以有理可依、有據(jù)可查、有樣可循。

4 小結

1）目前，vMMN在其他領域的研究集中在產(chǎn)生機理的探討和研究內(nèi)容的擴充2大主題。

2）發(fā)展vMMN的研究，需要分析并突破其研究瓶頸，主要體現(xiàn)在刺激的編輯和數(shù)據(jù)的提取2個環(huán)節(jié)。

3）在運動心理學領域，vMMN有廣闊研究前景，可以在理論性探索、實踐性應用和外圍性拓展3個方面加強。實施過程中需要考慮和解決運動實際中遇到的問題，這些均要有良好的實驗范式作為依托。

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