專家與新手運動表象過程中的腦電變化特點研究

安 燕，鄭樊慧

（上海體育科學(xué)研究所，上海200030）

隨著競技運動的飛速發(fā)展和競爭的日益激烈，對心理訓(xùn)練的重視度逐漸加強，世界各國體育界在大力提升專項技能訓(xùn)練的同時，也逐步加入對運動員心理技能的訓(xùn)練和干預(yù)，其中表象訓(xùn)練是體育運動實踐中較廣泛采用的心理訓(xùn)練方法之一，也是運動心理學(xué)研究的重要內(nèi)容。表象訓(xùn)練最初被用于射擊運動員訓(xùn)練中動作技能的完善和心境狀態(tài)的干預(yù)，并且有很多的研究已經(jīng)證明表象可以幫助運動員加快新技能的學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤動作、演練整個比賽計劃與比賽策略以及增強動機、增加自信、降低緊張和保持注意力。

心理表象的研究始于20世紀早期，縱觀國內(nèi)外的相關(guān)文獻，從研究內(nèi)容來看，表象訓(xùn)練的研究大多集中在以下幾個方面：

第一，表象訓(xùn)練對運動技能的掌握，研究一般認為表象訓(xùn)練有利于運動技能的學(xué)習(xí)和表現(xiàn)。如Blair等（1993）研究在非優(yōu)秀和優(yōu)秀足球運動員的常規(guī)訓(xùn)練中加入表象練習(xí)會產(chǎn)生何種影響［1］。結(jié)果顯示表象組成績顯著性提高，控制組沒有改變，表象組中非優(yōu)秀和優(yōu)秀足球運動員提升程度是相同的，他們建議運動員應(yīng)該在常規(guī)身體練習(xí)中進行特定認知功能的表象練習(xí)。曹秀端等（2007）的研究也得出在木蘭拳套路教學(xué)中，有意識、有目的地運用表象訓(xùn)練與常規(guī)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，不僅能改進和提高套路技術(shù)動作，而且能加快學(xué)生對木蘭拳套路動作的熟練掌握［2］。

第二，表象訓(xùn)練對運動員心理狀態(tài)的影響。研究表明表象可以緩解賽前焦慮、重建對焦慮的感知和增強自信心，Bandura（1997）指出表象可能影響自我對表現(xiàn)的評價和評估［3］。Evans等（2004）的實驗表明，一名優(yōu)秀的橄欖球運動員在賽季進行了為期14周的運動表象訓(xùn)練后，表象的清晰性、生動性得到了改善，能更好地控制焦慮并增加了動機和自信水平［4］。

第三，表象對體育教學(xué)效果的影響。我國的研究主要集中在這一領(lǐng)域，大量的研究表明，教學(xué)中運用表象訓(xùn)練可以加快動作技能的形成速率，提高動作技能的完成質(zhì)量。例如，張志成（2008）將表象練習(xí)應(yīng)用于高校女子排球教學(xué)中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用表象訓(xùn)練法進行教學(xué)的實驗組成績明顯優(yōu)于對照組［5］。同樣，范旭東、卜為凡以及曹丹分別在羽毛球網(wǎng)前技術(shù)、網(wǎng)球和游泳教學(xué)中都得出了類似的研究結(jié)果［6－8］。

由上可知，表象的研究較偏重于表象訓(xùn)練效果的研究，而對表象的測量則一般采用自陳式報告進行，如測量運動表象能力的問卷有運動表象清晰性問卷（V MIQ）、運動表象問卷（MIQ；Hall ＆Pongrac，1983）以及 MIQ的修訂版；測量運動表象使用情況的問卷有表象使用問卷（Hall et al，1990；Weinberg等2003年修訂）、運動表象問卷（SIQ，Hall，Mack，1998）和鍛煉表象問卷（EIQ，Hausendas et al，1999）。然而，以自陳式報告進行的研究結(jié)果可能缺乏效度。現(xiàn)在，可以使用腦電圖（EEG）測試儀對表象進行測量，它是一種無創(chuàng)的、非侵入式的測量皮層活動的方法。1934年Adrian和Matthews在研究中首次提出EEG的改變與表象之間存在聯(lián)系［9］。近年來的腦功能成像研究也發(fā)現(xiàn)，一些實際運動時產(chǎn)生的皮層或皮層下區(qū)域的活動也會在表象或心理演練時出現(xiàn)，主要的運動皮層也參與運動表象活動。當(dāng)人們僅是想象此動作而未執(zhí)行時，同樣也會在大腦感覺運動區(qū)域產(chǎn)生與執(zhí)行此動作相同的腦電模式［10］。也就是說實際運動時激活的大腦區(qū)域在進行運動表象時也會被激活。Gevin（1993）討論高解析度的EEG時認為，腦波在心生理學(xué)的測量系統(tǒng)中，其所具有之優(yōu)異的時間解析力和合理的空間解析功能，對于探究意象活動時的腦部神經(jīng)生理活動，確有很大的幫助［11］。

自1934年之后，有許多學(xué)者運用EEG對表象進行了研究，由于α波是人大腦中主要的腦電節(jié)律，其出現(xiàn)與放松狀態(tài)和缺乏積極的認知過程有關(guān)，因此主要以α波為研究指標(biāo)。Short（1953）認為α節(jié)律的抑制是視覺表象的一個客觀指標(biāo)［12］。Davidson和Sch wartz（1977）在大腦視覺（枕部）和觸覺（頂葉）區(qū)域同時測量α節(jié)律，雖然在視覺和觸覺表象中總的α衰減不存在差異，但視覺表象條件下最大的α衰減位置在視覺區(qū)域，觸覺表象中最大的α衰減位置在觸覺區(qū)域［13］。而且，F(xiàn)arah等（1992）的研究指出枕部區(qū)域損壞會損害視覺心理表象［14］。我國學(xué)者在運動領(lǐng)域中運用腦電進行研究始于20世紀50年代后期，主要通過腦電圖、腦電地形圖、腦象圖（EEQG）、腦漲落圖（SET）等技術(shù)，從不同角度、不同層面了解運動員大腦功能特征，應(yīng)用在運動員科學(xué)選材、頭部損傷診斷和機能綜合評定方面，在為高水平運動員的科技服務(wù)中取得了許多寶貴的研究成果。在他們的研究中也發(fā)現(xiàn)表象時α波受到抑制，張振民等（2002）對13名中國乒乓球隊世界運動員的大腦生物電活動進行跟蹤監(jiān)測，在進行表象競賽時發(fā)現(xiàn)：α波受到抑制，同時提出腦電α波被抑制的程度與運動員的競技狀態(tài)有關(guān)。冠軍隊員α波被抑制的數(shù)值與銀、銅牌得主比較有顯著性差異（p＜0.01），后備人才與銀銅牌得主無明顯差異［15］。在對射箭（何洋，2007）和自行車（鄒榮琪等，2009）運動員進行運動表象時得出了相似的研究結(jié)果［16，17］。從我國現(xiàn)有的資料文獻中可以發(fā)現(xiàn)，專門運用EEG進行運動表象研究還不多見。

但是對運動表象中α波的變化有研究者也得出了不一樣的結(jié)果，如Mar ks和Isaac（1995）通過視覺表象清晰性問卷（VVIQ）和運動表象清晰性問卷（V MIQ）從60名參與者中篩選出研究被試（8名得分最高者和8名得分最低者，得分為兩問卷分數(shù)的加和［18］）。他們發(fā)現(xiàn)視覺表象中表象清晰者和非清晰者EEG形式有顯著性差異，表象清晰者在視覺表象中α波受到抑制，因此他們也認為α波衰減是視覺表象的一個客觀指標(biāo)。但在運動表象任務(wù)中，表象清晰者和非清晰性者雖存在顯著性差異，但發(fā)現(xiàn)α波的變化與視覺表象相反，運動表象中表象清晰者的α波增加而不是受到抑制。因此，對于α波在運動表象中的變化需要進一步的研究證實。

根據(jù)以上文獻分析可見，目前對運動員表象的研究主要集中在α波，而沒有考察β等其它頻段的腦電變化，而且對于專家與新手之間在運動表象過程中的腦電變化特點的研究很少。基于此，本文旨在研究同一項目運動員在運動表象過程中各頻段的腦電波變化，以探討運動表象時大腦的活動特點，為客觀評價運動員表象能力提供科學(xué)、客觀參考依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

實驗組為上海市優(yōu)秀射箭運動員8名（男4名，女4名），健將級，年齡為20.38±1.51，均為右利手；對照組為華東師范大學(xué)體育與健康學(xué)院學(xué)生19名（男8名，女11名），年齡為25.26±2.00，均為右利手，均無射箭經(jīng)歷。

1.2 測試儀器

超慢漲落視頻腦電圖儀（北京太陽電子科技有限公司生產(chǎn)）。

1.3 研究方法

在實驗正式實施前，研究者向每位被試詳細說明實驗?zāi)康暮蛯嶒灮境绦颍⒔榻B腦電的基本知識和原理，讓被試對腦電實驗形成正確認知，消除恐慌情緒。由于對照組都沒有射箭經(jīng)歷，為使被試熟悉射箭的過程，可以對動作進行表象，同時也使整個實驗所有被試的表象動作一致。由上海市優(yōu)秀射箭運動員對規(guī)定動作進行錄像，動作標(biāo)準(zhǔn)。新手在正式實驗前觀看射箭錄像，直到對動作熟練可以進行表象，隨后進行實驗，表象完整的射箭動作。

實驗中電極的安置采用國際腦電圖學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)安裝法（國際10／20系統(tǒng)電極放置法），16導(dǎo)聯(lián)（單導(dǎo)）分別安置在左右對稱的前額（FP1、FP2）、額區(qū)（F3、F4）、中央?yún)^(qū)（C3、C4）、頂區(qū)（P3、P4）、枕區(qū)（O1、O2）、前顳區(qū)（F7、F8）、中顳區(qū)（T3、T4）和后顳區(qū)（T5、T6），雙耳為參考電極，前額正中接地線。

實驗中記錄安靜時腦電1 min，然后記錄被試運動表象時的腦電，被試表象自己站在起射線上，從開弓、固勢到撒放整個動作不停頓，一氣呵成，射中紅心。共三次，每完成一次后睜眼，聽到主試指示后，然后閉眼，開始進行下一次。最后記錄被試安靜、清醒狀態(tài)腦電1 min。

整個測試過程中，被試坐于椅子上，輕閉雙目，兩手自然放于腿上，盡量不眨眼、不轉(zhuǎn)動眼球，保持清醒，勿入睡，室內(nèi)光線勿強。實驗結(jié)束，主試保存實驗記錄，斷開放大器與電極帽的連接，拆下電極帽，對實驗儀器（電極）進行清洗、晾曬、吹干。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件和Excel軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，統(tǒng)計數(shù)據(jù)均采用均數(shù)加減標(biāo)準(zhǔn)差表示（x±s）。大腦左右半球間比較采用重復(fù)測量方差分析，組間比較采用非參數(shù)Mann－Whitney U檢驗分析。p＜0.05為顯著性差異，p＜0.01為非常顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 安靜狀態(tài)下各個腦區(qū)各頻段腦電功率譜百分比的差異性比較

經(jīng)獨立樣本非參數(shù)性檢驗結(jié)果顯示，安靜狀態(tài)下專家與新手各個腦區(qū)δ頻段、θ頻段、α頻段及β頻段的功率百分比均無顯著性差異（p＞0.05）。因此，在實驗的數(shù)據(jù)分析中各頻段安靜狀態(tài)下的數(shù)據(jù)不作為協(xié)變量進行分析。

2.2 表象狀態(tài)下各個腦區(qū)δ、θ頻段腦電功率譜百分比的差異性比較

表象狀態(tài)下，δ頻段大腦左右半球8個腦區(qū)無顯著效應(yīng)，F(xiàn)（1，24）＝0.002，P＝0.961。對比專家與新手δ頻段16個腦區(qū)的腦電功率譜百分比發(fā)現(xiàn)，專家在各個腦區(qū)的功率百分比低于新手，進一步結(jié)果顯示，δ頻段專家與新手在左前額（FP1）、左中央?yún)^(qū)（C3）、左頂區(qū)（P3）和左枕區(qū)（O1）存在顯著性差異（p＜0.05）。θ頻段大腦左右半球8個腦區(qū)無顯著效應(yīng)F（1，24）＝2.690，P＝0.114，同時在16個腦區(qū)也不存在顯著性差異（p＞0.05），專家在各個腦區(qū)的功率百分比低于新手。

表1 表象狀態(tài)下專家與新手δ頻段顯著性腦區(qū)的腦電功率譜百分比

2.3 表象狀態(tài)下各個腦區(qū)α、β頻段腦電功率譜百分比的差異性比較

表象狀態(tài)下，α頻段大腦左右半球8個腦區(qū)無顯著效應(yīng)，F(xiàn)（1，24）＝1.662，P＝0.210；β頻段也是如此，F(xiàn)（1，24）＝1.262，P＝0.272。對比專家與新手α頻段16個腦區(qū)的腦電功率百分比發(fā)現(xiàn)，專家各個腦區(qū)的功率百分比高于新手，β頻段兩者不存在規(guī)律性對比，進一步研究發(fā)現(xiàn)，α頻段兩者在左中央?yún)^(qū)（C3）和左頂區(qū)（P3）、右頂區(qū)（P4）和左枕區(qū)（O1）存在顯著性差異（p＜0.05）。β頻段專家與新手在右頂區(qū)（P4）存在顯著性差異（p＜0.05），在右枕區(qū)（O2）接近顯著性差異。

表2 表象狀態(tài)下專家與新手α頻段顯著性腦區(qū)的腦電功率譜百分比

表3 表象狀態(tài)下專家與新手β頻段顯著性腦區(qū)的腦電功率譜百分比

2.4 α頻段安靜與表象狀態(tài)腦電功率百分比差異性比較

經(jīng)相關(guān)樣本非參數(shù)性檢驗結(jié)果顯示，與安靜狀態(tài)相比，專家16個腦區(qū)均不存在顯著性差異，發(fā)現(xiàn)除右中顳區(qū)（T4）減少外，其余腦區(qū)功率百分比均增加；新手在頂區(qū)（P3、P4）、枕區(qū)（O1、O2）和后顳區(qū)（T5、T6）存在顯著性差異（p＜0.05），其余腦區(qū)不存在顯著性差異，發(fā)現(xiàn)除右前顳區(qū)（F8）增加外，其余腦區(qū)功率百分比均減少。

圖1 專家α頻段安靜與表象狀態(tài)腦電功率百分比比較

圖2 新手α頻段安靜與表象狀態(tài)腦電功率百分比比較

3 分析與討論

大腦中的神經(jīng)細胞產(chǎn)生的電活動可以到達頭皮的表面，在1929年Hans Berger（1873－1941）就通過在人的頭皮安放電極記錄到腦電活動從而發(fā)現(xiàn)了EEG。腦電圖基本上由頻率和振幅構(gòu)成，根據(jù)頻率不同將正常的腦電圖分為四種基本的波形：α波、β波、θ波、δ波。已有研究已發(fā)現(xiàn)，不同腦電波對應(yīng)著不同的生理和心理狀態(tài)。δ波和θ波屬于慢波，一般δ波與正常人的睡眠以及病理條件有關(guān)；在困倦狀態(tài)下會出現(xiàn)θ波。α波，表示大腦處于安靜平和狀態(tài)，大腦愈是安逸，α活動愈是明顯增強，現(xiàn)代科學(xué)積極倡導(dǎo)α波為人們學(xué)習(xí)與思考的最佳腦波狀態(tài)。β波是大腦皮層處在緊張活動狀態(tài)時的主要腦電活動，表示大腦處在警覺興奮狀態(tài)，注意力集中于外在環(huán)境，呈分散狀。Ray和Cole（1985）提出α波與注意力有關(guān)，而β波與認知和情感過程有關(guān)［19］。

大腦是一個功能整體，大腦皮質(zhì)可以為左、右前額、額區(qū)、中央?yún)^(qū)、頂區(qū)、枕區(qū)、前顳葉、中顳葉和后顳葉等16個功能區(qū)。不同的功能區(qū)具有特殊的功能，額葉是與運動、嗅覺和高級心理功能有關(guān)的腦部區(qū)域，中央?yún)^(qū)為運動區(qū)，頂葉是負責(zé)儲存軀體感覺信息的腦部區(qū)域，枕葉是皮層上的初級視覺區(qū)，顳葉包括儲存聽覺信息的區(qū)域，大多數(shù)人的語言中樞在左側(cè)顳葉，只有約5%的人在右側(cè)顳葉［20］。

本研究結(jié)果顯示安靜狀態(tài)下專家與新手大腦各波（δ、θ、α、β）在各個腦區(qū)上并未出現(xiàn)顯著性差異，間接說明兩者之間安靜時并未因訓(xùn)練不同而產(chǎn)生差異，兩者安靜時其高級神經(jīng)活動的活躍程度大致相似。在運動表象過程中，研究顯示專家與新手的大腦左右半球8個腦區(qū)中不存在差異，這與Sperry和同事們（1982）的研究不一致，他們對裂腦人的研究認為大腦存在大腦側(cè)性優(yōu)勢，即大腦功能的不對稱性。

在運動表象過程中，本研究發(fā)現(xiàn)，從各個腦區(qū)看，專家與新手之間δ頻段功率百分比在左額極區(qū)（FP1）、左中央?yún)^(qū)（C3）、左頂區(qū)（P3）出現(xiàn)了顯著性差異，在θ頻段不存在顯著性差異，且專家在這兩個頻段的腦電功率百分比低于新手。何洋等在2007年的研究認為不同項目與不同水平的運動員在訓(xùn)練或競賽時的大腦喚醒水平有明顯差別［21］。在進行運動表象時，皮層應(yīng)產(chǎn)生興奮，使其他事物處于抑制狀態(tài)，我們對比專家與新手在各腦區(qū)的功率百分比，發(fā)現(xiàn)專家低于新手，一般認為δ波和θ波與抑制過程相關(guān)，這說明在運動表象過程中，專家的中樞興奮程度高，喚醒水平高于新手。

兩組的α頻段在左中央?yún)^(qū)（C3）和左頂區(qū)（P3）、右頂區(qū)（P4）和左枕區(qū)（O1）存在顯著性差異（p＜0.05）。β頻段兩者在右頂區(qū)（P4）存在顯著性差異，在右枕區(qū)（O2）接近顯著性差異。我們從專家與新手出現(xiàn)差異性的腦區(qū)看，其差異性出現(xiàn)在與運動區(qū)域相關(guān)的腦區(qū)，但是以左側(cè)區(qū)域為主，Mar ks等（1985）的研究也發(fā)現(xiàn)表象清晰者的表象地形圖中皮層的激活在左側(cè)枕部和頂葉區(qū)域分布廣泛［22］。而從大腦半球的左右分工上，以往的研究認為左半球?qū)Ｋ菊Z言、序列和邏輯分析等功能，右半球?qū)Ｋ菊w、空間、想象和直覺等功能，因此認為表象可以等同于空間思維并且集中在右半球。對于此需要進一步的研究來證實。

在表象時，專家α頻段功率百分比高于新手，說明專家大腦皮層興奮性高于新手的興奮性。但與安靜狀態(tài)相比，專家與新手呈現(xiàn)出了相反的變化趨勢，專家在運動表象中的α頻段功率百分比增加，而新手出現(xiàn)衰減。對于α頻段在運動表象中的變化也是出現(xiàn)了不同的結(jié)論，我國學(xué)者張振民、何洋、石巖等在研究中指出運動員進行運動表象時α波受到了抑制，認為此時注意力集中，但在1995年Mar ks和Isaac的研究中發(fā)現(xiàn)運動表象中α波增加而不是受到抑制。本研究出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，筆者認為是新手由于剛剛接觸射箭，對射箭動作的把握可能會花費更多的精力來加工視覺信息從而進行表象，對動作的精細把握不夠，筆者以為新手更傾向于進行運動視覺表象。此外，α波衰減可作為視覺表象的一個特征已得到國外研究者認可（如Farah、Davidson和Schwartz等）。而專家型被試在進行運動表象時對于射箭動作的掌握更加精確，會更關(guān)注動作本身，如肌肉的用力、撒放的時機等。因此，本研究認為在進行運動表象時α波增加。

4 結(jié) 論

4.1 專家與新手之間安靜狀態(tài)下大腦的神經(jīng)活躍程度相似，并未因訓(xùn)練不同而產(chǎn)生差異。在運動表象過程中大腦左右半球并沒有出現(xiàn)大腦側(cè)性優(yōu)勢。

4.2 運動表象時專家與新手的差異性出現(xiàn)與運動相關(guān)的區(qū)域，δ波在左額極區(qū)（FP1）、左中央?yún)^(qū)（C3）、左頂區(qū)（P3）；α波在左中央?yún)^(qū)（C3）和左頂區(qū)（P3）、右頂區(qū)（P4）和左枕區(qū)（O1）；β波在右頂區(qū)（P4）存在顯著性差異。其皮層激活在左側(cè)區(qū)域分布廣泛。

4.3 運動表象過程中α波增加而不是受到抑制，視覺表象中α波出現(xiàn)抑制。

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