“武術(shù)運動員警察”的Stroop任務(wù)特點

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(1. 上海體育學(xué)院 武術(shù)學(xué)院，上海 200438;2.廣東警官學(xué)院 警體部,廣東 廣州 510230. 3.山東師范大學(xué) 體育學(xué)院,250014)

“武術(shù)運動員警察”的Stroop任務(wù)特點

曹華1,2,趙光圣1,張峰3

(1. 上海體育學(xué)院 武術(shù)學(xué)院，上海 200438;2.廣東警官學(xué)院 警體部,廣東 廣州 510230. 3.山東師范大學(xué) 體育學(xué)院,250014)

為了研究有過武術(shù)運動員經(jīng)歷的警務(wù)人員在注意過程中排除干擾的能力，探索這種能力背后的神經(jīng)機制，我們利用Stroop色-詞任務(wù)范式，使用先進的事件相關(guān)電位技術(shù)(ERP)，對經(jīng)訓(xùn)練組(12人)和對照組(12人)的行為數(shù)據(jù)和腦電數(shù)據(jù)進行記錄與分析。結(jié)果顯示：1)有武術(shù)運動員經(jīng)歷的警員在色-詞刺激一致的條件下反應(yīng)時上慢于對照組(P<0.05)，但正確率更高(不顯著，P=0.144)；2)兩組被試的早期ERP成分的波幅和潛伏期均無顯著差異(P>0.05)；3)有武術(shù)運動員經(jīng)歷的警員的N450的波幅小于對照組(P<0.05)，潛伏期同對照組無顯著差異(P=0.641)。有武術(shù)運動員經(jīng)歷的警員在Stroop任務(wù)中行為層面上體現(xiàn)了傾向于降低反應(yīng)速度以保證反應(yīng)正確率的特點；認知層面上，在沖突控制過程中動用了更少的認知資源，體現(xiàn)了高效的特點。

“武術(shù)運動員警察”；ERP；Stroop效應(yīng)

警察職業(yè)被媒體及公眾視為“高風(fēng)險、高負荷、高強度”的“三高”職業(yè)。“許多研究表明，警察職業(yè)是世界上應(yīng)激性最高的幾項職業(yè)之一”[1]。我國被國際刑警組織稱為警察傷亡嚴重的國家之一。“尤其近年來我國警察傷亡率逐年攀升。在這些傷亡案例中很多都是由于警員自身戰(zhàn)術(shù)失范、技能缺失所造成的”[2]。在日常工作中警察經(jīng)常會遇到各種危險，受害的致命點在于警察大多工作在明處，他們不知道“敵人”是誰，在哪里、什么時候出現(xiàn)、警察的防衛(wèi)與控制往往是被動的。并且許多情況下任何突發(fā)的事情對警察來說都可能是致命的，所以執(zhí)法警察要時刻保持警覺，并能對突發(fā)事件迅速反應(yīng)、有效應(yīng)對。如果一名警察對所臨情況判斷錯誤，很容易會導(dǎo)致自身傷亡、傷及無辜者、過度武力造成嫌疑人傷亡等不良后果。另一方面，在實際工作中很多有武術(shù)運動員經(jīng)歷的警員(本文統(tǒng)稱“武術(shù)運動員警察”，下文研究對象對此概念有界定)在危急時刻智能雙全，成功揖捕罪犯的案例時有發(fā)生。為什么普通警員在應(yīng)激狀態(tài)常會心理崩潰、技能失范，而“武術(shù)運動員警察”卻能夠控制臨戰(zhàn)消極應(yīng)激及時做出有效應(yīng)對呢？

以往的研究通常只關(guān)注武術(shù)訓(xùn)練帶來的身體上的改變，卻忽視了可能發(fā)生的認知功能上的改變。基于大腦可塑性的研究證明了身體訓(xùn)練可以帶來認知的改變[3]，針對運動員的研究也發(fā)現(xiàn)長時間訓(xùn)練可以影響認知功能[4-5]，因此我們有足夠的理由推斷經(jīng)過高強度、持續(xù)地武術(shù)訓(xùn)練的警務(wù)人員在認知功能上也具有自己的特點。在執(zhí)行實際任務(wù)過程中，優(yōu)秀的警務(wù)人員必須能夠排除各種干擾因素的影響，將注意力分配到需要的地方去，這種排除干擾的能力是十分重要的。在信息加工過程中任務(wù)無關(guān)信息對任務(wù)相關(guān)信息的干擾被稱為認知沖突[6]，本研究將對“武術(shù)運動員警察”在認知沖突中的抗干擾能力的特點進行探究。

對認知沖突的研究中，Stroop任務(wù)是最廣泛使用的研究范式。經(jīng)典的Stroop任務(wù)中，被試要對刺激詞的印刷顏色進行辨認，但是該刺激詞的意義可能與印刷顏色相同(紅顏色的“紅”字)，也可能不一致(紅顏色的“綠”字)，結(jié)果顯示判斷不一致的刺激所用的時間更長，錯誤率更高，這一現(xiàn)象被成為Stroop效應(yīng)，它反應(yīng)了干擾信息(字的意義)對目標信息(字的顏色)加工的影響[7-8]。近年來，有學(xué)者試圖借助具有很高時間分辨率的事件相關(guān)電位(event related potential，ERP)技術(shù)對該效應(yīng)的大腦皮層電生理活動進行研究。通常研究結(jié)果中，腦電中的早成分，如P1、N1、P2和N2等，在色-詞一致和不一致條件下，并無顯著差異[9-10]，而N450成分對于色-詞一致性則十分敏感，一般認為其反映了反應(yīng)沖突的監(jiān)控[11]。但實驗材料為漢字的時候，用不一致刺激減去一致刺激得到的N370成分反映了被試抑制無關(guān)信息的反應(yīng)競爭,N370相比于N450潛伏期提前可能是由于中文Stroop 任務(wù)相關(guān)的腦部加工機制與英文的不同所造成的[12]，本研究所采用的實驗素材即為中文。

目前國內(nèi)對于“武術(shù)運動員警察”的認知功能變化研究尚屬空白，本研究選擇認知沖突中的抗干擾能力為切入點，使用Stroop范式，借助先進的ERP技術(shù)，對“武術(shù)運動員警察”在認知沖突中的特點進行探索，尋找其與一般警察相比所具有的優(yōu)勢，從而力求為今后對警察認知能力的基礎(chǔ)研究和訓(xùn)練應(yīng)用提供有科學(xué)依據(jù)的結(jié)論。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究中的24名被試根據(jù)有無“武術(shù)運動員”經(jīng)歷分為兩組：“武術(shù)運動員警察”組和對照組。“武術(shù)運動員警察”組被試均為有武術(shù)、散打、拳擊等格斗類項目二級或以上級別運動員經(jīng)歷的現(xiàn)役警察；此外，要求在最近的三年中堅持進行格斗相關(guān)項目訓(xùn)練，每周平均訓(xùn)練時間大于14小時。對照組被試不具有格斗相關(guān)專業(yè)運動訓(xùn)練經(jīng)歷，并且最近三年內(nèi)無系統(tǒng)“格斗相關(guān)專業(yè)”訓(xùn)練經(jīng)驗，但在其他方面與“武術(shù)運動員警察”訓(xùn)練組匹配。所有被試均為男性警察，其中“武術(shù)運動員警察”訓(xùn)練組年齡為30.0±4.1歲，對照組為27.8±2.4歲，兩組被試之間年齡無顯著差異(P>0.05)。

所有被試均為右利手，視力正常或者矯正后正常，無色盲色弱，無腦部損傷或精神病史，并且在實驗前24小時內(nèi)無酒精或咖啡因攝入。所有被試在充分了解實驗要求和任務(wù)后，閱讀并簽署被試知情同意書，并被告知在實驗后會給予適當(dāng)報酬。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗設(shè)計

實驗采用2(組別：“武術(shù)運動員警察”組、對照組)×2(色-詞一致性：一致、不一致)兩因素混合設(shè)計。自變量包括組別和色-詞一致性，其中組別為被試間變量，色-詞一致性為被試內(nèi)變量。因變量包括被試完成任務(wù)的行為數(shù)據(jù)(反應(yīng)時和準確率)和ERP數(shù)據(jù)(波幅和潛伏期)。

1.2.2 實驗刺激

實驗參考經(jīng)典Stroop實驗中所使用的刺激，選取的刺激材料為宋體漢字“紅”、“綠”、“藍”三個字，這三個字的字體顏色隨機為紅、綠、藍三種顏色中的一種，若字的意思同字體顏色一致，則該試次視為色-詞一致，如藍色字體顯示的漢字“藍”，當(dāng)字的意思與字體顏色不一致時，則該試次視為色-詞不一致，如藍色字體顯示的漢字“紅”。實驗程序由E-prime軟件編寫，整個實驗過程中，屏幕背景為黑色，色-詞一致與不一致試次的比例為1：1，呈現(xiàn)時間為100 ms。

1.2.3 實驗流程

本實驗在廣東警官學(xué)院的封閉實驗室中進行，該實驗室光線柔和，無噪音或電磁干擾。被試在完成準備后關(guān)閉手機等通訊工具防止干擾，端坐在實驗臺前，獨自完成實驗任務(wù)。被試頭部固定于U型支架上，以減少不必要的頭部移動，眼睛與顯示器的中心對齊。實驗所用17寸顯示器設(shè)置刷新率為100 Hz，與被試眼睛距離為70 cm，以保證刺激材料的視角為2°×2°。實驗過程中，被試將雙臂輕松地放于實驗臺上，隨后將右手的食指、中指、無名指分別放在鍵盤上的V、B、N三個按鍵上，這三個按鍵用來代表紅、綠、藍三種顏色，不同被試的按鍵與顏色的對應(yīng)關(guān)系經(jīng)過平衡匹配。被試需要對出現(xiàn)的刺激的字體顏色作出按鍵反應(yīng)。在進行100次練習(xí)后，實驗正式開始，實驗流程如圖1所示：

圖1 實驗流程圖

指導(dǎo)語在正式實驗開始前呈現(xiàn)給被試，當(dāng)被試覺得可以開始以后，就可以按下任意鍵開始正式實驗。每個試次前會呈現(xiàn)一個“+”注視點，注視點隨機呈現(xiàn)300 ms～500 ms，隨后出現(xiàn)100 ms色-詞刺激，之后再呈現(xiàn)黑屏900 ms，被試從色-詞出現(xiàn)至隨后的1 000 ms內(nèi)都可以進行反應(yīng)，超出時間未進行反應(yīng)視為錯誤反應(yīng)。一旦進行反應(yīng)，本試次結(jié)束，隨后“+”注視點再次出現(xiàn)，開始下一試次。實驗共包含240試次，色-詞一致與不一致試次均為120次，被試每完成60個試次進行一次休息。整個過程中，被試被要求盡可能地又快又準確地完成任務(wù)。

1.3 數(shù)據(jù)的采集與處理

采用E-prime2.0記錄行為數(shù)據(jù)，剔除平均值加減3倍標準差外的異常數(shù)據(jù)后，分析兩組被試在色-詞一致和不一致情況下的反應(yīng)時和錯誤反應(yīng)次數(shù)。

腦電數(shù)據(jù)采用Brain Product 公司生產(chǎn)的ERP系統(tǒng)采集，使用按照國際10-20標準系統(tǒng)擴展的64導(dǎo)電極帽，電極為Ag/AgCl電極。參考電極為FCz，接地點為AFz，水平眼電(HEOG)置于右眼外側(cè)1 cm處，垂直眼點(VEOG)置于左眼下方1 cm處。各電極與頭皮之間的電阻通過注入導(dǎo)電膏降低至10 KΩ。腦電信號經(jīng)放大后后由BP Recorder軟件連續(xù)記錄，采樣頻率為1000 Hz/導(dǎo)。以雙側(cè)乳突的平均電位作為參考電極，使用BP analyzer 2.0 軟件對采集來的腦電數(shù)據(jù)進行離線分析，利用ICA去除眼電干擾，使用35 Hz低通濾波，并去除50 Hz市電干擾，將波幅大于±100 μV以外的腦電片段剔除。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 17.0軟件分別將反應(yīng)時和錯誤次數(shù)作為因變量，進行2(組別)×2(色-詞一致性)兩因素混合設(shè)計方差分析。分別以兩組被試在Fz、Cz和Pz電極處的N450成分的潛伏期和波幅作為因變量，進行進行2(組別)×2(色-詞一致性)兩因素混合設(shè)計方差分析。

2 結(jié)果

2.1 行為結(jié)果

表1為兩組被試在Stroop任務(wù)中的反應(yīng)時及錯誤判斷的次數(shù)。以反應(yīng)時為因變量，組別為被試間變量，色-詞一致性為被試內(nèi)變量進行2×2兩因素混合設(shè)計方差分析。統(tǒng)計結(jié)果顯示組別主效應(yīng)不顯著(F(1,22)=0.671，P=0.421)，“武術(shù)運動員警察”組的反應(yīng)時和對照組沒有顯著差別。被試內(nèi)主效應(yīng)也顯著(F(1,22)=94.6，P<0.001)，色-詞不一致時的反應(yīng)時要顯著大于色-詞一致時。交互作用邊緣顯著(F(1,22)=3.2，P=0.089)，進一步分析的結(jié)果顯示在色-詞一致的情況下訓(xùn)練組的反應(yīng)時小于對照組(P=0.03)。

將兩組被試在兩種條件下的錯誤次數(shù)作為因變量，組別為被試間變量，色-詞一致性為被試內(nèi)變量進行2×2兩因素混合設(shè)計方差分析。結(jié)果顯示，組別主效應(yīng)不顯著(F(1,22)=2.293，P=0.144)，“武術(shù)運動員警察”的被試的錯誤次數(shù)少于對照組，但不顯著。色-詞一致性主效應(yīng)也顯著(F(1,22)=18.2，P<0.001)，在色-詞不一致的條件下，兩組被試都有更多的錯誤次數(shù)。組別和色-詞一致性交互作用不顯著(F(1,22)=1.5，P=0.226)。

表1 被試Stroop任務(wù)的行為數(shù)據(jù)表

2.2 腦電結(jié)果

2.2.1 ERP早期成分

實驗刺激誘發(fā)的早期成分在常用的Fz、Cz和Pz電極處均十分明顯(圖2)，我們選取這三個電極點進行ERP成分的分析。分別將N1、P2和N2這三個早成分的波幅與潛伏期作為因變量進行統(tǒng)計分析。波幅分析顯示，三個成分的組別主效應(yīng)和色-詞一致性主效應(yīng)均不顯著(P>0.05)；潛伏期分析顯示，三個成分的潛伏期的組別主效應(yīng)和色-詞一致性主效應(yīng)也均不顯著(P>0.05),即：兩組被試的N1、P2和N2這三個ERP成分的波幅與潛伏期均無顯著差異。

圖2 訓(xùn)練組與對照組Stroop任務(wù)ERP早成分波形圖

2.2.2 N450成分

我們分別組被試在色-詞不一致情況下得到的ERP波形減去在色-詞一致情況下得到的ERP波形，從而得到差異波(圖3)，從中可以觀察到明顯的N450成分，我們選取360 ms～600 ms的時間窗口對N450進行峰值分析。

圖3 色-詞不一致與一致條件差異波形圖

以差異波的波幅為因變量，組別為組間變量，電極的位置(Fz，Cz，Pz)為組內(nèi)變量進行2×2兩因素混合設(shè)計方差分析。統(tǒng)計結(jié)果顯示組別主效應(yīng)顯著(F(1,22)=7.181，P<0.05)， “武術(shù)運動員警察”的N450的波幅要顯著小于對照組。電極位置的主效應(yīng)不顯著(F(2,22)=0.458，P=0.635)，F(xiàn)z、Cz和Pz三個電極位置得到的波幅差別不顯著。組別與電極位置的交互作用不顯著(F(2,22)=0.184，P=0.832)。

再以差異波的潛伏期為因變量，組別為組間變量，電極的位置(Fz，Cz，Pz)為組內(nèi)變量進行2×2兩因素混合設(shè)計方差分析。統(tǒng)計結(jié)果顯示組別主效應(yīng)不顯著(F(1,22)=0.224，P=0.641)，“武術(shù)運動員警察”的N450的潛伏期同對照組沒有顯著區(qū)別。電極位置的主效應(yīng)不顯著(F(2,22)=1.046，P=0.36)，F(xiàn)z、Cz和Pz三個電極位置處的潛伏期差別不顯著。組別與電極位置的交互作用不顯著(F(2,22)=0.079，P=0.924)。

3 討論

3.1 “武術(shù)運動員警察”反應(yīng)速度慢，但準確率高

研究顯示，經(jīng)訓(xùn)練人員在反應(yīng)時這一指標上面沒有體現(xiàn)出任何優(yōu)勢，反而在色-詞一致的情況下顯著慢于對照組。這一現(xiàn)象與我們通常認為的經(jīng)過訓(xùn)練的人動作更快這一常識相矛盾。但經(jīng)訓(xùn)練警員在實驗中的錯誤次數(shù)少于對照組。以上兩個特點可能是由于警務(wù)人員實際工作的特殊性所導(dǎo)致的。當(dāng)認知沖突存在的時候，經(jīng)訓(xùn)練警員更傾向于選擇保證準確率的策略。這樣的策略選擇在實際執(zhí)行任務(wù)過程中，可以最大程度地保障當(dāng)事人和警員自身的生命安全，適當(dāng)慢一點，總比犯錯誤帶來的損失要小。因此，這種反應(yīng)時上的慢并不一定是一種劣勢，反而伴隨著正確率的提高，成為了一種優(yōu)勢。

3.2 “武術(shù)運動員警察”ERP早期成分沒有差異

本研究中觀察到的ERP早期成分包擴N1、P2和N2，其中視覺N1成分代表對目標的選擇性注意和對刺激目標特征信息的識別過程[13-14]，雖然本研究中，兩組被試的N1成分差異并不顯著，但訓(xùn)練組的N1波幅還是大于對照組，說明訓(xùn)練組在目標覺察上具有一定優(yōu)勢。視覺P2成分代表著經(jīng)由感覺通道傳入的信息與已有的經(jīng)驗進行比較的過程[15]，兩組被試在該成分上沒有表現(xiàn)出差異，說明兩組被試在這一任務(wù)的經(jīng)驗上沒有區(qū)別。N2成分對認知過程早期產(chǎn)生的沖突十分敏感[16-17]，但是兩組被試在N2成分上沒有顯著差異，說明兩組被試在該任務(wù)中的早期階段沒有發(fā)生認知上的沖突。總之，兩組被試的ERP早期成分在色-詞一致與不一致兩種條件下，波幅和潛伏期均沒有顯著差別，這一結(jié)果與對普通人群的研究結(jié)果一致[9-10]，究其原因，可能是因為Stroop任務(wù)中的認知沖突出現(xiàn)在刺激加工的晚期階段[18]，所以ERP的早期成分沒有受到色-詞沖突的影響。

3.3 “武術(shù)運動員警察”認知沖突控制過程更高效

N450通常被認為反應(yīng)了沖突探測[19]。在本研究中，兩組被試的N450成分在潛伏期上面沒有差別，而反應(yīng)時上面存在差異，說明差異的原因并不是由于兩組被試在對認知沖突(色-詞不一致)的探測速度上的差別而導(dǎo)致的。進一步驗證了前文提到的可能性，即:經(jīng)訓(xùn)練警員在反應(yīng)時上慢于對照組，并不是由于認知過程慢而導(dǎo)致，而可能是由于策略上的不同導(dǎo)致的，經(jīng)訓(xùn)練人員更重視反應(yīng)的正確性。這種認知策略可以讓訓(xùn)練組被試在實際工作中更安全、有效地完成各種重要任務(wù)。經(jīng)訓(xùn)練警員的N450成分的波幅顯著小于對照組。說明在對認知沖突的探測過程中，訓(xùn)練組被試動用了更少的認知資源，類似的由訓(xùn)練導(dǎo)致的認知過程高效化的優(yōu)勢在對專業(yè)運動員的研究中也有發(fā)現(xiàn)[20]。這種由訓(xùn)練導(dǎo)致的節(jié)能高效化對于警察這一特殊職業(yè)有著重要的意義，由于動用的認知資源更少，保證了長時間高水平完成任務(wù)的可能性，并有利于減少疲勞的發(fā)生。因此，這種探測認知沖突高效化的特點是“武術(shù)運動員警察”的一個優(yōu)勢。

4 結(jié)論

通過本研究，我們發(fā)現(xiàn)“武術(shù)運動員警察”在色-詞Stroop任務(wù)當(dāng)中，相比于對照組，具有反應(yīng)時慢但正確率高的特點；其神經(jīng)層面上，對認知沖突的探測具有高效性的特點，運用較少的認知資源完成該過程，體現(xiàn)出一種節(jié)能化的優(yōu)勢。

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Event-related potentials of martial arts trained police in a Stroop task

CAO Hua1，2，ZHAO Guang-sheng1,ZHANG Feng3

(1.School of Wushu,Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, 2.Guangdong Police College,510230 Guangdong,Guangzhou,China;3. PE School， Shandong Normal University,Jinan 250014,Shandong,China)

This study was designed to investigate the characteristics of police with experience of being martial arts athletes in a Stroop task. Behavioral data and event-related potentials (ERPs) were recorded from martial arts trained police (n=12) and controls (n=12) while they were completing a Stroop task. Results show that compared with controls, trained police reaction is slow but accurate. In this task, the N1, P2 and N2 components were evoked. The amplitudes and latency of these components have no difference between the controls and trained police. But the amplitude of N450 of trained police was significantly lower than that of controls. We conclude that the trained police are more concerned about the correct rate of reaction and process cognitive conflict with less cognitive resources.

police martial arts；ERP；Stroop effect

2013-09-20

曹華(1975- )，男，河南永城人，副教授，在讀博士，研究方向武術(shù)科學(xué)化訓(xùn)練。

G804.8

A

1009-9840(2014)01-0076-05