空間工作記憶對羽毛球運動員視覺預期的影響機制

劉 波

（沈陽工業大學體育部，遼寧 沈陽 110870）

羽毛球是一項對體能、技能、戰術要求都非常高的隔網對抗性項目。目前羽毛球主動得分的打法主要是以調動對手、抓取對方“空位”進行突襲得分；或者在場上迅速捕捉“戰機”，然后快速突擊打對手“追身球”得分。不管哪一種主動得分方式，都要求羽毛球運動員能夠在盯住對方出手的那一瞬間，了解對手要打出什么樣的球路進行預判，然后運動員要適當調整自己所站立的位置，在自己接觸球的那一瞬間要有目的性地打對手“空位”或者“追身”。這就要求運動員能夠在這些連續性的動作中進行預期判斷任務。羽毛球運動員視覺預期是基于視覺搜索對場上信息進行快速加工的能力，是一種利用視覺信息的部分資源和先行資源對即將發生事件的預測能力[1]。羽毛球運動員在場上比賽時，要同時進行2個任務，盯住空中來球并記住對手所站立的位置。運動員在擊球的一瞬間，對于對手的位置有一個短暫的記憶，以保證能夠搜索到羽毛球的位置，并決定下一拍打什么樣的球路。這也是在本文中重點要研究工作記憶與視覺預期的交互作用。關于不同等級運動員視覺預期的研究，目前主要采用的方法是采用時間阻斷范式讓運動員對來球方向進行預判，并證明了不同等級運動員在進行視覺預期時的反應時、視覺興奮區域長短和視覺軌跡具有顯著性的差異，這些實驗在乒乓球[2]、網球[3]、排球[4]都得到了驗證。

近些年來，視覺搜索對工作記憶的影響方式逐漸受到研究者的重視。工作記憶是基于視覺搜索的基礎上建立起來的一種短暫的記憶方式。不同等級運動員的工作記憶具有一定的差異性，這一點在目前的研究中已經得到了證實[5-6]。工作記憶可以將人們獲取的外界信息進行暫時保存，但是因為工作記憶有記憶容量，因此這種記憶不會持續很長時間。工作記憶可以分為空間工作記憶與客體工作記憶2種[7-8]，空間工作記憶主要是對物體所處的方位進行記憶；而客體工作記憶主要是對物體的特征進行記憶。在對工作記憶的研究中，對客體工作記憶的研究主要集中于客體工作記憶的視覺控制方面，而對空間工作記憶的研究主要集中于空間工作記憶負載對于視覺預期的影響。有研究表明，空間工作記憶與視覺搜索任務共同占有空間工作記憶資源，當他們同時需要調動工作記憶任務時，就會發生競爭關系[9]。工作記憶任務與視覺搜索任務的雙任務范式是研究工作記憶加工方式的一個有效途徑，目前在心理學界也有這方面的研究。但是空間工作記憶對視覺預期績效的研究卻很少。基于以上的綜述，提出本文的研究問題：不同等級羽毛球運動員的空間工作記憶是否相同？不同等級羽毛球運動員在視覺預期是否相同？當加入空間工作記憶以后，對羽毛球運動員的視覺預期會不會產生影響？這些都是應當在本文中解決的問題。基于以上的研究綜述，提出如下的研究假設：當羽毛球運動員在進行搜索任務時，加入空間工作記憶任務會對羽毛球運動員的視覺預期產生一定的影響，而且級別較高的運動員受到的影響相對較小，即加入空間工作記憶會對視覺預期效率產生一定的影響。

本文主要應用空間工作記憶任務對羽毛球運動員視覺預期的影響，以能夠找到不同等級羽毛球運動員在記憶以及搜索方面的差異狀況，并對產生的這些差異進行解釋和說明。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 以空間工作記憶對羽毛球運動員視覺預期的影響為研究對象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法 根據研究的需要，以“空間工作記憶”“視覺預期”等作為關鍵詞在中國知網、WOS數據庫中進行檢索，搜索與本文有關的文獻20余篇，為本文的研究提供一定的理論基礎。

1.2.2 實驗法

1.2.2.1 實驗對象 不同級別羽毛球運動員，其中專家組12人（某市運動技術學校隊員，運動等級為國家二級及以上，平均年齡19.18±2.12），新手組12人（某體育學院羽毛球專選班大學生，無運動等級，平均年齡19.13±2.31）。所有被試視力或矯正視力正常，無其它眼部疾病。

1.2.2.2 實驗儀器 實驗采用17英寸的液晶顯示器顯示實驗材料，屏幕的主分辨率為1 024×768pixel，屏幕的刷新頻率為75Hz。

1.2.2.3 實驗任務與實驗材料 實驗采用E-prime2.0進行程序的編制，實驗時所有的實驗材料均呈現在背景為灰色的屏幕上。實驗中共有2個任務：空間工作記憶任務與視覺預期任務。

空間工作記憶任務：在進行任務時，首先出現在屏幕上的是4個不同位置的方塊（4個方塊出現的位置為12個位置隨機選擇的4個方位），方塊顏色為紅色，大小為30pixel×30pixel，4個方塊呈現的時間為500ms，在方塊呈現的500ms內，讓運動員記住方塊的位置，在進行完視覺預期任務以后，屏幕上面會出現一個方塊，被試判斷出現的方塊是不是原來呈現4個方塊中的一個，如果是，按下“A”鍵，如果不是，按下“D”鍵。在整個實驗中，方塊呈現的位置與前面4個方塊呈現位置一致的概率為50%。

表1 空間工作記憶方塊出現位置分布（單位：pixel）

視覺預期任務：Abernathy研究發現：羽毛球如果將視覺圖片呈現在83ms-167ms之間，專家組與新手組判斷圖片的正確率沒有差異，那么實驗就沒有意義[10]。因此，這次實驗采用視頻呈現刺激的形式。首先呈現一幅羽毛球運動員后場球擊球視頻2 000ms（視頻由奧運會、世錦賽等國際重大比賽視頻截取而來），擊球視頻包括后場高遠球、后場吊球、后場殺球3種形式。而擊球的方向分為6個區域，需要讓被試判斷羽毛球擊球的方向，在相應的數字鍵盤1、3、4、6、7、9上分別代表了擊球的6個方向（1，3代表后場高遠球、4，6代表后場殺球，7，9代表后場吊球）。即被試如果想要預判擊球的方向，就要先知道對方想打哪一種后場球（圖1）。被試如果在規定的時間內沒有做出按鍵反應，則視為錯誤，主要記錄的指標為正確率和反應時。

圖1 羽毛球半場區域數字按鍵劃分

視覺預期任務視頻的選取：應用會聲會影視頻截圖軟件將互聯網資源上下載的世界比賽視頻進行截圖處理，將每一秒截取為28幀，選取羽毛球運動員后場球視頻，視頻為球拍與球接觸的前一幀倒退2 000ms作為視覺預期視頻，即球與球拍接觸前的36ms，共剪切視頻150段，經過相關專家的辨認與指正，共選取120段視頻為視覺預期視頻，其中60段視頻作為無空間工作記憶任務視頻組，60段視頻作為空間工作記憶視頻組。

1.2.2.4 實驗設計 實驗采用2（組別：專家組、新手組）×2（有無空間工作記憶：有、無）的雙因素混合實驗設計。

組間變量：組別：專家組、新手組；組內變量：有無空間工作記憶：有、無。

測試指標：預判正確率、反應時、空間工作記憶正確率、搜索效率。

1.2.2.5 實驗程序 在正式開始時候后，會有5次的預實驗，以讓被試熟悉實驗流程，當預實驗完成以后，計算機會展示出被試是否熟悉實驗流程，如果熟悉實驗流程，按下Y鍵進入正式實驗，如果不熟悉實驗流程，按下N鍵繼續進行預實驗。正式實驗開始后，會有80次的實驗，整個實驗流程大約需要30min左右。實驗中，專家組與新手組同時完成無空間工作記憶—視覺預期任務和有空間工作記憶—視覺預期任務的2種實驗。在實驗中，已經進行過視覺預期任務的視頻不能夠重復使用。無空間工作記憶—視覺預期任務和有空間工作記憶—視覺預期任務的單次實驗流程如圖2所示。首先，在屏幕中央會出現白色的“+”注視點500ms，然后呈現4個不同方位的方塊2 000ms，間隔500ms以后出現需要被試需要判斷的視頻2 000ms，要求被試通過按鍵反應判斷運動員往哪個方向擊打羽毛球，在判斷完成以后，間隔500ms會出現一個方塊，讓被試通過按鍵來確認出現的方塊位置是不是原來方塊所處的位置。按鍵結束以后，按下空格鍵以后系統自動跳轉為下一次實驗（無空間工作—視覺預期任務就是減少了空間工作記憶的流程，只讓被試判斷運動員的擊球方向）。

圖2 相關程序實驗流程

2 結果與分析

2.1 羽毛球運動員預判正確率 對羽毛球運動員的預判正確率進行雙因素重復測量方差分析，發現空間工作記憶主效應不顯著，F（1，14）=0.007，P=0.756；空間工作記憶與運動等級交互作用不顯著，F（1，14）=0.147，P=0.143。

2.2 羽毛球運動員反應時 對羽毛球運動員的反應時進行雙因素重復測量方差分析，發現空間工作記憶主效應顯著，F（1，14）=0.893，P＜0.001；空間工作記憶與運動等級交互作用不顯著，F（1，14）=0.404，P=0.456。事后經獨立樣本T檢驗，發現專家組和新手組在無空間工作記憶與空間工作記憶的反應時均具有顯著性的差異，并且組內之間也具有顯著性的差異。

2.3 羽毛球運動員空間工作記憶正確率 對羽毛球運動員的空間工作記憶正確率進行分析，發現不同水平羽毛球運動員空間工作記憶不具有顯著性差異，P＞0.05。說明專家組與新手組在本次實驗中的空間工作記憶不具有顯著差異。

2.4 搜索效率 搜索效率是指反應時與預判正確率之間的斜率，其數值越小，說明搜索效率越高。對羽毛球運動員的搜索效率進行雙因素重復測量方差分析，發現空間工作記憶主效應顯著，F（1，14）=0.870，P＜0.001；空間工作記憶與運動等級交互作用不顯著，F（1，14）=0.146，P=0.143。經過事后獨立樣本T檢驗，發現專家組與新手組無論是否有空間工作記憶，其搜索效率均具有顯著性的差異（P＜0.05）；專家組和新手組在加入空間工作記憶以后，搜索效率均降低，并且組間和組內都具有顯著性的差異（P＜0.05）。

3 討論與分析

3.1 不同等級羽毛球運動員視覺預期分析 現代羽毛球運動中往往不能一拍得分，需要多拍回合才能夠找到對手的空當，并趁機突擊得分。而限制對手突擊最有效的方式就是對對手的來球進行預判。本文所研究的知覺預期就是羽毛球運動員在球場上進行預判能力的一個部分。解繽等以不同等級羽毛球運動員作為實驗被試，探討了后場球落點判斷過程的直覺性預測，在他的研究中發現不同等級羽毛球運動員在判斷后場球落點上具有顯著性的差異[12]。運動心理學家SINGER RN[13]指出運動員在運動場上感知運動信息以后，會將感受到的信息存儲在工作記憶中，然后與存儲在腦中的長時記憶進行比較，最后做出自己的決策。在無空間工作記憶—視覺預期任務中對預判正確率和反應時進行檢驗，發現專家組在預判正確率方面要明顯高于新手組，反應時方面也明顯高于新手組，事后經過獨立樣本T檢驗發現，專家組的預判正確率和反應時與新手組均具有顯著性的差異（P＜0.05），這與前人的研究結果相一致[11]。本研究的研究結果顯示：在沒有空間工作記憶的視覺預期任務中，專家組的視覺預期正確率顯著高于新手組；在有空間工作記憶的視覺預期任務中，專家組的視覺預期正確率也顯著高于新手組。但是通過組內比較研究表明，不管是否具有空間工作記憶，專家組與新手組都不具有顯著性的差異，說明增加空間工作記憶并不會影響羽毛球運動員對視覺預期正確率。羽毛球運動是典型的隔網對抗性項目，而且羽毛球還是目前所有球類運動中球速最快的，因此，在如此快的球速下讓運動員捕捉羽毛球的運動軌跡是非常不切實際的，這也違背了運動訓練的實踐。羽毛球運動員要想接住對方來球，就必須要對對方的來球方向進行預判。在本文的研究中，可以這樣認為，羽毛球運動員在視覺得到有用的信息以后，將這些信息暫時存放于工作記憶中，通過與原來擊球預判線路進行比較來確定這次的擊球方向。專家組羽毛球運動員由于運動水平較高，球齡時間長，在大腦中能夠更多的提取與這次任務預判相似的任務，從而視覺預期的正確率就明顯要高于球齡時間較短的新手組羽毛球運動員。有資料表明，專家組會集中注意力觀察對自己有用的信息，而對沒有用的信息會表現出一定的抑制現象[14]。本文的研究認為專家組在進行視覺預期的時候，會集中更多的注意力資源，而新手組并不能將有限的注意力資源應用在視覺預期方面，這可能也是造成新手組與專家組具有差異的一個因素。本文的研究結果與以往前人對于網球、籃球、足球等的研究結果相一致，即在視覺預期方面，專家組與新手組具有顯著性的差異。但本文增加了空間工作記憶以后，發現新手組與專家組還是遵照同樣的規律，即短時的記憶并不能夠影響羽毛球運動員的視覺預期。

3.2 不同等級羽毛球運動員反應時分析 在羽毛球運動員的反應時時間方面，無論是否具有空間工作記憶任務，專家組的反應時間都要明顯高于新手組，并且具有顯著性的差異。但是在增加了空間工作記憶以后，專家組與新手組反應時時間都延長，并且進行組內之間比較分析發現，專家組與新手組組內之間都具有顯著性的差異。在反應時方面，加入空間工作記憶以后，專家組與新手組的反應時間都升高，并且與無空間工作記憶具有顯著性的差異（P＜0.05）。有研究表明，在搜索時間方面，專家組要比新手組能夠更提前搜索到自己所需要的信息[15]。本文的研究表明：專家組在反應時方面之所以要小于新手組，是專家組能夠在更短的時刻判斷出自己所需要的信息，因此能節省出來更多的時間用于自己的動作預期方面，而不僅僅只是觀察對手打球的意圖。但是，當加入空間工作記憶以后，無論專家組和新手組反應時時間都延長，可能的理論解釋就是這是一個雙任務實驗，需要被試在記住方塊位置的時候進行預判任務。由于被試記住方塊的位置屬于短時記憶（工作記憶），被試在觀察視頻進行預判任務時，占有的記憶容量也屬于工作記憶空間，這時空間工作記憶任務就會與運動員的視覺預期任務爭奪工作記憶的存儲容量，由于工作記憶容量有限[16]，因此被試既需要將剛剛搜索到的視覺預期任務與自己儲存的長時記憶任務對比，又要完成空間工作記憶任務，因此造成了反應時時間下降。但是，我們還可以看出，運動員的視覺預期并沒有因空間工作記憶的加入而下降，說明運動員經過長時間的訓練，會自動將短時記憶中的任務分為主要任務和次要任務，在保證主要任務完成的基礎上，才能夠對次要任務進行加工處理。即加入空間工作記憶以后，只會干擾到運動員的反應時間，而不會對運動員的視覺預期產生影響，這也許與工作記憶的加工方式有關，在以后的實驗中，可以考慮采用ERP腦電研究范式考察運動員的工作記憶加工方式，以更好地解釋出現這種現象的原因。

表2 羽毛球運動員預判正確率、反應時、空間工作記憶正確率和搜索效率

3.3 不同等級羽毛球運動員空間工作記憶分析 專家組與新手組在沒有空間工作記憶的實驗中，預判正確率和反應時具有顯著性的差異。當加入空間工作記憶以后，依次比較新手組與專家組在預判正確率和反應時以及空間工作記憶方面的差異。結果發現，加入空間工作記憶以后，新手組與專家組雖然預判正確率出現了下降，但是并沒有與無空間工作記憶預判任務具有顯著性的差異（P＞0.05）。空間工作記憶考察的是羽毛球運動員對于位置感知能力的強弱。對羽毛球運動員的空間工作記憶正確率進行統計分析，結果表明專家組的空間工作記憶與新手組并沒有顯著性的差異。有研究表明，大師級象棋專家與一級象棋專家在對象棋的空間記憶能力方面具有差異，大師級的象棋專家空間記憶能力要好于一級象棋專家[17]；但是也有研究表明，不同級別的國際象棋專家雖然空間工作記憶有差異，但是差異并不是很明顯[18]；在圍棋項目中，專家組與新手組只有在專項情境中才能表現出差異，在平時的記憶任務中并不能表現出差異[19]。以上資料表明：有無規律的象棋或者圍棋擺放可能是造成專家組與新手組產生差異的原因之一。在運動實踐中也可以看到這樣的現象：在進行比賽時，羽毛球新手并不會控制羽毛球的方向，往往是對手的位置在“哪里”就將球擊向“哪里”，并不管下一拍如何擊球。這除了與羽毛球運動員的技術有關外，羽毛球運動員的擊球意識也是造成此現象的一個重要原因。專家組由于訓練年限的關系，會在訓練或者比賽中強化自己對于羽毛球擊球方向的控制，適時突擊得分；而新手組由于訓練年限較短，參加的比賽也較少，對于擊球意識的控制加工策略不如專家組，缺少自己對于運動空間信息的鍛煉，因此在判斷對手位置的方向上不如專家組準確。本次實驗采用視覺預判中加入空間工作記憶任務的技術來進行研究，其中加入的空間工作記憶任務共有12個位置，這10個位置呈圓形分布，空間工作記憶的任務是先出現四個位置，經過一定的時間以后再次出現方塊，被試判斷方塊的位置是不是原來的位置，具有一定的規律性。在羽毛球這項運動實踐中，運動員需要時刻觀察對手的位置才能將羽毛球擊打到自己所希望的位置，但是運動員在接對方來球的時候，主要精力是放在羽毛球位置上，以能夠利用自己的時空感覺來擊打羽毛球。但是，在運動員擊打羽毛球的一瞬間，是不能夠觀察對手位置的，需要將對手的位置進行短時記憶，以能夠讓運動員判斷將羽毛球擊打到哪個方向對對手更有威脅。記憶位置的準確性就代表運動員的取勝的概率就會比較大。本研究中，專家組的空間工作記憶準確率與新手組，沒有差異，可能的原因是加入的空間工作記憶與運動員的專項情境不具有一致性，因此是考察運動員平時所具備的空間記憶能力。通過課題工作記憶的加入，證明了運動員的記憶效應只有在與運動員從事的項目高度相關才能發揮更好的作用。

3.4 不同等級羽毛球運動員搜索效率分析 搜索效率是考察運動員在真實圖景中進行視覺加工效率重要的指標之一[20]。以往對于運動員搜索效率的研究都是利用眼動儀來記錄運動員的注視時間和注視位置分析[21]。本文因為實驗的關系，應用反應時和視覺預期正確率來反應運動員的搜索效率同樣可以達到相同的效果。在實驗中，不管是否具有空間工作記憶，專家組的搜索效率要遠遠高于新手組，并且具有顯著性的差異；而在加入空間工作記憶以后，專家組與新手組的搜索效率均降低，組內之間具有顯著性差異。對于此現象的理論解釋是：在無空間工作記憶任務中，專家組能夠集中自己的注意力資源去判斷視頻，而且自己的經驗也比較豐富，因此搜索效率要遠遠高于新手組；在加入空間工作記憶以后，羽毛球運動員要進行與視覺預期無關的空間工作記憶任務，就會對運動員造成干擾，搜索效率也就會降低。因此，考察運動員是否具有高水平的運動素質，并不能夠僅僅依靠視覺預期的正確率就得出結論，而是要考察運動員的視覺搜索效率，視覺搜索效率越高，說明運動員臨場變化能力越強，越能夠在突發的賽場環境中適應賽場環境。

3.5 羽毛球運動員空間工作記憶對視覺預期任務影響機制在現實中的意義 在以上的研究中可以看出，不同等級羽毛球運動員在視覺預期方面存在著顯著性的差異，而對于空間記憶并沒有顯著性的差異。出現這種差異的原因，一方面是專家組可能能夠將平時訓練中的一部分工作記憶經過不斷的強化刺激轉化為長時記憶，而當再次出現與情境相似的情況后，專家組的長時記憶自動出現并與短時記憶對比，因此出現了視覺預期方面的顯著性差異。而空間工作記憶不具有顯著差異的原因有可能是加入的工作記憶并非運動員平時的情景狀態，只是一般的記憶方式，高水平運動員并沒有表現出較強的優勢。在以往的研究中認為決定羽毛球運動員運動水平的除了體能和技術能力外，心理能力中的知覺預判也是非常重要的一方面。本文應用運動心理學、認知科學和運動訓練學原理設計實驗，重點考察了羽毛球運動員空間工作記憶對于視覺預期的影響機制。研究表明，空間工作記憶不會影響羽毛球運動員的視覺預期正確率，但是會影響羽毛球運動員的搜索效率。因此，在對羽毛球運動員進行心理訓練時，單獨訓練羽毛球運動員的視覺預期是不全面的。在對羽毛球運動員的訓練中，也要規定羽毛球運動員做出視覺預期的時間，這樣才能夠有效的測得羽毛球運動員真實的視覺預期水平。本文的研究結果可以應用到羽毛球運動員的運動選材方面，同時也可以應用于對羽毛球運動員的心理訓練方面，為運動訓練水平的提升做出貢獻。

4 結 論

1）不同等級羽毛球運動員的視覺預期正確率具有顯著性的差異。

2）不同等級羽毛球運動員的空間工作記憶判斷的正確率不具有顯著性的差異。

3）羽毛球運動員增加空間工作記憶任務并不會影響視覺預期正確率，只會對運動員的反應時產生影響。

4）加入空間工作記憶以后，運動員的搜索效率均受到影響，這是有效區分運動員視覺預期的一個有效手段。