基于fNIRS下運動因素對執行功能的影響

林勇 孫文娜

摘 要：近紅外光譜技術（NIRS）最初應用于石油研究領域，逐漸引入到生物工程研究當中；后隨著信息技術的發展，發展成為功能性近紅外光譜技術（fNIRS），廣泛應用于心理學研究。本文就NIRS的發展、原理、分類等進行歸納整理；總結NIRS在運動領域的應用，探討在心理學層面，運動因素對執行功能的影響。研究發現，fNIRS在不同運動形式、負荷以及運動方式中，對不同人群的執行功能起到顯著改善的作用。

關鍵詞：fNIRS 運動 執行功能

中圖分類號：G80 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2813（2018）02（a）-0237-02

Abstract： Near infrared spectroscopy （NIRS） was first applied to petroleum research， and gradually introduced into bioengineering research. With the development of information technology， NIR technology has been developed into functional near-infrared spectroscopy （fNIRS）， which is widely applied in psychological research. This paper summarizes the development， principles and classification of NIRS， summarizes the application of NIRS in sports field， and explores the influence of sports factors on executive function at the psychological level. It has been found that fNIRS plays a significant role in the performance of different groups of people in different forms of exercise， load and exercise.

Key Words： FNIRS； Exercise； Execution function

1 NIRS發展

NIRS是一種以血液動力學為基礎，對腦部進行實時監測的無創傷腦成像技術。初期廣泛應用于醫學和心理學的研究，近幾年逐漸應用于體育運動干預的研究。Jobsis在1977年利用NIRS對動物頭部進行無損血氧檢測。隨后，Marco利用NIRS原型機，完成了成年人和動物的腦內氧和過程的實驗研究。NIRS首次應用于體育領域研究，是在1992年對劃船運動員進行股四頭肌的血氧飽和度檢測。Villringer在1993年第一次將該技術應用于成人大腦活動的檢測。

NIRS在我國的發展起步較晚，最先應用研發的是近紅外血氧儀，是由清華大學和華中科技大學聯合研制的。隨著計算機技術和生物醫學技術的不斷發展，近紅外腦成像技術蓬勃興起，以其無損性、信噪比高、方便易攜帶且時間空間檢測性較高被廣泛應用。

2 fNIRS技術原理及分類

fNIRS又稱近紅外腦成像技術，是一種非侵入式腦成像探測技術，依據血液動力學原理與光學變化檢測腦部血氧含量。通過對發射光的吸收和散射后，傳回探測器進行信號轉化呈現在顯示屏上。近紅外光波的吸收范圍在760～850 nm之間。

由于發光技術的不同，fNIRS分為時域系統、頻域系統和連續波系統三類。

3 fNIRS的時空分辨率

非侵入式腦功能活動檢測作為一個不斷發展的研究領域，至今已成功研發了多項腦功能檢測技術。如腦電圖、事件相關電位、腦磁圖、正電子發射層析成像、功能磁共振成像、彌散張量成像和fNIRS。其中，腦電圖、腦磁圖、事件相關電位屬于直接測量方法；正電子發射層析成像、功能磁共振成像、彌散張量成像以及fNIRS屬于間接測量方法。通過研究發現，fNIRS具有安全、輕便、易實施和成本低等特點。同時，fNIRS作為一種無損檢測技術，能夠提供較高的時間分辨率以及合理的空間分辨率。

4 NIRS在運動領域的應用

NIRS在體育領域的應用起步較晚，最初主要應用于肌肉氧含量的檢測。如丁攀等[1]通過遞增負荷運動測定賽艇運動員的有氧代謝能力。測定的肌氧含量主要用于指導賽前訓練，以期在比賽中取得優異成績。林紅等[2]利用我國自主研發生產的近紅外組織血氧參數無損監測儀，測定8名中長跑運動員遞增負荷運動過程中股四頭肌組織肌氧含量的變化，同時對運動員的血乳酸濃度、血容量和心率進行了測量。王培勇等[3]利用近紅外無損肌氧及運動心率檢測技術評定100 m極量強度運動對心臟沖擊影響。馬國東等[4]利用NIRS檢測模擬海拔4800m急性低氧運動對肌氧飽和度的影響。國外NIRS在運動領域的應用最初主要運用于肌氧含量的檢測。Marco等[5]詳細介紹了近段時間關于NIRS在骨骼肌生理學方面的研究進展。Ferrari等[6]利用NIRS檢測劇烈運動過程中股外側肌血氧飽和度指數。Hopker等[7]通過運用NIRS發現，持續訓練與增加肌肉攝氧量有關。

5 fNIRS在執行功能的應用

隨著科學技術的不斷進步，信息技術與NIRS聯系越來越緊密，從而結合發展成為fNIRS。fNIRS在體育領域的應用主要集中在體育心理學方面。文世林等[8-9]研究了急性有氧運動對大學生、老年人執行功能的影響，通過執行Flanker任務，運用fNIRS檢測其行為表現和腦激活模式，發現無論是大學生還是老年人，進行中等負荷強度的運動都有助于提高Flanker任務的操作表現，且局部神經活性的增加與動作行為表現都和局部腦區的血液動力學變化相一致。文世林等[10]進一步研究了不同有氧體能對大學生執行功能的影響，發現高體能組Flanker任務的反應時顯著低于低體能組，說明神經激活和行為操作表現與有氧體能有關。杜凱等[11]運用fNIRS對運動執行與運動想象腦激活模式的研究中發現，通過近紅外光學腦成像能夠很好顯示刺激任務下腦功能激活狀態，在運動想象和運動執行時大腦皮層激活部位及強度相似。郭健[12]通過研究非運動專業研究生在一次性力竭運動過程中執行Flanker任務，發現大腦氧合血紅蛋白相對變化量和總血紅蛋白相對變化量上升，同時還原血紅蛋白相對變化量下降，短時力竭運動后大腦激活程度高于運動前，短時力竭運動可提高大腦興奮性。楊倩倩[13]在對羽毛球運動員進行認知控制的NIRS的研究中，通過在力竭性運動前后執行Flanker任務，發現運動員組和非運動員組的后測均比前測正確率高，反應時明顯縮短，且正確率無論實驗前后都是運動員組較高，反應時也是運動員組更短。

6 結語

近紅外光譜技術的應用屬新興的無損的檢測技術，在體育領域的應用主要為肌氧含量、無氧閾、血氧飽和度等指標的檢測，以便于監測、指導運動訓練，提高運動員訓練效率和運動能力。功能性近紅外光譜技術主要應用于醫學和心理學的研究，在體育領域的應用較晚且水平較低，主要集中在運動想象和Flanker任務的研究中，基于fNIRS對于執行功能中刷新和轉換功能的研究相對不足。

參考文獻

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