競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)特征的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究進(jìn)展與展望

摘要：認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的引入有力推動(dòng)了競(jìng)技運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展，目前圍繞競(jìng)技選手動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)的神經(jīng)機(jī)制研究已取得重要進(jìn)展。概述該領(lǐng)域的主要研究成果，聚焦于揭示競(jìng)技選手的動(dòng)作加工特征和與之相關(guān)腦可塑性的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)?；谇梆伳Ｐ屠碚摵托睦砘到y(tǒng)，回顧了腦電圖、磁共振成像、經(jīng)顱磁刺激等技術(shù)及神經(jīng)反饋、無(wú)創(chuàng)性深部腦刺激技術(shù)應(yīng)用于競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工領(lǐng)域的研究進(jìn)展，同時(shí)總結(jié)了圍繞乒乓球這一項(xiàng)目開展的多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究成果。未來(lái)研究仍需融合新興技術(shù)和算法，在理論和實(shí)踐方面不斷突破創(chuàng)新：人工智能算法的發(fā)展將為揭示人腦運(yùn)動(dòng)可塑性提供更為直接和精確的答案；無(wú)創(chuàng)性深部腦刺激和神經(jīng)反饋等技術(shù)將有望成為提升競(jìng)技選手運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的有效手段；借助優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目帶來(lái)的群眾基礎(chǔ)，建立運(yùn)動(dòng)縱向干預(yù)兒童和青少年腦智發(fā)育的預(yù)測(cè)模型。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)；競(jìng)技選手；腦可塑性；動(dòng)作加工

文章編號(hào)：1001-747X（2024）03-0286-10 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 中圖分類號(hào)：G846.804.62

DOI：10.16063/j.cnki.issn1001-747x.2024.03.002

在開放式競(jìng)技運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，加工與處理對(duì)手動(dòng)作的效率是影響競(jìng)技選手運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一。以乒乓球項(xiàng)目為例，其攻防轉(zhuǎn)換靈活、球速快且旋轉(zhuǎn)多變，需要選手在極短的時(shí)間內(nèi)根據(jù)多變的任務(wù)要求和環(huán)境，對(duì)來(lái)球做出包括速度、方向、旋轉(zhuǎn)等多方面的預(yù)測(cè)，以提前在落點(diǎn)位置做好回?fù)魟?dòng)作準(zhǔn)備，而完成預(yù)測(cè)的前提是對(duì)對(duì)手動(dòng)作的高效加工。競(jìng)技選手這種專項(xiàng)動(dòng)作加工能力的獲得離不開后天的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，意味著與動(dòng)作加工相關(guān)的腦功能的高度可塑性。因此，明確競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工的優(yōu)勢(shì)特征及其腦可塑性機(jī)制，是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)人腦可塑性規(guī)律以及找到提升競(jìng)技選手動(dòng)作加工能力靶點(diǎn)的重要途徑。

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地開拓了運(yùn)動(dòng)認(rèn)知領(lǐng)域的研究視角，借助腦電圖（electroencephalogram，EEG）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、經(jīng)顱磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，研究者能夠揭示人腦在加工動(dòng)作過(guò)程中的運(yùn)行機(jī)制，極大地豐富我們對(duì)運(yùn)動(dòng)認(rèn)知活動(dòng)的認(rèn)識(shí)。2012年，魏高峽等學(xué)者提出：“運(yùn)動(dòng)心理學(xué)者今后應(yīng)該借助于認(rèn)知心理學(xué)的理論基礎(chǔ)和神經(jīng)科學(xué)的技術(shù)手段，拓展運(yùn)動(dòng)心理學(xué)的研究方向和內(nèi)容，利用我國(guó)優(yōu)秀競(jìng)技選手的儲(chǔ)備優(yōu)勢(shì)，在交叉學(xué)科的研究中做出一定的貢獻(xiàn)”。目前，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)早已被廣泛應(yīng)用于探索競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工特征的研究中。

本研究圍繞認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的各類技術(shù)在該議題中的應(yīng)用成果，對(duì)過(guò)去20年國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理，同時(shí)介紹本科研團(tuán)隊(duì)基于中國(guó)乒乓球?qū)W院和“運(yùn)動(dòng)認(rèn)知評(píng)定與調(diào)控”國(guó)家體育總局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，圍繞“乒乓球選手動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)的表征機(jī)制”這一主題開展的一系列基礎(chǔ)理論研究成果。并據(jù)此，提出未來(lái)可在人工智能算法、非侵入式干預(yù)、運(yùn)動(dòng)干預(yù)等研究議題中的展望。

1競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究進(jìn)展

1.1競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工的特征及理論假設(shè)

在運(yùn)動(dòng)認(rèn)知研究領(lǐng)域，研究者一直以來(lái)關(guān)注的問(wèn)題集中在競(jìng)技選手相比于非專業(yè)選手在哪些認(rèn)知能力上存在差異，以此來(lái)推測(cè)該項(xiàng)目選手所需具備的核心認(rèn)知能力，以及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)人腦和認(rèn)知表現(xiàn)的可能影響。對(duì)于開放式運(yùn)動(dòng)技能（open motor skill）項(xiàng)目，競(jìng)技選手需要根據(jù)對(duì)手的動(dòng)作而改變自己的動(dòng)作反應(yīng)，相比于封閉式運(yùn)動(dòng)技能（closed motor skill），開放式運(yùn)動(dòng)技能對(duì)認(rèn)知功能和腦可塑性的影響可能更大。已有大量研究成果證實(shí)，開放式技能選手具有更強(qiáng)的專項(xiàng)動(dòng)作識(shí)別能力。還有研究主要利用了時(shí)間阻斷技術(shù)，以專項(xiàng)動(dòng)作視頻作為刺激材料，通過(guò)人為操縱視頻中動(dòng)作發(fā)生的截止時(shí)間，呈現(xiàn)不同大小的動(dòng)作信息量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乒乓球選手在識(shí)別對(duì)手擊球結(jié)果時(shí)，能夠提取并加工對(duì)手的身體動(dòng)作信息，在球接觸球拍前（球還未被擊出）便能成功預(yù)測(cè)結(jié)果，而非專業(yè)選手則更多依賴后期球的飛行軌跡（外部結(jié)果反饋）識(shí)別擊球方向，反映了競(jìng)技選手對(duì)專項(xiàng)動(dòng)作特異性的加工模式。

針對(duì)競(jìng)技選手具備的這種專項(xiàng)動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)，可從理論的角度對(duì)其進(jìn)行解釋。前饋模型（forward model）認(rèn)為，執(zhí)行動(dòng)作時(shí)積累的感知運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)在當(dāng)再次知覺(jué)到相似動(dòng)作時(shí)被激活，并對(duì)其進(jìn)行模擬（actlon simulation），從而可以更高效地獲知目標(biāo)動(dòng)作的具體運(yùn)動(dòng)學(xué)信息，而無(wú)經(jīng)驗(yàn)的個(gè)體只能通過(guò)外部反饋指導(dǎo)認(rèn)知過(guò)程和動(dòng)作反應(yīng)。大腦鏡像神經(jīng)系統(tǒng)（mirror neuron system，MNS）的發(fā)現(xiàn)支持了這一觀點(diǎn)，當(dāng)觀察和執(zhí)行動(dòng)作時(shí)都會(huì)激活大腦額一頂部的MNS，這也提示了MNS在競(jìng)技選手動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)中的可能作用。

但正是隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的深入應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)前饋模型理論和MNS可能不是動(dòng)作加工過(guò)程的唯一機(jī)制，還涉及了其他腦區(qū)和更高水平的認(rèn)知成分。心理理論認(rèn)為，想要理解他人的行為，需要推斷其心理狀態(tài)，該過(guò)程會(huì)激活心理化系統(tǒng)（mentalizing system，MZS），MNS主要負(fù)責(zé)加工動(dòng)作是如伺執(zhí)行以及在執(zhí)行什么動(dòng)作，這屬于較低層面的加工，目的是獲得動(dòng)作的感知運(yùn)動(dòng)信息；而MZS負(fù)責(zé)以更抽象的方式理解為什么執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作，目的是獲得動(dòng)作語(yǔ)義信息（動(dòng)作目的和意圖）。這可以解釋競(jìng)技運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中選手對(duì)戰(zhàn)術(shù)攻防的運(yùn)用，通過(guò)加工和識(shí)別對(duì)手的動(dòng)作目的和意圖，進(jìn)而調(diào)整自己的應(yīng)對(duì)策略和動(dòng)作反應(yīng)。由此，基于上述2種理論，前人研究利用認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)開展了大量針對(duì)競(jìng)技選手動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)特征的機(jī)制研究。

1.2競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制

近年來(lái)，研究者廣泛采用EEG和MRI技術(shù)，對(duì)開放式技能選手的認(rèn)知加工特征進(jìn)行了探討。EEG憑借其較高的時(shí)間分辨率，多用于探究競(jìng)技選手認(rèn)知過(guò)程中神經(jīng)活動(dòng)的時(shí)程特征。在時(shí)域特征上，Jin等以羽毛球選手為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)他們?cè)诩庸?duì)手發(fā)球動(dòng)作過(guò)程中，激活的P2和P3波幅顯著高于非專業(yè)選手。P2成分反映了一般的訓(xùn)練學(xué)習(xí)效應(yīng)，而P3波幅的升高表明競(jìng)技選手在提取和加工動(dòng)作信息時(shí)投入了較多的認(rèn)知資源。之后，本科研團(tuán)隊(duì)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)球選手預(yù)測(cè)對(duì)手擊球動(dòng)作過(guò)程中的類似神經(jīng)活動(dòng)時(shí)程特征，主要表現(xiàn)在動(dòng)作信息提取更早（成分潛伏期更短）、認(rèn)知資源投人更多（P3波幅更大）、空間表征提取更高效（LPC波幅更大）。而在籃球項(xiàng)目中，加工投籃動(dòng)作時(shí)，籃球選手會(huì)在球出手前100 ms誘發(fā)出更大的CNV負(fù)波，提示了籃球動(dòng)作預(yù)測(cè)的關(guān)鍵準(zhǔn)備時(shí)間，反映了不同項(xiàng)目的差異化。對(duì)于乒乓球項(xiàng)目，王麗巖等進(jìn)一步將動(dòng)作加工過(guò)程劃分為了3個(gè)階段，依次發(fā)現(xiàn)了乒乓球選手在早期感知分析階段誘發(fā)的P1、N1和P2成分，在比較編碼階段誘發(fā)的P3和PSW成分和在匹配識(shí)別階段誘發(fā)的LNC成分，這也是對(duì)乒乓球選手動(dòng)作加工時(shí)程特征的首次探索。值得一提的是，最新一篇來(lái)自意大利科研團(tuán)隊(duì)的研究報(bào)告仍在探索競(jìng)技選手動(dòng)作加工的神經(jīng)動(dòng)力學(xué)特征，以網(wǎng)球項(xiàng)目為例，他們發(fā)現(xiàn)專業(yè)選手組比低水平組誘發(fā)了更小的P2波幅以及更大的P3和N2波幅，并認(rèn)為這是動(dòng)作加工過(guò)程中競(jìng)技選手特異性的感知信息積累、編碼以及感知運(yùn)動(dòng)表征激活所致。在頻域特征上，有研究發(fā)現(xiàn)競(jìng)技選手在加工專項(xiàng)動(dòng)作過(guò)程中，會(huì)誘發(fā)更低的低頻和高頻alpha去同步化，表明alpha頻段內(nèi)的去同步化也是衡量競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工特異性表現(xiàn)的指標(biāo)之一。這些研究結(jié)果為更好地理解競(jìng)技選手的認(rèn)知加工過(guò)程提供了深刻的洞見，然而，仍需要進(jìn)一步研究以揭示不同開放式項(xiàng)目和不同水平選手之間的差異，以及這些神經(jīng)動(dòng)力學(xué)特征如何與實(shí)際運(yùn)動(dòng)技能的提高相關(guān)聯(lián)。

MRI技術(shù)的出現(xiàn)為更加全面地了解競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)提供了重要支持，其更高的空間分辨率，使我們能夠深入研究競(jìng)技選手這個(gè)特殊群體的大腦活動(dòng)空間分布和不同腦區(qū)之間的協(xié)同工作。相比于EEG研究，該領(lǐng)域的MRI研究取得了相對(duì)一致的結(jié)果，主要是發(fā)現(xiàn)專業(yè)選手在加工動(dòng)作過(guò)程中會(huì)顯著激活MNS，包括頂葉上部、頂內(nèi)溝、額下回等區(qū)域，支持了前饋模型理論，且競(jìng)技選手MNS的激活與其高水平的動(dòng)作加工能力有關(guān)。Wright團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步比較了不同阻斷時(shí)間的大腦激活特征差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)羽毛球選手在加工信息量較少的動(dòng)作信息時(shí)，在全腦有更多的激活，發(fā)現(xiàn)了專業(yè)選手在背外側(cè)、腹外側(cè)前額葉等區(qū)域的額外激活。最新一篇來(lái)自臺(tái)灣體育運(yùn)動(dòng)大學(xué)陳尹華團(tuán)隊(duì)的研究深入探討了專項(xiàng)知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)大腦激活的調(diào)節(jié)作用，主要以棒球項(xiàng)目為例，發(fā)現(xiàn)擊球手和投手在加工投球動(dòng)作時(shí)表現(xiàn)出更優(yōu)越的行為表現(xiàn)，并且誘發(fā)了穩(wěn)定的MNS激活；不僅如此，研究還發(fā)現(xiàn)擊球手和投手在大腦激活水平上存在差異，這與動(dòng)作模擬和知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)的作用有關(guān)，反映了知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)在促進(jìn)動(dòng)作加工能力方面的共同作用，并揭示了它們?cè)贛NS中的神經(jīng)基礎(chǔ)。來(lái)自TMS的直接證據(jù)也發(fā)現(xiàn)，乒乓球、羽毛球和空手道選手的運(yùn)動(dòng)皮層興奮性強(qiáng)于非專業(yè)選手，反映了與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練相關(guān)的皮層可塑性。以上研究成果為后續(xù)利用神經(jīng)反饋技術(shù)、無(wú)創(chuàng)性深部腦刺激技術(shù)等手段提升競(jìng)技選手動(dòng)作加工能力和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)找到了可干預(yù)的靶點(diǎn)。

鑒于動(dòng)作加工能力與競(jìng)技選手運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的緊密關(guān)聯(lián)，如何將上述基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于提升競(jìng)技選手的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)非常重要。而隨著這些基礎(chǔ)研究成果的積累以及設(shè)備精度的提高，神經(jīng)反饋訓(xùn)練（neurofeedback ffaining，NFT）和無(wú)創(chuàng)性深部腦刺激技術(shù)已迅速嶄露頭角并得到了應(yīng)用，成為了將基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用緊密連接的媒介。在競(jìng)技運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，NFT主要依托EEG技術(shù)，以與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)相關(guān)的感知運(yùn)動(dòng)節(jié)律（sensorimotor rhythm，SMR）、alpha能量、alpha/theta比值為指標(biāo)，通過(guò)采集和分析個(gè)體的神經(jīng)活動(dòng)，將其以視覺(jué)或聽覺(jué)形式進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的神經(jīng)自主調(diào)節(jié)過(guò)程。有研究團(tuán)隊(duì)在2015年就證實(shí)了能夠通過(guò)NFT提升SMR的能量，進(jìn)而促進(jìn)高爾夫球選手的推桿表現(xiàn)。目前，已有多篇元分析和系統(tǒng)綜述總結(jié)了NFT的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)競(jìng)技選手的體能和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)均有著顯著促進(jìn)作用，并且能夠提升競(jìng)技選手的行為效率、頭皮EEG能量，改善對(duì)刺激的反應(yīng)速度等。經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）作為無(wú)創(chuàng)性深部腦刺激技術(shù)的一種，能夠利用微弱的直流電導(dǎo)致大腦興奮性發(fā)生變化，進(jìn)而改變神經(jīng)可塑性，與NFT不同的是，該類技術(shù)更多依賴于大腦的空間定位以實(shí)現(xiàn)腦區(qū)的精準(zhǔn)干預(yù)。已有研究者采用tDCS技術(shù)嘗試干預(yù)拳擊手的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層（M1）和脊柱旁區(qū)域（手部映射區(qū)），結(jié)果發(fā)現(xiàn)其選擇性注意得到了增強(qiáng)，左右手的反應(yīng)也變得更快，這對(duì)于拳擊手的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)至關(guān)重要。

由此可見，在運(yùn)動(dòng)認(rèn)知領(lǐng)域，已從以EEG和MRI技術(shù)為主的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究，拓寬至嘗試?yán)肗FT和tDCS等技術(shù)干預(yù)和促進(jìn)競(jìng)技選手專項(xiàng)動(dòng)作加工和執(zhí)行能力的應(yīng)用研究，反映了該交叉學(xué)科領(lǐng)域基礎(chǔ)和應(yīng)用研究有序發(fā)展的研究現(xiàn)狀。然而，盡管已經(jīng)取得了重要成果，但這一領(lǐng)域的研究仍相對(duì)有限，尤其是在結(jié)合認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的研究方面，還有待更多深入探索。首先，EEG研究受限于被試運(yùn)動(dòng)偽跡對(duì)刺激誘發(fā)的信號(hào)的干擾，導(dǎo)致無(wú)法探究在真實(shí)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下，競(jìng)技選手動(dòng)作加工后期的動(dòng)作反應(yīng)準(zhǔn)備和執(zhí)行階段的神經(jīng)電信號(hào)變化，這可能有別于已有研究中常用的電腦按鍵反應(yīng)，從而無(wú)法獲知競(jìng)技選手在動(dòng)作認(rèn)知階段后的真實(shí)反應(yīng)。其次，相比發(fā)展于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)研究的EEG范式，競(jìng)技選手動(dòng)作加工研究主要采用真實(shí)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景圖片或動(dòng)態(tài)視頻，以揭示其專項(xiàng)認(rèn)知優(yōu)勢(shì)。這類刺激富含復(fù)雜的信息，無(wú)疑加大了提取關(guān)鍵信息所誘發(fā)的電信號(hào)的難度。另外，當(dāng)前運(yùn)動(dòng)認(rèn)知MRI研究主要采用單變量激活分析方法，通過(guò)對(duì)比專家和新手的激活差異，以推測(cè)競(jìng)技選手動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)在大腦中的發(fā)生位點(diǎn)和激活模式，可借鑒認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域研究，引入多變量激活分析等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，為提升運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究的精度和可信度提供可操作途徑。再次，該領(lǐng)域的應(yīng)用研究還處在起步階段，如NFT的低推廣性、數(shù)據(jù)采集設(shè)備的便攜性、數(shù)據(jù)偽跡去除算法的優(yōu)化等，還需隨著設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展而得到解決。

2乒乓球選手動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制探索

基于前期在不同開放式運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中的研究積累，競(jìng)技選手動(dòng)作加工領(lǐng)域研究逐漸系統(tǒng)化，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)在其中的應(yīng)用也使我們逐漸明晰了競(jìng)技選手的認(rèn)知優(yōu)勢(shì)及其神經(jīng)機(jī)制，這為后續(xù)進(jìn)一步探索其中未解的基礎(chǔ)理論問(wèn)題及開展應(yīng)用研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)在乒乓球項(xiàng)目上不斷取得優(yōu)異成績(jī)，成為當(dāng)前的優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，全民在該項(xiàng)目上的參與程度也逐年提升，與乒乓球運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)有關(guān)的認(rèn)知改變和腦可塑性變化是本科研團(tuán)隊(duì)自2016年以來(lái)共5項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目關(guān)注的主要議題，可總結(jié)劃分為動(dòng)作加工行為特征及其認(rèn)知加工過(guò)程、雙重表征機(jī)制2個(gè)方面，為指導(dǎo)競(jìng)技運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、精準(zhǔn)推廣乒乓球運(yùn)動(dòng)以及提升人腦可塑性提供實(shí)證依據(jù)。

2.1運(yùn)動(dòng)學(xué)信息是乒乓球選手動(dòng)作加工的關(guān)鍵線索

由前饋模型理論可知，動(dòng)作加工過(guò)程中對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的識(shí)別是成功預(yù)測(cè)球路的前提，也是運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)表征作用的關(guān)鍵。本科研團(tuán)隊(duì)初期重點(diǎn)系統(tǒng)考察了乒乓球選手對(duì)視覺(jué)線索的利用特征。其中，為了提升研究的生態(tài)學(xué)效度，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用咬合技術(shù)，將完整的乒乓球擊球動(dòng)作分離為前期發(fā)球動(dòng)作和后期球飛行軌跡（見圖1a），如此可以設(shè)置不同線索的沖突條件，以探究乒乓球選手對(duì)線索的依賴程度。通過(guò)行為實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，相比于新手或非專業(yè)選手，專業(yè)乒乓球選手的動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)來(lái)源于對(duì)對(duì)手運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的有效識(shí)別，其識(shí)別主要發(fā)生在動(dòng)作刺激呈現(xiàn)的早期，他們能夠利用更少的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息對(duì)對(duì)手的動(dòng)作結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)；并且，他們能夠更敏銳地覺(jué)察出線索的沖突，反映在額區(qū)誘發(fā)的theta振蕩（見圖1b），起到監(jiān)控沖突發(fā)生及線索整合的作用。

而針對(duì)乒乓球選手處理沖突線索更優(yōu)越的表現(xiàn)，本科研團(tuán)隊(duì)后續(xù)細(xì)化了動(dòng)作加工結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的偏差程度，考察競(jìng)技選手在加工動(dòng)作偏差過(guò)程中的認(rèn)知加工特點(diǎn)。結(jié)果顯示，乒乓球選手相比于非專業(yè)選手對(duì)偏差的判斷更準(zhǔn)確，并且在偏差程度加大的條件下，反應(yīng)變慢，說(shuō)明競(jìng)技選手加工動(dòng)作獲得的預(yù)期結(jié)果與實(shí)際不符，引發(fā)了額外的認(rèn)知過(guò)程。因此，團(tuán)隊(duì)通過(guò)EEG技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，偏差越大，誘發(fā)的theta頻段能量也越大，反映了認(rèn)知控制的參與，以使得最初形成的動(dòng)作計(jì)劃轉(zhuǎn)換為更符合實(shí)際情境的模式。提示我們，乒乓球選手經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期專項(xiàng)訓(xùn)練，形成了處理動(dòng)作表征匹配的特異性認(rèn)知加工模式，以應(yīng)對(duì)競(jìng)技場(chǎng)上突發(fā)的預(yù)期外事件的發(fā)生，這對(duì)于開放式項(xiàng)目需要競(jìng)技選手靈活處理對(duì)手多變的動(dòng)作攻防至關(guān)重要。

考慮在實(shí)際運(yùn)動(dòng)情境中，競(jìng)技選手可以提前獲知對(duì)手的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（如擊球打法偏好），以此作為額外的先驗(yàn)信息，輔助其完成動(dòng)作加工過(guò)程，這在前人研究中已得到了證實(shí)。為明確先驗(yàn)信息對(duì)乒乓球選手加工運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的影響，本團(tuán)隊(duì)采集了28名國(guó)家二級(jí)及以上乒乓球選手完成專項(xiàng)動(dòng)作加工時(shí)的大腦活動(dòng)數(shù)據(jù)。結(jié)果同樣表明：先驗(yàn)信息也可以提升乒乓球選手的動(dòng)作加工過(guò)程，尤其在運(yùn)動(dòng)學(xué)信息較少的條件下，競(jìng)技選手對(duì)先驗(yàn)信息的依賴程度更高；還分別設(shè)置了球落點(diǎn)判斷條件和球旋轉(zhuǎn)判斷條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)判斷由于其難度更大，受先驗(yàn)信息的調(diào)控更為明顯；在動(dòng)作加工的時(shí)間特征上，隨著運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的逐漸增加，先驗(yàn)信息會(huì)減少alpha頻段的區(qū)同步化活動(dòng)（見圖2），反映了認(rèn)知資源節(jié)省化的特征，即乒乓球選手在整合2類信息時(shí)，有效的先驗(yàn)信息可以降低競(jìng)技選手對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的神經(jīng)反應(yīng)，以節(jié)省認(rèn)知資源的投人。但在以足球項(xiàng)目為例的實(shí)驗(yàn)中，我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的先驗(yàn)信息會(huì)增加競(jìng)技選手對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的依賴程度。由此可以推測(cè)，競(jìng)技選手在整合2類信息時(shí)，為了確保動(dòng)作加工的準(zhǔn)確性，競(jìng)技選手會(huì)優(yōu)先利用運(yùn)動(dòng)學(xué)信息，只有當(dāng)發(fā)現(xiàn)先驗(yàn)信息是正確的時(shí)候，才會(huì)降低對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的依賴。

在明確運(yùn)動(dòng)學(xué)信息是乒乓球選手動(dòng)作加工的關(guān)鍵線索后，本團(tuán)隊(duì)剛獲批的一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目將以計(jì)算建模的量化分析方法，深入探究乒乓球選手動(dòng)作加工的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息表征機(jī)制。已實(shí)施的預(yù)實(shí)驗(yàn)針對(duì)乒乓球的發(fā)球動(dòng)作進(jìn)行了量化分析，標(biāo)記了球員左右兩側(cè)的髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)共8個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息，并將這些信息按照時(shí)間點(diǎn)形成預(yù)測(cè)變量，發(fā)球落點(diǎn)左、右作為二分結(jié)果變量，采用scikit-learn建立線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息編碼預(yù)測(cè)模型對(duì)動(dòng)作加工的預(yù)測(cè)正確率為97.3％，主要運(yùn)動(dòng)學(xué)信息來(lái)源包括肘關(guān)節(jié)的垂直位置、水平速度、角度等。這一嘗試解決了以往研究中描述性地將競(jìng)技選手的專家優(yōu)勢(shì)歸因至對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的提取和加工上，能夠剝離復(fù)雜的動(dòng)作信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)刺激的量化評(píng)估。這一方面為后續(xù)本團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)揭示乒乓球選手在運(yùn)動(dòng)學(xué)信息表征過(guò)程中的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)環(huán)節(jié)和認(rèn)知機(jī)制；另一方面基于建立的預(yù)測(cè)模型，幫助競(jìng)技選手更好地理解對(duì)手的動(dòng)作，提升其競(jìng)技狀態(tài)。

2.2乒乓球選手動(dòng)作加工的雙重表征機(jī)制

乒乓球選手的動(dòng)作加工過(guò)程首先依賴于對(duì)對(duì)手關(guān)鍵部位運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的提取和匹配。即使在實(shí)際運(yùn)動(dòng)情境下需要迅速完成，這一過(guò)程以及后續(xù)的動(dòng)作預(yù)測(cè)、動(dòng)作計(jì)劃和決策都必須在大腦中精確執(zhí)行。基于本團(tuán)隊(duì)2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的成果，整合MNS和MZS，提出了乒乓球選手動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)的雙重表征機(jī)制，具體來(lái)說(shuō)，分別位于額頂運(yùn)動(dòng)皮層和腹外側(cè)顳區(qū)的感知運(yùn)動(dòng)及語(yǔ)義表征模式，可能是乒乓球?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練引發(fā)的經(jīng)驗(yàn)效應(yīng)機(jī)制，其中語(yǔ)義表征是專業(yè)選手獲得的有別于新手的特異性經(jīng)驗(yàn)表征。

本團(tuán)隊(duì)前序研究發(fā)現(xiàn)先驗(yàn)信息能夠影響乒乓球選手的動(dòng)作加工過(guò)程，其中，與運(yùn)動(dòng)學(xué)信息相符的概括性提示信息能夠促進(jìn)競(jìng)技選手的動(dòng)作預(yù)測(cè)成績(jī)，而不相符的提示信息則會(huì)產(chǎn)生顯著的干擾效應(yīng)，但專業(yè)選手依然能夠在這種沖突情境下保持優(yōu)于非專業(yè)選手的動(dòng)作加工能力，這意味著專業(yè)選手的動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)特征還表現(xiàn)在對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息和相關(guān)概括性信息的整合。因此，本團(tuán)隊(duì)參考了言語(yǔ)研究中的經(jīng)典語(yǔ)義違反范式（即操縱句子后半段與前半段的語(yǔ)義匹配性），再次利用咬合范式，以球飛行軌跡與前期運(yùn)動(dòng)學(xué)信息不匹配的條件作為動(dòng)作語(yǔ)義違反條件，結(jié)果顯示，該條件誘發(fā)了經(jīng)典語(yǔ)義N400成分，不匹配條件下的波幅顯著高于匹配條件（見圖3a）。值得注意的是，相比于新手和非專業(yè)選手，專業(yè)選手的動(dòng)作加工表現(xiàn)與N400效應(yīng)呈顯著正相關(guān)（見圖3b）。這是首次在競(jìng)技選手動(dòng)作加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了語(yǔ)義成分的激活。為了進(jìn)一步考察該語(yǔ)義成分對(duì)乒乓球選手動(dòng)作加工過(guò)程的必要性，采用雙任務(wù)范式，設(shè)置了語(yǔ)詞和空間位置記憶干擾次任務(wù)（見圖3c），發(fā)現(xiàn)專業(yè)選手在語(yǔ)詞干擾條件下的動(dòng)作預(yù)測(cè)效率顯著低于空間位置干擾條件（見圖3d），且誘發(fā)了更大的P3波幅，但非專業(yè)選手不存在不同干擾條件間的差異，也首次證實(shí)了語(yǔ)詞刺激對(duì)乒乓球選手動(dòng)作加工的干擾效應(yīng)。

對(duì)此，本團(tuán)隊(duì)利用MRI技術(shù)對(duì)上述發(fā)現(xiàn)的動(dòng)作語(yǔ)義表征位點(diǎn)進(jìn)行了探討，同樣針對(duì)乒乓球選手，同步采集其在完成動(dòng)作加工過(guò)程中的任務(wù)態(tài)MRI數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于非專業(yè)選手，專業(yè)乒乓球選手在中央前回和中央后回有更大的激活，并表現(xiàn)出了動(dòng)作加工的行為優(yōu)勢(shì)，另外，還發(fā)現(xiàn)在顳中回等語(yǔ)義系統(tǒng)腦區(qū)的激活水平也顯著增強(qiáng)（見圖4a）。這就直接驗(yàn)證了乒乓球選手動(dòng)作加工雙重表征機(jī)制的存在。之后，還從大腦白質(zhì)結(jié)果的角度，發(fā)現(xiàn)了乒乓球選手在連接額頂運(yùn)動(dòng)皮層和語(yǔ)義系統(tǒng)腦區(qū)的白質(zhì)纖維束完整性增強(qiáng)（見圖4b），這有利于動(dòng)作運(yùn)動(dòng)學(xué)信息和語(yǔ)義信息在相應(yīng)腦區(qū)間的高效傳遞。這也是本團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)，除額頂運(yùn)動(dòng)皮層外，競(jìng)技選手在語(yǔ)義系統(tǒng)上的結(jié)構(gòu)可塑性改變。

3研究展望

總結(jié)而言，本團(tuán)隊(duì)已投入近10年的時(shí)間，專注于運(yùn)用神經(jīng)科學(xué)技術(shù)方法揭示乒乓球選手動(dòng)作加工過(guò)程的認(rèn)知表征模式。這些努力為我國(guó)優(yōu)勢(shì)乒乓球技能選手的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)特征提供了有力的實(shí)證支持，實(shí)現(xiàn)了從心理學(xué)研究的描述層面邁向了解釋層面的重要突破。特別值得一提的是，本團(tuán)隊(duì)在時(shí)間和空間2個(gè)維度上的研究揭示了乒乓球選手對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的表征模式以及動(dòng)作加工的雙重表征機(jī)制。展望未來(lái)，建立在前序研究基礎(chǔ)上，可以繼續(xù)深入研究乒乓球等開放式技能選手的認(rèn)知優(yōu)勢(shì)，這個(gè)過(guò)程需要不斷融合新興神經(jīng)科學(xué)技術(shù)和人工智能算法，以最終實(shí)現(xiàn)對(duì)競(jìng)技選手運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的精確預(yù)測(cè)和有效干預(yù)，我們將從以下3個(gè)方面展開未來(lái)的研究。

首先，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能算法，揭示競(jìng)技選手的腦可塑性特征。在方法學(xué)層面，在運(yùn)動(dòng)心理學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)上，充分整合認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)，關(guān)注大腦在加工、存儲(chǔ)和提取人類動(dòng)作信息過(guò)程中的關(guān)鍵作用，以深人研究人類運(yùn)動(dòng)能力表現(xiàn)的神經(jīng)機(jī)制和原理。在技術(shù)手段方面，融合新興技術(shù)領(lǐng)域的機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法，加速基礎(chǔ)研究和心理科技服務(wù)的科學(xué)化和智能化進(jìn)程。例如：如何利用新興算法解決傳統(tǒng)宏觀腦區(qū)激活無(wú)法精準(zhǔn)定位的問(wèn)題，可通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以多體素分析結(jié)果為材料建立和訓(xùn)練分類器或預(yù)測(cè)模型，精確定位與特定類型運(yùn)動(dòng)相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)模式，研究成果將有利于進(jìn)一步理解腦可塑性規(guī)律及精準(zhǔn)實(shí)施運(yùn)動(dòng)干預(yù)。

其次，無(wú)創(chuàng)性深部腦刺激和神經(jīng)反饋等技術(shù)提升競(jìng)技選手的動(dòng)作加T能力，從而將本團(tuán)隊(duì)研究成果轉(zhuǎn)化至運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和技術(shù)服務(wù)。例如：如何利用tDCS技術(shù)干預(yù)已發(fā)現(xiàn)的乒乓球選手動(dòng)作加工過(guò)程中激活的腦區(qū)，再結(jié)合新興算法提升干預(yù)靶點(diǎn)定位的精確性，可作為今后干預(yù)層面的研究方向之一。此外，如何整合實(shí)時(shí)腦機(jī)接口技術(shù)，使競(jìng)技選手能夠在實(shí)際訓(xùn)練和比賽中獲得即時(shí)的神經(jīng)反饋，從而提升其動(dòng)作加工能力和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，這將為競(jìng)技選手提供更具個(gè)性化和有效的訓(xùn)練方法。

最后，縱向干預(yù)并預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)人腦可塑性的影響。通過(guò)“專家－新手”范式，前序研究證實(shí)了競(jìng)技選手的動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)以及相應(yīng)腦可塑性改變與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有關(guān)，這為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的普及和推廣提供了實(shí)證依據(jù)。以乒乓球項(xiàng)目為例，作為我國(guó)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，普及程度很高，可縱向追蹤定期進(jìn)行乒乓球訓(xùn)練的群體，對(duì)其技能訓(xùn)練情況、認(rèn)知表現(xiàn)、心理狀態(tài)、大腦功能和結(jié)構(gòu)以及學(xué)業(yè)成績(jī)進(jìn)行定期施測(cè)，運(yùn)用新興算法，建立乒乓球運(yùn)動(dòng)對(duì)腦可塑性及學(xué)業(yè)成績(jī)影響的預(yù)測(cè)模型，是輔助運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和動(dòng)作技能學(xué)習(xí)以及加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)普及的途徑之一。

4結(jié)語(yǔ)

在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，針對(duì)開放式技能選手動(dòng)作加工優(yōu)勢(shì)的神經(jīng)機(jī)制研究已取得了突破性進(jìn)展，未來(lái)在該領(lǐng)域可從理論和實(shí)踐2個(gè)方面繼續(xù)開展研究：從理論上，利用計(jì)算建模和機(jī)器學(xué)習(xí)等算法，量化運(yùn)動(dòng)學(xué)信息以構(gòu)建認(rèn)知行為預(yù)測(cè)模型，并揭示動(dòng)作加工的雙重表征模式；在實(shí)踐上，通過(guò)干預(yù)動(dòng)作加工的表征位點(diǎn)，提升競(jìng)技選手的專項(xiàng)能力，并利用縱向追蹤，明確人腦對(duì)運(yùn)動(dòng)技能訓(xùn)練的可塑性。