基于生物反饋的足球智能運動訓練方法

摘要：足球智能運動訓練依托數據驅動和智能設備，可精準分析運動表現并提高訓練效率。然而其在生理監測、心理應對及恢復管理等方面仍存在不足。為應對上述挑戰，該研究提出了基于生物反饋的足球智能運動訓練方法，結合心率變異性（HRV）、腦電圖（EEG）以及肌電圖（EMG）等技術，旨在實現身心調節、心理韌性提升和損傷預防，為足球訓練提供科學依據，優化球員的運動表現和恢復效果。

關鍵詞：生物反饋 足球智能運動 心率變異性 腦電圖 肌電圖 皮膚電活動

Biofeedback-based Intelligent Sports Training Method for Football

CUI Yi

Zhengzhou Institute of Taxation and Finance，Zhengzhou， Henan Province，450000 China

Abstract：Intelligent football training uses data-driven approaches and smart devices to analyze performance and improve efficiency. However， it faces challenges in physiological monitoring， psychological response， and recovery management. This study proposes a biofeedback-based training method that integrates heart rate variability （HRV）， electroencephalography （EEG）， and electromyography （EMG）. The aim is to improve physical and mental conditioning， enhance mental toughness， and prevent injuries， providing a scientific foundation for football training while optimizing players' performance and recovery.

Key Words：Biofeedback;Football intelligent movement;Heart rate variability; EEG; EMG;Skin electrical activity

隨著現代科技的發展，智能運動訓練通過數據監測、科學分析和設備輔助，能夠為球員的技術動作、體能分配和恢復過程提供詳實的數據支持。當前的足球智能訓練通常依賴可穿戴設備、視頻分析和AI算法，盡管在數據獲取和效率提升上具有顯著優勢，但訓練中的生理與心理因素仍難以全面掌控。在此背景下，生物反饋作為一種利用傳感器實時監測生理信號的技術，能夠幫助球員自我調節生理狀態[1]。

1當前足球智能運動訓練的挑戰與局限

1.1 生理監測不足，運動狀態難控

足球是一項高強度且持續對抗的運動，球員的體能狀態直接影響其場上表現。當前智能訓練設備雖能提供運動負荷、心率和速度等基礎數據，但對更深層次的生理指標，如肌肉疲勞度、神經系統恢復狀態等，監測仍顯不足，在精準度和實時反饋方面有所欠缺。而MAKARACI M等人[2]對網球運動員進行的10次生物反饋訓練實驗表明，通過生物反饋干預，可以在多個維度上改善運動員的生理狀態，可見生物反饋在精細生理監測中的價值。但目前，足球智能訓練尚未廣泛應用生物反饋技術，導致無法實時掌握球員的深層生理狀態，此問題仍待解決。

1.2 心理壓力未解，臨場應對不足

李尚宸[3]在對大學生足球運動員的研究中指出，焦慮情緒是影響球員比賽狀態的關鍵因素，狀態焦慮和特質焦慮的疊加可能造成球員在比賽中的心理不穩定。然而，當前的足球智能訓練主要聚焦于體能、戰術和技術層面的優化，對于球員心理壓力的管理關注不足，導致部分球員在高壓環境中難以發揮出最佳水平。此種不穩定性可能直接表現為技術動作失誤、決策延遲和身體反應不協調等問題，使球員難以在緊張時刻保持平穩的競技狀態，進而影響整個團隊的戰術執行力和配合效果。

1.3 恢復管理欠缺，疲勞傷病易發

足球訓練的高強度和高頻率易使球員處于疲勞積累狀態，若缺乏科學的恢復管理，長期的疲勞將增加運動損傷的風險，導致運動壽命縮短。在此背景下，PRONCZUK M等人[4]的研究顯示，通過應用EEG生物反饋對力量舉選手進行干預，能夠提高運動員的訓練動機，顯著改善運動表現。然而，現階段的足球智能訓練較少使用類似技術對恢復狀態進行量化監測和個性化干預。導致球員的疲勞恢復管理效果欠佳，易出現因疲勞積累而導致的傷病風險。

2基于生物反饋的足球智能運動訓練方法

2.1 心率變異性（HRV）監測助力身心調節

心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）是指心跳間期的變化性，即相鄰心跳之間的時間間隔變化。在足球智能運動訓練中，HRV監測可通過可穿戴設備進行，隨時采集心跳間隔數據，并將數據通過藍牙或無線技術傳輸至智能設備進行分析，用于實時評估球員的身心狀況，以便教練和球員及時調整訓練強度和恢復策略。

在訓練前，教練可以通過HRV的平均值和標準差來評估球員的自主神經系統平衡度，觀察HRV數值是否處于正常范圍內或有顯著波動。例如，HRV數值較高表明球員處于良好的恢復狀態，可以安全地安排高強度訓練；若HRV數值偏低且呈現持續下降趨勢，則表明球員可能存在疲勞積累，交感神經活躍，身體或心理狀態不佳，此時應避免高強度訓練，選擇相對輕量的訓練內容。同時，教練還可以結合每位球員的歷史HRV數據和個體基準值，進一步了解其恢復節奏和壓力反應個體差異，確保評估的準確性，以最大限度提升球員的訓練效果和健康保障。

在訓練過程中，教練可以利用HRV監測球員的實時生理反應，及時調整訓練強度和節奏。若球員在訓練過程中HRV數值快速下降，則可能表明其身體進入交感神經主導的高應激狀態，表示身體正經歷較大壓力或疲勞累積。此時，教練可選擇適當降低訓練強度或設置短暫的休息時間，以防止過度消耗。在此過程中，HRV監測的頻率可視訓練內容的高強度而定，通常每5至min采集一次數據，以確保數據反映實時生理狀態。

在訓練后，教練可以憑借HRV數據為球員制定個性化的恢復訓練方案，從而加速其體能和心理恢復。若球員在短時間內HRV迅速回升到訓練前的正常水平，說明其恢復能力較強，可以在次日適當安排較高強度的訓練；但如果HRV恢復較慢，且數值持續偏低，則表明其身體尚未完全恢復，可能需要延長休息時間或進行低強度訓練，如慢跑、瑜伽和深度呼吸練習等以促進恢復。同時，教練可以參考球員訓練前、訓練中和訓練后HRV的整體波動情況，判斷其在本次訓練中的負荷承受情況。通過長時間對球員HRV數據的累積分析，教練能夠識別出每位球員的最佳恢復模式，從而為球員提供更為精準的個性化恢復策略，有效預防疲勞和潛在傷病風險。

2.2 腦電圖（EEG）輔助改善心理韌性

腦電圖（Electroencephalogram，EEG）是一種通過記錄大腦神經活動所產生的電信號來監測心理狀態的技術，能夠精確捕捉大腦的不同頻段電波，包括α波、β波、θ波和δ波等。在足球智能運動訓練中，EEG通過檢測和反饋球員的心理狀態，能夠幫助其在高壓情境下保持冷靜和專注，提高抗壓能力。

首先，EEG可以用于幫助球員識別情緒波動并進行反饋調節。EEG設備可以通過電極實時監測球員的腦電波活動，關注α波和β波的變化情況，并將數據實時傳輸到智能設備，教練可以根據數據波動識別球員的情緒狀態。例如，當檢測到β波增高、α波降低時，說明球員情緒處于緊張狀態，此時教練可以指導球員進行深呼吸，借助緩慢的腹式呼吸，幫助副交感神經系統激活，從而降低β波、提升α波水平，逐漸引導情緒回歸平穩。長時間的反饋訓練，能夠讓球員對自己的情緒波動更加敏感，從而逐步提高自我調節情緒的能力。

其次，EEG可以用于提升球員的專注力。EEG的β波活動與個體的專注和警覺狀態密切相關，如果β波活動較低，意味著球員可能分心或注意力不集中。為提高其專注力，教練可以讓球員進行視覺反饋訓練，如盯住某個固定點，并結合深呼吸調整，逐漸將注意力集中在當前任務上。同時，可以加入聽覺刺激訓練，利用背景白噪音來排除外界干擾，幫助β波活動逐漸增強；還可以通過完成專注力任務的練習，如快速反應或記憶訓練，來強化注意力的穩定性，讓球員在反復訓練中逐步提高對專注狀態的控制，提升比賽中專注力的持續性。

最后，EEG還可以用于緩解球員的焦慮，通過監測θ波活動來評估其心理壓力水平。在高壓比賽情境中，如果EEG顯示球員的θ波活動顯著增強，說明其焦慮水平較高，此時教練可以指導球員采用深度冥想的方式來降低壓力，如進行漸進式肌肉放松，逐步放松全身各部位，配合緩慢的深呼吸以降低心率，幫助θ波恢復到較低水平；還可以使用引導性放松語音，使球員在放松過程中聽到平緩、舒緩的指令，進一步幫助焦慮情緒的緩解。通過持續的反饋訓練，球員能夠在焦慮情緒出現時迅速調整，增強其應對高壓情境的心理韌性。

2.3 肌電圖（EMG）反饋預防損傷隱患

肌電圖（Electromyography，EMG）是一種通過測量肌肉收縮時產生的電信號來分析肌肉活動情況的技術[5]。在足球智能運動訓練中，EMG反饋可以幫助教練和球員了解肌肉使用情況，及時發現肌肉不平衡或過度使用的現象，從而采取針對性的訓練調整，預防因肌肉不當負荷導致的損傷隱患。

其一，EMG可以實時檢測特定肌肉群的激活程度，通過數據反饋來了解肌肉的具體負荷情況。在足球運動中，大腿肌群、腓腸肌、髂腰肌和臀肌等部位頻繁使用，EMG可顯示每個肌肉群的電信號變化，當檢測到某一肌肉群的激活水平過高且持續時間較長時，說明該肌肉群可能正在承受過大的壓力。教練可以在此基礎上調整訓練內容，減少該肌肉群的負荷，或安排局部放松訓練，如動態拉伸和按摩，以預防因肌肉過度激活導致的疲勞和微損傷問題，從而更好地保護球員肌肉健康。

其二，EMG能夠識別不同肌肉群之間的激活差異，從而幫助教練發現肌肉不平衡的情況。如在跑動、急停或變向過程中，EMG可以反饋大腿前側肌肉（股四頭肌）和后側肌肉（股二頭肌）的激活程度。如果前后肌群的激活程度存在明顯差異，或某一側肌群的激活強度較另一側顯著較弱或較強，則可能存在肌肉不平衡的問題。教練可以根據EMG反饋設計有針對性的訓練方案，加強激活程度較弱的肌肉群，如加入單腿深蹲、單側負重等強化薄弱肌群的練習，逐漸恢復前后或左右肌群的平衡，增強動作協調性和關節穩定性，預防因不平衡帶來的運動損傷風險。

其三，EMG反饋還可用于監測肌肉的疲勞狀態，幫助教練及時調整訓練負荷。例如，在長時間跑動或高強度訓練過程中，若EMG數據顯示肌肉振幅明顯增加，則可能說明肌肉正進入疲勞狀態，此時繼續高強度訓練將增加損傷風險。基于EMG反饋，教練可以適時安排降低訓練強度或進行短暫休息，避免疲勞積累。同時，還可結合低強度的恢復性訓練，如慢跑、拉伸、泡沫滾軸按摩等，幫助疲勞肌肉加速恢復。以確保球員在避免過度疲勞的同時有效提升訓練效果，保持肌肉的活力與健康。

3.結語

綜上所述，基于生物反饋的足球智能運動訓練方法為提升球員的身心狀態和運動表現提供了科學支持。通過心率變異性（HRV）、腦電圖（EEG）和肌電圖（EMG）的監測與反饋，教練和球員能夠更精準地了解身體的生理、心理狀況，實現實時調整，從而減少因壓力、疲勞和肌肉不平衡帶來的損傷隱患，提高專注力和心理韌性。未來，隨著生物反饋技術的進一步發展，將實現更精細的實時監控與自我優化，為運動員健康與表現提供全方位保障。

參考文獻

[1]劉紀龍，王深.基于生物反饋的智能運動訓練系統：技術現狀與應用前景[C]//國際班迪聯合會（FIB），國際體能協會（ISCA），中國班迪協會（CBF）.第五屆國際體育科學大會論文集（下）.福建師范大學體育科學學院;2024：5.

[2] MAKARACI M ，MAKARACI Y ，ZORBA E ， et al.Effects of Ten Biofeedback Sessions on Athletes' Physiological， Psychological， and Cognitive Functioning： A Randomized Controlled Trial with International Tennis Players.[J].Perceptual and motor skills，2024，315125241274834.

[3]李尚宸.生物反饋訓練對大學生足球運動員焦慮情緒的影響研究[D].長春：吉林大學，2021.

[4]PRONCZUK M ，CHAMERA T ，MARKOWSKJ ， et al.The impact of EEG biofeedback training on the athletes' motivation and bench press performance.[J].Biology of sport，2024，41（3）：197-104.

[5]張建梅.基于生物反饋監測的表象訓練對大學生羽毛球學習效果的影響[D].沈陽：沈陽體育學院，2023.