高水平篮球运动员多目标追踪能力的脑功能和结构特征研究

发布时间：2020-09-19 10:15

　　人的大脑如何实现复杂运动环境下的认知加工是当前运动心理学研究的热点问题之一。对运动员大脑的研究表明运动相关大脑活动和高级认知加工可以受到长期知觉和运动训练的灵活调节。这些发现支持了人类大脑神经元活动的可塑性。长期运动训练对认知能力的影响主要集中在运动相关任务中,训练中所提升的认知能力能否从运动领域迁移到非运动特异性的一般认知领域,以及这种可塑性影响的脑功能及结构基础仍需要阐明。本研究结合行为测量和磁共振成像技术,使用多目标追踪任务,探讨高水平篮球运动员和非运动员在行为表现、大脑功能以及结构上的差异。研究一探讨了运动技能水平与非运动特异性的注意能力之间的关系。实验一采用行为测量方法,通过比较高水平篮球运动员、业余篮球运动员和非运动员之间多目标追踪能力的差异,考察了运动技能水平与多目标追踪任务表现之间的关系。结果发现高水平篮球运动员在执行非运动特异性的认知任务时具有更好的行为表现,表明训练所提高的注意能力能够迁移到非运动特异性的一般认知领域中,而且这种迁移效应只发生在经过大量训练的高水平运动员当中,以及高难度条件下。研究二探讨了高水平篮球运动员多目标追踪能力的脑功能特征。实验二使用功能磁共振成像技术,考察了高水平篮球运动员和非运动员在执行多目标追踪任务时大脑激活的差异。结果发现篮球运动员在多目标追踪任务中,多目标追踪相关脑区(双侧额眼区和双侧顶上小叶/顶内沟,均属于背侧注意网络)的正激活下降,且正激活与高注意负荷条件下的追踪正确率存在显著负相关;篮球运动员任务无关脑区(内侧额上回/前扣带回、右侧后扣带回/楔前叶、双侧颞中回、双侧角回,均属于默认网络)的负激活强度下降,负激活与高注意负荷条件下的追踪正确率存在显著正相关;在高注意负荷条件下,篮球运动员左侧颞中回的负激活强度低于非运动员。这些结果表明运动员可能在执行迁移的认知任务时具有更高的神经效率以及更强的抑制无关信息加工的能力。实验三采用独立成分分析方法,考察了高水平篮球运动员与非运动员在多目标追踪任务中背侧注意网络和默认网络功能连接强度的差异。结果发现,与非运动员相比,篮球运动员在多目标追踪任务中,背侧注意网络的功能连接减弱,且背侧注意网络的功能连接与高注意负荷条件下的追踪正确率存在显著负相关;篮球运动员在多目标追踪任务中,默认网络功能连接强度增强,且默认网络功能连接与高注意负荷条件下的追踪正确率存在显著正相关。这些结果表明高水平篮球运动员可能在执行迁移的认知任务时具有更高的神经效率。实验四以实验三独立成分分析发现的功能连接存在组间差异的脑区作为感兴趣区,比较高水平篮球运动员和非运动员在静息状态下每个感兴趣区与全脑体素的功能连接,探讨高水平篮球运动员和非运动员大脑静息态功能连接的差异。结果发现,与非运动员相比,篮球运动员右侧顶上小叶/顶内沟与右侧背外侧前额叶表现出显著增强的功能连接,双侧前扣带回与左侧颞中回/角回表现出显著增强的功能连接,右侧内侧额上回与左侧小脑后叶表现出显著降低的功能连接;相关分析发现,右侧顶上小叶/顶内沟与右侧背外侧前额叶的功能连接与高注意负荷条件下的追踪正确率存在边缘显著的正相关,右侧内侧额上回与左侧小脑后叶的功能连接与高注意负荷条件下的追踪正确率存在显著的负相关。表明长期篮球训练可能与静息态的大脑功能连接的变化有关。研究三探讨了高水平篮球运动员的脑结构特征。实验五考察了高水平篮球运动员与非运动员大脑灰质体积的差异及其与行为表现的关系。结果发现,篮球运动员双侧海马旁回/梭状回、双侧中央后回/顶叶中央沟盖/脑岛以及顶上小叶/顶内沟的灰质体积显著大于非运动员。表明篮球运动员可能经过长期篮球训练而具有更出色的感知和动作执行以及注意能力。本研究主要得到以下结论:(1)高水平篮球运动员具有更高的非运动特异性的注意能力;(2)高水平篮球运动员在执行非运动特异性的注意任务时表现出高效的功能特征;(3)高水平篮球运动员与感知运动、场景再认及视空注意有关的大脑皮层灰质体积增加。
【学位单位】：上海体育学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：G841
【部分图文】：

示意图,视觉刺激,多目标,小球

高水平篮球运动员多目标追踪能力的脑功能和结构特征研究个，与当前试次目标数量一致）变成绿色（探测刺激）。被试的任务是按数字键（0、1、2、3、4）指出探测刺激中有多少是目标刺激（图 4-1-1）。小球在每个试次开始时的位置随机，小球每秒随机改变方向使得小球的运动方向难以预测。为避免小球重叠，当小球靠近彼此或触碰到屏幕边界时会改变方向。

多目标,运动员,业余运动员,高水平篮球运动员

高水平篮球运动员多目标追踪能力的脑功能和结构特征研究运动员组（38.33±10.35%,p<0.001），也显著高于非运动员组（42.57±9.40%,p= 0.004），F(2, 62) = 10.93, p < 0.001, η2= 0.26。然而，无论是追踪三个目标还是四个目标，业余运动员组与非运动员组的追踪正确率均没有显著差异（p>0.5）。并且，在追踪两个目标时，高水平运动员组（85.23±8.60%）、业余运动员组（83.75±7.27%）和非运动员组（82.97 ±6.27%）的追踪正确率均没有显著差异，F(2, 62)= 0.53, p = 0.59。图 4-1-2 阐释了三组被试的追踪正确率随注意负荷而变化。

示意图,视觉刺激,多目标,示意图

图 4-2-1 多目标追踪任务视觉刺激呈现示意图。被试需要在整个试次中注视中央注视点。在注意追踪条件，呈现 10 个蓝色小球，其中 2 个、3 个或 4 个小球变成红色 2 秒，提示目标刺激，随后变回蓝色，小球随机方向运动 8 秒后停止，被试需要指出探测刺激中有多少是目标刺激。在被动观察条件下，小球一直维持蓝色，小球运动过程中被试需要注视中央注视点而不注意小球，反应阶段被试统一按 0 键。4.2.2.3 实验程序本实验包含 96 个试次，分为 24 个循环，每个循环包括 4 个试次，分别为2、3、4 个目标以及被动观察，四种条件试次的顺序在循环中进行伪随机。每个循环之间被试有 15 秒的休息时间。被试在进入扫描仪进行正式实验之前先熟悉实验任务。实验过程中记录被试的反应正确率，为保证正确率，没有要求被试快速反应[256,62]。4.2.2.4 功能磁共振数据采集核磁数据在华东师范大学上海市磁共振重点实验室西门子 3.0T 医用 MRI扫描仪上采集得到，所用线圈为 12 通道的头线圈。实验时让被试尽量放轻松，使

【参考文献】