乒乓球运动员在不同空间任务认知加工神经效率的EEG研究

发布时间：2020-11-12 15:41

　　 神经效率是个体获得任务绩效的认知加工过程,大脑皮层神经资源使用的有效性。空间任务认知加工是指个体对视觉客体空间信息,进行感知、编码、记忆、存储和提取等认知过程。运动领域运动相关空间信息的认知加工,是获得运动优异绩效的关键。长期的专项运动训练,不仅提高运动员运动相关空间任务信息的加工能力,还可能提高大脑相关皮层功能,表现皮层神经高效率。探讨运动员空间任务认知加工的神经效率,对解释运动员高水平动作绩效,揭示运动员高绩效的认知加工神经机制,揭示长期体育锻炼对个体大脑神经功能适应能力,都具有重要的理论和实践价值。但是,目前研究显示,受专项经验、任务类型、训练项目、脑区环路等调节变量影响,在运动专项或运动相关空间任务认知加工过程,运动员的脑区激活、脑区间功能耦合,以及事件相关电位波幅等变化趋势并不一致。为此,本研究依据神经效率假说,以及神经元节律同步绑定与相干模型,采用诱发脑电信号分析技术,以典型快速对抗性的乒乓球运动员为被试,通过专项动作和运动相关空间任务,比较诱发脑电节律去同步化/同步化、节律相干性、事件相关电位波幅的组间差异性,分析乒乓球运动员不同空间任务诱发的脑区激活、脑区间功能耦合、不同加工阶段资源消耗差异性等神经活动特征,探讨运动员空间任务认知加工神经效率的时空特征。研究结果显示:(1)在专项动作任务加工中,运动员组的正确率优于对照组;任务诱发脑电节律分析显示:运动员的枕区和顶区的低频α节律去同步化水平低于对照组,运动员组的枕叶、顶叶和镜像系统等脑区的高频α节律去同步化水平低于对照组,表明专项任务诱发运动员皮层激活下降;右侧枕区与颞区的θ节律和高频α节律波相干性系数,右侧枕与额区的θ和高频α节律相干性系数,右侧额区与颞区的θ节律、低频α和高频α节律相干性系数都高于对照组;运动员的左侧枕与顶区、左侧枕与额区的高频α节律相干性系数低于对照组,左侧额区与颞区θ节律和高频α节律相干性系数低于对照组,左侧额区与颞区低频α和高频α节律相干性系数低于对照组,左侧额区与顶区高频α节律相干性系数低于对照组,额区、顶区和颞区半球间θ节律、低频α和高频α节律相干性系数低于对照组,表明专项动作诱发运动员脑区间功能耦合的分化趋势。(2)在位置和旋转特征空间任务加工中,运动员反应时、正确率优于对照组,运动员的绩效更优;任务诱发脑电节律分析显示:运动员左侧额区和颞区的θ节律同步化水平低于对照组,运动员的左侧顶区的低频α节律,以及左侧额区和颞区、顶区和枕区的高频α节律去同步化水平低于对照组,表明在位置和旋转特征空间任务中,运动员表现皮层更低激活;任务诱发脑电节律相干性系数比较显示:运动员右侧颞区与额区、额区与枕区的α节律相干性系数高于对照组,运动员左侧颞区与额区α节律相干性系数低于对照组,颞区、顶区和额区半球间的α节律的相干性系数低于对照组,表明运动员脑区间功能耦合也呈现分化趋势。(3)在位置特征空间任务加工中,运动员反应时优于对照组,表现加工速度的优势;任务诱发脑电节律分析显示,运动员顶区和中央区诱发高频α节律去同步化水平低于对照组,表明运动员的顶区和中央区诱发皮层激活更低;任务诱发节律相干性系数的比较显示:运动员的右侧颞区与额区、额区与枕区的α节律相干性系数高于对照组,但左侧颞区-额区α节律,以及顶区半球间α节律相干性系数低于对照组,反映这些脑区间功能耦合也呈现分化趋势。(4)位置和旋转特征空间任务事件相关电位比较显示:运动员的顶区和枕区诱发N1峰波幅,额区和中央区诱发N2峰波幅都高于对照组,潜伏期组别差异不显著,但额区、中央区和顶区诱发P300峰波幅低于对照组,潜伏期小于对照组;位置特征空间任务事件相关电位比较显示:运动员额区和中央区诱发N1峰波幅,以及额区和顶区诱发N2峰波幅都高于对照组,但运动员额、顶区诱发P300峰波幅和潜伏期低于对照组,表明运动员早期神经资源消耗增强,而加工后期神经资源消耗下降。(5)位置空间特征任务诱发脑电信号时-频功率谱谱显示,被试的枕叶、顶叶、中央区和额区α节律去同步化/同步化趋势,与事件相关电位成分波幅呈现较高相关,进一步验证事件相关电位的N1、N2、P300峰波幅和潜伏期,反映运动员大脑神经效率不同加工时间阶段变化特征。本研究得出以下结论:(1)在专项动作和运动相关空间任务认知加工中,乒乓球运动员额区、顶区等皮层神经激活水平,以及额-枕、额-颞、额-顶等脑区间节律功能耦合的变化,都表现大脑神经资源使用的高效率。(2)在运动相关空间任务认知加工中,乒乓球运动员的大脑神经高效率,主要表现认知加工的晚期。(3)在专项动作和运动相关的空间任务加工中,运动员的大脑认知加工的神经高效率,既表现一定迁移性,又受运动经验的影响。(4)提出的乒乓球运动员空间任务认知加工神经效率模型,揭示了运动员大脑神经效率的时间和空间特征。
【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】：G846
【部分图文】：

[4]。模型涉及的节点是指神经元集群或单个神经元，节点间通过神经元突触进行连接（见图2-2-1）。图2-2-1 节点连接完整性加工神经效率模型（引自Rypma & Prabhakaran, 2009）Fig 2-2-1 The Model of Neual Efficiency Based on the Integritiy of Proceessing Linksbetween Nodes（Rypma & Prabhakaran, 2009）该模型认为，就年轻被试而言，如果节点直接连接的加工不能完全胜任任务，表现功能完整性缺失，在任务加工过程，就需要动员低效率（间接）节点连接，参与加工的神经元数量增加，表现大脑皮层的激活增强，如低绩效年轻被试或高绩效老年被试。如果节点直接和间接连接都缺乏完整性，则不能通过诱发更多神经元，完成任务加工，最终表现为被试的行为绩效和大脑皮层激活

不同功能层次皮层，对输入信息流的响应范围是不同的。高级皮层区如前额皮层，通过双向或单向连接的信息流，影响初级皮层的功能，进而整合信息资源完成加工过程（见图2-5-1）。运动领域的空间信息认知加工，所涉及加工的神经通路，主要包括运动客体空间信息相关的视觉通路系统、记忆系统、执行与控制加工、决策应答系统。因此，运动员视觉空间任务认知加工过程，动员的加工神经通路，与一般空间任务信息加工具有共性。但是，不同运动项目的特异性，可能影响运动员的空间任务认知加工优势的差异性，同时专项动作的“具身性”，可能诱发视-动连接神经通路皮层激活。一些动作观察识别的研究显示，专项动作识别任务，诱发的神经环路包括顶-枕、颞-枕视觉通路皮层

作空间信息认知加工的神经功能机制[86]（参见图2-5-2）。因此，探讨运动员专项动作加工神经效率，可能涉及视觉通路和镜像系统。第三，视觉通路和镜像系统协同是动作认知神经机制。练习诱发视知觉学习皮层可塑性研究显示，视觉皮层功能可塑性比较复杂，不仅涉及视觉皮层，还表现在额、顶、颞等高级皮层功能的变化[114, 115]。并且，不同练习阶段或者不同复杂性的任务，都影响视觉相关皮层激活趋势和区域分布[158-160]。就运动员而言，长期专项动作训练，提高大脑动作加工相关皮层的适应性，呈现大脑皮层的功能可塑性[91]。其中
【参考文献】

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本文编号：2880920