功能磁共振成像技術(shù)及其在運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究中的應(yīng)用

陳愛國 席嘉辰 殷恒嬋 顏軍

1 揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院（江蘇揚(yáng)州 225009）2 北京師范大學(xué)體育與運(yùn)動(dòng)學(xué)院

20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)的功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）將神經(jīng)活動(dòng)和高分辨率磁共振成像技術(shù)完美結(jié)合，既可清晰、準(zhǔn)確地顯示腦組織解剖結(jié)構(gòu)，也可通過對腦血流、腦血氧代謝等的觀察，了解人行為活動(dòng)時(shí)腦的各種功能活動(dòng)，尤其是腦的高級活動(dòng)情況。fMRI結(jié)合功能、解剖和影像三方面因素，為磁共振成像從單一形態(tài)學(xué)研究到與功能相結(jié)合的系統(tǒng)研究提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持；同時(shí)該技術(shù)具有無創(chuàng)傷性、無放射性、可重復(fù)性、較高的時(shí)間和空間分辨率、可準(zhǔn)確定位腦功能區(qū)等特點(diǎn)，已在認(rèn)知和心理學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景，并取得了豐碩的研究成果［1-3］。

近年來，國外一些研究者已把功能磁共振成像技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)心理學(xué)的研究中，用于探索體育運(yùn)動(dòng)行為的腦活動(dòng)特點(diǎn)，為闡明體育運(yùn)動(dòng)中心理現(xiàn)象的機(jī)制提供了有力的手段，極大地推動(dòng)了運(yùn)動(dòng)心理學(xué)理論和應(yīng)用研究的發(fā)展。fMRI可為運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究增加新的數(shù)據(jù)和資料，但前提條件是研究人員需要認(rèn)清這項(xiàng)技術(shù)的原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析特點(diǎn)以及如何利用這項(xiàng)技術(shù)開展運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究。因此，本文就功能磁共振成像的原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)分析進(jìn)行介紹，并對國外功能磁共振成像技術(shù)在運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以幫助國內(nèi)運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究者了解功能磁共振成像技術(shù)，使用該技術(shù)開展研究，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)心理學(xué)的發(fā)展。

1 功能磁共振成像技術(shù)概述

1.1 磁共振成像原理

原子核如1H、13C、23Na、31P等具有磁矩，是具有一定磁旋比的自旋體系，當(dāng)處于一外加勻強(qiáng)磁場（又稱主磁場或靜磁場，用矢量B0表示）中，其在自旋的同時(shí)，又沿主磁場B0方向進(jìn)動(dòng)（precession），進(jìn)動(dòng)頻率（又稱Larmor頻率）與主磁場強(qiáng)度B0成正比。若以Larmor頻率施加射頻脈沖，其不同磁能之間會發(fā)生共振躍遷，即核磁共振，出現(xiàn)短暫的“相位同步”（phase coherence or in phase）。射頻脈沖停止后，原子核群又自發(fā)回復(fù)到平衡狀態(tài)，此過程稱之為“核磁馳豫”，其過程分別用縱向馳豫時(shí)間（T1）和橫向馳豫時(shí)間（T2）描述。人體組織中1H含量豐富，而氫核只含有一個(gè)質(zhì)子，不含有中子，結(jié)構(gòu)簡單，磁性強(qiáng)，最不穩(wěn)定，最易受外加磁場的影響而發(fā)生核磁共振，所以主要利用1H質(zhì)子進(jìn)行磁共振成像。人體不同組織具有不同的氫核密度、縱向馳豫時(shí)間T1和橫向馳豫時(shí)間T2，若在主磁場B0上疊加一梯度磁場，利用這些參數(shù)獲得體內(nèi)組織的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖像，就是傳統(tǒng)的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）。

1.2 功能磁共振成像基礎(chǔ)

fMRI是在MRI基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。廣義上的fMRI主要包括4種：腦灌注MRI（perfusion MRI）、腦彌散MRI（diffusion MRI）、磁共振波譜分析以及功能活動(dòng)（task activation）MRI。而狹義上的fMRI僅指功能活動(dòng)MRI，是目前人們用MRI方法研究大腦功能活動(dòng)最主要的方法。它是利用特定的任務(wù)刺激，造成腦部局部血流量明顯增加——血氧水平依賴效應(yīng)（Blood-Oxygen Level-Dependent，BOLD）而表現(xiàn)為相應(yīng)腦部激活反應(yīng)的功能圖像。

1.2.1 功能磁共振成像原理

1990年，Ogawa等人根據(jù)腦功能活動(dòng)區(qū)氧合血紅蛋白（HbO2）含量的增加導(dǎo)致磁共振信號增強(qiáng)的原理得到人腦的功能性磁共振圖像［4］，即血氧水平依賴的腦功能成像（Blood-Oxygen Level-Dependent fMRI，BOLD fMRI）。由于血液動(dòng)力學(xué)反應(yīng)與腦神經(jīng)活動(dòng)之間存在著緊密的聯(lián)系，BOLD fMRI信號與局部腦血流、氧合血紅蛋白（HbO2）和脫氧血紅蛋白（dHb）含量密切相關(guān)。當(dāng)被特定的任務(wù)（如視覺、運(yùn)動(dòng)等）刺激后，可激活相應(yīng)的腦功能區(qū)，從而引起局部腦血流量和氧交換量增加，氧的供應(yīng)量大于消耗量，導(dǎo)致氧合血紅蛋白含量增加，脫氧血紅蛋白含量降低。脫氧血紅蛋白具有順磁特性［5］，可使組織毛細(xì)血管內(nèi)外出現(xiàn)非均勻性的磁場，從而加快質(zhì)子的失相位，縮短T2馳豫時(shí)間，導(dǎo)致T2加權(quán)信號降低。因此當(dāng)脫氧血紅蛋白含量減少時(shí)可促使局部的T2加權(quán)信號增強(qiáng)，從而獲得相應(yīng)激活腦區(qū)的功能成像圖［6，7］。

BOLD成像的基本過程是通過外在的、有規(guī)律的任務(wù)與靜息兩種狀態(tài)的交互刺激，經(jīng)轉(zhuǎn)換獲得一系列動(dòng)態(tài)原始圖像，通過設(shè)定閾值，對兩種狀態(tài)下的原始圖像進(jìn)行匹配減影，用相關(guān)圖像處理技術(shù)重建功能激活圖像。

1.2.2 功能磁共振成像實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

fMRI實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要有兩種類型：一是組塊設(shè)計(jì)（block design）；二是事件相關(guān)設(shè)計(jì)（event related）。fMRI組塊設(shè)計(jì)主要采用基于認(rèn)知減法范式的“基線－任務(wù)刺激”模式，其特點(diǎn)是以組塊的形式呈現(xiàn)刺激，在每一個(gè)組塊內(nèi)，同一類型的刺激連續(xù)、反復(fù)呈現(xiàn)。一般至少需要兩種類型的刺激，其中一類是任務(wù)（task）刺激，另一類是控制（control）刺激。通過對任務(wù)刺激和控制刺激引起的腦局部血氧反應(yīng)的對比，了解與任務(wù)相關(guān)的腦區(qū)活動(dòng)，常用于功能定位實(shí)驗(yàn)中。采用這種方法能夠得到腦的激活圖或統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖。

fMRI事件相關(guān)設(shè)計(jì)（或稱單次實(shí)驗(yàn)，single trial）是一次只給一個(gè)刺激，經(jīng)過一段時(shí)間間隔再進(jìn)行下一次相同或不同的刺激。它的關(guān)鍵在于單次刺激或行為事件所引發(fā)的血氧反應(yīng)。刺激呈現(xiàn)后，BOLD信號逐漸增強(qiáng)，達(dá)到峰值后又緩慢回到基線。其具有隨機(jī)化設(shè)計(jì)，基于實(shí)驗(yàn)任務(wù)和被試反應(yīng)的選擇性處理，可提高腦局部活動(dòng)的反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

1.2.3 功能磁共振成像圖像采集與處理

fMRI實(shí)驗(yàn)的圖像采集包括功能圖像采集和解剖圖像采集兩個(gè)步驟。功能圖像掃描與刺激任務(wù)同步進(jìn)行，用來探測刺激任務(wù)在被試腦中引起的神經(jīng)活動(dòng)的相關(guān)信息（區(qū)域、時(shí)間、強(qiáng)度等），即BOLD 信號。功能圖像數(shù)據(jù)采集一般使用EPI梯度回波（echo plannar imaging，EPI）脈沖序列。由于功能像的分辨率和信噪比都較低，在完成功能像掃描之后，還需要掃描一幅與功能像位置完全相同的高分辨率T1圖像，從而把功能像得到的腦區(qū)激活信息對應(yīng)到相應(yīng)的解剖位置上。普通自旋回波（spin echo）脈沖序列用于高分辨率解剖圖像（T1圖像）掃描。T1圖像與功能圖像掃描的層數(shù)和層位置均須保持一致。

fMRI實(shí)驗(yàn)的圖像數(shù)據(jù)處理過程比較復(fù)雜，主要分為圖像預(yù)處理和統(tǒng)計(jì)處理兩部分。預(yù)處理包括校正、配準(zhǔn)、歸一化和平滑等。統(tǒng)計(jì)處理包括通過設(shè)定閾值對兩種狀態(tài)下的原始像進(jìn)行匹配減影，減影圖像經(jīng)過像素平均化處理后，使用統(tǒng)計(jì)方法重建可信的功能激發(fā)圖像。目前常用的統(tǒng)計(jì)方法主要是相關(guān)分析、t檢驗(yàn)等。通過這些后處理不但可以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度，還可有效消除部分圖像偽影。

目前，AFNI、FSL和在Matlab軟件包上開發(fā)的軟件系統(tǒng)SPM，是國際上應(yīng)用最多的腦功能成像數(shù)據(jù)處理軟件，它們都配置了圖形界面，腦功能圖像處理過程中的數(shù)據(jù)重建、配準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化都可以非常簡單地完成。另外，這些處理系統(tǒng)都具有開放式平臺，給用戶留有接口，用戶可根據(jù)自身研究需要，采用不同計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行編程。

2 功能磁共振成像技術(shù)在運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究中的應(yīng)用

作為發(fā)展最為迅速、應(yīng)用前景最為廣闊的腦功能成像技術(shù)，fMRI已在腦科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用中獲得了巨大成功，取得了很多突破性的研究成果。國內(nèi)外一些運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究者也利用功能磁共振成像技術(shù)開展了一些研究，主要研究領(lǐng)域有：運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與腦可塑性、運(yùn)動(dòng)表象的腦機(jī)制和體育鍛煉心理健康效應(yīng)的腦機(jī)制等。

2.1 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與腦可塑性

腦可塑性就是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性，包括結(jié)構(gòu)可塑性和功能可塑性。腦可塑性并不是自發(fā)產(chǎn)生的，而是受經(jīng)驗(yàn)、損傷、訓(xùn)練等許多因素的影響。運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)和訓(xùn)練是指一系列提高動(dòng)作速度、準(zhǔn)確性、自動(dòng)化水平和適應(yīng)性等動(dòng)作效率指標(biāo)的內(nèi)部過程，是感覺和動(dòng)作信息進(jìn)行重組和整合的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜活動(dòng)［8］。fMRI為研究運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與腦可塑性變化的關(guān)系提供了一個(gè)新視角，該領(lǐng)域的研究范式為通過使用fMRI對高水平運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練個(gè)體腦結(jié)構(gòu)和執(zhí)行多種任務(wù)腦活動(dòng)進(jìn)行觀察，并將觀察結(jié)果與普通人相對比，可以揭示長期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練者不同于普通人的腦結(jié)構(gòu)和腦功能活動(dòng)模式等。

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可引起腦結(jié)構(gòu)可塑性變化。Maguire對倫敦出租車司機(jī)大腦結(jié)構(gòu)像進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其大腦海馬后部的灰質(zhì)體積顯著大于普通人［9］。對音樂家大腦可塑性的研究也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的樂器演奏者的大腦結(jié)構(gòu)不同于一般人，其腦結(jié)構(gòu)發(fā)生了與專業(yè)技能訓(xùn)練相關(guān)的可塑性變化［10，11］。此外，3個(gè)月甚至短暫1周的接拋球雜耍訓(xùn)練后，學(xué)習(xí)雜耍者主要負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)信息存儲與加工處理的腦區(qū)（如顳中區(qū)、頂內(nèi)溝）的灰質(zhì)容量均出現(xiàn)了顯著的雙側(cè)擴(kuò)展［12，13］。這些結(jié)果均表明，通過訓(xùn)練可引起腦結(jié)構(gòu)可塑性變化，大腦神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)信號傳導(dǎo)速度得以提高，進(jìn)而改善了行為表現(xiàn)。魏高峽等人采用功能磁共振技術(shù)，對我國極具金牌優(yōu)勢的跳水項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了大腦結(jié)構(gòu)的探索性研究。該研究選取了年齡在13～17歲、國家健將級、平均訓(xùn)練10年以上的優(yōu)秀跳水運(yùn)動(dòng)員，同時(shí)選取了在性別、年齡、體重、人數(shù)等人口學(xué)因素上與之嚴(yán)格匹配的中學(xué)生進(jìn)行對照研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀跳水運(yùn)動(dòng)員雙側(cè)丘腦和左側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)（BA6）上的灰質(zhì)密度顯著高于普通人［14］，證實(shí)了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對大腦結(jié)構(gòu)可塑性的影響。

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可引起大腦功能可塑性變化。Ross等人使用功能磁共振技術(shù)研究不同技術(shù)水平高爾夫球選手表象揮桿動(dòng)作的腦功能活動(dòng)異同，發(fā)現(xiàn)高爾夫球選手技術(shù)水平越高，其輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（supplementary motor area， SMA）、小腦（cerebellum）和基底節(jié)（basal ganglia）等相關(guān)腦區(qū)域激活程度越低［15］。Milton等人采用專家—新手研究范式，使用功能磁共振技術(shù)比較兩組被試完成擊球前例行動(dòng)作（Pre-shot routine）表象時(shí)的大腦激活異同，新手和專家都激活頂上小葉（superior parietal lobule）、背外側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)（dorsal lateral premotor area）和枕葉（occipital area），且新手高于專家，新手還激活后扣帶回（cingulate gyrus）、杏仁核—前腦復(fù)合體（amygdalaforebrain complex）和基底節(jié)［16］?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，一些研究者提出新手的腦區(qū)激活強(qiáng)度比專家高，且激活區(qū)域范圍廣的觀點(diǎn)。認(rèn)為長期訓(xùn)練的專家，隨著運(yùn)動(dòng)技能水平提高，形成了集中和高效的任務(wù)相關(guān)腦活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而新手卻很難過濾不相關(guān)信息，導(dǎo)致激活更多的腦區(qū)。但是最近出現(xiàn)的一些研究結(jié)果卻不支持這種觀點(diǎn)。Wei 等采用專家—新手研究范式，使用功能磁共振技術(shù)比較國家健將級跳水運(yùn)動(dòng)員和普通人動(dòng)覺表象的大腦激活區(qū)異同，研究發(fā)現(xiàn)在表象跳水動(dòng)作時(shí)，國家健將級跳水運(yùn)動(dòng)員海馬旁回（parahippocampus）腦區(qū)較普通人顯著激活，并認(rèn)為該特異性腦激活特征是運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過多年訓(xùn)練表現(xiàn)出來的與技能有關(guān)的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)模式［17］，即表現(xiàn)為新手的腦區(qū)激活比專家低。而Kim等人采用專家—新手研究范式，使用功能磁共振技術(shù)比較奧運(yùn)金牌獲得者和新學(xué)習(xí)者放箭前瞄準(zhǔn)期大腦激活區(qū)的異同。研究發(fā)現(xiàn)，專家和新手均激活前、后扣帶回，而專家在枕中回（occipital gyrus）、顳上回（temporal gyrus）腦區(qū)的激活程度高于新手，在額葉區(qū)（frontal area）的激活程度低于新手［18］。即表現(xiàn)為專家的腦區(qū)激活在一些區(qū)域高于新手，但在另一些區(qū)域低于新手。綜上所述，已有研究結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會引起大腦功能變化，但是對于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練究竟會導(dǎo)致哪些相關(guān)腦區(qū)激活、激活程度如何，目前還沒有統(tǒng)一的結(jié)論，主要原因可能與研究的對象、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目和動(dòng)作技能水平等不同有關(guān)。

綜上，應(yīng)用fMRI的研究結(jié)果初步表明，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可影響大腦可塑性的變化（包括腦結(jié)構(gòu)和功能的變化），這為深入了解運(yùn)動(dòng)技能與腦結(jié)構(gòu)和功能特征的關(guān)系提供了重要依據(jù)。未來研究如果能揭示某一運(yùn)動(dòng)技能特征性的腦結(jié)構(gòu)和腦活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以及影響該特征性腦結(jié)構(gòu)和腦活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和形成的因素將為評價(jià)運(yùn)動(dòng)員技能水平，以及選擇最佳的策略來促進(jìn)運(yùn)動(dòng)員技能水平提高提供更為科學(xué)的依據(jù)。因此，未來采用fMRI關(guān)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與大腦可塑性的研究應(yīng)該著重于：同一項(xiàng)目不同技能水平（如三級、二級、一級、國家級和國際健將級等）運(yùn)動(dòng)員的腦結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)特征，同一級別不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目（如籃球、拳擊、射擊、馬拉松等）運(yùn)動(dòng)員的腦結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)特征，某一群體（如兒童等）運(yùn)動(dòng)技能習(xí)得的各階段腦結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)特征的追蹤研究，不同運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法和策略對大腦可塑性的影響等。

2.2 運(yùn)動(dòng)表象的腦機(jī)制

運(yùn)動(dòng)表象是指在沒有任何肢體運(yùn)動(dòng)情況下，大腦對運(yùn)動(dòng)執(zhí)行的排演。運(yùn)動(dòng)表象需要在動(dòng)作準(zhǔn)備和執(zhí)行中有大腦區(qū)域的意識活動(dòng)，但同時(shí)禁止實(shí)際動(dòng)作自發(fā)的發(fā)生［19］。隨著大腦成像技術(shù)的發(fā)展，特別是fMRI技術(shù)的發(fā)展，近幾年對運(yùn)動(dòng)表象的腦機(jī)制研究越來越多。大量的研究表明：在運(yùn)動(dòng)表象中，大腦激活區(qū)域與實(shí)際運(yùn)動(dòng)執(zhí)行的激活區(qū)域有很大部分的重疊，很多腦區(qū)如輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)（premotor cortex）、主運(yùn)動(dòng)皮層（Primary motor cortex，M1）、小腦等不僅與實(shí)際運(yùn)動(dòng)有關(guān)，也與運(yùn)動(dòng)表象有關(guān)；在運(yùn)動(dòng)表象的所有激活區(qū)中，輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)是激活最強(qiáng)烈的區(qū)域，在運(yùn)動(dòng)表象任務(wù)和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的控制過程中起著重要作用，并且參與了運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)備過程［20-22］。

目前，隨著運(yùn)動(dòng)表象腦激活定位的研究以及fMRI數(shù)據(jù)處理方法和技術(shù)的發(fā)展，研究者開始深入探測運(yùn)動(dòng)表象的腦機(jī)制，對運(yùn)動(dòng)表象腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究也逐漸成為焦點(diǎn)。Solodkin等人利用結(jié)構(gòu)方程模型（structural equation modeling，SEM）計(jì)算運(yùn)動(dòng)執(zhí)行、運(yùn)動(dòng)表象、視覺表象的腦功能網(wǎng)絡(luò)，通過劃定幾個(gè)運(yùn)動(dòng)表象特定的激活腦區(qū)為感興趣區(qū)域，然后計(jì)算各感興趣區(qū)域間的功能網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)表象的腦功能網(wǎng)絡(luò)包括以下腦區(qū)：輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)，主運(yùn)動(dòng)區(qū)，側(cè)背部運(yùn)動(dòng)前區(qū)（lateral dorsal premotor cortex，LPMC），第一和第二感覺區(qū)，頂上小葉，頂內(nèi)溝（intraparietal sulcus，PAR）和小腦［23］。Kasess等人利用動(dòng)態(tài)因果模型（dynamic causal modeling，DCM），以輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和主運(yùn)動(dòng)區(qū)為交點(diǎn)，研究兩腦區(qū)在運(yùn)動(dòng)表象中的相互作用，發(fā)現(xiàn)大腦執(zhí)行運(yùn)動(dòng)表象時(shí)，輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對大腦主運(yùn)動(dòng)區(qū)的活動(dòng)有抑制作用［26］。但是，在運(yùn)動(dòng)表象過程中，究竟輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)與大腦其他區(qū)域是否存在功能連接關(guān)系，其功能網(wǎng)絡(luò)是如何的，這些問題仍有待解決。

綜上，已有研究初步揭示了運(yùn)動(dòng)表象的腦功能定位和腦功能網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，越來越多的運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究證實(shí)，運(yùn)動(dòng)表象對于運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)和訓(xùn)練有非常重要的積極作用，并且對傷后恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能也有很大的幫助［24，25］。然而，目前以上運(yùn)動(dòng)表象積極效應(yīng)的相關(guān)腦機(jī)制問題尚不清楚，因此，借助fMRI技術(shù)進(jìn)一步揭示運(yùn)用運(yùn)動(dòng)表象掌握運(yùn)動(dòng)技能以及傷后恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能的相關(guān)腦機(jī)制問題非常有價(jià)值。

2.3 體育鍛煉心理健康效應(yīng)的腦機(jī)制

大量運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究表明，體育鍛煉能產(chǎn)生積極的心理健康效應(yīng)（如鍛煉時(shí)或鍛煉后所產(chǎn)生的認(rèn)知改善、良好情緒體驗(yàn)等）。任何一種心理現(xiàn)象，簡單或復(fù)雜，都是以神經(jīng)系統(tǒng)尤其大腦的活動(dòng)為基礎(chǔ)的。同樣，體育鍛煉產(chǎn)生的心理效應(yīng)是腦的機(jī)能，是腦對體育鍛煉的反應(yīng)。現(xiàn)階段的大多數(shù)研究僅是描述性的，對體育鍛煉產(chǎn)生心理健康效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制還存在爭議，腦機(jī)制研究少。

fMRI技術(shù)為研究體育鍛煉心理健康效應(yīng)的腦機(jī)制提供了可能和有力的手段，近年來已出現(xiàn)一些使用fMRI技術(shù)探索體育鍛煉改善老年人認(rèn)知效應(yīng)腦機(jī)制的研究。Colcombe等使用磁共振技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在排除年齡、教育等相關(guān)因素后，老年人心肺功能健康水平與其認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)（腦前額葉、顳葉及頂葉）的灰質(zhì)和白質(zhì)容量成正相關(guān)；由于體育鍛煉能提高心肺功能健康水平，研究者在結(jié)論部分指出該研究間接揭示了體育鍛煉對認(rèn)知改善效應(yīng)的腦機(jī)制［27］。Jacini等通過磁共振技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練年限10年以上的跆拳道運(yùn)動(dòng)員的與認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的灰質(zhì)密度增加［28］。Colcombe等使用完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過磁共振技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)與對照組比較，6個(gè)月有氧運(yùn)動(dòng)組老年人的與認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)（前額葉、顳葉及頂葉）的灰質(zhì)和白質(zhì)容量顯著增加［29］，從腦結(jié)構(gòu)變化的角度初步揭示了體育鍛煉改善認(rèn)知的腦機(jī)制。Colcombe等使用完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用fMRI方法檢測老年人6個(gè)月體育鍛煉前后完成f anker task（一種測量認(rèn)知功能的任務(wù)）時(shí)腦區(qū)激活的特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)6個(gè)月有氧運(yùn)動(dòng)能提高老年人的認(rèn)知功能，其主要機(jī)制是通過降低前扣帶回激活水平，提高中前腦回（the middle frontal gyrus，MFG）和頂上小葉等相關(guān)腦區(qū)激活水平［30］。該研究從腦功能變化的角度揭示了體育鍛煉改善認(rèn)知的腦機(jī)制。

以上借助于fMRI技術(shù)的研究結(jié)果表明，體育鍛煉能夠通過改善大腦相關(guān)腦區(qū)結(jié)構(gòu)和功能改善老年人認(rèn)知水平，為認(rèn)識體育鍛煉改善認(rèn)知效應(yīng)的腦機(jī)制提供了直接和堅(jiān)實(shí)的證據(jù)。但要全面揭示體育鍛煉心理健康效應(yīng)的腦機(jī)制，還有許多問題值得深入研究：體育鍛煉對其他心理健康維度（如情緒、意志等）影響的腦機(jī)制研究；研究對象需要拓寬，不僅應(yīng)關(guān)注老年人，也應(yīng)關(guān)注其他人群，特別是處于身心發(fā)展關(guān)鍵期的兒童青少年；體育鍛煉方案的項(xiàng)目、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和頻率各變量及其交互作用影響心理健康的腦機(jī)制等。

3 小結(jié)

fMRI技術(shù)具有無創(chuàng)傷性、無放射性、可重復(fù)性、較高的時(shí)間和空間分辨率、可定位和定量檢測人腦的活動(dòng)等特點(diǎn)，國內(nèi)外借助fMRI技術(shù)在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與腦可塑性、運(yùn)動(dòng)表象的腦機(jī)制和體育鍛煉心理健康效應(yīng)的腦機(jī)制等領(lǐng)域進(jìn)行了初步探索，發(fā)現(xiàn)了一些有價(jià)值的成果，顯示了該技術(shù)在運(yùn)動(dòng)心理學(xué)研究領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。相信借助fMRI 技術(shù)在運(yùn)動(dòng)心理學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，將會有新的重要發(fā)現(xiàn)和重大突破，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)心理學(xué)的發(fā)展。

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