視覺失匹配負波及在運動心理學(xué)研究中的前景

李四化　張力為

摘 要：在事件相關(guān)電位的研究中，通常采用oddball范式獲取視覺失匹配負波，其產(chǎn)生機制有疲勞假說和記憶痕跡假說2種，能夠反映大腦的時間信息自動加工，研究成果主要集中在記憶和注意2個領(lǐng)域。目前，研究具有以通道內(nèi)、主動范式為主，改良實驗范式，重視理論價值，傾向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等特點。研究瓶頸是刺激的編輯，突破口是范式的革新。在運動心理學(xué)中，可以致力于探討視覺失匹配負波的功能意義和應(yīng)用價值，體現(xiàn)在理論性探索、實踐性應(yīng)用和外圍性拓展3個方面。面對體育運動實踐中遇到的問題，可以通過改良oddball范式來解決。

關(guān)鍵詞： oddball范式；視覺失匹配負波；運動心理學(xué)

中圖分類號： G 804.8 文章編號：1009783X（2012）05055204 文獻標志碼： A

ERP技術(shù)是上世紀70年代發(fā)展起來的，它是研究認知過程中最令人寄予希望的手段之一，被譽為“窺測心理活動的窗口”。由于ERP系統(tǒng)記錄的是大腦皮層的誘發(fā)電位；因此，最為重要的就是編輯刺激，oddball范式是常用范式之一，它主要用于誘發(fā)P300、失匹配負波（Mismatch Negativity，MMN）等與刺激概率有關(guān)的ERP成分。Squires等[1]于1975年最早使用了oddball范式，Ntnen等[2]于1978年首先在聽覺通道證實并報道了失匹配負波（auditory mismatch negativity，aMMN）。

aMMN的研究成果頗豐，在運動心理學(xué)中也有所嘗試[3]，那么占人腦接收外界信息總量70%以上的視覺通道是否也存在失匹配負波呢，這一問題已經(jīng)得到肯定的回答。Tales等于1999年第一次公開發(fā)表論文提及vMMN[4]，其理論依據(jù)傾向于疲勞假說和記憶痕跡假說；其提取原理同樣是偏差刺激ERP成分減去標準刺激ERP成分得出100～250 ms的差異波?？梢?，能夠誘發(fā)vMMN的不是刺激物本身，而是刺激物之間的差異，這說明它不是大腦低級感覺功能的產(chǎn)物，而是對信息自動加工的反映。隨后，學(xué)者們不斷關(guān)注并發(fā)表研究成果，Alvarez等[5]和Czigler[6]先后對vMMN的研究進行了梳理和總結(jié)。近些年，隨著腦電技術(shù)的改善和普及與在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，最新成果不斷涌現(xiàn)；但是運動心理學(xué)領(lǐng)域才剛剛起步，由于運動員在比賽和訓(xùn)練中，要不斷接受外在視覺信息的刺激，并根據(jù)自己的判斷作出合適的反應(yīng)，而且vMMN是大腦的視覺自動加工、內(nèi)隱認知和無意識等方面研究的客觀指標。因此，vMMN更加貼合運動實際場景，更能說明運動員認知功能，在運動心理學(xué)中具有一定的研究前景，可以用于探討不同運動項目運動員信息加工的差別，不同運動等級、運動經(jīng)驗、年齡運動員信息加工的差距，面臨不同比賽壓力、運動情境、身心狀態(tài)時信息加工的差異等。

1 視覺失匹配負波研究的現(xiàn)狀

1.1 產(chǎn)生機制

由于視覺通道以并行加工為主，且視覺感覺記憶的持續(xù)時間較短，所以有學(xué)者認為MMN是聽覺通道的特異成分，aMMN的意義就在于對刺激變化的朝向反應(yīng)[7]。隨后，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)視覺通道有類似aMMN的成分[8]。矛盾的存在引起了研究者更大的興趣，并力圖為之找到相應(yīng)的理論依據(jù)。目前，關(guān)于vMMN產(chǎn)生機制的代表性觀點有2種：一種觀點認為中央視覺系統(tǒng)在偏差刺激出現(xiàn)之前已經(jīng)對重復(fù)出現(xiàn)的標準刺激形成了一個內(nèi)部表征，而一旦偏差刺激與內(nèi)部表征發(fā)生沖突，vMMN便被誘發(fā)出來，也就是記憶痕跡假說（memory comparisonbasedchange detection hypothesis）；還有一種觀點傾向于疲勞假說（refractory hypothesis），即vMMN是對偏差刺激敏感的神經(jīng)元群興奮的結(jié)果，在整個實驗過程中，因連續(xù)的2個偏差刺激之間的間隔較長，所以這些神經(jīng)元始終保持著對偏差刺激的反應(yīng)性，那些對標準刺激敏感的神經(jīng)元群則因刺激不斷重復(fù)而出現(xiàn)適應(yīng)性疲勞，處于相對不應(yīng)期。這2種觀點均有各自的支持者，可能的原因是實驗條件的不同導(dǎo)致實驗結(jié)果的差異；但是，近年來多數(shù)學(xué)者似乎更傾向于前者，原因是從實驗證據(jù)得出了相悖于疲勞假說的結(jié)論。

1.2 研究內(nèi)容

研究者利用視覺鑒別、積極反應(yīng)、消極反應(yīng)、延遲反應(yīng)和跨通道選擇反應(yīng)等設(shè)計獲得vMMN，發(fā)現(xiàn)其潛伏期從100 ms至400 ms不等，腦區(qū)分布集中在中央部位和后部枕葉區(qū)域，也有研究發(fā)現(xiàn)其分布在額葉部位，并證實vMMN同樣具有aMMN的特征[9]。在進行腦波評價時，指標通常有基本波形及其變異，潛伏期、波幅、面積，以及特異成分（雙峰波）分析等；研究還發(fā)現(xiàn)其影響因素可能有刺激類型、刺激偏差大小、刺激間隔時間、年齡、疾病、藥物、尼古丁等，這些都提示需要注意研究vMMN的實驗范式。

oddball范式可用于誘發(fā)vMMN，它包括主動和被動范式：主動范式是在一組重復(fù)出現(xiàn)的大概率標準刺激中隨機插入刺激參數(shù)不同的小概率偏差刺激，要求研究參與者辨認偏差刺激，現(xiàn)在的研究以主動范式為主；被動范式則讓研究參與者不注意刺激信號。在oddball范式的實驗設(shè)計中，有通道內(nèi)實驗設(shè)計和通道間實驗設(shè)計，先前的研究多數(shù)利用跨通道設(shè)計，現(xiàn)在的研究以通道內(nèi)為主。另外，vMMN可以通過不同的刺激類型誘發(fā)出來，如顏色[10]、形狀[11]、亮度[12]、方位[13]、運動方向[14]、空間頻率[15]；還有一些方面，研究成果不集中，如空間位置[16]、刺激遺漏和偏差刺激順序[17]和刺激大小[18]；部分研究還進行了不同刺激類型組合的探討。國內(nèi)也有學(xué)者進行了研究，體現(xiàn)在形狀[19]、光柵[20]、方位[21]、形狀和顏色[9]等方面。

總之，研究成果整體不多，集中于2個方向：記憶[13，17，20]和注意[4，10]，尤其是后者的研究在體育運動領(lǐng)域有較大空間（如分析能夠及時、準確、精妙助攻的球類運動員的信息加工特點）；且具有國外研究多于國內(nèi)研究，以通道內(nèi)、主動范式為主，改善oddball范式（以結(jié)合等概率范式equiprobable paradigm尤為突出），重視理論價值，傾向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等特點。

2 視覺失匹配負波研究的瓶頸

vMMN已經(jīng)有了一定的研究基礎(chǔ)，也引起了學(xué)者的關(guān)注和嘗試；但是，要想深入和系統(tǒng)地研究vMMN，不僅要總結(jié)其研究的重點，還必須清楚研究的瓶頸，即刺激的編輯和數(shù)據(jù)的提取。

2.1 編輯刺激

vMMN在非注意狀態(tài)下常與N1P1波重疊，在注意狀態(tài)下常與N2b部分重疊形成雙峰波。腦電成分不是很純粹，對早期負波（出現(xiàn)在100～150 ms）和晚期負波（出現(xiàn)在200～250 ms）的解釋也存在爭議；因此，需要對刺激的編輯加以探討。研究者發(fā)現(xiàn)等概率范式有可能很好地解決這一問題。應(yīng)該強調(diào)一點，等概率范式的控制刺激和經(jīng)典范式的偏差刺激的概率都是12.5%，這樣使得標準刺激和偏差刺激的概率加大，可能會導(dǎo)致對控制刺激不適應(yīng)高于對偏差刺激的不適應(yīng)，從而加大記憶痕跡效應(yīng)；因此，具體設(shè)計上通常加大控制刺激的概率，增加至20%。Kimura等使用經(jīng)典范式和等概率范式的結(jié)合以純化vMMN，同時還有效地解釋了晚期負波產(chǎn)生機理[13]。對于vMMN早期負波的解釋，一致認為反映疲勞假說，而對于晚期負波的解釋則有些爭議，一些學(xué)者[10，12，18]支持疲勞假說，一些學(xué)者[13，17，21]支持記憶痕跡假說。

不管范式怎樣改善，刺激間隔時間不應(yīng)該過長，有研究[20]嘗試SOA（stimulus onset asynchrony）在200 ms到400 ms之間、ITI （intertrial interval）在750 ms到1 350 ms之間，共80個試次（trial）；有研究[13]將ISI（interstimulus interval）定為500 ms，包括20個165刺激組，刺激呈現(xiàn)時間也不宜過長；上述2位學(xué)者選擇了100 ms。Flynn等[11]選用的是ISI為600 ms，呈現(xiàn)時間為400 ms，包括5個225刺激組。研究[17]表明并沒有研究揭示最短的SOA是多少，其實驗中選用的是SOA為14 ms和174 ms，呈現(xiàn)時間為14 ms，包括4個510刺激組（block）。Henderson等 [22]選用的是ISI為900 ms，呈現(xiàn)時間為100 ms，2組300試次。Urban等 [23]選用的ISI為600 ms，呈現(xiàn)時間為200 ms，包括4個170試次。上述刺激類型有顏色、形狀、運動方向等，還有缺失刺激的設(shè)計，得到的結(jié)果均發(fā)現(xiàn)了vMMN；因此，根據(jù)研究目的，可以選擇相應(yīng)刺激類型、設(shè)定刺激間隔、刺激呈現(xiàn)時間和刺激數(shù)量等。

2.2 提取數(shù)據(jù)

Ntnen等很早就發(fā)現(xiàn)aMMN不受注意的控制，僅反映自動加工的特點；但是，vMMN是否僅反映自動加工的觀點沒有得到普遍的認可。Woods等先后于1992年和1994年得出不同的結(jié)論，于是羅躍嘉等提出了跨通路延遲反應(yīng)實驗范式[24]。一些碩士研究生[9，19]分別使用這種范式得到了vMMN，而且認為僅反映自動加工；但是他們公認在提取數(shù)據(jù)時需要有嚴格的標準。有研究者認為作為一種誘發(fā)電位的差異成分，MMN的提取通常采用相干平均方法獲得不同類型的刺激反應(yīng)，然后再進行減法處理，得到相應(yīng)的差異波[25]。這種提取是不容易的，因為實驗中影響因素比較復(fù)雜，如刺激本身因素、研究參與者個體因素和實驗環(huán)境因素等，vMMN與P300的競爭關(guān)系，信噪比（signal to noise ratio，SNR）過低等；因此，需要優(yōu)化實驗范式，從標準刺激反應(yīng)信號的可靠性以及多刺激范式設(shè)計以提高實驗效率等方面入手，增加偏差刺激的種類。

總之，在探索vMMN的過程中，刺激的編輯和數(shù)據(jù)的提取是研究的瓶頸，而實驗范式的不斷改進則成為研究的突破口，可將vMMN研究推上更高的平臺。面對出現(xiàn)的研究問題和未來的研究前景，需要繼續(xù)加強范式的革新，包括刺激類型、刺激的呈現(xiàn)時間、刺激的間隔時間、刺激的數(shù)量和排列等具體細節(jié)。

3 視覺失匹配負波在運動心理學(xué)的研究前景

未來的研究方向最為重要的一點是探討vMMN的功能意義[6]。

3.1 理論性探索

vMMN可以反映大腦的自動化加工，可以用來研究運動員的選擇性注意和無意識水平等認知問題；但是需要理清一些理論性的問題，如產(chǎn)生機制、影響因素和腦區(qū)定位等。

1）關(guān)于是否僅反映自動加工和晚期負波產(chǎn)生機理等有爭議的問題還需進一步地澄清；另外，由于vMMN是前注意加工，先于感知，且未發(fā)現(xiàn)感知能力改變和生理改變一一對應(yīng)的聯(lián)系；因此，還需要進一步研究注意前腦電成分與感知能力的關(guān)系，這可以用來研究運動員的運動思維和運動決策等。2）在影響aMMN的因素中，刺激強度、可預(yù)見性、刺激含義等不會發(fā)生作用；但是，體育運動中，vMMN會不會受這些因素的影響，需要進一步地研討。3）有學(xué)者認為不同的刺激類型可能激活相同的腦區(qū)[5]；因此，需要分析vMMN源定位，且探討其是否與aMMN一樣具有大腦的右側(cè)效應(yīng)。這些理論性知識的探索有助于描述和解釋vMMN的功能意義，并指導(dǎo)實際應(yīng)用。

3.2 實踐性應(yīng)用

1）在特定的情境和人群中得到vMMN，分析其差異。如果能夠應(yīng)用于不同的競技項目，前景比較廣闊；因為運動員獲取外界信息絕大多數(shù)來源于視覺，而且相比之下，情境大多是動態(tài)變化的?？紤]到研究的生態(tài)學(xué)效度、方位和運動方向刺激類型的研究意義重大，例如，小球類項目可以選用運動的刺激，籃球等受外界干擾較大的項目可進行跨通路的設(shè)計。對于相對靜止的運動項目，例如，環(huán)靶射擊可以進行對比度的分析，國際象棋或圍棋可以進行刺激缺失的分析，當然這需要以了解項目特點、把握項目規(guī)律為基礎(chǔ)。根據(jù)不同的項目，在實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析時也應(yīng)該考慮，有些項目（如射擊）是以正確率高為主要特征，有些項目（如百米跑）以反應(yīng)快為主要特征，還有些項目（如乒乓球）既要正確率也要反應(yīng)快。另外，還可以對不同年齡、不同性別、不同運動等級的運動員進行測試，分析運動經(jīng)歷和學(xué)習背景對其產(chǎn)生的影響。

2）由于自動加工具有節(jié)約時間、節(jié)省能源、正確率高、速度快等特點，這對運動員運動技能形成和認知加工特點的研究有一定的價值。如可以為動作技能泛化、分化和自動化3階段提供客觀和可靠的大腦活動指標，而且理論上認為通過訓(xùn)練可以得到提高，實驗證據(jù)就是振幅的增加（證明神經(jīng)的可塑性），所以可以利用專業(yè)的儀器設(shè)備（如加拿大FlexcompInfinite10導(dǎo)生物反饋儀），通過神經(jīng)生物反饋的方式訓(xùn)練特定的腦區(qū)，促進運動員行為和思維習慣的形成；但是，進行類似的研究必須明確2點：刺激的部位和刺激的強度。

3）vMMN還可以評價視覺系統(tǒng)的發(fā)育或康復(fù)效果，可應(yīng)用于運動員的心理選材或運動后的心理疲勞恢復(fù)，為其提供深層證實性評價標準，如運動員心理疲勞與否在vMMN的潛伏期和波幅上有無差異。

3.3 外圍性拓展

1）ERP技術(shù)側(cè)重于考察大腦機制的時間特征（被譽為21世紀的反應(yīng)時），應(yīng)該與反映大腦其他特征的技術(shù)結(jié)合使用，如功能性磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、近紅外光譜技術(shù)（near infrared spectrum，NIR）等，共同分析神秘的大腦，以探討心理活動的機制、佐證心理是腦的機能。

2）人類心理加工過程包括控制加工和自動加工2類加工系統(tǒng)。MMN是分析大腦對時間信息自動加工的ERP成分，反映對時間信息控制加工的ERP成分是關(guān)聯(lián)負變化（contigent negative variation，CNV），既與自動加工又與控制加工有關(guān)的成分是刺激遺漏電位（omitted stimuus potentials，OSPs）[26]，它們與MMN之間關(guān)系的探討，以及分析時間信息加工的統(tǒng)一機制都有研究的必要。

3）有些運動員可能是“看到了，做不到”，如何評價其是否能夠做到，實驗室條件下可以嘗試使用觸壓覺（touch and pressure sensation），它在體育運動領(lǐng)域非常重要，若能夠使用oddball范式，加上特殊的呈現(xiàn)和提取手段獲取體感失匹配負波（somatosensory Mismatch Negativity，sMMN），再與vMMN共同分析和評定運動實踐，如運動表象的形成，將比單純使用vMMN意義更大。遺憾的是，在運動心理學(xué)領(lǐng)域無人問津。究其原因，可能源于2點：刺激的呈現(xiàn)與系統(tǒng)的采集之間不匹配，以及刺激部位的確定問題（不同項目運動員有不同的身體重點活動部位，即便是同一個運動員身體的不同部位也有不同的刺激感受）。

在進行實際研究的過程中，還需注意以下幾點。首先，研究參與者。學(xué)生運動員和大眾鍛煉者可能較好選??；但是，高水平專業(yè)運動員相對來說研究價值更為突出，取得教練員和運動員的認可和配合至關(guān)重要。其次，實驗環(huán)境等外部因素。考慮到所有的研究參與者不可能都去專門的腦電實驗室，研究者可以選擇便攜式腦電工作站，在一個安靜通風、溫濕度合適的房間進行實驗；但是這樣的實驗數(shù)據(jù)是否可靠有待考證。再次，現(xiàn)場實驗。研究者為了體現(xiàn)真實性和保證生態(tài)學(xué)效度，通常會使用與運動項目緊密結(jié)合的實驗材料，在類似實際運動情景或3D模擬的運動場景中實驗，但這些畢竟是實驗室實驗；如果能夠成功進行現(xiàn)場實驗，將更具說服力。最后，綜合評價。作為生理指標的腦電波如何與心理學(xué)指標（如主觀感受和心理調(diào)查問卷）相結(jié)合綜合評價運動員還有待探討。

綜上所述，vMMN在運動心理學(xué)中的應(yīng)用，需要對實驗進行嚴密、精巧的設(shè)計，即對oddball范式提出了高要求，改良實驗范式或與其他范式相結(jié)合使用成了當務(wù)之急?？梢哉f實驗范式演進既是研究的出發(fā)點，又成為研究的創(chuàng)新點和落腳點，有了良好的實驗范式就可以有理可依、有據(jù)可查、有樣可循。

4 小結(jié)

1）目前，vMMN在其他領(lǐng)域的研究集中在產(chǎn)生機理的探討和研究內(nèi)容的擴充2大主題。

2）發(fā)展vMMN的研究，需要分析并突破其研究瓶頸，主要體現(xiàn)在刺激的編輯和數(shù)據(jù)的提取2個環(huán)節(jié)。

3）在運動心理學(xué)領(lǐng)域，vMMN有廣闊研究前景，可以在理論性探索、實踐性應(yīng)用和外圍性拓展3個方面加強。實施過程中需要考慮和解決運動實際中遇到的問題，這些均要有良好的實驗范式作為依托。

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