應(yīng)用sEMG技術(shù)研究PETTLEP表象訓(xùn)練對(duì)背越式跳高的效果*

劉文鋒，常永玲，湯長(zhǎng)發(fā)，洪珍珍，尹麗琴，陳 淦，任文寧，蔣 龍，曠 健

（湖南師范大學(xué)體適能與運(yùn)動(dòng)康復(fù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410012）

隨著神經(jīng)生理學(xué)檢測(cè)方法在表象與運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用研究，功能等價(jià)理論認(rèn)為：表象與準(zhǔn)備、表象與運(yùn)動(dòng)兩兩之間具有相同的募集結(jié)構(gòu)和過(guò)程，除了運(yùn)動(dòng)指令沒(méi)有最終執(zhí)行以外，運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練與身體訓(xùn)練事實(shí)上是等價(jià)的。基于功能等價(jià)理論提出的表象訓(xùn)練PETTLEP模型，包含七個(gè)要素：身體（physical characteristics）、環(huán)境（environment）、任務(wù)（the task itself）、時(shí)間（timing）、學(xué)習(xí)（learning）、情感（emotion）和視覺(jué)（perspective）。該模式每個(gè)要素隱含的基本前提都是一樣的：將功能等價(jià)最大化并使表象干預(yù)作用最優(yōu)化，而且表象應(yīng)該與實(shí)際的動(dòng)作盡可能接近［1］。表面肌電（surface electromyography，sEMG）信號(hào)與肌肉的功能狀態(tài)和活動(dòng)狀態(tài)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)性，能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動(dòng)，同時(shí)兼?zhèn)錈o(wú)創(chuàng)性、實(shí)時(shí)性、操作簡(jiǎn)單等多種優(yōu)點(diǎn)在康復(fù)醫(yī)學(xué)和體育科學(xué)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。sEMG信號(hào)是外周肌肉眾多運(yùn)動(dòng)單位的生物電活動(dòng)在時(shí)間和空間上的總合。積分肌電（integrated EMG，iEMG）作為EMG信號(hào)分析常用的時(shí)域指標(biāo)之一，是肌電信號(hào)經(jīng)整流濾波求單位時(shí)間內(nèi)曲線(xiàn)下面積的總和。它可反映肌電信號(hào)隨時(shí)間進(jìn)行的強(qiáng)弱變化，反映肌肉中運(yùn)動(dòng)單位募集數(shù)量和同步化程度。

跳躍類(lèi)技能是人類(lèi)動(dòng)作發(fā)展能力的重要組成部分，跳躍類(lèi)運(yùn)動(dòng)技能歸兼具運(yùn)動(dòng)性與認(rèn)知性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的特點(diǎn)，目前關(guān)于表象訓(xùn)練在跳躍類(lèi)動(dòng)作技能學(xué)習(xí)中應(yīng)用研究較少。本研究擬以背越式跳高為例，探討表象訓(xùn)練在背越式跳高學(xué)習(xí)中的效果及表象過(guò)程中背越式跳高起跳腿腓腸肌iEMG的變化；研究表象訓(xùn)練對(duì)普通大學(xué)生背越式跳高的運(yùn)動(dòng)成績(jī)及相關(guān)身體素質(zhì)指標(biāo)的影響；研究表象過(guò)程中，背越式跳高起跳腿腓腸肌iEMG變化；為跳躍類(lèi)運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)提供理論借鑒和方法支持。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)被試

從湖南師范大學(xué)100名大一非田徑專(zhuān)業(yè)男生參與篩選。篩選標(biāo)準(zhǔn)：右利手，無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，從未受過(guò)表象訓(xùn)練，且沒(méi)有跳躍類(lèi)動(dòng)作技術(shù)訓(xùn)練基礎(chǔ)。運(yùn)用表象能力測(cè)試問(wèn)卷，評(píng)估被試視覺(jué)表象和動(dòng)覺(jué)表象的能力，采用MIQ-R量表進(jìn)行篩選，視覺(jué)與動(dòng)覺(jué)表象能力得分均在16分以上者參與實(shí)驗(yàn)。剔除不符條件者，共60名學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，年齡（18.86±0.62）y，隨機(jī)分為 4組（n＝15）：對(duì)照組（control，C組）、身體練習(xí)組（physical training，P組）、表象訓(xùn)練組（imagery training，I組）、PETTLEP組。采用雙因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。自變量為：表象訓(xùn)練、身體練習(xí)。因變量為：（1）運(yùn)動(dòng)能力：背越式跳高高度及相關(guān)身體素質(zhì)變化。（2）生理指標(biāo)：安靜時(shí)、背越式跳高起跳腿肌電信號(hào)；表象時(shí)，背越式跳高起跳腿肌電信號(hào)。

1.2 表象訓(xùn)練指導(dǎo)語(yǔ)

經(jīng)運(yùn)動(dòng)科學(xué)專(zhuān)家指導(dǎo)制定出背越式跳高和挺身式跳遠(yuǎn)的表象訓(xùn)練指導(dǎo)語(yǔ)。表象指導(dǎo)語(yǔ)的詳略與動(dòng)作技能學(xué)習(xí)的階段、水平同步進(jìn)行適當(dāng)增減。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

參照 Caroline［2］和 Dave［3］表象實(shí)驗(yàn)研究范式。前測(cè)后，被試進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)干預(yù)，所有被試每次均進(jìn)行90min，每周2次，共8周的訓(xùn)練。如下所示：（1）C組：閱讀健身冠軍的傳記，傳記內(nèi)容不涉及任何可以幫助完成后測(cè)跳高的技術(shù)信息，每次閱讀時(shí)間接近其他實(shí)驗(yàn)組兩組練習(xí)的時(shí)間。（2）I組：在田徑訓(xùn)練房，采用個(gè)體反應(yīng)訓(xùn)練，被試一邊觀(guān)看錄像（以PPT融合指導(dǎo)語(yǔ)）一邊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練。被試站立于橫桿前進(jìn)行表象訓(xùn)練，兩腳開(kāi)立與肩同寬（與前測(cè)進(jìn)行的地點(diǎn)、聲音、視覺(jué)和氣味等環(huán)境保持一致）。表象訓(xùn)練內(nèi)容與身體訓(xùn)練一致，隨著身體訓(xùn)練內(nèi)容的改變而同步改變。（3）P組：在田徑訓(xùn)練房，進(jìn)行背越式跳高技術(shù)學(xué)習(xí)。（4）PETTLEP組：身體訓(xùn)練與表象訓(xùn)練的PETTLEP綜合，課時(shí)各占一半，身體與表象訓(xùn)練每次各45min，每周2次。

1.4 測(cè)試指標(biāo)與方法

1.4.1 身體素質(zhì)：（1）基本指標(biāo)：身高（height）、體重（weight）、腿長(zhǎng)（length of the legs）；（2）跳高相關(guān)身體素質(zhì)速度和爆發(fā)力：100m跑、助跑縱跳摸高（a run-up to jump）、立定跳遠(yuǎn)（standing long jump）和后拋鉛球（shotput after throwing）。實(shí)驗(yàn)前后測(cè)試各指標(biāo)，并進(jìn)行自身實(shí)驗(yàn)前后對(duì)照。

1.4.2 視、動(dòng)覺(jué)表象能力：采用MIQ-R量表進(jìn)行篩選，要求參與者對(duì)完成的心理任務(wù)的難易程度進(jìn)行評(píng)定，視覺(jué)與動(dòng)覺(jué)表象能力得分均在16分以上者參與實(shí)驗(yàn)。

1.4.3 運(yùn)動(dòng)成績(jī)：背越式跳高縱跳高度（fosbury flop height），依照《新田徑競(jìng)賽規(guī)則和裁判法》進(jìn)行測(cè)試。

1.4.4 背越式跳高起跳腿肌電信號(hào)：（1）根據(jù)背越式跳高技術(shù)的生物力學(xué)特點(diǎn)，選取起跳腿腓腸肌肌腹隆起部位，安排專(zhuān)門(mén)醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)教師貼放Ag／AgCl電極，間距2 cm；參考電極放置于髕骨。貼電極前用磨砂膏（美國(guó)），打磨局部皮膚，并用酒精清洗以減小皮膚電阻。（2）8周實(shí)驗(yàn)后，在電生理實(shí)驗(yàn)室，受試者，坐立，椅子高度與小腿長(zhǎng)度匹配，受試者精神狀態(tài)良好，室內(nèi)溫度24℃左右，首先進(jìn)行安靜時(shí)額頭和背越式跳高起跳腿腓腸肌iEMG測(cè)試。其次，被試帶上耳機(jī)，跟隨表象指導(dǎo)語(yǔ)（1min）表象，記錄背越式跳高起跳腿腓腸肌肌電信號(hào)采集，肌電信號(hào)采集與表象指導(dǎo)語(yǔ)播放同步。（3）肌電信號(hào)采集用多（16）導(dǎo)運(yùn)動(dòng)生物電記錄分析系統(tǒng)（德國(guó)），設(shè)定采樣頻率為1 024 Hz。用美國(guó)國(guó)家工具公司的分析軟件DASYLab，對(duì)所得的表面肌電信號(hào)進(jìn)行整流濾波（濾波范圍10～300 Hz），計(jì)算 iEMG。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有數(shù)據(jù)均用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，視、動(dòng)覺(jué)表象能力，身體素質(zhì)成績(jī)采用雙側(cè)t檢驗(yàn)，顯著性水平取α＝0.05；實(shí)驗(yàn)后各組運(yùn)動(dòng)成績(jī)的分析采用雙因素重復(fù)測(cè)量方差分析；實(shí)驗(yàn)后，采用配對(duì)t檢驗(yàn)（雙側(cè)）進(jìn)行各組安靜時(shí)和表象時(shí)iEMG的差異的自身比較；實(shí)驗(yàn)后，采用雙因素方差分析進(jìn)行各組表象時(shí)iEMG差異的主體間效應(yīng)分析。

2 結(jié)果

2.1 視覺(jué)和動(dòng)覺(jué)表象能力

與實(shí)驗(yàn)前對(duì)比，實(shí)驗(yàn)后C組視覺(jué)和動(dòng)覺(jué)表象能力有提高趨勢(shì)，沒(méi)有顯著性意義（P＞0.05）；I組動(dòng)覺(jué)表象能力顯著提高 （P＜0.01），動(dòng)覺(jué)表能力的提高沒(méi)有顯著性意義；P組的視覺(jué)和動(dòng)覺(jué)表象能力有所提高，沒(méi)有顯著性意義（P＞0.05）；而PETTLEP組視覺(jué)表象能力顯著提高（P＜0.01）和動(dòng)覺(jué)表象能力有明顯提高（P＜0.05，表 1）。

2.2 跳躍類(lèi)運(yùn)動(dòng)技能的相關(guān)身體形態(tài)和身體素質(zhì)

實(shí)驗(yàn)前，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析各組被試實(shí)驗(yàn)前背越式跳高相關(guān)形體指標(biāo)、身體素質(zhì)指標(biāo)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，保證了各組被試同質(zhì)性研究（表2）。8周實(shí)驗(yàn)后，P組和PETTLEP組助跑縱跳摸高和立定跳遠(yuǎn)成績(jī)顯著提高（P＜0.05）。鉛球后拋：I組、P組及PETTLEP組均有所提高，PETTLEP組平均增加0.76m（P＜0.05，表 2）。

Tab.1 Results of visual imagery ability and kinesthetic imagery capabilities before and after the experiment（±s）

Tab.1 Results of visual imagery ability and kinesthetic imagery capabilities before and after the experiment（±s）

C：Control；P：Physical training；I：Imagery training；PI：Physical and imagery training；PETTLEP：Physical characteristics，enviroment，task，timing，learning，emotion and perspective*P＜0.05，**P＜0.01 vs before the experiment

Before the experiment After the experiment Group Visual imagery ability capabilities C 24.11±3.25 24.09±2.96 24.23±3.32 24.21±2.96 I 24.05±3.54 24.61±2.96 25.12±2.98 26.76±2.32**P 24.61±3.62 23.56±3.58 25.34±2.34 24.78±3.05 PETTLEP 24.18±4.26 23.12±4.38 26.46±3.57** 25.55±3.68 Kinesthetic imagery capabilities Visual imagery ability Kinesthetic imagery*

Tab.2 Changes in physical fitness results of jumping skills after experiments（±s）

Tab.2 Changes in physical fitness results of jumping skills after experiments（±s）

C：Control；P：Physical training；I：Imagery training；PI：Physical and Imagery training；PETTLEP：Physical characteristics，environment，task，timing，learning，emotion and perspective*P＜0.05，**P＜0.01 vs beforer the experiment

Group Height（cm） Weight（kg） The length of the legs（cm） 100 m（s ）4 11.45±0.47（continued table After C 172.47±4.14 171.41±3.54 60.38±5.28 60.45±4.67 93.75±3.54 93.34±3.12 11.12±0.27 11.23±0.43 I 172.11±4.08 171.91±4.22 60.16±5.64 60.52±5.06 94.06±3.55 94.21±3.09 12.02±0.28 12.11±0.44 P 171.74±5.55 171.65±5.23 61.84±4.92 61.66±4.34 93.14±4.81 93.67±4.54 12.06±0.45 11.88±0.64 PETTLEP 171.19±4.12 171.56±4.56 61.18±7.01 60.72±5.67 95.02±3.87 94.89±3.54 11.58±0.3 Before After Before After Before After Before）Group Standing long jump（m） Shotput after throwing（m） Run-up to jump（m）Before After Before After Before After C 2.58±0.12 2.56±0.32 8.95±1.66 8.87±1.26 2.87±0.14 2.78±0.33 I 2.69±0.12 2.75±0.24 8.53±1.56 8.97±1.61 2.96±0.12 2.91±0.42 P 2.61±0.12 2.74±0.45*8.32±1.41 8.76±1.13 2.85±0.13 2.97±0.36*PETTLEP 2.62±0.06 2.75±0.15*8.10±1.52 8.86±1.25*2.90±0.13 3.01±0.26*

2.3 背越式跳高的運(yùn)動(dòng)成績(jī)

8周實(shí)驗(yàn)后，各組背越式跳高成績(jī)平均值分別為：C組1.39m、I組 1.45m、P組 1.49m和 PETTLEP組 1.52m。與 C組相比較，I組和P組的背越式跳高成績(jī)顯著提高 （P＜0.05），而 PI組提高最顯著 （P＜0.01，表 3）。從練習(xí)方式來(lái)看主效應(yīng)顯著程度體現(xiàn)為：PETTLEP組＞P組＞I組＞C組；跳高高度主效應(yīng)顯著（P＜0.05）。

Tab.3 Heightof fosbury flop（m，±s）

Tab.3 Heightof fosbury flop（m，±s）

C：Control；P：Physical training；I：Imagery training；PI：Physical and imagery training*P＜0.05，**P＜0.01 vs C group

Group Fosbury flop height C 1.39±0.02 I 1.45±0.02*P 1.49±0.02*PETTLEP 1.52±0.03**

2.4 背越式跳高起跳腿腓腸肌iEMG及主體間效應(yīng)情況

8周實(shí)驗(yàn)后，腓腸肌iEMG值在表象時(shí)與安靜時(shí)各組自身對(duì)照相比：I組腓腸肌 iEMG值具有顯著差異性（P＜0.05），P組和 PETTLEP組具有非常顯著差異性（P＜0.01，表4）。

8周實(shí)驗(yàn)后，經(jīng)雙因素方差分析顯示，各組表象時(shí)iEMG主體間效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果，表象訓(xùn)練主效應(yīng)顯著（P＜0.01），表象訓(xùn)練×身體訓(xùn)練交互作用顯著（P＜0.05），身體訓(xùn)練主效應(yīng)不顯著（P＞0.05，表 5）。

Tab.4 iEMG of each group’s gastrocnemius（v·s，±s）

Tab.4 iEMG of each group’s gastrocnemius（v·s，±s）

C：Control；P：Physical training；I：Imagery training；PI：Physical and Imagery training*P＜0.05，**P＜0.01 vs C group

Group Gastrocnemius control Gastrocnemius imagery C 0.0700±0.0080 0.1103±0.1636 I 0.2227±0.2490 0.3060±0.2100*P 0.0800±0.0382 0.1407±0.0468**PETTLEP 0.1420±0.0094 0.1923±0.0117**

Tab.5 Maqin effect between the results of iEMG（v·s）

3 討論

3.1 PETTLEP表象訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)表象能力的影響

運(yùn)動(dòng)表象包括內(nèi)部表象和外部表象兩種運(yùn)用角度，內(nèi)部表象與動(dòng)覺(jué)表象的關(guān)系更緊密，外部表象視覺(jué)和動(dòng)覺(jué)表象存在共同聯(lián)合功效；外部表象為觀(guān)察技術(shù)形式和技能提供了一個(gè)很好的角度［4］。本實(shí)驗(yàn)顯示8周實(shí)驗(yàn)后，表象訓(xùn)練組動(dòng)覺(jué)表象能力與實(shí)驗(yàn)前對(duì)比有非常顯著提高，PETTLEP組視覺(jué)表象能力、動(dòng)覺(jué)表象能力均顯著性提高，由此說(shuō)明，單純表象訓(xùn)練組中背越式跳高主要運(yùn)用內(nèi)部表象，而PETTLEP組中背越式跳高可以綜合利用內(nèi)部表象和外部表象，提高表象能力。

3.2 PETTLEP表象訓(xùn)練對(duì)背越式跳高相關(guān)身體素質(zhì)的影響

本研究顯示身體＋表象組的立定跳遠(yuǎn)、鉛球后拋及助跑縱跳摸高均有顯著提高，由此提示表象訓(xùn)練可以提高肌肉力量的訓(xùn)練效果。表象訓(xùn)練提高身體素質(zhì)的原因可能是：（1）表象訓(xùn)練后反射弧活動(dòng)的加強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)中樞同步放電的程度大大提高，神經(jīng)肌肉的興奮—抑制轉(zhuǎn)換增強(qiáng)，對(duì)提高爆發(fā)力有很重要的意義；（2）表象時(shí)，人體處于一種高度入靜的狀態(tài)，皮質(zhì)中樞的興奮點(diǎn)隨意念轉(zhuǎn)移，所以其定位準(zhǔn)確，興奮集中，并可使使對(duì)抗肌肉群處于完全放松的狀態(tài)，減少原動(dòng)肌的工作阻力，從而提高肌肉工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3.3 PETTLEP表象訓(xùn)練對(duì)背越式跳高運(yùn)動(dòng)成績(jī)的影響

本研究顯示，在運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)效果上，背越式跳高高度為PETTLEP組成績(jī)最高，而表象訓(xùn)練組與身體訓(xùn)練組沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明表象訓(xùn)練與身體訓(xùn)練兩種訓(xùn)練方式之間存在實(shí)效性功能等價(jià)。心理練習(xí)對(duì)那些要求思維和計(jì)劃的活動(dòng)尤其有效。Carolin等［4］對(duì)認(rèn)知任務(wù)的短期表象訓(xùn)練研究，結(jié)果顯示：表象訓(xùn)練組和身體練習(xí)組在訓(xùn)練后成績(jī)有顯著提高。Oran等［5］研究發(fā)現(xiàn)，跳高運(yùn)動(dòng)員采用內(nèi)部表象后，表象訓(xùn)練組比控制組過(guò)桿精確性有顯著性提高，而跳高高度、失敗次數(shù)、起跳角度兩組無(wú)顯著差異性。由此推論：表象訓(xùn)練可以取得與身體訓(xùn)練等同的效果，但表象訓(xùn)練與身體訓(xùn)練結(jié)合的PETTLEP表象訓(xùn)練效果最佳。

3.4 PETTLEP表象訓(xùn)練對(duì)背越式跳高起跳腿腓腸肌iEMG的影響

表象訓(xùn)練有利于運(yùn)動(dòng)執(zhí)行的可能原因是與模仿實(shí)際運(yùn)動(dòng)執(zhí)行時(shí)的生理變化的能力有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)8周實(shí)驗(yàn)后I組、P組、PETTLEP組自身對(duì)照，表象時(shí)iEMG與安靜時(shí)相比有顯著差異性，而對(duì)照組無(wú)顯著差異性，說(shuō)明在進(jìn)行表象訓(xùn)練時(shí)有肌電活動(dòng)在伴隨著變化，與Lebon等考查肘關(guān)節(jié)屈、伸過(guò)程中三塊肌肉的EMG變化的研究結(jié)果一致，提示可以用iEMG這一指標(biāo)客觀(guān)地監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員表象訓(xùn)練效果。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單純表象訓(xùn)練時(shí)的表象因素為主體效應(yīng)顯著；身體訓(xùn)練×表象訓(xùn)練交互作用顯著，由此說(shuō)明表象干預(yù)有效，表象產(chǎn)生的肌電活動(dòng)與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行的實(shí)效性有關(guān)；8周實(shí)驗(yàn)后PETTLEP組運(yùn)動(dòng)成績(jī)最佳，表明單純表象訓(xùn)練和PETTLEP表象訓(xùn)練更有利于神經(jīng)-肌肉興奮傳遞的活化和動(dòng)員，提示可以用iEMG這一指標(biāo)客觀(guān)地監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)執(zhí)行的效果。

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