大運動量訓(xùn)練削弱了大腦前注意自動加工：來自MMN的證據(jù)

安 燕 ，陸 清 ，鄭樊慧 *，王 晨 ，趙德峰

排球運動是一項技術(shù)細(xì)膩、需要隊員間高度默契配合的集體性隔網(wǎng)對抗性運動，要求運動員在很短的時間內(nèi)把空中飛行的球快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確地?fù)舻侥康牡?。在瞬息萬變的球場上，要求運動員正確地判斷場上的變化情況，識別與預(yù)見對手的戰(zhàn)術(shù)意圖，精確地把握時機，適時地采取對策，迅速而又準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)自己的行動來實現(xiàn)自己的戰(zhàn)術(shù)行動。因此，該項目要求運動員必須具備良好的注意能力、知覺能力和思維決策能力，而這些能力好壞均取決于運動員大腦機能狀態(tài)。

目前，我國排球?qū)嵭新?lián)賽制，賽期長，而且各運動隊間對抗激烈，一場比賽往往要打滿五局才能決出勝負(fù)，在高水平的排球比賽中，球隊間不再是單純的體力的較量，更有腦力和智能的較量。因此，為了獲取比賽的勝利運動員身心機能的消耗都比較大。這種賽制也決定了排球運動員在平時必須進(jìn)行大負(fù)荷的訓(xùn)練，才能適應(yīng)比賽的要求。然而長期的大負(fù)荷訓(xùn)練，尤其是訓(xùn)練負(fù)荷如果安排不合理，必然會引起運動員的身心疲勞。已有研究表明，疲勞除了會引起運動員一些生理、生化指標(biāo)的變化外，運動員還會表現(xiàn)出反應(yīng)遲緩、注意力不集中，肌肉運動知覺和準(zhǔn)確的節(jié)奏感、速度感、距離感以及空間的定向能力等認(rèn)知功能下降；同時伴有情緒情感狀態(tài)的改變[1-4]。還有研究指出，腦力疲勞后喚醒水平降低，認(rèn)知功能下降，以注意力下降最為顯著[5-6]。

注意是心理活動對一定事物的指向和集中。它是保障心理活動正常進(jìn)行的基本功能。如果運動員的注意強度減弱、穩(wěn)定性下降或注意力分散，都會導(dǎo)致動作反應(yīng)遲緩，動作質(zhì)量下降甚至造成動作失誤或丟失絕佳的機會。例如，在排球比賽中，進(jìn)攻隊員如果注意力不集中，就不能及時準(zhǔn)確領(lǐng)會二傳隊員傳出球的意圖，那么就會出現(xiàn)所謂的二傳隊員和進(jìn)攻隊員配合不默契，從而出現(xiàn)進(jìn)攻變得缺乏殺傷力，不能突破對方的攔網(wǎng)和防守，甚至出現(xiàn)進(jìn)攻直接失誤的現(xiàn)象。

前注意是注意加工過程的早期階段，是在注意之前對事物進(jìn)行該不該注意分析的心理過程，發(fā)生在知覺之前，反映了大腦皮質(zhì)對外界信息的自動加工能力，是選擇性注意的開始或準(zhǔn)備階段[7]。研究指出，前注意的重要功能是自動地覺察偏差/變化刺激，保證注意轉(zhuǎn)移到偏差或變化信息上，避免后續(xù)加工障礙[8-9]。Elton等(2004)發(fā)現(xiàn)，許多失誤操作是由于偏差/變化自動決策失敗造成的[10]。因此，可以推測，如果運動員前注意階段對信息的自動加工水平受到損害，那么將對后期的決策過程產(chǎn)生重要影響。

事件相關(guān)電位（event-related potentials,ERPs）被認(rèn)為是研究認(rèn)知過程最令人寄予希望的手段之一，被譽為“窺測心理活動的窗口”。1978年N??t?nen等發(fā)現(xiàn)了反映大腦前注意加工的ERP成分——失匹配負(fù)波 （mismatch negativity，MMN）[11]。

近年來，許多學(xué)者以MMN為指標(biāo)，研究了腦疲勞對大腦自動加工的影響，發(fā)現(xiàn)腦力疲勞下MMN波幅明顯下降，表明大腦前注意信息自動加工能力降低[12-14]。也有研究者對身體疲勞對前注意加工的影響進(jìn)行了研究。Evstigneeva等（2010）發(fā)現(xiàn)在肌肉疲勞狀態(tài)下，額中央?yún)^(qū)的MMN波幅顯著降低，而在輕松任務(wù)下MMN波幅增加，表明前注意加工受到了肌肉疲勞程度的調(diào)控[15]。

雖然有研究探討了不同運動項目（籃球和射箭）運動員大腦自動化加工過程的差別[16]，但對大運動量訓(xùn)練是否對運動員的前注意加工能力造成影響，目前尚未有相關(guān)研究報道。對于排球運動員來說，大運動量訓(xùn)練是不可避免的，而大運動量訓(xùn)練是否會損害運動員的自動加工能力，進(jìn)而影響運動員技術(shù)動作的發(fā)揮是本研究所關(guān)心的問題。鑒于此，本研究以MMN為測試指標(biāo)，考察運動員在大運動量訓(xùn)練前后前注意加工的特點，為評價運動員的機能狀態(tài)提供新指標(biāo)，進(jìn)而為幫助教練員合理地安排運動負(fù)荷提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究對象

上海青年男子排球運動員13名，年齡（17.77±1.09）歲，均為右利手，身體健康，無腦部損傷和神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，視力正?；虺C正后視力正常。所有運動員均接受12 d大運動量訓(xùn)練，每堂課的訓(xùn)練時間為 3 h，其中第 3 d、7 d、10 d的下午休息，其余時間均進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練內(nèi)容為準(zhǔn)備活動、專項技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和對抗訓(xùn)練等。

1.2 刺激材料

標(biāo)準(zhǔn)刺激為550 Hz純音，強度80 db，持續(xù)時間100 ms，共 900個（占 90%）；偏差刺激為 500 Hz純音，強度 80 db，持續(xù)時間 100 ms，共 100個（10%），刺激間隔 500～600 ms之間偽隨機（每個偏差刺激前至少有兩個標(biāo)準(zhǔn)刺激，相鄰兩個刺激不能同時為偏差刺激）。所有的聽覺刺激均通過耳機雙耳同時呈現(xiàn)。

1.3 實驗儀器

E-Prime 2.0心理實驗程序?qū)I(yè)設(shè)計軟件，用于編制實驗程序和刺激播放程序。事件相關(guān)電位記錄系統(tǒng)：美國Neuroscan32導(dǎo)事件相關(guān)電位測試系統(tǒng)。計算機3臺：一臺用于運行實驗程序，一臺用于給被試播放默片；一臺用于記錄和采集腦電數(shù)據(jù)。

1.4 EPRPs數(shù)據(jù)記錄和分析

基于MMN的腦區(qū)分布和以往研究，本研究記錄和分 析 額 中 央 區(qū) （F3、Fz、F4、C3、Cz、C4）和 顳 區(qū) （M1、M2）的MMN。采用NeuroScan ScanLT系統(tǒng)，按照國際10-10系統(tǒng)電極放置記錄腦電信號。以鼻尖作為參考，前額接地，同時記錄垂直和水平眼電。采樣頻率為500 Hz，記錄帶寬為0.05～100 Hz。頭皮與電極接觸皮膚阻抗小于5 KΩ。整個實驗過程中，要求被試認(rèn)真觀看默片 《憨豆先生》，忽略耳機中的聲音。實驗完成后，回答與影片內(nèi)容相關(guān)的問題。

運用相關(guān)法去除眼電對腦電的干擾。以刺激前100 ms至刺激后400 ms為腦電分析時程，以刺激前100 ms為基線矯正。波幅大于±100 uV視為偽跡剔除，然后疊加平均得到偏差刺激和標(biāo)準(zhǔn)刺激誘發(fā)的ERPs。用偏差刺激ERPs減去標(biāo)準(zhǔn)刺激ERPs，得到MMN。

1.5 ERPs測量和統(tǒng)計

由于本研究中MMN沒有明顯的波峰，因此，對100～250 ms的MMN進(jìn)行平均波幅進(jìn)行測量 （100～150 ms、150～200 ms、200～250 ms）。 對額中央?yún)^(qū)的 MMN，采用2×3×2的重復(fù)測量方差分析，因素包括：測試時間（大運動量訓(xùn)練前、大運動量訓(xùn)練后）、腦區(qū)（左側(cè)、中線、右側(cè)）、電極位置（額區(qū)、中央?yún)^(qū)）。對顳區(qū) MMN采用2×2的重復(fù)測量分析，因素包括：測試時間（大運動量訓(xùn)練前，大運動量訓(xùn)練后）、電極（M1、M2）。 用 Greenhouse-Geisser法校正 P 值。

運動員腦電測試結(jié)束后，要求運動員填寫POMS量表。對POMS數(shù)據(jù)采用配對T檢驗。

2 研究結(jié)果

2.1 大運動量訓(xùn)練前后MMN的平均波幅比較

圖1顯示出運動員在大運動量訓(xùn)練前和大運動量訓(xùn)練后的MMN，可見在100～250 ms出現(xiàn)了一個明顯的差異負(fù)波（MMN），而在顳區(qū)記錄到極性翻轉(zhuǎn)的MMN。

對額、中央?yún)^(qū)的方差分析表明，雖然100～150 ms、200～250 ms各主效應(yīng)及交互效應(yīng)均未達(dá)到顯著性水平（P＞0.05），但 150～200 ms的 MMN平均波幅存在顯著的測試日期主效應(yīng)，F(xiàn)(1,12)=5.211，P=0.041＜0.05，表現(xiàn)為大運動量訓(xùn)練后MMN的平均波幅（(-0.267 uV）顯著低于大運動量訓(xùn)練前（-1.492 uV）。其他主效應(yīng)和交互效應(yīng)均不顯著（P＞0.05）。

對顳區(qū)的方差分析比較發(fā)現(xiàn)，在100～150ms、150～200ms、200～250 ms各時間段各主效應(yīng)及交互效應(yīng)均未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）。

圖1 青年男排在大運動量訓(xùn)練前后MMN總平均圖Figure 1 Average MMN of the Junior Male Volleyball Players before and after High-load Training

2.2 大運動量訓(xùn)練前后POMS各分量表對比分析

表2示出運動員大運動量訓(xùn)練前后POMS各分量表的均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差。配對T檢驗分析表明，在大運動量訓(xùn)練前后POMS各個因子均沒有顯著性差異。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，大運動量訓(xùn)練引起額、中央?yún)^(qū)MMN平均波幅顯著降低，但顳區(qū)MMN并未受到運動量的影響。MMN反映了大腦在非注意條件下對外界信息變化的覺察能力，是一種自動識別、分析的前注意加工過程[17]。本結(jié)果表明運動員大動量訓(xùn)練可以導(dǎo)致前注意加工階段對信息變化的自動覺察能力受損。

額中央?yún)^(qū)MMN幅值降低可能是由于運動員在大運動量訓(xùn)練后精力不足，在測試過程中只能把精力放在與任務(wù)相關(guān)的信息上，即看默片，從而對任務(wù)無關(guān)信息的加工能力降低。有研究指出如果注意高度集中在原始要求的任務(wù)上，MMN的幅度會降低[18]。然而，MMN幅度降低的原因更可能是大運動量訓(xùn)練后導(dǎo)致的中樞疲勞所致。有研究表明，MMN的幅值降低是中樞疲勞的特質(zhì)表現(xiàn)，即中樞疲勞的基本特征。楊博（2013）、呂靜（2008）、李俊楠（2011）等一致發(fā)現(xiàn)腦力疲勞導(dǎo)致MMN波幅明顯降低[6,13,14]。Raz等(2001)發(fā)現(xiàn)完全睡眠剝奪也會引起MMN的波幅顯著降低[19]。此外，有研究表明，與疲勞高度相關(guān)的腦區(qū)包括：額葉、頂葉和扣帶回，這些研究結(jié)果與本研究中大運動量訓(xùn)練后額—中央?yún)^(qū)的MMN下降結(jié)果一致。本研究中并未發(fā)現(xiàn)大運動量訓(xùn)練對顳區(qū)MMN的影響，其原因可能在于MMN的額葉和顳葉兩個子成分反映了不同的前注意認(rèn)知功能，顳區(qū)MMN反映的腦功能主要在于對偏差刺激的檢測、分析和加工能力，而額葉MMN同注意的自動開啟過程有關(guān)，并且對“困倦”更為敏感[20]。

表1 青年男排運動員大運動量訓(xùn)練前后MMN平均波幅（uV）與標(biāo)準(zhǔn)差Table Ⅰ Average MMN Amplitude (uV)and Standard Deviation of the Junior Male Volleyball Players before and after High-load Training

表2 青年男排運動員大運動量訓(xùn)練前后POMS各分量表均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差Table ⅡAverage and Standard Deviation of POMS of the Junior Male Volleyball Players before and after High-load Training

以往的研究發(fā)現(xiàn)，在腦力疲勞損害腦信息自動加工的同時，還伴隨疲倦、無力感、易怒等情緒體驗。我國學(xué)者調(diào)查了大負(fù)荷訓(xùn)練對運動員情緒狀態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)大負(fù)荷訓(xùn)練時運動員的負(fù)性情緒增加，正性情緒減少[2]。而情緒狀態(tài)不佳，會導(dǎo)致運動員過多地關(guān)注自我，從而影響運動員對比賽場上各種信息的判斷。然而，我們使用POMS問卷調(diào)查，并未發(fā)現(xiàn)運動員在大運動量訓(xùn)練后其情緒狀態(tài)發(fā)生顯著性變化，表明運動員的心理狀態(tài)比較穩(wěn)定。究其原因，一是主觀問卷的測量受個人的影響比較大，在測試中與受試者的配合度有很大的關(guān)聯(lián)，如果受試者有意欺瞞的話，就不能真實反應(yīng)個體的自身狀況。其次，第二次問卷測試時間安排在大負(fù)荷訓(xùn)練后，而情緒是一種持續(xù)變化的心理狀態(tài)，此刻可能由于結(jié)束了大運動量的訓(xùn)練而使運動員的整個情感狀態(tài)比較積極，沒有呈現(xiàn)出大運動訓(xùn)練所帶給受試者的情緒體驗。因此，主觀問卷的測量受很多因素的影響，有時并不能客觀反映運動員的自身狀態(tài)，無法避免有意隱瞞和有意識控制的作用。

ERP技術(shù)在競技體育領(lǐng)域的研究還比較少，本研究也只是將ERP技術(shù)應(yīng)用于評價不同狀態(tài)下運動員的大腦自動化加工能力的一個初步探討。通過本研究，表明MMN可以較敏感的反映運動員在訓(xùn)練期的大腦機能狀況，可為訓(xùn)練量的評價提供一定的電生理依據(jù)，能夠及時預(yù)警大運動量訓(xùn)練引起認(rèn)知功能下降，做到早期干預(yù)，具有重要現(xiàn)實意義。在以后對運動員進(jìn)行干預(yù)后，也可以把MMN作為運動員干預(yù)后效果的評定指標(biāo)。

4 結(jié)論

大運動量訓(xùn)練后，青年男排運動員MMN的波幅顯著下降，對外部信息變化的自動加工能力降低。MMN可作為評判運動員訓(xùn)練中大腦機能狀況的指標(biāo)之一。

[1] 劉紅星,劉姝,劉俊蓉.大負(fù)荷訓(xùn)練對男子柔道運動員血清睪酮,皮質(zhì)醇及血紅蛋白的影響[J].中國體育科技,2009(4):18-20.

[2] 馮燕.游泳運動員大負(fù)荷訓(xùn)練中心理、生理疲勞和應(yīng)對方式[J].天津體育學(xué)院學(xué)報,2004,19(3):54-56.

[3] 郎健,孟繁斌,李革.關(guān)于疲勞與恢復(fù)的探討[J].首都體育學(xué)院學(xué)報,2003,15(1):96-98.

[4] 馮燕.女游泳運動員大負(fù)荷訓(xùn)練中的情緒和應(yīng)對方式[J].中國體育科技,2004,40(4):27-30.

[5] 宋國萍.趙侖.張侃.連續(xù)10小時駕駛對非隨意注意的影響[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程,2006,19（2）：147-149.

[6] 呂靜.腦力疲勞狀態(tài)下注意特征及情緒變化的ERP研究[D].西安：第四軍醫(yī)大學(xué)，2008.

[7] 魏景漢,閻克樂等著.認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:人民教育出版社，2008:31-52.

[8] Stagg C,Hindley P,Tales A,et al.(2004).Visual mismatch negativity:the detection of stimulus change[J].Neuroreport,15(4):659-663.

[9] Schweizer K.(2001).Preattentive processing and cognitive ability[J].Intelligence,29(2):169-186.

[10]Elton M,Spaan M,Ridderinkhof K R.(2004).Why do we produce errors of commission?An ERP study of stimulus deviance detection and error monitoring in a choice go/no‐go task[J].European Journal of Neuroscience,20(7):1960-1968.

[11]趙侖.ERPs實驗教程[M].南京:東南大學(xué)出版社,2010:54-55.

[12]萬育辰.腦疲勞對注意能力影響的ERP研究[D].西安：第四軍醫(yī)大學(xué)，2011.

[13]李俊楠.腦力疲勞影響視覺前注意加工的ERP研究[D].西安：陜西師范大學(xué)，2011.

[14]楊博.長時間持續(xù)警戒任務(wù)下腦力疲勞對前注意和注意加工能力影響的ERP研究[D].西安：第四軍醫(yī)大學(xué)，2013.

[15]Evstigneeva M D,Alexandrov A A,Mathiassen S E,et al.(2010).Muscle contraction force and fatigue:effects on mismatch negativity[J].NeuroReport,21(18):1152-1156.

[16]王崢．射箭與籃球運動員腦自動化加工的事件相關(guān)電位研究［D］．北京：首都體育學(xué)院，2008.

[17]魏景漢,羅躍嘉.認(rèn)知事件相關(guān)電位教程[M].北京:經(jīng)濟日報出版社,2000:28-32.

[18]Woldorff M G,Hillyard S A,Gallen C C,et al.(1998).Magnetoencephalographic recordings demonstrate attentional modulation of mismatch‐related neural activity in human auditory cortex[J].Psychophysiology,35(3):283-292.

[19]Raz A,Deouell L Y,Bentin S.(2001).Is pre‐attentive processing compromised by prolonged wakefulness?Effects of total sleep deprivation on the mismatch negativity[J].Psychophysiology,38(5):787-795.

[20]Rinne T,Alho K,Ilmoniemi RJ,Virtanen J,N??t?nen R.(2000).Separate time behaviors of the temporal and frontal mismatch negativity sources[J].Neuroimage,12(1):14-19.