任務(wù)難度對(duì)定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者路線決策的影響研究

趙明生 劉靜如 鮑圣彬 劉陽(yáng)

摘 要：目的：利用功能性近紅外光譜成像技術(shù)（fNIRS）探討定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者前額葉皮層（PFC）在不同任務(wù)難度負(fù)荷下識(shí)圖路線決策的腦激活模式，揭示定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目路線決策的認(rèn)知特征和內(nèi)在機(jī)制。方法：選取23名定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者，分別進(jìn)行簡(jiǎn)單任務(wù)和復(fù)雜任務(wù)的路線決策實(shí)驗(yàn)，通過(guò)fNIRS監(jiān)測(cè)左側(cè)腹外側(cè)前額葉（L-VLPFC）、右側(cè)腹外側(cè)前額葉（L-DLPFC）、左側(cè)背外側(cè)前額葉（R-VLPFC）、右側(cè)背外側(cè)前額葉（R-DLPFC）的血氧（Oxy-Hb）激活濃度變化。結(jié)果：（1）隨著任務(wù)難度的增加，受試者路線決策任務(wù)的正確率顯著下降，反應(yīng)時(shí)顯著升高。（2）大腦雙側(cè)PFC的激活強(qiáng)度隨著任務(wù)難度增加而增強(qiáng)，背外側(cè)前額葉激活顯著（P<0.05）。（3）在復(fù)雜地圖條件下，背外側(cè)與腹外側(cè)前額葉血氧激活強(qiáng)度均與正確率相關(guān)顯著，在簡(jiǎn)單地圖條件下右背外側(cè)前額葉相關(guān)不顯著。（4）復(fù)雜地圖條件下，前額葉各腦區(qū)間腦網(wǎng)絡(luò)連接相關(guān)性均顯著，簡(jiǎn)單地圖條件下，右側(cè)腹外側(cè)與右背外側(cè)前額葉腦區(qū)相關(guān)不顯著。結(jié)論：fNIRS可以檢測(cè)到定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者在不同難度識(shí)圖路線決策任務(wù)下，大腦雙側(cè)PFC在激活強(qiáng)度和血氧響應(yīng)模式存在差異，表現(xiàn)出隨著任務(wù)難度增加，行為績(jī)效能力下降，背外側(cè)前額葉功能激活顯著，前額葉各腦區(qū)功能連接增強(qiáng)的認(rèn)知特征。

關(guān)鍵詞：定向運(yùn)動(dòng);地圖;功能性近紅外光譜成像技術(shù);前額葉皮質(zhì)區(qū);路線決策

中圖分類號(hào)：G804.8?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1006-2076（2022）02-0110-08

The Influence of Task Difficulty on Route Decision of Orienteering Exercise Practitioners：Evidence from fNIRS

ZHAO Mingsheng1，LIU Jingru2，BAO Shengbin1，LIU Yang1，3

1. School of Physical Education， Shaanxi Normal University， Xi'an 710119，Shaanxi China; 2. School of Physical Education， Northeast NormalUniversity， Changchun 130024，Jilin China; 3. Laboratory of Sports Learning Science，Shaanxi Normal University， Xi'an 710119，Shaanxi China

Abstract：Objective：To explore the brain activation patterns of map-recognition route decision-making in the prefrontal cortex （PFC） of orienteering exercise practitioners under different task difficulty loads using functional near-infrared spectroscopic imaging （fNIRS）， and to reveal the cognitive characteristics and underlying mechanisms of route decision-making in orienteering exercise programs. Methods：Twenty-three orienteering exercise practitioners were selected to perform route decision-making experiments for simple and complex tasks， and the activation of blood oxygen （Oxy-Hb） in the left ventral lateral prefrontal lobe （L-VLPFC）， right ventral lateral prefrontal lobe （L-DLPFC）， left dorsolateral prefrontal lobe （R-VLPFC）， and right dorsolateral prefrontal lobe （R-DLPFC） was monitored by fNIRS concentration changes. Results：1. With increasing task difficulty， the correct rate of subjects on the route decision task significantly decreased and the reaction time significantly increased.2 The activation intensity of the bilateral PFC of the brain was enhanced with increasing task difficulty， and dorsolateral prefrontal activation was significant （P<0.05）.3. In the complex map condition， both dorsolateral and ventral lateral prefrontal blood oxygen activation intensity correlated significantly with correct rate， and in the simple map condition The correlation between right dorsolateral prefrontal and dorsolateral prefrontal brain regions was not significant in the complex map condition. 4. The correlation between brain network connections among prefrontal brain regions was significant in the complex map condition， and the correlation between right ventral lateral and dorsolateral prefrontal brain regions was not significant in the simple map condition. Conclusions：fNIRS can detect differences in activation intensity and blood oxygen response patterns in the bilateral PFC of the brain of orienteering exercise practitioners under different difficulty map-recognition route decision-making tasks， showing： a decrease in behavioral performance capacity with increasing task difficulty， significant functional activation in the dorsolateral prefrontal， and enhanced cognitive characteristics of functional connectivity among prefrontal brain regions.336DCAED-2B68-4515-AF58-6499ED040508

Key words：orienteering; maps; functional near-infrared spectral imaging; prefrontal cortical areas; route decision making

定向運(yùn)動(dòng)（Orienteering）是利用一張?jiān)敿?xì)精確的地圖和一個(gè)指北針，按順序到達(dá)地圖上所指示的各個(gè)點(diǎn)標(biāo)，以用時(shí)最短者為勝的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目[1]。定向運(yùn)動(dòng)不僅需要參與者具備良好的身體素質(zhì)，還需擁有較高的認(rèn)知能力[2]，被譽(yù)為一項(xiàng)同時(shí)進(jìn)行國(guó)際象棋和馬拉松賽跑的高認(rèn)知決策和體能類運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。比賽過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員需要快速準(zhǔn)確讀取地圖信息，結(jié)合地圖路線的可跑性、爬高量、地貌以及所存在的障礙物等因素，利用自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)地圖上的信息快速而有效地識(shí)別、加工和編碼[3]，從而規(guī)劃出一條合理的跑動(dòng)路線?？焖佟?zhǔn)確的路線決策是定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目取得比賽勝利的關(guān)鍵所在。

決策是大腦根據(jù)決策者的主觀意愿及現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行選擇行為的過(guò)程[4]。決策行為的發(fā)生伴隨著視覺(jué)搜索[5]等基本腦認(rèn)知功能[6]。運(yùn)動(dòng)決策是指運(yùn)動(dòng)員通過(guò)視覺(jué)搜索感知信息、查找情景特征，尋找與運(yùn)動(dòng)任務(wù)有關(guān)的線索、應(yīng)用基本腦認(rèn)知功能確定線索并調(diào)整注意、進(jìn)行決策，采取行動(dòng)[7]，一般分為直覺(jué)決策[8]和認(rèn)知決策[9]。目前研究多集中在直覺(jué)決策項(xiàng)目。直覺(jué)決策是指運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)環(huán)境中做出的一種快速的、直接的、偶然的決策，如網(wǎng)球接球位置的決策需要500～600 ms內(nèi)進(jìn)行判斷[10]。認(rèn)知決策主要依靠邏輯思維，在嚴(yán)密的邏輯體系和嚴(yán)格的邏輯規(guī)則下進(jìn)行，需要在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)決策[11]。定向運(yùn)動(dòng)是典型的認(rèn)知決策類項(xiàng)目[1]，對(duì)定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目識(shí)圖路線決策進(jìn)行深入研究，可為運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域認(rèn)知決策研究提供更廣泛的理論支撐。

定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的相關(guān)研究主要體現(xiàn)在定向運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知優(yōu)勢(shì)和定向運(yùn)動(dòng)改善不同人群認(rèn)知功能價(jià)值研究?jī)煞矫妗Ｔ诙ㄏ蜻\(yùn)動(dòng)員認(rèn)知優(yōu)勢(shì)研究中，主要有視覺(jué)搜索、工作記憶、認(rèn)知決策、心理旋轉(zhuǎn)[12-16]等認(rèn)知指標(biāo)，多采用行為學(xué)測(cè)試方法[17]。對(duì)定向運(yùn)動(dòng)員識(shí)圖效率的研究發(fā)現(xiàn)，地圖難度會(huì)制約定向運(yùn)動(dòng)選手識(shí)圖決策行為表現(xiàn)[17-18]。也有學(xué)者通過(guò)眼動(dòng)指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，路線決策過(guò)程受視覺(jué)搜索和工作記憶的制約，不同任務(wù)難度條件下表現(xiàn)出不同的眼動(dòng)特征[19]。相關(guān)的研究結(jié)論均反映了任務(wù)難度對(duì)定向運(yùn)動(dòng)員空間認(rèn)知加工過(guò)程具有顯著的影響。此外已有研究表明，定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)對(duì)注意缺陷多動(dòng)障礙（ADHD）兒童執(zhí)行功能、青少年和老年人空間導(dǎo)航能力具有改善效益[20-23]。然而，以往的研究對(duì)識(shí)圖路線決策任務(wù)中的腦加工作用機(jī)制還不明確，在不同任務(wù)難度水平下大腦不同腦區(qū)的血氧響應(yīng)模式還不清楚。

近年來(lái)，隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的深入開(kāi)展，為定向運(yùn)動(dòng)員認(rèn)知特征研究提供了更多的技術(shù)手段和思路。功能性近紅外光譜成像儀（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）具有受頭動(dòng)的影響較小、安全性能高、便攜、時(shí)空分辨率較高、可以長(zhǎng)時(shí)間且重復(fù)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)[24-25]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在足球[26]、羽毛球[27]、太極拳[28]等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，這為本研究探索定向運(yùn)動(dòng)中任務(wù)難度和路線決策之間的內(nèi)在關(guān)系及腦加工機(jī)制提供了很好的技術(shù)支撐。通過(guò)fNIRS技術(shù)發(fā)現(xiàn)，前額葉（PFC）在認(rèn)知過(guò)程中扮演著重要的角色。PFC是接收來(lái)自大腦其他功能區(qū)的經(jīng)過(guò)處理的外部信息，然后整合記憶、意圖等大腦信息，立即做出合理的計(jì)劃的區(qū)域[29]。背外側(cè)前額葉（DLPFC）和腹外側(cè)前額葉（VLPEC）作為前額葉皮質(zhì)的主要功能區(qū)與運(yùn)動(dòng)認(rèn)知相關(guān)的腦功能和依賴于情境的決策行為息息相關(guān)。因此，本研究選取DLPFC和VLPEC為興趣區(qū)，對(duì)不同難度條件下定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者路線決策的認(rèn)知機(jī)制進(jìn)行探究。

針對(duì)上述問(wèn)題，本研究提出以下假設(shè)：（1）不同任務(wù)難度條件下，定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者會(huì)表現(xiàn)出不同的行為績(jī)效。（2）行為學(xué)結(jié)果與腦血氧結(jié)果具有相關(guān)性，不同的任務(wù)難度類型會(huì)造成識(shí)圖路線決策任務(wù)中Oxy-Hb在PFC功能腦區(qū)上的激活差異。本研究通過(guò)探討大腦雙側(cè)PFC分別在識(shí)圖路線決策不同任務(wù)難度水平下的血氧響應(yīng)特性，明確雙側(cè)PFC的功能活動(dòng)隨著任務(wù)難度的不同而發(fā)生的變化，以期為進(jìn)一步揭示不同任務(wù)難度下定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者大腦的功能活動(dòng)機(jī)制提供參考，為今后通過(guò)神經(jīng)調(diào)控提升高難度下的識(shí)圖績(jī)效提供客觀依據(jù)，為定向運(yùn)動(dòng)改善認(rèn)知的不同干預(yù)模式效益提供理論支撐與實(shí)踐指導(dǎo)。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選取23名（男生11人，年齡19.16±1.01歲，女生12人，年齡18.63±0.68歲）陜西師范大學(xué)定向運(yùn)動(dòng)代表隊(duì)隊(duì)員作為受試者，訓(xùn)練時(shí)間均為1年以上。所有被試者采用以下納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）受教育程度一致;（2）右利手;（3）裸眼視力或矯正視力正常;（4）無(wú)任何無(wú)精神疾病史;（5）能夠熟練掌握定向運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)基礎(chǔ)知識(shí);（6）均未參加過(guò)類似實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)均征得了被試者的同意，并簽署了實(shí)驗(yàn)知情同意書(shū)，完成實(shí)驗(yàn)后被試者將會(huì)領(lǐng)取到相應(yīng)的報(bào)酬，該研究已得到本校倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和材料

研究自變量為不同難度的地圖類型，分為簡(jiǎn)單地圖和復(fù)雜地圖，因變量為行為學(xué)的正確率和反應(yīng)時(shí)以及大腦前額葉4個(gè)腦區(qū)的含氧血紅蛋白的濃度變化。

刺激材料：地圖采用800×600像素的定向運(yùn)動(dòng)比賽標(biāo)準(zhǔn)，分為簡(jiǎn)單地圖和復(fù)雜地圖。定向運(yùn)動(dòng)地圖由3名定向運(yùn)動(dòng)專家（國(guó)家級(jí)制圖員）進(jìn)行難度評(píng)分，簡(jiǎn)單地圖為校園場(chǎng)景，地圖信息多為建筑物等地物特征，復(fù)雜地圖為野外山地場(chǎng)景，地圖信息多為山體等地貌特征（見(jiàn)圖1）。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和fNIRS測(cè)試方案

本實(shí)驗(yàn)采用便攜式近紅外腦功能成像系統(tǒng)Nirsport 2，檢測(cè)受試者任務(wù)期間局部腦區(qū)的血氧動(dòng)力學(xué)信號(hào)。以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)10-20系統(tǒng)法和人腦生理解剖結(jié)構(gòu)來(lái)佩戴fNIRS光極帽實(shí)現(xiàn)探頭布置，經(jīng)過(guò)儀器和相應(yīng)模板進(jìn)行校準(zhǔn)，確保既定通道可以準(zhǔn)確落入前額葉皮質(zhì)區(qū)。采用松緊頭帽對(duì)模板和頭部進(jìn)行固定，在將探測(cè)器探頭、近紅外光源探頭放置模板中時(shí)，需要將受試者的頭發(fā)充分撥開(kāi)，確保探頭和頭皮充分接觸。在通道布局方面，包括13個(gè)光源探頭以及8個(gè)接收探頭，共同構(gòu)成了28個(gè)測(cè)量通道，采樣頻率設(shè)為7.812 5 Hz（見(jiàn)圖2）。根據(jù)已有的解剖標(biāo)定體系（Anatomical Labeling Systems，LBPA40）來(lái)劃分感興趣區(qū)（Region of interest，ROI），共劃分出4個(gè)ROI（表1）：左側(cè)腹外側(cè)前額葉（L-VLPFC）、左側(cè)背外側(cè)前額葉（L-DLPFC）、右側(cè)腹外側(cè)前額葉（R-VLPFC）、右側(cè)背外側(cè)前額葉（R-DLPFC）。以上4個(gè)ROI均勻分布在前額葉，采用多通道近紅外數(shù)據(jù)空間配準(zhǔn)到MNI空間的方法。336DCAED-2B68-4515-AF58-6499ED040508

1.4 實(shí)驗(yàn)流程

在實(shí)驗(yàn)前讓被試者熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并記錄被試者的性別、年齡、訓(xùn)練年限、運(yùn)動(dòng)等級(jí)等基本情況，期間告知被試者實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。之后由實(shí)驗(yàn)人員為被試者佩戴fNIRS光極帽，并進(jìn)行校準(zhǔn)，使其通道連接。

實(shí)驗(yàn)包括兩個(gè)階段：練習(xí)階段和正式測(cè)試階段。練習(xí)階段受試者完成5個(gè)點(diǎn)位共6次路線決策練習(xí)，因路線決策無(wú)法完成電腦端的路線繪制，實(shí)驗(yàn)采用手

繪方式進(jìn)行路線決策。因此，練習(xí)階段在考察受試者實(shí)驗(yàn)操作熟練度的同時(shí)，重點(diǎn)要求受試者頭部和肢體盡量少動(dòng)，保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

正式測(cè)試階段：首先采集正常狀態(tài)下的電生理信號(hào)，時(shí)間為30 s，受試者保持放松狀態(tài)，30 s后受試者在時(shí)間提醒下開(kāi)始測(cè)試任務(wù)。每張包括20個(gè)目標(biāo)點(diǎn)位，受試者從地圖的起點(diǎn)出發(fā)，完成21次路線決策最后到達(dá)終點(diǎn)，每3次路線決策為一個(gè)block，每完成一個(gè)block，休息30 s（保證受試者的腦血氧恢復(fù)基線水平），30 s后提示受試者進(jìn)行下一次任務(wù)。每張地圖共計(jì)7個(gè)block，每個(gè)block前后手動(dòng)標(biāo)記mark點(diǎn);兩種地圖之間的測(cè)試間隔為3 min，整個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)總計(jì)14個(gè)block，完成42次路線決策任務(wù)，實(shí)驗(yàn)全程設(shè)置時(shí)間提醒裝置，受試者在觀察紙質(zhì)版定向地圖并規(guī)劃路線過(guò)程中記錄測(cè)試總時(shí)間和腦血氧的變化（見(jiàn)圖3）。

1.5 數(shù)據(jù)采集與處理

行為學(xué)數(shù)據(jù)：請(qǐng)3名定向運(yùn)動(dòng)專家對(duì)所有受試者路線決策結(jié)果進(jìn)行5分制評(píng)定，取平均值作為路線決策正確率指標(biāo);分別記錄受試者在兩種不同地圖難度下的路線反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)時(shí)為測(cè)試總時(shí)間減去每個(gè)block間休息時(shí)間。利用SPSS 22.0對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，夏皮洛-威爾克檢驗(yàn)（S-W）檢驗(yàn)結(jié)果顯示數(shù)據(jù)均大于0.05閾值，服從正態(tài)分布;通過(guò)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，觀察不同地圖難度下的行為學(xué)指標(biāo)的差異。

fNIRS數(shù)據(jù)：帶通濾波濾除小于0.01 Hz和大于0.3 Hz數(shù)據(jù)，Nirsport 2系統(tǒng)通過(guò)朗伯比爾定律（Lambert Beer law）對(duì)采集的光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到Oxy-Hb的血氧信號(hào)數(shù)據(jù)。相較于Deoxy-Hb而言，Oxy-Hb對(duì)大腦局部血流變化更為敏感，因此本研究選取Oxy-Hb來(lái)反映大腦神經(jīng)激活水平更為真實(shí)有效[30]。獲得28個(gè)通道的Oxy-Hb原始數(shù)據(jù)后，使用MATLAB進(jìn)行初步數(shù)據(jù)分析。采用主成分分析（PCA）的方法來(lái)去除運(yùn)動(dòng)偽跡對(duì)fNIRS數(shù)據(jù)的影響，平均各決策任務(wù)條件下的Oxy-Hb數(shù)值，得到受試者每個(gè)通道在單位時(shí)間內(nèi)采樣點(diǎn)的均值，將ROI所包含的6～7個(gè)通道的Oxy-Hb數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，該均值即為該 ROI 的血氧信號(hào)[31]。利用SPSS 22.0對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，夏皮洛-威爾克檢驗(yàn)（S-W）檢驗(yàn)結(jié)果顯示本文的數(shù)據(jù)均大于0.05閾值，服從正態(tài)分布;通過(guò)Mauchly球形檢驗(yàn)對(duì)上述重復(fù)測(cè)量方差分析的數(shù)據(jù)對(duì)稱性進(jìn)行檢驗(yàn)，Greenhouse-Geisser矯正的方法對(duì)發(fā)生對(duì)稱性偏離的數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正。對(duì)于方差分析中存在顯著主效應(yīng)的變量，使用成對(duì)比較的方法進(jìn)行進(jìn)一步分析;對(duì)于方差分析中存在顯著交互作用的變量組合，進(jìn)行進(jìn)一步分析。同時(shí)，運(yùn)用Pearson相關(guān)分析對(duì)受試者每個(gè)ROI的Oxy-Hb濃度與路線決策正確率結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，P<0.05被認(rèn)為是具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 研究結(jié)果

2.1 行為學(xué)結(jié)果

定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者路線決策的正確率和反應(yīng)時(shí)比較結(jié)果見(jiàn)表2。

結(jié)果顯示：在路線決策的正確率上，復(fù)雜地圖顯著低于簡(jiǎn)單地圖（P=0.000）;在路線決策的反應(yīng)時(shí)上，復(fù)雜地圖顯著大于簡(jiǎn)單地圖（P=0.000）。

2.2 fNIRS結(jié)果

不同地圖難度對(duì)路線決策時(shí)興趣區(qū)激活強(qiáng)度的影響結(jié)果見(jiàn)表3、圖4、圖5。

結(jié)果顯示，地圖難度主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（1，22）=5.518，P=0.028， η2=0.201;興趣區(qū)主效應(yīng)顯著，F(xiàn)（3，66）=8.129，P=0.003， η2=0.270;地圖難度×興趣區(qū)的交互效應(yīng)顯著，F(xiàn)（3，66）=3.368，P=0.014， η2=0.164。對(duì)地圖難度和興趣區(qū)兩個(gè)因素進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)：任務(wù)難度對(duì)于ROI血氧激活響應(yīng)上存在差異，L-VLPFC和R-VLPFC血氧激活強(qiáng)度沒(méi)有顯著差異（P=0.088，P=0.722），L-DLPFC在復(fù)雜地圖下的血氧激活強(qiáng)度顯著大于簡(jiǎn)單地圖（P=0.001），R-DLPFC在復(fù)雜地圖下的血氧激活強(qiáng)度顯著大于簡(jiǎn)單地圖（P=0.004）。

2.3 各ROI腦血氧激活強(qiáng)度與路線決策的正確率相關(guān)性分析結(jié)果

變量之間的相關(guān)程度一般用相關(guān)系數(shù)來(lái)表示，其值在-1到1之間，大于0代表正相關(guān)，小于0代表負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r在0～0.30為低相關(guān)，0.31～0.49為中度相關(guān)，0.5～0.69為高度相關(guān)，0.7～0.89為非常高度相關(guān)[32]。定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者再進(jìn)行路線決策任務(wù)時(shí)各ROI下的Oxy-Hb濃度與行為學(xué)（正確率）進(jìn)行相關(guān)性分析，激活強(qiáng)度和行為績(jī)效的相關(guān)程度見(jiàn)表4。

如圖6所示，各ROI的激活強(qiáng)度與路線決策正確率的相關(guān)程度不同：簡(jiǎn)單地圖條件下，路線決策正確率與L-VLPFC（r=0.566）和R-VLPFC（r=0.547）激活強(qiáng)度高度相關(guān)，與L-DLPFC（r=0.470）激活強(qiáng)度中度相關(guān)，與R-DLPFC激活強(qiáng)度不相關(guān)（P=0.089）;復(fù)雜地圖條件下，路線決策正確率與L-VLPFC激活強(qiáng)度高度相關(guān)（r=0.504），與L-DLPFC（r=0.498）、R-VLPFC（r=0.499）和R-DLPFC（r=0.423）激活強(qiáng)度中度相關(guān)。

2.4 前額葉興趣區(qū)腦網(wǎng)絡(luò)功能連接變化

對(duì)比分析不同任務(wù)難度條件下前額葉不同興趣區(qū)之間的相關(guān)性。

如圖7所示，兩種地圖ROI腦網(wǎng)絡(luò)的連接有顯著差異，簡(jiǎn)單地圖條件下，L-VLPFC和R-VLPFC（r=0.90）、L-DLPFC（r=0.75）、R-DLPFC（r=0.51）腦區(qū)相關(guān)均顯著，L-DLPFC和R-VLPFC（r=0.62）、R-DLPFC（r=0.86）相關(guān)顯著，R-VLPFC與R-DLPFC腦區(qū)相關(guān)不顯著（r=0.39）;復(fù)雜地圖條件下，L-VLPFC和R-VLPFC（r=0.86）、L-DLPFC（r=0.87）、R-DLPFC（r=0.67）相關(guān)顯著，L-DLPFC和R-VLPFC（r=0.72）、R-DLPFC（r=0.88）相關(guān)顯著，R-VLPFC與R-DLPFC腦區(qū)相關(guān)顯著（r=0.55）。336DCAED-2B68-4515-AF58-6499ED040508

3 討論與分析

3.1 定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者行為學(xué)特征分析

本研究結(jié)果顯示，地圖難度的主效應(yīng)表現(xiàn)為復(fù)雜地圖路線決策正確率顯著降低，反應(yīng)時(shí)顯著升高，說(shuō)明難度的加大制約了定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者的行為績(jī)效。認(rèn)知加工理論模型說(shuō)明[33]，在運(yùn)動(dòng)決策情境中，首先要對(duì)輸入的信息進(jìn)行辨別，根據(jù)大腦所記錄的行為信息及關(guān)鍵因素，進(jìn)一步對(duì)這些信息進(jìn)行加工、分析，而這一過(guò)程就是為運(yùn)動(dòng)決策做準(zhǔn)備，包括運(yùn)動(dòng)員自己的直覺(jué)、記憶、注意及問(wèn)題解決等幾個(gè)重要組成部分，越是決策復(fù)雜性的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，對(duì)于最終成績(jī)的影響也越大[34]。任務(wù)難度的增加使得識(shí)別加工占用消耗更多的注意資源，個(gè)體的正確率會(huì)有所降低[35]，執(zhí)行任務(wù)所需要的反應(yīng)時(shí)也會(huì)越長(zhǎng)[36]。

認(rèn)知負(fù)荷對(duì)決策的影響是研究人員關(guān)注的重要問(wèn)題之一，合理的規(guī)劃和準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)是專業(yè)知識(shí)和技能學(xué)習(xí)中的兩個(gè)重要策略[37]，研究中采用的刺激材料均為定向運(yùn)動(dòng)比賽專用地圖，復(fù)雜地圖符號(hào)特征多為野外地形，多用棕色等高線表示山谷、山背、山脊的地貌信息，等高線信息需要進(jìn)行抽象的三維想象，從平面信息轉(zhuǎn)化為立體信息，符號(hào)特征雖單一但難以識(shí)別，難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)簡(jiǎn)單地圖;簡(jiǎn)單地圖多為公園、校園建筑環(huán)境，地圖信息多為道路、房屋、湖泊等，符號(hào)較易識(shí)別。定向練習(xí)者對(duì)于復(fù)雜地圖的信息加工，就需要更多認(rèn)知資源來(lái)進(jìn)行分配，從而會(huì)表現(xiàn)出對(duì)路線決策的正確率降低，并在反應(yīng)時(shí)這一指標(biāo)表現(xiàn)出來(lái)。

3.2 不同任務(wù)難度路線決策的腦激活表現(xiàn)

fNIRS結(jié)果顯示，隨著任務(wù)負(fù)荷難度的增加，PFC的激活強(qiáng)度增強(qiáng)，這是因?yàn)殡y度越大的任務(wù)需要被試的注意力更集中，腦力負(fù)荷也就越大，因此腦血氧的激活更大[38]，向大腦前額葉提供更多的能源物質(zhì)，這個(gè)結(jié)論跟以往的fNIRS研究一致[39]。

不同的任務(wù)難度條件下，左右前額腦區(qū)表現(xiàn)出了血氧激活的差異，VLPFC腦區(qū)激活差異不顯著，DLPFC腦區(qū)復(fù)雜地圖條件下血氧激活強(qiáng)度顯著大于簡(jiǎn)單地圖。這可能是因?yàn)榇竽X左右前額葉認(rèn)知功能與優(yōu)勢(shì)的不同而產(chǎn)生的差異。Kelly 等[40]認(rèn)為DLPFC的參與程度取決于所執(zhí)行任務(wù)的認(rèn)知特征，分析原因可能是由于復(fù)雜地圖中等高線需要受試者進(jìn)行認(rèn)知標(biāo)準(zhǔn)，表象為山的形狀，增加了認(rèn)知加工任務(wù)。相關(guān)研究也指出前額葉的血氧激活因任務(wù)情境而異[41]，不同的地圖類型可能是造成前額葉血氧激活強(qiáng)度差異的重要原因。DLPFC在決策能力中發(fā)揮著重要作用[42-43]，涉及到空間信息的保持、監(jiān)控以及認(rèn)知決策等相關(guān)功能[44-45]，在進(jìn)行有關(guān)沖突任務(wù)的實(shí)驗(yàn)中被顯著激活[46]，在任務(wù)過(guò)程中的復(fù)雜性或整合需求增加時(shí)，DLPFC激活也更為明顯[47]。簡(jiǎn)單地圖條件下，符號(hào)較易識(shí)別，任務(wù)相比較為簡(jiǎn)單，個(gè)體的認(rèn)知決策加工的有關(guān)腦區(qū)資源分配比較輕松，對(duì)注意資源進(jìn)行調(diào)動(dòng)的時(shí)候，并沒(méi)有太大的難度[48]。而復(fù)雜地圖完成任務(wù)需要投入更多的認(rèn)知努力，所以DLPFC含氧血紅蛋白濃度增多，即腦血氧激活強(qiáng)度增加，說(shuō)明DLPFC在任務(wù)難度增加的條件下，具備一定的優(yōu)勢(shì)加工，對(duì)于復(fù)雜地圖的路線決策發(fā)揮著重要作用。根據(jù)Hikosaka理論，DLPFC參與空間序列獲取的過(guò)程，涉及處理最初的感覺(jué)輸入以及描繪空間序列的過(guò)程，最終到達(dá)運(yùn)動(dòng)皮層[41]，兩種地圖采用不同的運(yùn)動(dòng)情景，野外地圖涉及到的空間信息量較為復(fù)雜，需要進(jìn)行更多的空間序列描繪。研究發(fā)現(xiàn)DLPFC在復(fù)雜地圖路線決策中的重要作用，將為我們?cè)诮窈笸ㄟ^(guò)神經(jīng)調(diào)控提升高難度下的識(shí)圖績(jī)效提供客觀依據(jù)。

進(jìn)一步分析行為學(xué)績(jī)效與腦血氧以及各腦區(qū)腦血氧的相關(guān)性，我們發(fā)現(xiàn)，在復(fù)雜地圖條件下，左、右DLPFC與VLPFC均與正確率相關(guān)顯著，而簡(jiǎn)單地圖條件下R-DLPFC相關(guān)不顯著。對(duì)左、右DLPFC與VLPFC腦網(wǎng)絡(luò)連接相關(guān)性分析同樣發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜地圖條件下4個(gè)興趣區(qū)均相關(guān)顯著，而簡(jiǎn)單地圖條件下，R-DLPFC與R-VLPFC相關(guān)不顯著。綜合分析兩者的相關(guān)特征我們發(fā)現(xiàn)，在復(fù)雜地圖條件下，腦區(qū)激活更全面，覆蓋面更廣。大腦是一個(gè)計(jì)算和決策系統(tǒng)它包含復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。執(zhí)行特定的認(rèn)知任務(wù)活動(dòng)需要大腦的幾個(gè)功能區(qū)域和復(fù)雜的功能網(wǎng)絡(luò)由這些聯(lián)系組成，腦認(rèn)知水平一般受三個(gè)因素的影響：學(xué)習(xí)材料中包含的知識(shí)的復(fù)雜性，學(xué)習(xí)的組織規(guī)則或呈現(xiàn)方法材料和學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗(yàn)[49]。有學(xué)者提出認(rèn)知加工通路假說(shuō)[50]，認(rèn)為認(rèn)知決策加工主要有兩條不同的皮層加工通道，一個(gè)是腹側(cè)通路（what通路），另一個(gè)是背側(cè)通路（where通路）。背外側(cè)前額葉（DLPFC）和腹外側(cè)前額葉（VLPEC）作為前額葉皮質(zhì)的主要功能區(qū)與運(yùn)動(dòng)認(rèn)知相關(guān)的腦功能和依賴于情境的決策行為息息相關(guān)。其中腹外側(cè)前額葉主要控制方位認(rèn)知和地圖表征[44];背外側(cè)前額葉主要控制視覺(jué)搜索和認(rèn)知決策[51]，是認(rèn)知決策的關(guān)鍵皮層。在定向運(yùn)動(dòng)的路線決策過(guò)程中包括了對(duì)地圖信息進(jìn)行輸入、編碼、存儲(chǔ)和提取，最后做出決策[52]。復(fù)雜地圖與簡(jiǎn)單地圖相比，地圖均通過(guò)等高線進(jìn)行山形的表示，在認(rèn)知加工過(guò)程中，相對(duì)比簡(jiǎn)單地圖等城市符號(hào)信息多了等高線與山形的表征過(guò)程，這可能是造成復(fù)雜地圖條件下腦區(qū)直接網(wǎng)絡(luò)連接增強(qiáng)的原因，在復(fù)雜任務(wù)條件下，練習(xí)者需要更多腦區(qū)協(xié)同合作完成認(rèn)知決策。

4 結(jié) 論

本研究采用（fNIRS）技術(shù)考察了不同任務(wù)難度條件下定向運(yùn)動(dòng)練習(xí)者識(shí)圖路線決策行為績(jī)效和前額葉激活的變化情況。發(fā)現(xiàn)在不同難度識(shí)圖路線決策任務(wù)下，大腦雙側(cè)PFC在激活強(qiáng)度和血氧響應(yīng)模式存在差異，隨著任務(wù)難度增加，行為績(jī)效能力下降，背外側(cè)的功能激活顯著顯得較為重要，可為今后通過(guò)神經(jīng)調(diào)控提升高難度下的識(shí)圖績(jī)效提供了參考依據(jù)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，高難度條件下更多腦區(qū)參與決策任務(wù)，各腦區(qū)功能連接增強(qiáng)，該結(jié)論或可為定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目科學(xué)訓(xùn)練及促進(jìn)認(rèn)知功能改善的訓(xùn)練模式構(gòu)建提供理論支撐。

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收稿日期：2022-02-15

基金項(xiàng)目：陜西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題（編號(hào)：SGH20Y1061），陜西師范大學(xué)公共課改革專項(xiàng)課題（編號(hào)：21GGK-JG06）。

作者簡(jiǎn)介：趙明生（1996- ），男，甘肅環(huán)縣人，在讀碩士研究生，研究方向認(rèn)知運(yùn)動(dòng)心理學(xué)。

通訊作者：劉 陽(yáng)（1979- ），男，遼寧錦州人，教授，研究方向運(yùn)動(dòng)與注意、記憶、決策的認(rèn)知關(guān)系。

作者單位：1.陜西師范大學(xué)體育學(xué)院，陜西 西安 710119;2.東北師范大學(xué)體育學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130024;3.陜西師范大學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710119336DCAED-2B68-4515-AF58-6499ED040508