视觉失匹配负波及在运动心理学研究中的前景

李四化　张力为

摘 要：在事件相关电位的研究中，通常采用oddball范式获取视觉失匹配负波，其产生机制有疲劳假说和记忆痕迹假说2种，能够反映大脑的时间信息自动加工，研究成果主要集中在记忆和注意2个领域。目前，研究具有以通道内、主动范式为主，改良实验范式，重视理论价值，倾向医学领域等特点。研究瓶颈是刺激的编辑，突破口是范式的革新。在运动心理学中，可以致力于探讨视觉失匹配负波的功能意义和应用价值，体现在理论性探索、实践性应用和外围性拓展3个方面。面对体育运动实践中遇到的问题，可以通过改良oddball范式来解决。

关键词： oddball范式；视觉失匹配负波；运动心理学

中图分类号： G 804.8 文章编号：1009783X（2012）05055204 文献标志码： A

ERP技术是上世纪70年代发展起来的，它是研究认知过程中最令人寄予希望的手段之一，被誉为“窥测心理活动的窗口”。由于ERP系统记录的是大脑皮层的诱发电位；因此，最为重要的就是编辑刺激，oddball范式是常用范式之一，它主要用于诱发P300、失匹配负波（Mismatch Negativity，MMN）等与刺激概率有关的ERP成分。Squires等[1]于1975年最早使用了oddball范式，Ntnen等[2]于1978年首先在听觉通道证实并报道了失匹配负波（auditory mismatch negativity，aMMN）。

aMMN的研究成果颇丰，在运动心理学中也有所尝试[3]，那么占人脑接收外界信息总量70%以上的视觉通道是否也存在失匹配负波呢，这一问题已经得到肯定的回答。Tales等于1999年第一次公开发表论文提及vMMN[4]，其理论依据倾向于疲劳假说和记忆痕迹假说；其提取原理同样是偏差刺激ERP成分减去标准刺激ERP成分得出100～250 ms的差异波。可见，能够诱发vMMN的不是刺激物本身，而是刺激物之间的差异，这说明它不是大脑低级感觉功能的产物，而是对信息自动加工的反映。随后，学者们不断关注并发表研究成果，Alvarez等[5]和Czigler[6]先后对vMMN的研究进行了梳理和总结。近些年，随着脑电技术的改善和普及与在不同领域的应用，最新成果不断涌现；但是运动心理学领域才刚刚起步，由于运动员在比赛和训练中，要不断接受外在视觉信息的刺激，并根据自己的判断作出合适的反应，而且vMMN是大脑的视觉自动加工、内隐认知和无意识等方面研究的客观指标。因此，vMMN更加贴合运动实际场景，更能说明运动员认知功能，在运动心理学中具有一定的研究前景，可以用于探讨不同运动项目运动员信息加工的差别，不同运动等级、运动经验、年龄运动员信息加工的差距，面临不同比赛压力、运动情境、身心状态时信息加工的差异等。

1 视觉失匹配负波研究的现状

1.1 产生机制

由于视觉通道以并行加工为主，且视觉感觉记忆的持续时间较短，所以有学者认为MMN是听觉通道的特异成分，aMMN的意义就在于对刺激变化的朝向反应[7]。随后，也有学者发现视觉通道有类似aMMN的成分[8]。矛盾的存在引起了研究者更大的兴趣，并力图为之找到相应的理论依据。目前，关于vMMN产生机制的代表性观点有2种：一种观点认为中央视觉系统在偏差刺激出现之前已经对重复出现的标准刺激形成了一个内部表征，而一旦偏差刺激与内部表征发生冲突，vMMN便被诱发出来，也就是记忆痕迹假说（memory comparisonbasedchange detection hypothesis）；还有一种观点倾向于疲劳假说（refractory hypothesis），即vMMN是对偏差刺激敏感的神经元群兴奋的结果，在整个实验过程中，因连续的2个偏差刺激之间的间隔较长，所以这些神经元始终保持着对偏差刺激的反应性，那些对标准刺激敏感的神经元群则因刺激不断重复而出现适应性疲劳，处于相对不应期。这2种观点均有各自的支持者，可能的原因是实验条件的不同导致实验结果的差异；但是，近年来多数学者似乎更倾向于前者，原因是从实验证据得出了相悖于疲劳假说的结论。

1.2 研究内容

研究者利用视觉鉴别、积极反应、消极反应、延迟反应和跨通道选择反应等设计获得vMMN，发现其潜伏期从100 ms至400 ms不等，脑区分布集中在中央部位和后部枕叶区域，也有研究发现其分布在额叶部位，并证实vMMN同样具有aMMN的特征[9]。在进行脑波评价时，指标通常有基本波形及其变异，潜伏期、波幅、面积，以及特异成分（双峰波）分析等；研究还发现其影响因素可能有刺激类型、刺激偏差大小、刺激间隔时间、年龄、疾病、药物、尼古丁等，这些都提示需要注意研究vMMN的实验范式。

oddball范式可用于诱发vMMN，它包括主动和被动范式：主动范式是在一组重复出现的大概率标准刺激中随机插入刺激参数不同的小概率偏差刺激，要求研究参与者辨认偏差刺激，现在的研究以主动范式为主；被动范式则让研究参与者不注意刺激信号。在oddball范式的实验设计中，有通道内实验设计和通道间实验设计，先前的研究多数利用跨通道设计，现在的研究以通道内为主。另外，vMMN可以通过不同的刺激类型诱发出来，如颜色[10]、形状[11]、亮度[12]、方位[13]、运动方向[14]、空间频率[15]；还有一些方面，研究成果不集中，如空间位置[16]、刺激遗漏和偏差刺激顺序[17]和刺激大小[18]；部分研究还进行了不同刺激类型组合的探讨。国内也有学者进行了研究，体现在形状[19]、光栅[20]、方位[21]、形状和颜色[9]等方面。

总之，研究成果整体不多，集中于2个方向：记忆[13，17，20]和注意[4，10]，尤其是后者的研究在体育运动领域有较大空间（如分析能够及时、准确、精妙助攻的球类运动员的信息加工特点）；且具有国外研究多于国内研究，以通道内、主动范式为主，改善oddball范式（以结合等概率范式equiprobable paradigm尤为突出），重视理论价值，倾向医学领域等特点。

2 视觉失匹配负波研究的瓶颈

vMMN已经有了一定的研究基础，也引起了学者的关注和尝试；但是，要想深入和系统地研究vMMN，不仅要总结其研究的重点，还必须清楚研究的瓶颈，即刺激的编辑和数据的提取。

2.1 编辑刺激

vMMN在非注意状态下常与N1P1波重叠，在注意状态下常与N2b部分重叠形成双峰波。脑电成分不是很纯粹，对早期负波（出现在100～150 ms）和晚期负波（出现在200～250 ms）的解释也存在争议；因此，需要对刺激的编辑加以探讨。研究者发现等概率范式有可能很好地解决这一问题。应该强调一点，等概率范式的控制刺激和经典范式的偏差刺激的概率都是12.5%，这样使得标准刺激和偏差刺激的概率加大，可能会导致对控制刺激不适应高于对偏差刺激的不适应，从而加大记忆痕迹效应；因此，具体设计上通常加大控制刺激的概率，增加至20%。Kimura等使用经典范式和等概率范式的结合以纯化vMMN，同时还有效地解释了晚期负波产生机理[13]。对于vMMN早期负波的解释，一致认为反映疲劳假说，而对于晚期负波的解释则有些争议，一些学者[10，12，18]支持疲劳假说，一些学者[13，17，21]支持记忆痕迹假说。

不管范式怎样改善，刺激间隔时间不应该过长，有研究[20]尝试SOA（stimulus onset asynchrony）在200 ms到400 ms之间、ITI （intertrial interval）在750 ms到1 350 ms之间，共80个试次（trial）；有研究[13]将ISI（interstimulus interval）定为500 ms，包括20个165刺激组，刺激呈现时间也不宜过长；上述2位学者选择了100 ms。Flynn等[11]选用的是ISI为600 ms，呈现时间为400 ms，包括5个225刺激组。研究[17]表明并没有研究揭示最短的SOA是多少，其实验中选用的是SOA为14 ms和174 ms，呈现时间为14 ms，包括4个510刺激组（block）。Henderson等 [22]选用的是ISI为900 ms，呈现时间为100 ms，2组300试次。Urban等 [23]选用的ISI为600 ms，呈现时间为200 ms，包括4个170试次。上述刺激类型有颜色、形状、运动方向等，还有缺失刺激的设计，得到的结果均发现了vMMN；因此，根据研究目的，可以选择相应刺激类型、设定刺激间隔、刺激呈现时间和刺激数量等。

2.2 提取数据

Ntnen等很早就发现aMMN不受注意的控制，仅反映自动加工的特点；但是，vMMN是否仅反映自动加工的观点没有得到普遍的认可。Woods等先后于1992年和1994年得出不同的结论，于是罗跃嘉等提出了跨通路延迟反应实验范式[24]。一些硕士研究生[9，19]分别使用这种范式得到了vMMN，而且认为仅反映自动加工；但是他们公认在提取数据时需要有严格的标准。有研究者认为作为一种诱发电位的差异成分，MMN的提取通常采用相干平均方法获得不同类型的刺激反应，然后再进行减法处理，得到相应的差异波[25]。这种提取是不容易的，因为实验中影响因素比较复杂，如刺激本身因素、研究参与者个体因素和实验环境因素等，vMMN与P300的竞争关系，信噪比（signal to noise ratio，SNR）过低等；因此，需要优化实验范式，从标准刺激反应信号的可靠性以及多刺激范式设计以提高实验效率等方面入手，增加偏差刺激的种类。

总之，在探索vMMN的过程中，刺激的编辑和数据的提取是研究的瓶颈，而实验范式的不断改进则成为研究的突破口，可将vMMN研究推上更高的平台。面对出现的研究问题和未来的研究前景，需要继续加强范式的革新，包括刺激类型、刺激的呈现时间、刺激的间隔时间、刺激的数量和排列等具体细节。

3 视觉失匹配负波在运动心理学的研究前景

未来的研究方向最为重要的一点是探讨vMMN的功能意义[6]。

3.1 理论性探索

vMMN可以反映大脑的自动化加工，可以用来研究运动员的选择性注意和无意识水平等认知问题；但是需要理清一些理论性的问题，如产生机制、影响因素和脑区定位等。

1）关于是否仅反映自动加工和晚期负波产生机理等有争议的问题还需进一步地澄清；另外，由于vMMN是前注意加工，先于感知，且未发现感知能力改变和生理改变一一对应的联系；因此，还需要进一步研究注意前脑电成分与感知能力的关系，这可以用来研究运动员的运动思维和运动决策等。2）在影响aMMN的因素中，刺激强度、可预见性、刺激含义等不会发生作用；但是，体育运动中，vMMN会不会受这些因素的影响，需要进一步地研讨。3）有学者认为不同的刺激类型可能激活相同的脑区[5]；因此，需要分析vMMN源定位，且探讨其是否与aMMN一样具有大脑的右侧效应。这些理论性知识的探索有助于描述和解释vMMN的功能意义，并指导实际应用。

3.2 实践性应用

1）在特定的情境和人群中得到vMMN，分析其差异。如果能够应用于不同的竞技项目，前景比较广阔；因为运动员获取外界信息绝大多数来源于视觉，而且相比之下，情境大多是动态变化的。考虑到研究的生态学效度、方位和运动方向刺激类型的研究意义重大，例如，小球类项目可以选用运动的刺激，篮球等受外界干扰较大的项目可进行跨通路的设计。对于相对静止的运动项目，例如，环靶射击可以进行对比度的分析，国际象棋或围棋可以进行刺激缺失的分析，当然这需要以了解项目特点、把握项目规律为基础。根据不同的项目，在实验设计和数据分析时也应该考虑，有些项目（如射击）是以正确率高为主要特征，有些项目（如百米跑）以反应快为主要特征，还有些项目（如乒乓球）既要正确率也要反应快。另外，还可以对不同年龄、不同性别、不同运动等级的运动员进行测试，分析运动经历和学习背景对其产生的影响。

2）由于自动加工具有节约时间、节省能源、正确率高、速度快等特点，这对运动员运动技能形成和认知加工特点的研究有一定的价值。如可以为动作技能泛化、分化和自动化3阶段提供客观和可靠的大脑活动指标，而且理论上认为通过训练可以得到提高，实验证据就是振幅的增加（证明神经的可塑性），所以可以利用专业的仪器设备（如加拿大FlexcompInfinite10导生物反馈仪），通过神经生物反馈的方式训练特定的脑区，促进运动员行为和思维习惯的形成；但是，进行类似的研究必须明确2点：刺激的部位和刺激的强度。

3）vMMN还可以评价视觉系统的发育或康复效果，可应用于运动员的心理选材或运动后的心理疲劳恢复，为其提供深层证实性评价标准，如运动员心理疲劳与否在vMMN的潜伏期和波幅上有无差异。

3.3 外围性拓展

1）ERP技术侧重于考察大脑机制的时间特征（被誉为21世纪的反应时），应该与反映大脑其他特征的技术结合使用，如功能性磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、近红外光谱技术（near infrared spectrum，NIR）等，共同分析神秘的大脑，以探讨心理活动的机制、佐证心理是脑的机能。

2）人类心理加工过程包括控制加工和自动加工2类加工系统。MMN是分析大脑对时间信息自动加工的ERP成分，反映对时间信息控制加工的ERP成分是关联负变化（contigent negative variation，CNV），既与自动加工又与控制加工有关的成分是刺激遗漏电位（omitted stimuus potentials，OSPs）[26]，它们与MMN之间关系的探讨，以及分析时间信息加工的统一机制都有研究的必要。

3）有些运动员可能是“看到了，做不到”，如何评价其是否能够做到，实验室条件下可以尝试使用触压觉（touch and pressure sensation），它在体育运动领域非常重要，若能够使用oddball范式，加上特殊的呈现和提取手段获取体感失匹配负波（somatosensory Mismatch Negativity，sMMN），再与vMMN共同分析和评定运动实践，如运动表象的形成，将比单纯使用vMMN意义更大。遗憾的是，在运动心理学领域无人问津。究其原因，可能源于2点：刺激的呈现与系统的采集之间不匹配，以及刺激部位的确定问题（不同项目运动员有不同的身体重点活动部位，即便是同一个运动员身体的不同部位也有不同的刺激感受）。

在进行实际研究的过程中，还需注意以下几点。首先，研究参与者。学生运动员和大众锻炼者可能较好选取；但是，高水平专业运动员相对来说研究价值更为突出，取得教练员和运动员的认可和配合至关重要。其次，实验环境等外部因素。考虑到所有的研究参与者不可能都去专门的脑电实验室，研究者可以选择便携式脑电工作站，在一个安静通风、温湿度合适的房间进行实验；但是这样的实验数据是否可靠有待考证。再次，现场实验。研究者为了体现真实性和保证生态学效度，通常会使用与运动项目紧密结合的实验材料，在类似实际运动情景或3D模拟的运动场景中实验，但这些毕竟是实验室实验；如果能够成功进行现场实验，将更具说服力。最后，综合评价。作为生理指标的脑电波如何与心理学指标（如主观感受和心理调查问卷）相结合综合评价运动员还有待探讨。

综上所述，vMMN在运动心理学中的应用，需要对实验进行严密、精巧的设计，即对oddball范式提出了高要求，改良实验范式或与其他范式相结合使用成了当务之急。可以说实验范式演进既是研究的出发点，又成为研究的创新点和落脚点，有了良好的实验范式就可以有理可依、有据可查、有样可循。

4 小结

1）目前，vMMN在其他领域的研究集中在产生机理的探讨和研究内容的扩充2大主题。

2）发展vMMN的研究，需要分析并突破其研究瓶颈，主要体现在刺激的编辑和数据的提取2个环节。

3）在运动心理学领域，vMMN有广阔研究前景，可以在理论性探索、实践性应用和外围性拓展3个方面加强。实施过程中需要考虑和解决运动实际中遇到的问题，这些均要有良好的实验范式作为依托。

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