专家与新手运动表象过程中的脑电变化特点研究

安 燕，郑樊慧

（上海体育科学研究所，上海200030）

随着竞技运动的飞速发展和竞争的日益激烈，对心理训练的重视度逐渐加强，世界各国体育界在大力提升专项技能训练的同时，也逐步加入对运动员心理技能的训练和干预，其中表象训练是体育运动实践中较广泛采用的心理训练方法之一，也是运动心理学研究的重要内容。表象训练最初被用于射击运动员训练中动作技能的完善和心境状态的干预，并且有很多的研究已经证明表象可以帮助运动员加快新技能的学习、发现和纠正错误动作、演练整个比赛计划与比赛策略以及增强动机、增加自信、降低紧张和保持注意力。

心理表象的研究始于20世纪早期，纵观国内外的相关文献，从研究内容来看，表象训练的研究大多集中在以下几个方面：

第一，表象训练对运动技能的掌握，研究一般认为表象训练有利于运动技能的学习和表现。如Blair等（1993）研究在非优秀和优秀足球运动员的常规训练中加入表象练习会产生何种影响［1］。结果显示表象组成绩显著性提高，控制组没有改变，表象组中非优秀和优秀足球运动员提升程度是相同的，他们建议运动员应该在常规身体练习中进行特定认知功能的表象练习。曹秀端等（2007）的研究也得出在木兰拳套路教学中，有意识、有目的地运用表象训练与常规教学相结合的教学方法，不仅能改进和提高套路技术动作，而且能加快学生对木兰拳套路动作的熟练掌握［2］。

第二，表象训练对运动员心理状态的影响。研究表明表象可以缓解赛前焦虑、重建对焦虑的感知和增强自信心，Bandura（1997）指出表象可能影响自我对表现的评价和评估［3］。Evans等（2004）的实验表明，一名优秀的橄榄球运动员在赛季进行了为期14周的运动表象训练后，表象的清晰性、生动性得到了改善，能更好地控制焦虑并增加了动机和自信水平［4］。

第三，表象对体育教学效果的影响。我国的研究主要集中在这一领域，大量的研究表明，教学中运用表象训练可以加快动作技能的形成速率，提高动作技能的完成质量。例如，张志成（2008）将表象练习应用于高校女子排球教学中，结果发现采用表象训练法进行教学的实验组成绩明显优于对照组［5］。同样，范旭东、卜为凡以及曹丹分别在羽毛球网前技术、网球和游泳教学中都得出了类似的研究结果［6－8］。

由上可知，表象的研究较偏重于表象训练效果的研究，而对表象的测量则一般采用自陈式报告进行，如测量运动表象能力的问卷有运动表象清晰性问卷（V MIQ）、运动表象问卷（MIQ；Hall ＆Pongrac，1983）以及 MIQ的修订版；测量运动表象使用情况的问卷有表象使用问卷（Hall et al，1990；Weinberg等2003年修订）、运动表象问卷（SIQ，Hall，Mack，1998）和锻炼表象问卷（EIQ，Hausendas et al，1999）。然而，以自陈式报告进行的研究结果可能缺乏效度。现在，可以使用脑电图（EEG）测试仪对表象进行测量，它是一种无创的、非侵入式的测量皮层活动的方法。1934年Adrian和Matthews在研究中首次提出EEG的改变与表象之间存在联系［9］。近年来的脑功能成像研究也发现，一些实际运动时产生的皮层或皮层下区域的活动也会在表象或心理演练时出现，主要的运动皮层也参与运动表象活动。当人们仅是想象此动作而未执行时，同样也会在大脑感觉运动区域产生与执行此动作相同的脑电模式［10］。也就是说实际运动时激活的大脑区域在进行运动表象时也会被激活。Gevin（1993）讨论高解析度的EEG时认为，脑波在心生理学的测量系统中，其所具有之优异的时间解析力和合理的空间解析功能，对于探究意象活动时的脑部神经生理活动，确有很大的帮助［11］。

自1934年之后，有许多学者运用EEG对表象进行了研究，由于α波是人大脑中主要的脑电节律，其出现与放松状态和缺乏积极的认知过程有关，因此主要以α波为研究指标。Short（1953）认为α节律的抑制是视觉表象的一个客观指标［12］。Davidson和Sch wartz（1977）在大脑视觉（枕部）和触觉（顶叶）区域同时测量α节律，虽然在视觉和触觉表象中总的α衰减不存在差异，但视觉表象条件下最大的α衰减位置在视觉区域，触觉表象中最大的α衰减位置在触觉区域［13］。而且，Farah等（1992）的研究指出枕部区域损坏会损害视觉心理表象［14］。我国学者在运动领域中运用脑电进行研究始于20世纪50年代后期，主要通过脑电图、脑电地形图、脑象图（EEQG）、脑涨落图（SET）等技术，从不同角度、不同层面了解运动员大脑功能特征，应用在运动员科学选材、头部损伤诊断和机能综合评定方面，在为高水平运动员的科技服务中取得了许多宝贵的研究成果。在他们的研究中也发现表象时α波受到抑制，张振民等（2002）对13名中国乒乓球队世界运动员的大脑生物电活动进行跟踪监测，在进行表象竞赛时发现：α波受到抑制，同时提出脑电α波被抑制的程度与运动员的竞技状态有关。冠军队员α波被抑制的数值与银、铜牌得主比较有显著性差异（p＜0.01），后备人才与银铜牌得主无明显差异［15］。在对射箭（何洋，2007）和自行车（邹荣琪等，2009）运动员进行运动表象时得出了相似的研究结果［16，17］。从我国现有的资料文献中可以发现，专门运用EEG进行运动表象研究还不多见。

但是对运动表象中α波的变化有研究者也得出了不一样的结果，如Mar ks和Isaac（1995）通过视觉表象清晰性问卷（VVIQ）和运动表象清晰性问卷（V MIQ）从60名参与者中筛选出研究被试（8名得分最高者和8名得分最低者，得分为两问卷分数的加和［18］）。他们发现视觉表象中表象清晰者和非清晰者EEG形式有显著性差异，表象清晰者在视觉表象中α波受到抑制，因此他们也认为α波衰减是视觉表象的一个客观指标。但在运动表象任务中，表象清晰者和非清晰性者虽存在显著性差异，但发现α波的变化与视觉表象相反，运动表象中表象清晰者的α波增加而不是受到抑制。因此，对于α波在运动表象中的变化需要进一步的研究证实。

根据以上文献分析可见，目前对运动员表象的研究主要集中在α波，而没有考察β等其它频段的脑电变化，而且对于专家与新手之间在运动表象过程中的脑电变化特点的研究很少。基于此，本文旨在研究同一项目运动员在运动表象过程中各频段的脑电波变化，以探讨运动表象时大脑的活动特点，为客观评价运动员表象能力提供科学、客观参考依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

实验组为上海市优秀射箭运动员8名（男4名，女4名），健将级，年龄为20.38±1.51，均为右利手；对照组为华东师范大学体育与健康学院学生19名（男8名，女11名），年龄为25.26±2.00，均为右利手，均无射箭经历。

1.2 测试仪器

超慢涨落视频脑电图仪（北京太阳电子科技有限公司生产）。

1.3 研究方法

在实验正式实施前，研究者向每位被试详细说明实验目的和实验基本程序，并介绍脑电的基本知识和原理，让被试对脑电实验形成正确认知，消除恐慌情绪。由于对照组都没有射箭经历，为使被试熟悉射箭的过程，可以对动作进行表象，同时也使整个实验所有被试的表象动作一致。由上海市优秀射箭运动员对规定动作进行录像，动作标准。新手在正式实验前观看射箭录像，直到对动作熟练可以进行表象，随后进行实验，表象完整的射箭动作。

实验中电极的安置采用国际脑电图学会标准安装法（国际10／20系统电极放置法），16导联（单导）分别安置在左右对称的前额（FP1、FP2）、额区（F3、F4）、中央区（C3、C4）、顶区（P3、P4）、枕区（O1、O2）、前颞区（F7、F8）、中颞区（T3、T4）和后颞区（T5、T6），双耳为参考电极，前额正中接地线。

实验中记录安静时脑电1 min，然后记录被试运动表象时的脑电，被试表象自己站在起射线上，从开弓、固势到撒放整个动作不停顿，一气呵成，射中红心。共三次，每完成一次后睁眼，听到主试指示后，然后闭眼，开始进行下一次。最后记录被试安静、清醒状态脑电1 min。

整个测试过程中，被试坐于椅子上，轻闭双目，两手自然放于腿上，尽量不眨眼、不转动眼球，保持清醒，勿入睡，室内光线勿强。实验结束，主试保存实验记录，断开放大器与电极帽的连接，拆下电极帽，对实验仪器（电极）进行清洗、晾晒、吹干。

1.4 数据统计

采用SPSS13.0统计软件和Excel软件对实验数据进行分析处理，统计数据均采用均数加减标准差表示（x±s）。大脑左右半球间比较采用重复测量方差分析，组间比较采用非参数Mann－Whitney U检验分析。p＜0.05为显著性差异，p＜0.01为非常显著性差异。

2 结果与分析

2.1 安静状态下各个脑区各频段脑电功率谱百分比的差异性比较

经独立样本非参数性检验结果显示，安静状态下专家与新手各个脑区δ频段、θ频段、α频段及β频段的功率百分比均无显著性差异（p＞0.05）。因此，在实验的数据分析中各频段安静状态下的数据不作为协变量进行分析。

2.2 表象状态下各个脑区δ、θ频段脑电功率谱百分比的差异性比较

表象状态下，δ频段大脑左右半球8个脑区无显著效应，F（1，24）＝0.002，P＝0.961。对比专家与新手δ频段16个脑区的脑电功率谱百分比发现，专家在各个脑区的功率百分比低于新手，进一步结果显示，δ频段专家与新手在左前额（FP1）、左中央区（C3）、左顶区（P3）和左枕区（O1）存在显著性差异（p＜0.05）。θ频段大脑左右半球8个脑区无显著效应F（1，24）＝2.690，P＝0.114，同时在16个脑区也不存在显著性差异（p＞0.05），专家在各个脑区的功率百分比低于新手。

表1 表象状态下专家与新手δ频段显著性脑区的脑电功率谱百分比

2.3 表象状态下各个脑区α、β频段脑电功率谱百分比的差异性比较

表象状态下，α频段大脑左右半球8个脑区无显著效应，F（1，24）＝1.662，P＝0.210；β频段也是如此，F（1，24）＝1.262，P＝0.272。对比专家与新手α频段16个脑区的脑电功率百分比发现，专家各个脑区的功率百分比高于新手，β频段两者不存在规律性对比，进一步研究发现，α频段两者在左中央区（C3）和左顶区（P3）、右顶区（P4）和左枕区（O1）存在显著性差异（p＜0.05）。β频段专家与新手在右顶区（P4）存在显著性差异（p＜0.05），在右枕区（O2）接近显著性差异。

表2 表象状态下专家与新手α频段显著性脑区的脑电功率谱百分比

表3 表象状态下专家与新手β频段显著性脑区的脑电功率谱百分比

2.4 α频段安静与表象状态脑电功率百分比差异性比较

经相关样本非参数性检验结果显示，与安静状态相比，专家16个脑区均不存在显著性差异，发现除右中颞区（T4）减少外，其余脑区功率百分比均增加；新手在顶区（P3、P4）、枕区（O1、O2）和后颞区（T5、T6）存在显著性差异（p＜0.05），其余脑区不存在显著性差异，发现除右前颞区（F8）增加外，其余脑区功率百分比均减少。

图1 专家α频段安静与表象状态脑电功率百分比比较

图2 新手α频段安静与表象状态脑电功率百分比比较

3 分析与讨论

大脑中的神经细胞产生的电活动可以到达头皮的表面，在1929年Hans Berger（1873－1941）就通过在人的头皮安放电极记录到脑电活动从而发现了EEG。脑电图基本上由频率和振幅构成，根据频率不同将正常的脑电图分为四种基本的波形：α波、β波、θ波、δ波。已有研究已发现，不同脑电波对应着不同的生理和心理状态。δ波和θ波属于慢波，一般δ波与正常人的睡眠以及病理条件有关；在困倦状态下会出现θ波。α波，表示大脑处于安静平和状态，大脑愈是安逸，α活动愈是明显增强，现代科学积极倡导α波为人们学习与思考的最佳脑波状态。β波是大脑皮层处在紧张活动状态时的主要脑电活动，表示大脑处在警觉兴奋状态，注意力集中于外在环境，呈分散状。Ray和Cole（1985）提出α波与注意力有关，而β波与认知和情感过程有关［19］。

大脑是一个功能整体，大脑皮质可以为左、右前额、额区、中央区、顶区、枕区、前颞叶、中颞叶和后颞叶等16个功能区。不同的功能区具有特殊的功能，额叶是与运动、嗅觉和高级心理功能有关的脑部区域，中央区为运动区，顶叶是负责储存躯体感觉信息的脑部区域，枕叶是皮层上的初级视觉区，颞叶包括储存听觉信息的区域，大多数人的语言中枢在左侧颞叶，只有约5%的人在右侧颞叶［20］。

本研究结果显示安静状态下专家与新手大脑各波（δ、θ、α、β）在各个脑区上并未出现显著性差异，间接说明两者之间安静时并未因训练不同而产生差异，两者安静时其高级神经活动的活跃程度大致相似。在运动表象过程中，研究显示专家与新手的大脑左右半球8个脑区中不存在差异，这与Sperry和同事们（1982）的研究不一致，他们对裂脑人的研究认为大脑存在大脑侧性优势，即大脑功能的不对称性。

在运动表象过程中，本研究发现，从各个脑区看，专家与新手之间δ频段功率百分比在左额极区（FP1）、左中央区（C3）、左顶区（P3）出现了显著性差异，在θ频段不存在显著性差异，且专家在这两个频段的脑电功率百分比低于新手。何洋等在2007年的研究认为不同项目与不同水平的运动员在训练或竞赛时的大脑唤醒水平有明显差别［21］。在进行运动表象时，皮层应产生兴奋，使其他事物处于抑制状态，我们对比专家与新手在各脑区的功率百分比，发现专家低于新手，一般认为δ波和θ波与抑制过程相关，这说明在运动表象过程中，专家的中枢兴奋程度高，唤醒水平高于新手。

两组的α频段在左中央区（C3）和左顶区（P3）、右顶区（P4）和左枕区（O1）存在显著性差异（p＜0.05）。β频段两者在右顶区（P4）存在显著性差异，在右枕区（O2）接近显著性差异。我们从专家与新手出现差异性的脑区看，其差异性出现在与运动区域相关的脑区，但是以左侧区域为主，Mar ks等（1985）的研究也发现表象清晰者的表象地形图中皮层的激活在左侧枕部和顶叶区域分布广泛［22］。而从大脑半球的左右分工上，以往的研究认为左半球专司语言、序列和逻辑分析等功能，右半球专司整体、空间、想象和直觉等功能，因此认为表象可以等同于空间思维并且集中在右半球。对于此需要进一步的研究来证实。

在表象时，专家α频段功率百分比高于新手，说明专家大脑皮层兴奋性高于新手的兴奋性。但与安静状态相比，专家与新手呈现出了相反的变化趋势，专家在运动表象中的α频段功率百分比增加，而新手出现衰减。对于α频段在运动表象中的变化也是出现了不同的结论，我国学者张振民、何洋、石岩等在研究中指出运动员进行运动表象时α波受到了抑制，认为此时注意力集中，但在1995年Mar ks和Isaac的研究中发现运动表象中α波增加而不是受到抑制。本研究出现这种现象的原因，笔者认为是新手由于刚刚接触射箭，对射箭动作的把握可能会花费更多的精力来加工视觉信息从而进行表象，对动作的精细把握不够，笔者以为新手更倾向于进行运动视觉表象。此外，α波衰减可作为视觉表象的一个特征已得到国外研究者认可（如Farah、Davidson和Schwartz等）。而专家型被试在进行运动表象时对于射箭动作的掌握更加精确，会更关注动作本身，如肌肉的用力、撒放的时机等。因此，本研究认为在进行运动表象时α波增加。

4 结 论

4.1 专家与新手之间安静状态下大脑的神经活跃程度相似，并未因训练不同而产生差异。在运动表象过程中大脑左右半球并没有出现大脑侧性优势。

4.2 运动表象时专家与新手的差异性出现与运动相关的区域，δ波在左额极区（FP1）、左中央区（C3）、左顶区（P3）；α波在左中央区（C3）和左顶区（P3）、右顶区（P4）和左枕区（O1）；β波在右顶区（P4）存在显著性差异。其皮层激活在左侧区域分布广泛。

4.3 运动表象过程中α波增加而不是受到抑制，视觉表象中α波出现抑制。

［1］ Blair，A.，Hall，C.，＆Leyshon，G.Imager y effects on the perf or mance of skilled and novice soccer players.Jour nal of Sports Sciences，1993，11（2）：95－101.

［2］ 曾秀瑞，余莺.表象训练方法运用于木兰拳教学的实验研究［J］.体育科学研究，2007，11（1）：86－87.

［3］ Bandura，A.Self－efficacy：The exercise of contr ol.New Yor k：Freeman.1997.

［4］ Evans，L.，Jones，L.，＆ Mullen，R.An i magery intervention during the competitive season with an elite rugby union player.The Sport Psychologist，2004，18：252－271.

［5］ 张志成.表象训练法在普通高校女子排球课教学中的应用［J］.哈尔滨体育学院学报，2008，26（1）：85－89.

［6］ 范旭东.表象训练法在羽毛球前网前技术教学中的应用［J］.吉林体育学院学报，2009，25（2）：111－112.

［7］ 卜为凡.网球教学中实施心理训练的实验研究［J］.体育成人教学学刊，2007，23（5）：73－74.

［8］ 曹丹.表象训练在游泳教学中的应用［J］.辽宁体育科技，2007，29（5）：86－87.

［9］ Adrian，E.D.＆Matthews，B.H.C.The Berger rhyth m：Potential changes from the occipital lobes in man.Brain，1934，57：335－385.

［10］ Jeannerod，M.Mental i magery in the motor context.Neur opsychologia，1995，33（11）：1419－1432.

［11］ 石恒星，洪聪敏.意象活动之神经生理机转［J］.中华体育，2002（16）：45－52.

［12］ Short，P.L.The objective study of mental i magery.British Jour nal of Psychology，1953，44（1）：38－51.

［13］ Davidson，R.J.＆Schwartz.G.E.（1977）.The influence of musical training on patter ns of EEG asy mmetry during musical and non－musical self－generation tasks.Psychophyciology，14：58－63.

［14］ Farah，M.J.，Soso，M.J.，＆ Dasheiff，R.M.（2002）.Visual angle of the mind’s eye before and after unilateral occipital lobectomy.Journal of Experi mental Psychology：Human Perception Perf or mance，18：241－246.

［15］ 张振民，周未艾，蔡振华，等.中国乒乓球世界冠军运动员脑功能特征研究［J］.中国运动医学杂志，2002，21（5）：452－457.

［16］ 何洋，王霆，石岩.我国优秀射箭运动员脑功能特征研究［J］.成都体育学院学报，2007，33（2）：73－77.

［17］ 邹荣琪，段立公，李广周，等.优秀男子短距离场地自行车运动员脑电变化分析［J］.中国运动医学杂志，2009，28（1）：70－81.

［18］ Marks，D.F.，＆Isaac，A.R.Topographical distribution of EEG activity accompanying visual and motor i mager y in vivid and non－vivid i magers.British Journal of Psycholoay，1995，86：271－282.

［19］ Ray，W.J.，Cole，H.W.EEG alpha activity reflects attentional demands and beta activity reflects emotional and cognitive processes.Science，1985，228：750－752.

［20］ 库恩（Coon，D.）［美］，等.心理学导论：思想与行为的认识之路［M］.郑钢，等译.第11版.北京：中国轻工业出版社，2007.

［21］ 何洋，等.我国优秀射箭运动员脑功能特征研究［J］.成都体育学院学报，2007，33（2）：73－77.

［22］ Mar ks，D.F.，Uemura，K.，Tatsuno，J.＆Imamura，Y.EEG topographical analysis of i mager y.In J.Mc Gaugh （ED.），Contemporary Psychology ：Biological Processes and Theoretical Issues，1985：211－223.Amsterdam：Elsevier.