应用sEMG技术研究PETTLEP表象训练对背越式跳高的效果*

刘文锋，常永玲，汤长发，洪珍珍，尹丽琴，陈 淦，任文宁，蒋 龙，旷 健

（湖南师范大学体适能与运动康复湖南省重点实验室，长沙410012）

随着神经生理学检测方法在表象与运动中应用研究，功能等价理论认为：表象与准备、表象与运动两两之间具有相同的募集结构和过程，除了运动指令没有最终执行以外，运动表象训练与身体训练事实上是等价的。基于功能等价理论提出的表象训练PETTLEP模型，包含七个要素：身体（physical characteristics）、环境（environment）、任务（the task itself）、时间（timing）、学习（learning）、情感（emotion）和视觉（perspective）。该模式每个要素隐含的基本前提都是一样的：将功能等价最大化并使表象干预作用最优化，而且表象应该与实际的动作尽可能接近［1］。表面肌电（surface electromyography，sEMG）信号与肌肉的功能状态和活动状态之间存在着不同程度的关联性，能在一定程度上反映神经肌肉的活动，同时兼备无创性、实时性、操作简单等多种优点在康复医学和体育科学实践中得到广泛应用。sEMG信号是外周肌肉众多运动单位的生物电活动在时间和空间上的总合。积分肌电（integrated EMG，iEMG）作为EMG信号分析常用的时域指标之一，是肌电信号经整流滤波求单位时间内曲线下面积的总和。它可反映肌电信号随时间进行的强弱变化，反映肌肉中运动单位募集数量和同步化程度。

跳跃类技能是人类动作发展能力的重要组成部分，跳跃类运动技能归兼具运动性与认知性运动项目的特点，目前关于表象训练在跳跃类动作技能学习中应用研究较少。本研究拟以背越式跳高为例，探讨表象训练在背越式跳高学习中的效果及表象过程中背越式跳高起跳腿腓肠肌iEMG的变化；研究表象训练对普通大学生背越式跳高的运动成绩及相关身体素质指标的影响；研究表象过程中，背越式跳高起跳腿腓肠肌iEMG变化；为跳跃类运动技能学习提供理论借鉴和方法支持。

1 材料与方法

1.1 实验被试

从湖南师范大学100名大一非田径专业男生参与筛选。筛选标准：右利手，无神经系统疾病史，从未受过表象训练，且没有跳跃类动作技术训练基础。运用表象能力测试问卷，评估被试视觉表象和动觉表象的能力，采用MIQ-R量表进行筛选，视觉与动觉表象能力得分均在16分以上者参与实验。剔除不符条件者，共60名学生参与实验，年龄（18.86±0.62）y，随机分为 4组（n＝15）：对照组（control，C组）、身体练习组（physical training，P组）、表象训练组（imagery training，I组）、PETTLEP组。采用双因素实验设计。自变量为：表象训练、身体练习。因变量为：（1）运动能力：背越式跳高高度及相关身体素质变化。（2）生理指标：安静时、背越式跳高起跳腿肌电信号；表象时，背越式跳高起跳腿肌电信号。

1.2 表象训练指导语

经运动科学专家指导制定出背越式跳高和挺身式跳远的表象训练指导语。表象指导语的详略与动作技能学习的阶段、水平同步进行适当增减。

1.3 实验方案

参照 Caroline［2］和 Dave［3］表象实验研究范式。前测后，被试进行相关实验干预，所有被试每次均进行90min，每周2次，共8周的训练。如下所示：（1）C组：阅读健身冠军的传记，传记内容不涉及任何可以帮助完成后测跳高的技术信息，每次阅读时间接近其他实验组两组练习的时间。（2）I组：在田径训练房，采用个体反应训练，被试一边观看录像（以PPT融合指导语）一边进行运动表象训练。被试站立于横杆前进行表象训练，两脚开立与肩同宽（与前测进行的地点、声音、视觉和气味等环境保持一致）。表象训练内容与身体训练一致，随着身体训练内容的改变而同步改变。（3）P组：在田径训练房，进行背越式跳高技术学习。（4）PETTLEP组：身体训练与表象训练的PETTLEP综合，课时各占一半，身体与表象训练每次各45min，每周2次。

1.4 测试指标与方法

1.4.1 身体素质：（1）基本指标：身高（height）、体重（weight）、腿长（length of the legs）；（2）跳高相关身体素质速度和爆发力：100m跑、助跑纵跳摸高（a run-up to jump）、立定跳远（standing long jump）和后抛铅球（shotput after throwing）。实验前后测试各指标，并进行自身实验前后对照。

1.4.2 视、动觉表象能力：采用MIQ-R量表进行筛选，要求参与者对完成的心理任务的难易程度进行评定，视觉与动觉表象能力得分均在16分以上者参与实验。

1.4.3 运动成绩：背越式跳高纵跳高度（fosbury flop height），依照《新田径竞赛规则和裁判法》进行测试。

1.4.4 背越式跳高起跳腿肌电信号：（1）根据背越式跳高技术的生物力学特点，选取起跳腿腓肠肌肌腹隆起部位，安排专门医学专业教师贴放Ag／AgCl电极，间距2 cm；参考电极放置于髌骨。贴电极前用磨砂膏（美国），打磨局部皮肤，并用酒精清洗以减小皮肤电阻。（2）8周实验后，在电生理实验室，受试者，坐立，椅子高度与小腿长度匹配，受试者精神状态良好，室内温度24℃左右，首先进行安静时额头和背越式跳高起跳腿腓肠肌iEMG测试。其次，被试带上耳机，跟随表象指导语（1min）表象，记录背越式跳高起跳腿腓肠肌肌电信号采集，肌电信号采集与表象指导语播放同步。（3）肌电信号采集用多（16）导运动生物电记录分析系统（德国），设定采样频率为1 024 Hz。用美国国家工具公司的分析软件DASYLab，对所得的表面肌电信号进行整流滤波（滤波范围10～300 Hz），计算 iEMG。

1.5 统计学处理

所有数据均用平均数±标准差（±s）表示，视、动觉表象能力，身体素质成绩采用双侧t检验，显著性水平取α＝0.05；实验后各组运动成绩的分析采用双因素重复测量方差分析；实验后，采用配对t检验（双侧）进行各组安静时和表象时iEMG的差异的自身比较；实验后，采用双因素方差分析进行各组表象时iEMG差异的主体间效应分析。

2 结果

2.1 视觉和动觉表象能力

与实验前对比，实验后C组视觉和动觉表象能力有提高趋势，没有显著性意义（P＞0.05）；I组动觉表象能力显著提高 （P＜0.01），动觉表能力的提高没有显著性意义；P组的视觉和动觉表象能力有所提高，没有显著性意义（P＞0.05）；而PETTLEP组视觉表象能力显著提高（P＜0.01）和动觉表象能力有明显提高（P＜0.05，表 1）。

2.2 跳跃类运动技能的相关身体形态和身体素质

实验前，经统计分析各组被试实验前背越式跳高相关形体指标、身体素质指标均无统计学差异，保证了各组被试同质性研究（表2）。8周实验后，P组和PETTLEP组助跑纵跳摸高和立定跳远成绩显著提高（P＜0.05）。铅球后抛：I组、P组及PETTLEP组均有所提高，PETTLEP组平均增加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 背越式跳高的运动成绩

8周实验后，各组背越式跳高成绩平均值分别为：C组1.39m、I组 1.45m、P组 1.49m和 PETTLEP组 1.52m。与 C组相比较，I组和P组的背越式跳高成绩显著提高 （P＜0.05），而 PI组提高最显著 （P＜0.01，表 3）。从练习方式来看主效应显著程度体现为：PETTLEP组＞P组＞I组＞C组；跳高高度主效应显著（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肠肌iEMG及主体间效应情况

8周实验后，腓肠肌iEMG值在表象时与安静时各组自身对照相比：I组腓肠肌 iEMG值具有显著差异性（P＜0.05），P组和 PETTLEP组具有非常显著差异性（P＜0.01，表4）。

8周实验后，经双因素方差分析显示，各组表象时iEMG主体间效应检验结果，表象训练主效应显著（P＜0.01），表象训练×身体训练交互作用显著（P＜0.05），身体训练主效应不显著（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 讨论

3.1 PETTLEP表象训练对运动表象能力的影响

运动表象包括内部表象和外部表象两种运用角度，内部表象与动觉表象的关系更紧密，外部表象视觉和动觉表象存在共同联合功效；外部表象为观察技术形式和技能提供了一个很好的角度［4］。本实验显示8周实验后，表象训练组动觉表象能力与实验前对比有非常显著提高，PETTLEP组视觉表象能力、动觉表象能力均显著性提高，由此说明，单纯表象训练组中背越式跳高主要运用内部表象，而PETTLEP组中背越式跳高可以综合利用内部表象和外部表象，提高表象能力。

3.2 PETTLEP表象训练对背越式跳高相关身体素质的影响

本研究显示身体＋表象组的立定跳远、铅球后抛及助跑纵跳摸高均有显著提高，由此提示表象训练可以提高肌肉力量的训练效果。表象训练提高身体素质的原因可能是：（1）表象训练后反射弧活动的加强，运动中枢同步放电的程度大大提高，神经肌肉的兴奋—抑制转换增强，对提高爆发力有很重要的意义；（2）表象时，人体处于一种高度入静的状态，皮质中枢的兴奋点随意念转移，所以其定位准确，兴奋集中，并可使使对抗肌肉群处于完全放松的状态，减少原动肌的工作阻力，从而提高肌肉工作的稳定性和准确性。

3.3 PETTLEP表象训练对背越式跳高运动成绩的影响

本研究显示，在运动技能学习效果上，背越式跳高高度为PETTLEP组成绩最高，而表象训练组与身体训练组没有统计学意义，表明表象训练与身体训练两种训练方式之间存在实效性功能等价。心理练习对那些要求思维和计划的活动尤其有效。Carolin等［4］对认知任务的短期表象训练研究，结果显示：表象训练组和身体练习组在训练后成绩有显著提高。Oran等［5］研究发现，跳高运动员采用内部表象后，表象训练组比控制组过杆精确性有显著性提高，而跳高高度、失败次数、起跳角度两组无显著差异性。由此推论：表象训练可以取得与身体训练等同的效果，但表象训练与身体训练结合的PETTLEP表象训练效果最佳。

3.4 PETTLEP表象训练对背越式跳高起跳腿腓肠肌iEMG的影响

表象训练有利于运动执行的可能原因是与模仿实际运动执行时的生理变化的能力有关。本研究发现8周实验后I组、P组、PETTLEP组自身对照，表象时iEMG与安静时相比有显著差异性，而对照组无显著差异性，说明在进行表象训练时有肌电活动在伴随着变化，与Lebon等考查肘关节屈、伸过程中三块肌肉的EMG变化的研究结果一致，提示可以用iEMG这一指标客观地监控运动员表象训练效果。本实验结果表明，单纯表象训练时的表象因素为主体效应显著；身体训练×表象训练交互作用显著，由此说明表象干预有效，表象产生的肌电活动与运动执行的实效性有关；8周实验后PETTLEP组运动成绩最佳，表明单纯表象训练和PETTLEP表象训练更有利于神经-肌肉兴奋传递的活化和动员，提示可以用iEMG这一指标客观地监控运动员运动执行的效果。

【参考文献】

［1］ Holmes PS，DCollins.The PETTLEPapproach tomotor imagery：A functional euivalence model for sport psychologists［J］.JAppSportPsychol，2001，13（1）：60-83.

［2］ Caroline J，Wright Dave Smith.The effect of PETTLEP imagery on strength performance［J］.JSportExePsychol，2009，7（1）：18-31.

［3］ Smith D，Wright C J，Cantwell C.Beating the bunker：The effect of PETTLEP imagery on golf bunker shot performance［J］.ResQExercSport，2008，79（3）：385-391.

［4］ Carolin JWright，Dave K Smith.The Effect of short-torm PETTLEP Imagety intervention on a cognitive task［J］.JImageryResinSportandPhysicalActivity，2007，2（1）：1-14.

［5］ Moran A，GuillotA，MacIntyre T，etal.Re-imaginingmotor imagery：Building bridges between cognitive neuroscience and sport psychology［J］.BrPsychol.2012，103（2）：224-247.