视觉反馈姿势调节能力检测系统的练习效应研究

岳 帅，程 珊，马 进，牛 尧，胡文东*

（1.空军军医大学基础医学院学员三大队，西安 710032；2.空军军医大学航空航天医学系医学装备教研室，西安 710032）

0 引言

平衡指身体所处的一种姿态以及在运动或受到外力作用时能自动调整并维持姿势的一种能力[1]。在姿势调节的过程中，人们通常会根据视觉系统、本体觉系统和前庭系统所反馈的信息来维持身体的平衡[2]。目前，姿势调节能力检测系统已经在运动医学和康复医学领域得到广泛运用[3-4]。在康复医学领域中，患者的姿势调节能力可以通过练习得到提高，例如郑文华等[5]在研究动态姿态平衡仪长台训练对帕金森病患者步行功能的影响时发现，这种训练方法的疗效优于包括平衡训练、步态训练、跨越障碍物等项目在内的传统步行训练。而在正常人群中，是否可以通过动态姿势调节系统提高平衡性能尚未有报道。

程珊等[6]研究设计了视觉反馈姿势调节能力检测系统，并验证其可以较精确地反映机体在不同方位倾斜时的调节能力。但其在实际应用时是否存在练习效应还尚不明确。故本实验希望通过重复测验的方式，探究视觉反馈姿势调节能力检测系统是否存在练习效应，从而验证该系统的测试稳定性以及拓展该系统的应用范围。

1 对象与方法

1.1 对象

在某军医大学男性本科学员中选取符合条件的25名健康青年作为被试者，年龄21～22周岁，身高167～185 cm，主导腿均为右腿。要求被试者未接受过特殊平衡练习并在近90 d内无肌肉拉伤、骨折、前庭功能障碍等影响姿势控制的疾病。在测试前2 d被试者严格遵守学校作息制度，不能服用任何影响中枢神经系统、骨骼系统以及肌肉系统的药物和饮料，如咖啡、功能饮料、浓茶等。

1.2 测验工具

视觉反馈姿势调节能力检测系统由压力传感器、计算机单元及应用软件3个部分组成[7]，程序设定在正方形的测试界面内，在以（1/2，1/2）为圆心，半径R=1/3的圆周上设置了8个目标位点。系统实物图如图1所示。测试时，被试者站立于压力传感器上（如图2所示），通过调整自身质心来控制测试界面内红点的移动，要求其由圆心起始，尽可能迅速移动至周围某个目标点，并尽量稳定在目标位点周围。系统在每个方位32 s的测试时间内实时采集1 024个坐标点，并计算出由圆心到目标位点的移动时间、与目标位点的最短距离以及标准差，分别代表着不同倾斜方向上动态姿势调节的调节时间、精确度和稳定性[6]。

1.3 实验流程

实验前将被试者编为1～25号，并告知其实验内容，使其签署知情同意书。本次实验测试时间为每晚 18：00—21：00之间，每次测试需完成前倾位、右前倾位、右倾位、右后倾位、后倾位、左后倾位、左倾位、左前倾位、圆心共9个方位的测试（如图3所示）。2名被试者组成一组，交替进行测试，同一名被试者2次测试的时间间隔为6min，每名被试者需完成10次测试。

图1 视觉反馈姿势调节能力检测系统实物图

图2 测试场景

1.4 统计学分析

利用统计学软件SPSS 16.0将搜集到的有效数据进行分析，涉及的统计学方法有描述性统计和单因素重复测量方差分析。以均数±标准差（±s）来表示计量资料，P＜0.05 表示差异有统计学意义。由于圆心位点的调节方式和距离与其余位点不同，故本次数据处理不讨论其调节时间的练习效应。

图3 程序界面设计的位点分布模式图

2 结果

测试结果显示，在不同的测试指标中分别有不同的方位存在练习效应。机体在左倾位点和左前倾位点调节的精确度都明显提高，且左倾位点第2次的调节精确性与第1次表现出了明显差异，而左前倾位点的调节精确度在第7次测试时才出现提高（见表1）。姿势调节的稳定性分别在后倾位点、左倾位点和左前倾位点存在练习效应。与调节精确性的表现相似，左倾位点稳定性较早地出现了提高，第3次测试成绩与第1次相比表现出明显差异。而后倾位点与左前倾位点练习效应都出现较晚，分别在第4次及第10次测试中体现（见表2）。调节时间明显缩短的位点有3个，分别是右倾位点、右后倾位点和左倾位点，其中右倾位点最早出现变化，在第3次测试时就表现出明显差异（见表3）。

表1 精确度随测试次数的改变情况cm

表2 稳定性随测试次数的改变情况cm

表3 调节时间随测试次数的改变情况s

综上，左倾位点在精确度、稳定性、调节时间上均有明显提升，而前倾位点、右前倾位点及左后倾位点的10次测试成绩在3个指标上均未表现出明显的差异性。

3 讨论

实验设计之初考虑了间隔时间对于练习效应的影响，但是查阅相关文献后发现，目前时间间隔对于练习效应的影响并没有定论[8-9]，而在体育运动中有运用心率等方式来确定休息间隔的方法[10]。本次实验并未对被试者造成明显体力负荷，故其心率变化不明显，无法通过上述方法确定测试间隔。本系统完成一次测试的时间为6 min，故结合本系统实际情况，通过2名被试者成组并间隔6 min完成一次测试的实验方案，可以保证被试者在最短的时间内较高质量地完成实验，从而最大限度避免生物节律以及疲劳因素对实验结果的影响。

由于踝关节的解剖学特征为前宽后窄，故在前倾位时机体姿势调节能力最强而在后倾位时最弱[11]。同时，由于右腿为主导腿，故在左倾位时姿势调节能力稍差。由此推测，可能由于前倾位和右前倾位处于机体姿势调节最优势区域，故练习效应不明显。而人体在左后倾位时处于姿势调节的劣势区域，故姿势调节能力很难通过练习得以提高。左倾位有着与右倾位相同的生理学基础，只是由于平日运用较少未能充分发挥作用，故通过练习可以显著提高其姿势调节能力。

目前，该系统也被运用于疲劳评估领域，需要强调的是，此前的实验发现人体在向左侧相关位点（左前、左侧、左后）方向倾斜时，疲劳前后相关指标的差异较大[12]，而本次实验发现左倾位点具有明显的练习效应，也就是说测试次数可能会对疲劳程度的测试结果造成影响。无论是否存在练习效应，所有测试位点都可以进行姿势调节能力的评估。但检测前的准备工作流程有所区别。对存在练习效应的位点，检测前需要进行一定次数的练习，尽量降低练习效应；对于不存在练习效应的位点来说，并不需要进行多次练习。所以本文的研究目的之一是用来指导该测试系统如何在实践中应用的。当然，该系统也需要进一步改进，尽量降低练习效应的影响，使检测更方便。故下一步可以进行相应研究，完善有关评价指标，使视觉反馈姿势调节能力检测系统更好地运用于疲劳评估领域。

在视觉反馈姿势调节能力检测系统设计之初，就考虑到了机体在不同倾斜方向上姿势调节能力会有差异，本次实验从练习效应方面直接验证了这一特性。从另一方面来讲，本次实验也证实了该系统在前倾位点、右前倾位点及左后倾位点的测试成绩没有练习效应产生，可以较为准确地反映出机体姿势调节能力。故在这3个位点的实际运用中，无需提前进行练习即可使用。但是人体姿势调节能力还受到生物节律及生理、心理状态的影响[13-14]，故在测试时需考虑上述因素。同时，本次实验发现了存在练习效应的位点，这为该系统在运动康复医学领域的运用提供了可能。

由于姿势控制能力受到生物节律的影响，故本实验的测量应在短时间内或在相似的生物节律条件下完成。而本次实验属探索性研究，又受到本科学员日常安排的限制，因此采取了让被试者在短时间内重复测量的方式。故而，本实验的不足之处在于被试者在2 h内完成10次测试，可能会受到疲劳因素的影响；同时该设计方案无法反映出长时间练习对各方位姿势调节能力的影响。在后续的研究中，课题组应采用被试者在不同日期同一时段重复测量的方式来探究长时间的练习效应对姿势调节能力的影响，并与此次实验结果进行对比，从而完善相关数据，为下一步系统功能的开发和改进奠定基础。

综上所述，在视觉反馈姿势调节能力检测系统不同的测试指标中，分别有不同的方位存在练习效应，同样也有一些方位无练习效应产生。这些结果为该系统运用于运动医学领域提供了可能，同时也为更加准确地运用该系统提供了思路。