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不同注意力焦点任务下射箭运动员的姿态控制特征

2023-08-11王世坤吴玉明

体育科研 2023年4期
关键词:姿态控制射箭左脚

王世坤,吴玉明,杨 晨

射箭是一项以精准决出胜负的体育运动。 相对于其他项目, 射箭对肌肉的精细化控制能力与动作技能的自动化水平要求极高。每个动作阶段,握弓及举弓、开弓、靠弦、瞄准、撒放、动作暂留是一个完整、稳定的动作序列[1-2]。 在中国射箭技术体系中,握弓及举弓、开弓、撒放、动作暂留与国外的定义基本相同, 我国教练员及科研人员将靠弦至撒放阶段称为固势, 固势是运动员手部及肘部发力转化为背部发力的顺势过渡过程, 这种转化是技术动作稳定发挥的前提。因此,无论是国内还是国外的教练员都认为射箭技术动作必须是一个持续的、 稳定进行的动态过程。 而姿态控制能力对于射箭技术动作的稳定执行具有非常重要的影响[3-5]。 对于射箭项目而言,要使得箭尽可能地接近靶心, 运动员需要在控制身体姿态的同时完成多项任务, 如何根据任务需要合理分配注意力是非常重要的。 对于注意力的分配可分为不同的维度, 第一种维度是对外在特定目标的关注,例如在保持身体平衡的同时注视远处的某个标记, 或者直接将注意力集中于保持身体平衡这一过程,称之为外部注意力焦点(External Focus, EXTF);第二种维度则是对肢体运动所导致的外在后果及运动本身的关注, 例如在排球击球动作中想象将球击向球门的轨迹, 或者直接将注意力集中于击球过程中双臂的运动过程,称之为内部注意力焦点(Internal Focus, INTF)[6-8]。 研究发现, 相对于INTF,EXTF 能够使得中枢神经系统(Central Nervous System, CNS)快速对外界环境的干扰或自身的动作作出反应,更有效保持姿态的平衡[9]。 评价平衡能力的经典指标是压力中心(Center of Pressure, COP),指人体在行走或站立时,向地面施加的作用力的分布位置,该指标包括左/ 右和前/ 后两个分量。 COP 与人体质心(Center of Mass, COM) 在左/ 右与前/ 后方向上的距离越远,人体的支撑面越大;距离越近,支撑面越小。在一定范围内,更小的支撑面意味着更差的身体稳定性[10],通过计算COP 与COM 的相对位置关系,可以有效评价平衡能力。 基于非线性动力学视角的研究认为,在保持静止站立时使用EXTF,COP 有着更高的复杂度,这意味着单位时间内COP 的变化更加频繁, 这被认为有助于人体适应施加于系统的任何类型的外部干扰, 并为立即响应做好准备[11-12]。EXTF 对于运动绩效促进作用的机制可能源于强化预期性姿势调节、改善运动控制过程、促进使用反馈循环等多方面因素[13-15],但由于目前该领域的绝大多数研究都是行为研究,深层次机制仍待进一步探索。

姿态控制能力对于射箭项目的运动绩效来说非常重要, 而注意力焦点与姿态控制能力的积极作用已经得到了证实, 因此通过EXTF 促进射箭运动员的姿态控制能力对于射箭项目的教练员及运动员非常具有吸引力。但是,目前针对注意力焦点与姿态控制的相关研究都集中于静态站立任务, 在射箭过程中, 运动员面临着比静止站立时更具挑战性的姿势威胁,这可能导致完全不同的姿态调整策略,其静态站立研究的结论可能不具备很好的生态效度。 基于这点考虑,本研究设计了EXTF 与INTF 两种注意力焦点任务, 并考察了不同水平射箭运动员在这两种任务下执行技术动作时的姿态控制特征, 希望为我国射箭项目的教练员、 运动员及科研人员在进行射箭运动技术创新与完善时提供参考依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

1.1.1 研究对象的选取

于2021 年4 月—11 月在山东省泰安市体育运动学校、山东省体育运动学校、曲阜师范大学招募了18 名男性射箭运动员,依据运动技术水平分为3 组,每组6 人(表1)。

表1 受试者信息一览表(±SD)Table1 List of subject information(±SD)

表1 受试者信息一览表(±SD)Table1 List of subject information(±SD)

组别身高/cm体重/kg优势侧年龄/ 岁健将(n=6)180.8±8.475.11±15.62右利手21.2±2.5一级(n=6)178.8±6.975.86±9.42右利手20.6±4.3二级(n=6)175.7±2.679.58±12.53右利手18.7±3.6

1.1.2 研究对象纳入及排除标准

所有潜在的受试者均接受询问, 确保在3 个月范围内没有任何可能会影响或干扰技术动作执行的慢性或急性损伤,包括:肩峰撞击综合征、肩袖肌腱炎、肩峰下滑囊炎、腕管综合征、腕关节腱鞘炎及下背部疼痛。 同时也没有任何可能会影响或干扰平衡的疾病,包括:耳石症、神经官能症及前庭机能障碍。同时, 超过3 个月没有系统训练的运动员也被排除在外。所有运动员在测试之前都签署了知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 实验法

每个运动员在正式开始前进行10 min 的热身以找到熟悉的动作节奏。 随后更换黑色紧身衣并由实验人员负责粘贴41 个标记点(表2)。 一个高分子纤维箭靶被放置在距离运动员约5 m 的平台上,高度会根据运动员的身高进行调整(图1)。 靶纸为国际射箭联合会制定的标准40 cm 靶纸。

图1 测试现场及标记点分布示意Figure1 Distribution of test site and marked spots

表2 标记点名称及张贴位置Table2 Names of the marked spots

标记点粘贴完毕后, 所有受试者先进行静态采集。运动员采用标准开放式站位,左脚踏在1 号测力台上,右脚踏在2 号测力台上,站距以自身感觉舒服为准(图1)。 运动员需要进行30 次的射击(每种范式各15 次),两种任务范式中间间隔5 min 休息,两种任务范式的细节如下。

第一种任务范式: 一张标准40 cm 靶纸粘贴在箭靶上,即EXTF。 在这种任务中,由实验人员向运动员强调:在执行射击的整个过程中,要有意识地将注意力集中在远处的靶面上, 特别是尝试尽可能长时间地将准星保持在靶面的十环区域内。

第二种任务范式: 运动员面对的是一张没有任何标记的空白纸板,即INTF。在这种任务中,由实验人员向运动员强调:在执行射击的整个过程中,要有意识地将注意力集中在自身的动作上, 特别是射击过程中身体各部位的运动状态及执行技术动作的准确性、一致性。

在开展实验时, 使用了12 个摄像头组成的Vicon Vantage V5 动作捕捉系统 (采样频率100 Hz/s,Oxford Metrics Limited, 英 国 ) 以 及 两 块BP600900AMTI 测力台 (采样频率1 000 Hz/s,Advanced Mechanical Technology,美国)对运动员运动学与动力学数据进行记录。测力台与动作捕捉系统处于同步状态。 实验室坐标系的设置与国际生物力学学会的建议相同, 即X 轴为左右方向,Y 轴为上/ 下方向,Z 轴为前后方向。

实验结束后,根据研究需要,在Visual 3D(The C-Motion 公司,美国)中计算并导出指标(表3)。 所有的指标都提前使用平均功率谱密度函数进行了计算,以确定最佳的截止频率。 最终,运动学数据进行了四阶截止频率为10 Hz 的低通滤波处理, 动力学数据则使用了四阶30 Hz 的截止频率。

表3 不同注意力焦点任务下3 组运动员的COM 最大位移(单位:mm)(±SD)Table3 Maximum COM displacement of athletes in 3 groups under different attention focus tasks(unit:mm)(±SD)

表3 不同注意力焦点任务下3 组运动员的COM 最大位移(单位:mm)(±SD)Table3 Maximum COM displacement of athletes in 3 groups under different attention focus tasks(unit:mm)(±SD)

组别EXTFINTF显著性左/ 右方向前/ 后方向左/ 右方向前/ 后方向左/ 右方向前/ 后方向健将组14.668±3.21917.287±8.39715.021±3.02717.570±7.3100.4110.696一级组18.479±4.49520.148±4.79719.326±5.85421.992±6.6360.1010.063二级组22.424±5.78122.415±6.78523.640±5.38924.499±6.2680.9900.293

表3 选取的指标与计算方法及说明Table3 Selected indicators, calculation methods and descriptions

1.2.2 非线性动力学分析法

使用非线性动力学理论中的样本熵算法对COP进行复杂度计算, 以判断双脚COP 运动的复杂性。熵的概念源于热力学理论, 反映了系统内部的稳定程度。 熵值越高,无序程度越大,系统内部各要素变化越频繁;熵值越低,无序程度越小,系统内部各要素越稳定。 在姿态控制过程中,COP 的熵值越大意味着CNS 对外界干扰的响应更频繁,在单位时间内做出了更多调整; 熵值越小意味着对干扰做出的响应减少,反应相对滞后[17]。熵分析提供了新的视角来评价人体的姿态控制能力,传统指标着重于从COP位移距离、晃动面积等 “量” 的层面进行计算分析。将熵与传统指标结合, 可在得知姿态控制能力变化量的基础上, 进一步对这些指标的变化过程和规律进行研究。 例如,高水平射击运动员的COP 总位移可能大于低水平运动员, 但这并非意味着姿态控制能力差。事实上,高水平运动员在相同时间内进行了更频繁的调整,在运动中寻找射击机会[18]。这在熵分析中可表现为COP 的复杂度较高。

在本研究中,通过Python3.9 自行编写了样本熵分析代码,样本熵是近似熵的改进版,作用是衡量时间序列的复杂性以及当维数变化时新模式的出现概率,这个概率越大,系统的复杂度就越高,熵值也就越大[19]。在之前的研究中,推荐使用10m~30m(即如果m 选择为2,那么推荐数据点长度为100~900)的数据点长度进行样本熵计算[20],但有研究认为样本熵对数据长度不敏感,200 个数据点就能得到非常稳健的结果[21],因此在本研究中使用了200 个数据点(X),r 值选择0.15,m(维数)选择2。

1.2.3 数理统计法

使用SPSS26.0 中的Shapiro-Wilk 检验判断数据的正态性,使用Levene’s 检验判断方差齐性。 在满足方差分析前提条件的情况下使用重复测量方差分析,并优先寻找组别与任务之间的交互作用,如果交互作用不存在,将只进行组间或任务间的对比分析。如果不满足正态性或者方差齐性的前提条件, 将采用非参数检验对数据展开对比分析。 在报告统计学水平的同时, 还将报告效应量, 即ηp2或Cohen's d值。 在本研究中,显著性水平被设定为P<0.05。

2 研究结果

2.1 不同注意力焦点任务下双腿膝、踝关节累计运动幅度

组别对双腿膝关节屈曲/ 伸展的累计运动幅度存在显著的主效应,左腿(P<0.000 1,ηp2=0.372),右腿(P<0.000 1,ηp2=0.054);对左腿膝关节屈曲/ 伸展的累计运动幅度存在显著的主效应 (P<0.05,ηp2=0.024),对右腿不存在主效应。 任务与组别不存在交互作用(图2)。

图2 组别与任务对右腿膝、踝关节累计运动幅度的主效应Figure2 Main effects of groups and tasks on the cumulative motion amplitude of the right knee and the ankle joints

组别对左腿踝关节跖屈/ 背伸的累计运动幅度存在显著的主效应(P<0.000 1,ηp2=0.231),对右腿不存在主效应。 任务对双腿踝关节跖屈/ 背伸的累计运动幅度存在显著的主效应, 左腿 (P<0.05,ηp2=0.026),右腿(P<0.05,ηp2=0.023)。 任务与组别不存在交互作用。

2.2 不同注意力焦点任务下运动员COM 最大位移与COP 总位移

不同注意力焦点任务下的COM 最大位移与COP 总位移均不存在统计学上的显著差异 (表3、表4)。

表4 不同注意力焦点任务下3 组运动员的COP 总位移(单位:mm)(±SD)Table4 Total COP displacement of athletes in 3 groups under different attention focus tasks (unit: mm)(±SD)

表4 不同注意力焦点任务下3 组运动员的COP 总位移(单位:mm)(±SD)Table4 Total COP displacement of athletes in 3 groups under different attention focus tasks (unit: mm)(±SD)

组别EXTFINTF显著性左脚右脚左脚右脚左脚右脚健将组97.019±16.21891.409±20.30296.012±19.47788.646±24.5030.1870.651一级组126.010±39.104119.307±29.400121.746±33.541118.035±33.5920.5940.117二级组147.567±32.360135.297±13.187142.719±26.903130.815±42.4890.1100.079

2.3 不同注意力焦点任务下运动员双脚的COP最大位移

组别对左脚COP 前后方向最大位移存在显著的主效应(P<0.000 1,ηp2=0.130);任务对左脚COP前后方向最大位移存在显著的主效应(P<0.000 1,ηp2=0.043); 组别与任务对左脚COP 左右方向最大位移存在显著的交互作用(P<0.05,ηp2=0.041)。

组别对右脚左右方向上的最大COP 位移存在显著的主效应(P<0.000 1,ηp2=0.303),对前后方向上的最大COP 位移存在显著的主效应 (P<0.000 1,ηp2=0.153);任务对右脚左右前后方向上的最大COP 位移存在极其显著的主效应(P<0.000 1,ηp2=0.049)(图3)。

图3 组别与任务对COP 左脚最大位移量的交互及主效应Figure3 Interaction and main effect of groups and tasks on the maximum COP displacement of the left foot

2.4 不同注意力焦点任务下运动员双脚的COP包络面积

EXTF 显著减少了健将组、一级组、二级组运动员左脚的包络面积,Cohen's d 值分别为:0.281、0.423、0.310。右脚的包络面积只有二级组运动员的减少存在统计学上的差异,Cohen's d 值为0.166(表5)。

表5 不同注意力焦点任务下3 组运动员双脚的COP 包络面积(单位:mm2)(±SD)Table5 COP envelope area of the athletes' feet in 3 groups under different attention focus tasks(unit: mm2)(±SD)

表5 不同注意力焦点任务下3 组运动员双脚的COP 包络面积(单位:mm2)(±SD)Table5 COP envelope area of the athletes' feet in 3 groups under different attention focus tasks(unit: mm2)(±SD)

注:* 表示统计学差异为显著;** 表示统计学差异为极其显著。

组别EXTFINTF显著性左脚右脚左脚右脚左脚右脚健将组105.607±55.81690.169±51.144122.636±65.16294.724±54.7300.008**0.210一级组216.170±77.197166.147±73.171253.041±95.838177.182±99.2970.029*0.814二级组244.398±92.392171.853±80.052276.923±116.156186.934±65.0050.045*0.009**

2.5 不同注意力焦点任务下运动员双脚的COP样本熵

EXTF 显著增加了健将组、一级组、二级组运动员左脚左右与前后方向的COP 样本熵,左右方向的Cohen's d 值分别为0.378、0.303、0.229,前后方向的Cohen's d 值分别为0.321、0.317、0.280。 EXTF 显著增加了健将组、一级组、二级组运动员右脚前后方向的COP 样本熵,Cohen's d 值分别为0.446、0.334、0.318(表6)。

表6 不同注意力焦点任务下3 组运动员双脚的COP 样本熵(±SD)Table6 COP sample entropy of the athletes' feet in 3 groups under different attention focus tasks(±SD)

表6 不同注意力焦点任务下3 组运动员双脚的COP 样本熵(±SD)Table6 COP sample entropy of the athletes' feet in 3 groups under different attention focus tasks(±SD)

注:* 表示统计学差异为显著;** 表示统计学差异为极其显著。

组别左脚右脚显著性EXTFINTFEXTFINTF左脚右脚健将组左/ 右0.671±0.257前/ 后0.638±0.256左/ 右0.367前/ 后0.002**一级组左/ 右0.767±0.344左/ 右0.693±0.276左/ 右0.576±0.245前/ 后0.558±0.232左/ 右0.716±0.212前/ 后0.557±0.241左/ 右0.687±0.251前/ 后0.464±1.169左/ 右0.012*前/ 后0.007**左/ 右0.094左/ 右0.044*二级组左/ 右0.892±0.316前/ 后0.953±0.234左/ 右0.672±0.278左/ 右0.612±0.233左/ 右0.831±0.229左/ 右0.701±0.202左/ 右0.771±0.234左/ 右0.634±0.199左/ 右0.017*左/ 右0.027*左/ 右0.801±0.464前/ 后0.892±0.200左/ 右0.903±0.345前/ 后0.775±0.279左/ 右0.858±0.292前/ 后0.692±0.241左/ 右0.034*前/ 后0.017*左/ 右0.256前/ 后0.019*

3 分析与讨论

EXTF 对于姿态控制的促进作用在现有的射击、射箭项目中还未见相关报道。本研究分析了不同注意力焦点对不同水平射箭运动员姿态控制能力的影响。研究发现:①组别对于所有的指标都存在主效应; ②EXTF 减少了3 组运动员右脚左右及前后方向上的COP 最大位移, 减少了3 组运动员左脚、二级组运动员右脚的COP 包络面积; ③EXTF 显著增加了3 组运动员双腿踝关节及左腿膝关节累计运动幅度,增加了3 组运动员双腿前后方向、左腿左右方向上的COP 样本熵; ④任务与组别在左右方向的COP 最大位移存在极其显著的交互作用。 这些发现弥补了注意力焦点分配在射击、 射箭领域的研究空白,进一步拓展了对射箭运动员姿态控制特征的认识。

3.1 INTF 通过影响注意力容量来降低姿态控制表现

INTF 由于注意力在所难免地集中于动作本身,因此这种有意识的支配使得CNS 没有足够的权限自动实现运动控制过程, 导致这些本应连续的单元分块运行, 加大了块与块之间发生错误的概率[22-23]。在任务执行过程中,如果受到了非预期的干扰,那么CNS 需要对运动控制方案进行评估并尽快调控以适应新的挑战, 而分块执行的运动控制过程在这种情况下更加难以为继。 Wulf[24]进一步扩展了这种机制, 认为INTF 所导致的有意识对运动控制过程的关注可能会导致自我激活或自我修正水平的提升,并试图去修改想法或对客观事物的反应。 这种行为可能对注意力容量提出了更高的需求, 甚至可能超过注意力容量的上限,引发 “微窒息” 现象。对于射箭项目来说, 由于在执行技术动作过程中需要同时对多项任务进行处理,INTF 将导致注意力容量不足或分配不合理,技术动作的发挥出现问题,运动表现下降。 因此, 本研究的结果说明射箭运动员不宜采用INTF。 尽管没有考察其他方面的运动表现,但INTF的确影响了姿态控制能力。

3.2 EXTF 通过改善运动控制过程来影响姿态控制能力

在执行动作的过程中, 完全相同的两次动作不可能存在,因为噪声与误差无法避免[25]。一种合理的策略是,CNS 对最终的运动预期设置一个阈值,只要绩效保持在阈值之上,执行器遇到的干扰被最大程度忽略,这使得CNS 只需要对最终效果进行监控[26]。根据这种观点,有学者[27]认为EXTF 可能有助于运动系统确定将运动时的哪些方面视为与任务相关,哪些与任务无关, 这种操作增大了不直接影响结果维度的变异性,而结果维度的变异性减小,这使身体自由度的变化更为自由以实现必要的协调。 对于射箭运动员来说,器材重量、弓的拉力是主要的平衡干扰因素,并且这些因素全都作用于手臂上,因此这种影响必须通过同为末端执行器的足部来进行补偿。当人静止站立时, 手臂绕水平轴/ 垂直轴内收时产生肩屈力矩,手臂绕水平轴/ 垂直轴外展时,产生肩伸力矩[28]。 手臂产生的屈肌/ 伸肌力矩将会在躯干上部产生一个相等且相反的伸肌/ 屈肌力矩。 这种情况下,躯干将会存在旋转的趋势,为了防止跌倒,只有作用于躯干远端的髋屈肌/ 伸肌力矩才能保持躯干固定, 而这又必须与膝关节或踝关节产生的力矩相抵消。 然而,由于踝关节本身的内在刚度很低,甚至不能维持最小程度的身体晃动[29]。 当躯干发生运动时, 需要通过跖屈/ 背伸运动获得力矩使得刚度增加,从而减少身体的摇摆。 因此,在不考虑膝关节运动时,COM 运动幅度越大, 踝关节的跖屈/ 背伸运动幅度必然也增大,COP 也将会随COM 逐渐增加。 而在本研究中,任务对于COM 前后方向最大位移没有主效应,但对于双脚前后方向最大COP 位移、左腿膝关节屈曲/ 伸展、踝关节跖屈/ 背伸,右腿踝关节跖屈/ 背伸累计运动幅度存在显著的主效应。这意味着当运动员采用外部焦点时,干扰因素作用于躯干使得COM 运动时, 左侧膝与踝关节可以在矢状面上发生运动协调来减少COP 的位移,膝关节可以通过加大屈曲的幅度来减少COP 与COM 之间的垂直距离, 这使得踝关节纠正COM 的力矩臂缩短,踝关节肌肉能够更轻易、更快地将躯干拉回初始位置, 从而减少了COP 前后方向的最大位移量。之前的研究发现,髋、膝、踝关节之间有着多种协调方式来保证COM 的稳定[30-31]。 当膝关节参与站立姿态控制时,它的累计运动幅度比踝关节高出约33%,这种大量的膝关节运动使得人体能够更有效地追踪COM 的位移来控制身体姿态[32]。

注意力焦点对双脚的包络面积、 前后方向样本熵、 左脚左右方向样本熵都存在主效应, 而对双脚COP 总位移不存在主效应。这说明EXTF 任务中,射箭运动员在执行技术动作过程时双脚COP 的运动始终保持在一个较小的范围内 (包络面积减小),但代价是身体姿态的调整频率增加(熵值增加)。 人类运动的控制回路可以理解为一系列独立的单元块,在使用INTF 时,会加大对运动控制过程的注意力投入,这会导致独立单元块逐个激活并运行,不仅降低了效率,还增加了每个块之间转换时出错的概率[23,33]。但EXTF 能够显著缩短田径运动员起跑时前侧、后侧腿股外侧肌、腓肠肌的激活时间,这暗示自动化控制序列中的单元块发生了连续运行, 命令更快传达到了目标肌肉[34]。 同时,EXTF 还增加了M1 反射的水平(一种出现于脊髓上的单突触反射)以及更大的经颅磁刺激诱导的肌电抑制和段时间间隔皮层抑制[35],减少了运动过程中不必要肌肉激活以及协同收缩水平增加等现象, 从而能够更有效执行动作。 然而,EXTF 不仅能够促进动作的自动化控制过程, 还使受试对与主要任务相关的信息更快地进行处理以提高绩效。在之前的双任务平衡实验中,相对于INTF,采用EXTF 在维持平衡的同时对于听觉或视觉信号拥有更快的反应速度,这得益于对运动控制过程注意力投入的减少,从而能够将更多的注意力容量集中在了主要任务上[36]。 在本研究中,与主要任务有关的外界刺激是视觉信息,之前的研究已经证实清晰的外部视觉目标可以减轻超姿势视觉搜索任务中的身体摇摆[37],同时还能够延长静眼持续时间[38],有利于实施高效的实时运动控制。 基于以上研究推测, 当运动员采用EXTF 时可能允许运动员非常快地对准星的运动作出反应,随后所引起的身体运动信息传入运动员的前庭与本体感觉系统, 并导致CNS 对姿态控制肌肉的传导速度加快,使得姿态调整更加频繁。

3.3 EXTF 的促进作用会因运动技术水平的提升而减少

COP 左脚左右方向最大位移指标出现了任务与组别之间的交互效应, 这意味着EXTF 对其促进作用会随着运动技术水平的提升而逐渐减少。 在内部焦点任务中,一级组与二级组没有显著差异,与健将组存在显著差异,但在使用EXTF 后,二级组与一级组仍不存在显著差异, 但一级组与健将组的显著差异已经消失, 这意味着EXTF 对一级组与二级组的促进作用相似,但对健将组没有作用。这种现象的原因可能包括以下两点:第一,由于踝关节外翻肌(腓骨长肌、腓骨短肌)与内翻肌(胫骨前肌、胫骨后肌、拇长伸肌)同样也是跖屈肌与背伸肌[39],因此左右方向的COP 位移有一部分来自于踝关节的跖屈/ 背伸(即COP 前后方向)运动。随着外部焦点减少了左脚或右脚在前后方向上COP 的最大位移,其左右方向上的COP 最大位移自然也会得到改善。 但随着技术水平的提升,这种促进作用可能会下降,当跖屈/背伸运动足够小时,可能使来自于前后方向的COP运动所导致的左右方向的COP 运动几乎消失。 第二,人体正常静止站立时,从冠状面观察,COM—双侧髋—双侧膝—双侧踝的连线是三角形结构, 具有很强的稳固性[39],只要站姿合理,COP 或者COM 不太可能在左右方向上产生较大的位移, 但考虑到射箭运动员继续加力时, 需要朝靶面相反的方向用力将弓拉开,身体于左右方向上的运动幅度较大,这组成了左右方向COP 运动的一部分。 显然,只要执行技术动作,这部分的运动就不可能被消除。而当射箭运动员处于较高技术水平时, 他们对于除该因素之外的其他干扰平衡的因素应对能力更强, 因此健将组的数据没有再进一步减少。

3.4 运动技术水平影响姿态控制能力

右侧身体的膝关节累计运动幅度并没有出现增加, 并且3 组运动员右侧踝关节的累计运动幅度差异较小。 这意味着射箭过程中右侧身体的不稳定性很小,即便是低水平运动员也能够掌控,并不需要膝关节的额外参与。 然而,随着技术水平的下降,左侧膝、踝关节的累计运动幅度与COP 最大位移出现增加,这可能意味着更大的探索行为,即需要感知运动工作空间的稳定区域, 从而产生与任务相关的协调解决方案。在本研究中,这种更大探索行为的目的可能是为了解决较差的控弓能力所导致的弓箭系统带给躯干的更多晃动, 或手臂对躯干产生的更多屈肌或伸肌力矩, 因此其解决方案就是增加膝及踝关节的运动来进行补偿。 而运动健将组则没有出现这个问题, 较低的累计运动幅度表示他们只进行了必要的膝关节及踝关节运动, 这说明他们不仅具备了无须试错的、可快速投入使用的协调解决方案,更重要的是对身体的稳定性拥有更强的控制能力。 这种更强的身体控制能力除了来源于更强的肌肉力量水平外,还可能能源于更加丰富的训练经验,后者或许增强了个体中被动结构(如肌腱与结缔组织)的自适应能力,并改变了肌肉-肌腱-骨骼的应力传递过程[40]。

不同水平运动员在COP 样本熵这项指标上的表现也值得展开进一步的讨论。 随着技术水平的提高,熵值逐渐减少。考虑到本研究中的复杂度与实践及任务的相关经验有关, 因此这种减少可能意味着复杂度的下降,而不是复杂度的损失。尽管低水平运动员有着更高的熵值, 但伴随着高熵值同时出现的还有更大的COP 总位移及COP 包络面积, 这意味着更差的姿态控制能力。在姿态控制过程中,复杂度的增大往往对应更大的系统/子系统[41],这就导致其运动控制过程所需要的成本及耗时增加, 而这意味着实现运动控制过程的效率下降。具体来说,当准星与靶面的相对位置发生运动时, 可能会引起个体产生快速的在线实时更正, 这种更正被认为是发生在自愿更正之前的某种低级别的自动响应[42-43],但高水平射箭运动员能够及时抑制这种耗时的自动更正行为,并实施更自主的、有效的预测性实时控制[44]。 换言之, 高水平运动员能够预测准星下一瞬时的运动方向并提前对姿势做出调整, 而低水平运动员可能难以抑制这种低效的自动响应, 浪费了更多资源却并没有达到更好的绩效。功能磁共振研究证实,高水平射箭运动员在视觉空间注意力及与工作记忆有关的区域往往有着更高的激活,包括顶叶皮层,前后扣带皮层等[45],这可能使他们能更快地定位预期目标的位置,集中注意力,而低水平运动员并不具备这种特征。 以上这些因素导致较低水平的运动员姿态控制行为的复杂度上升,这意味着他们姿态调整频率相对于高水平运动员来说更快,但这种较高的调整频率实际上是由滞后于外界变量的变化所导致的频繁的补偿性调节引起的,是姿态控制能力较差的表现。

4 结论

4.1 相对于INTF,EXTF 情况下射箭运动员的姿态控制能力有明显的增强, 其机制可能是通过增强左腿膝、 踝关节之间的运动协调以及加快对外界干扰或刺激信息的接受与处理速度来实现的, 这些变化会增加身体姿态的调整频率, 更及时地对外界干扰作出反应。

4.2 虽然EXTF 显示出了对姿态控制能力的促进作用,但这种促进作用会随着技术水平的上升而下降,特别是左脚左右方向COP 最大位移这一指标,从二级运动员到运动健将, 原因可能在于射箭技术动作的特殊性决定了这一指标不可能无限减少, 因此这一指标的可优化空间较小。

4.3 射箭运动员的姿态控制能力会随着运动技术水平的提升而发生改变,几乎在所有的指标上,高水平的射箭运动员较于低水平运动员都有着更好的表现。

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