运动员（射击）的成绩可以用脑电技术预测吗？

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关键词：脑电、脑科学

第32届夏季奥林匹克运动会已经在东京盛大开幕，虽说由于疫情的影响，大部分场馆的比赛会在无观众的情况下进行，但是无论如何，一想到竞技体育总是令人心潮澎湃。在第一个比赛日，中国射击选手杨倩在10米气步枪的项目中获得了本次奥运会的首枚金牌，这位00后选手在比赛中的最后一枪逆转夺金令人热血沸腾。

那么我们可以思考这样一个问题，在竞争激烈的竞技体育比赛中，运动员如何才能保持冷静，更好地进入比赛状态呢？

要想回答上面的问题，那么我们不妨从脑电信号入手，探究一下脑电技术应用于竞技体育中，可以带来些什么。随着脑电技术的发展，以及脑电硬件设备方面主动屏蔽技术的开发，使得采集运动过程中的脑电成为可能，让脑电不再局限于实验室环境。主动屏蔽技术的优势在于，电极线的移动不会产生大幅度的伪迹，进而使其对EEG信号采集过程的干扰降低。

为了让运动员在比赛中呈现出更好的表现，有研究者将脑电设备应用于运动过程中，探究运动员在比赛训练中的脑电信号变化，无论是足球比赛中的点球，篮球比赛中的罚篮，还是射击项目中每一发子弹的发射，等等，所考验的都是运动员心理素质的高低，由于心理状态不佳影响到运动员在关键时刻的发挥，这种情况时有发生。心理是脑的机能，脑是心理的器官，人的心理是客观现实在人脑中的主观映像。因此，要改善运动员的心理素质，提高运动员在关键时刻的表现水平，对于人脑在竞技运动中变化的研究必不可少。接下来总结了几篇文献，内容关于移动便携式脑电在体育竞技比赛中的使用。

10米气手枪射击项目

S. Comani等人在2014年的研究中探讨了多重行动计划（Multi-Action Plan，MAP）模型中射击表现的ERD/ERS模式，旨在测试MAP模型中与概念化的表现类别相关的大脑皮层模式。

研究测试了3名意大利国家射击队的队员，10米开外射击120发气手枪的子弹，每一次射击后，都需要自己报告0-11分的感知控制和精度水平，同时记录客观的分数以及脑电数据。

研究结果显示，与表现类别相关的皮质活动存在差异。具体而言，在子弹发射之时，类型1和类型4在中央区，对侧顶区以及枕区有着明显的信号功率（ERS）的衰减，这一结果表明，子弹释放时较低的皮层激活与自动化的表现有关，部分支持“神经效率假说”。

50米步枪射击项目

Germano Gallicchio等人在2016年的一项研究探讨了在50米步枪射击项目中，心血管负荷对脑电活动的影响，通过额叶中线部分脑区的theta频段功率变化来评估监测过程，alpha频段功率变化来评估皮层抑制的情况。

实验测试了13位有经验的运动员在50米距离开外的站姿射击，首先进行12组无负荷的连续射击任务，然后进行12组有负荷的连续射击任务（心血管负荷通过骑3分钟自行车以达到最大心率的90%），具体实验流程如下图所示。

研究发现在心血管负荷情况下，心率和体力消耗率有明显的上升，但并不会影响射击的准确率。而脑电的变化在于，在运动员骑自行车增加心血管负荷的阶段，额叶中线的theta功率下降，而颞叶和枕叶的alpha功率增加；在射击阶段，更精准的射击成绩往往伴随着额叶中线theta频段功率的增加，左侧中央区alpha频段功率的降低以及左侧颞叶alpha频段功率的增加。

研究结果表明，监测过程有利于提升射击表现，但可能受到亚最大心血管负荷的损害；对运动无关区域（颞叶、枕叶）的更大抑制，并且同时激活运动相关区域（中央区），使得训练有素的运动员通过增强神经效率来抵消射击表现会受到的亚最大心血管负荷的损害。

冰球射门项目

Sommer Christie等人在2017年的一项研究同样将脑电应用于运动研究中，探究了冰球运动员在射门表现中个体的alpha峰值频率（Individual Alpha Peak Frequency，IAPF），作为探讨IAPF与体育运动之间联系的首批研究，其基本原理就是将认知领域的IAPF研究扩展到体育运动领域，本研究的目的在于探索IAPF基线是否与运动员在冰球射门任务中的表现相关，射门任务是否会对IAPF的变化产生影响。

实验测试了28名大学冰球队的运动员，先记录120秒的闭眼静息态以及120秒的睁眼静息态，然后一组进行25次射门，休息30秒（模拟比赛中的换人时间），接下来进行下一组，最后再采集120秒的睁眼静息态。

该研究在三种表现水平上比较了基线水平的IAPF以及任务前后的IAPF，结果发现没有显著的变化，这一结果与认知领域的研究结果一致，即IAPF是一种稳定的神经生理学标记。

总结

相较于只能在电磁屏蔽室里面进行实验的传统脑电设备，便携式脑电很大程度上降低了脑电设备的局限性，让环境不再成为实验的限制，使得运动过程中的脑电采集成为可能，同时也逐渐探索人类大脑的不同脑区在运动过程中的激活情况。本文仅介绍了部分应用于竞技体育中的研究情况，还有很多运动方面的领域值得研究者深入探索。随着技术的不断升级与更新，我们正在逐渐揭开大脑这一器官的神秘面纱。

参考文献

Comani, S. , Bortoli, L. , Fronso, S. D. , Fiho, E. , & Bertollo, M. . (2014). ERD/ERS patterns of shooting performance within the multi-action plan model. IFMBE proceedings. 41, 141-144.

Gallicchio, G. , Finkenzeller, T. , Sattlecker, G. , Lindinger, S. , & Hoedlmoser, K. . (2016). Shooting under cardiovascular load: electroencephalographic activity in preparation for biathlon shooting. International Journal of Psychophysiology, 109, 92-99.

Sommer, C. . (2017). Individual alpha peak frequency in ice hockey shooting performance. Frontiers in Psychology, 8, 762.

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