篮球运动员的视觉—运动知觉预测特征及fMRI研究

论文摘要

许多行为研究显示优秀水平运动员不仅是在动作执行上具有较高的精度，在动作预测上也具有优越的表现，而这种优越的预测能力往往在快速复杂的运动情境中表现出来。在运动过程中他们能够在运动中利用有限时间做出决策。动作预测与运动技能高度相关。与运动新手相比，多种项目的专业运动员都表现出了较好的动作预测能力。许多学者认为运动员与新手预测能力存在明显差异的原因可能在于运动员往往比新手具有更好的视觉-运动知觉能力。视觉感知能力是一个从环境中定位和提取视觉信息并将其与其他感觉输入整合起来的的积极过程。另外，各种各样的认知因素如过去经验、动机和成熟等都会影响到将整合的信息与视觉感知能力进行合并的过程。已有研究显示优秀运动员与运动新手提取视觉信息用于动作预测的方法存在差异。但是以往视觉-运动知觉的研究更偏重于行为层面的研究，缺少神经机制层面的实证支持,目前仍不清楚视觉感知能力是在运动任务中发挥作用的神经基础。本研究以运动专家认知优势的后天经验说为理论指导，以特征整合理论为理论依据，以篮球运动员罚篮画面为刺激条件，以信息加工过程为主线，采用专家――新手和时间阻断的研究范式，综合运用眼动记录技术、功能磁共振成像（fMRI）技术等方法，对篮球运动员视觉-运动知觉能力在动作预测中作用及神经机制进行研究。研究采用眼动记录技术研究篮球运动员与非运动员的视觉搜索特征；采用功能磁共振（fMRI）研究篮球运动员与非运动员在视觉预测任务下涉及的功能脑区的不同。通过将预测特征与预测过程中中枢神经系统发生的改变相联系，从而探讨视觉-运动知觉能力的神经心理机制，进一步丰富和发展运动认知研究的理论成果，为球类运动员的训练提供指导。研究结果显示：（1）当观察前3张（出手阶段）或前6张图片（高点阶段）时，运动员比新手表现出较高的回答率和准确率；而当观察前9张图片（入筐阶段）时，两组的回答率和准确率都没有出现显著差异。（2）运动员在早期阶段的注视稳定性优于新手。（3）运动员存在特定的注视轨迹，但在新手中并没有发现明显的特定注视轨迹。特别是，当观察前3张图片（出手阶段）时，运动员的注视区域与新手的注视区域有着很大的区别；运动员首先注视投篮者的手臂和手腕，但新手更多的将视线移到投篮者的身体躯干部分。（4）运动员与新手在视觉预测活动中表现出相似的脑激活。（5）当观察前3张（出手阶段）或前6张图片（高点阶段）时，运动员相对于新手表现出较高的准确率，同时在下顶叶和额下回表现出较大激活。（6）当观察前6张（高点阶段）或前9张图片（入筐阶段）时，运动员相对新手在额上回表现出较大激活。（7）被试对错误动作的识别率低于正确动作的识别率。（8）运动员组在观察进球刺激图片时比观察不进球刺激图片时诱发较大的顶下回和下额叶激活，不进球刺激图片也在颞中回和颞上沟诱发了较大激活。（9）观察不进球刺激图片时比观察进球刺激图片时诱发较大的扣带回激活，运动员能够比新手提前发现错误动作与扣带回的激活相关。（10）在6张刺激图片（高点阶段）实验条件下，在做出更多的正确反应时运动员额下回激活较大，做出更多的错误判断时脑岛的激活更大。通过以上研究结果，本研究得到以下几点结论：（1）球类运动员相比新手具有更好的视觉-运动知觉能力；运动员在下顶叶和额下回的更大激活显示镜像系统区域在篮球运动预测中发挥着重要作用。运动员能够比新手建立较好的工作记忆。（2）人们对正确动作和错误动作的认知加工方法可能有所不同，错误动作相比正确动作可能需要更多的动作感知和理解。人们所有预测活动中可能都在期待同一种结果（即进球），对最初期待的改变诱发了完全不同的脑区的激活。（3）前扣带回在对错误动作的预判中发挥重要的作用。（4）运动员具有当做出错误判断时能够在一定程度上觉察到自己判断错误的能力，而新手可能并不具有这种能力。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 前言
• 2 文献综述
• 2.1 视觉知觉模型及神经基础
• 2.1.1 视觉知觉模型
• 2.1.2 视觉知觉的神经基础
• 2.2 国内外视觉-运动知觉的相关研究
• 2.2.1 视觉-运动知觉的行为学研究
• 2.2.2 视觉-运动知觉的神经生理学研究
• 2.3 功能磁共振成像技术（fMRI）
• 2.3.1 功能磁共振成像的原理
• 2.3.2 fMRI 实验范式
• 2.3.3 fMRI 数据处理
• 2.4 综述小结
• 3 研究框架
• 3.1 论文结构
• 3.2 技术路线
• 4 研究内容
• 4.1 实验一：运动员的预测能力与视觉-运动知觉能力关系研究
• 4.1.1 目的
• 4.1.2 方法
• 4.1.3 结果
• 4.1.4 讨论
• 4.1.5 小结
• 4.2 实验二：视觉-运动知觉在动作预测中的作用的 fMRI 研究
• 4.2.1 目的
• 4.2.2 方法
• 4.2.3 结果
• 4.2.4 讨论
• 4.2.5 小结
• 4.3 实验三：错误动作感知的 fMRI 研究
• 4.3.1 目的
• 4.3.2 方法
• 4.3.3 结果
• 4.3.4 讨论
• 4.3.5 小结
• 5 研究结论及创新之处
• 5.1 研究结论
• 5.2 创新之处
• 6 不足之处
• 7 主要参考文献
• 8 课题来源
• 9 致谢
• 10 读博期间的科研经历