反应性HIIT vs 传统HIIT：基于脑连接和认知响应的急性效应比较及其在运动表现提升中的意义

《BMC Sports Science, Medicine and Rehabilitation》：Comparison of the acute effects of traditional and reaction-based HIIT on brain connectivity and cognitive responses

本研究针对传统高强度间歇训练（HIIT）在认知促进方面的局限性，创新性地设计了反应性HIIT方案，通过EEG脑功能连接分析和Stroop认知测试，系统比较了两种训练方法对运动员脑网络同步性和认知功能的急性影响。研究发现，反应性HIIT通过增强额颞叶同步性显著提升了专注力和决策能力，而传统HIIT则通过降低额枕叶同步性减轻运动感知负荷，同时通过增强枕颞叶连接改善视觉信息处理。尽管两组心率无差异，但反应性HIIT组主观疲劳感（RPE）更高，提示其认知负荷更具挑战性。该研究为将认知训练融入体能训练提供了神经科学依据，对优化运动员训练方案具有重要实践价值。

　　

在竞技体育领域，运动员的卓越表现不仅依赖于力量、速度、耐力等运动素质，更取决于在瞬息万变的比赛环境中快速反应、集中注意力并做出精准决策的认知能力。一个经典的例子是短跑名将尤塞恩·博尔特在2011年世界田径锦标赛上因抢跑而被取消资格，这凸显了即使拥有顶尖的运动技能，认知失误也可能导致功亏一篑。然而，传统的训练方法往往侧重于封闭式技能（Closed Skill）的重复练习，即在不变化、可预测的环境中执行固定动作模式，这与比赛现场开放、多变、需要即时应对不可预测刺激的要求存在差距。高强度间歇训练（High Intensity Interval Training, HIIT）因其时间效率高、应用广泛而备受青睐，但其本身作为一种封闭式训练，如何能更好地模拟比赛中的认知挑战，从而更全面地提升运动员的竞技表现，成为一个值得深入探究的问题。

在此背景下，Musab Cagin等研究人员在《BMC Sports Science, Medicine and Rehabilitation》上发表研究，旨在比较传统HIIT与经过改造的、融入了反应性元素（即根据外部信号灯颜色决定动作）的HIIT（反应性HIIT）对运动员大脑功能连接和认知反应的急性影响。研究假设，这种将不可预测性和多变环境条件引入HIIT的“反应性”设计，能将其转变为一种更接近比赛实际的开放式技能（Open Skill）练习，从而在认知层面产生更积极的效益，如同“一把能解锁封闭技能的钥匙”。

为了验证这一设想，研究团队招募了33名来自射击、羽毛球、篮球等11个不同项目的精英运动员，并将他们随机分为传统HIIT组、反应性HIIT组和对照组。所有参与者在干预前后均接受了静息态和进行Stroop测试（一种测量认知灵活性、选择性注意和抑制控制的经典心理学测试）时的脑电图（EEG）记录。Stroop测试包含100个刺激（50%为一致刺激，如用蓝色墨水书写“蓝”字；50%为不一致刺激，如用黄色墨水书写“红”字），要求受试者快速准确地做出反应。传统HIIT组按照预定的固定顺序重复进行深蹲、弓步等动作，而反应性HIIT组则需根据面前Fitlight传感器随机变化的颜色（蓝、红、绿、紫、黄）来执行对应的动作。两组均以85%最大心率强度进行10分钟训练。对照组则静坐15分钟。训练后，研究人员使用Borg量表评估了受试者的主观疲劳感（RPE），并再次进行了Stroop测试和EEG记录。

研究采用的关键技术方法主要包括：使用Mentalab Explore EEG设备采集脑电信号，并通过相位锁定值（Phase Locking Value, PLV）方法分析不同脑区（如F3、F4、C3、C4、O1、O2、T7、T8）在不同频率波段（θ, 4-7 Hz; α, 7-13 Hz; β1, 13-18 Hz; β2, 18-24 Hz; β3, 24-30 Hz）的功能连接强度；应用Stroop测试评估认知表现；使用Polar H9 HRV传感器监测心率以确保运动强度一致；利用Fitlight Trainer设备实现反应性HIIT中的随机刺激呈现；并采用三因素重复测量方差分析等统计方法处理数据。

研究结果

脑功能连接发现

对EEG数据的分析揭示了不同训练方式对大脑网络同步性的特异性影响。

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  额颞叶网络（Fronto-Temporal Network）： 反应性HIIT组在干预后，大脑左右半球间（如F3-T8电极对）的β1和β3频段连接强度显著增强。额颞叶网络与高级认知功能，如专注力和决策制定密切相关。这种同步性的增强被认为是脑可塑性提升和认知功能改善的表现，可能与脑源性神经营养因子（BDNF）的释放增加有关。相比之下，传统HIIT组在右半球（F4-T8）的α、β1和β2频段连接强度则出现下降，对照组在半球间（F3-T8）的连接强度也有所减弱。
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  额枕叶网络（Fronto-Occipital Network）： 传统HIIT组在干预后，右半球（F4-O2电极对）的β1和β2频段连接强度显著降低。研究表明，额枕叶连接（特别是β波段）的减弱与对活动内部成分（如身体感觉反馈）意识度的降低有关，这可能有助于减少对疲劳等不适感觉的注意，从而降低主观疲劳感。这与传统HIIT作为自动化、可预测的封闭式技能练习的特性相符。
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  枕颞叶网络（Occipito-Temporal Network）： 传统HIIT组在干预后，半球间（O1-T8电极对）的α、β1、β2和β3频段连接强度均显著增加。枕颞叶网络负责整合视觉信息与记忆和识别过程。传统HIIT动作序列固定，便于运动员记忆和预判，这种高同步性可能反映了与视觉信息处理和基于经验的策略生成相关的神经效率提升。
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  其他交互作用： 研究还发现了组别与时间在多个脑区连接上的交互效应，进一步支持了两种HIIT模式对大脑活动产生了不同的调节作用。

主观疲劳感（RPE）与心率的发现

尽管传统HIIT组和反应性HIIT组在运动过程中的平均心率十分接近，不存在统计学差异，但反应性HIIT组自我报告的RPE值却显著高于传统HIIT组。这表明，在生理负荷相近的情况下，反应性HIIT所带来的认知需求（如需要持续关注信号灯变化并快速决策）导致了更高的心理负荷和主观疲劳感受。

讨论与结论

本研究通过严谨的实验设计，清晰地揭示了传统HIIT与反应性HIIT对大脑功能连接和认知心理反应的急性效应存在显著差异。反应性HIIT的优势主要体现在其能够有效增强前额叶与颞叶之间的功能连接，这与其对注意力集中、快速决策等高级认知功能的积极促进作用相吻合，使其成为一种在认知层面更具功能性的训练方法。而传统HIIT则通过降低前额叶与枕叶之间的连接，可能减少了对内部不适感觉的关注，从而降低了运动的主观疲劳感；同时，它通过增强枕叶与颞叶的连接，可能优化了与动作预判和视觉信息处理相关的神经过程。

一个尤为重要的发现是，反应性HIIT在引入认知挑战（不可预测的刺激）后，虽然生理强度（心率）与传统HIIT持平，却引发了更高的主观疲劳感。这提示，将反应性元素融入训练，可以模拟比赛中常见的心理压力和唤醒水平，为运动员提供更贴近实战的心理适应训练。

综上所述，这项研究为运动科学领域提供了宝贵的神经科学证据。它强有力地说明，将认知挑战（如反应性任务）整合到传统的体能训练中，能够使训练方法在提升身体机能的同时，更好地培养运动员在复杂、动态比赛环境中所需的认知能力。因此，在运动员训练计划中更多地采用像反应性HIIT这样包含不可预测性和多变环境条件的应用，可以使训练在认知层面更具功能性，从而更全面地促进运动表现的发展。未来的研究可进一步探索不同运动项目、不同技能水平运动员对这些训练方式的长期适应性反应。