心理疲劳通过努力投入动态影响握力耐力表现：心理生理标记物的时间进程分析

这篇研究通过心理生理指标（EEG/HRV）揭示了心理疲劳（mental fatigue）对握力耐力任务（TTE handgrip task）的影响机制。采用改良Stroop任务（抑制控制/认知灵活性）诱导疲劳，发现前额叶中线θ波（mid-frontal theta）和低频心率变异性（LF-HRV）可作为努力投入（effort engagement）的动态标记，证实心理疲劳导致后续体力表现下降（d=0.818），为理解认知-运动交互提供了神经生理证据。

　　

1 引言
在需要持续认知投入的职业和运动场景中，急性心理疲劳（acute mental fatigue）已成为影响工作效能和体能表现的关键因素。该研究基于努力决策模型（effort-based decision-making model），通过改良的序列任务协议（sequential-task protocol），探究30分钟Stroop任务诱导的心理疲劳如何通过心理生理标记物（psychophysiological markers）动态影响后续13%最大自主收缩（MVC）的握力耐力表现。

2 材料与方法
2.1 受试者
32名体育科学本科生随机分为实验组（Stroop任务）和对照组（纪录片观看），两组在BMI和基线握力时间（TTE-1）存在差异，后续分析通过协变量校正。

2.2 实验设计
关键流程包括：

• 握力基线测试（TTE-1）
• 30分钟心理任务（Stroop/纪录片）
• 握力复测（TTE-2）
  全程同步记录脑电（64导EEG）和心电（HRV），重点关注刺激锁定的θ波（4-7Hz）和低频功率（LF）。

2.3 核心任务

• Stroop任务：包含50%读词和50%颜色命名试次，通过随机切换诱发认知灵活性需求。
• 握力任务：采用个体等时法（individual isotime method）分析疼痛和努力感知的时序变化。

3 结果
3.1 操作验证

• 主观疲劳感在两组间无差异，但Stroop任务难度评分显著更高（74.9 vs 20.1，p<0.001）。
• Stroop任务中，颜色命名试次反应时随任务时间延长而增加（时间×试次类型交互作用p<0.05），显示典型的时间进程效应（time-on-task effect）。

3.2 心理生理标记

• EEG：Stroop任务诱发前额叶/中央区θ波功率升高，但刺激锁定θ波在FP1等电极随时间递减（p<0.001），提示努力投入逐渐降低。
• HRV：实验组LF功率在任务初期即显著上升（p=0.005），与交感神经活动增强一致。

3.3 握力表现
实验组握力时间降幅更大（41.5% vs 27.7%），组间差异达显著性（d=0.818，p=0.028）。疼痛和努力感知在第二次握力任务中增速更陡（交互作用p<0.01）。

4 讨论
研究首次结合任务相关θ波和HRV揭示：

1. 尽管Stroop任务后期出现努力脱逸（effort disengagement），仍显著损害后续体能表现；
2. 前额叶θ波动态变化与经典整体θ波结论相反，支持Arnau等提出的任务相关/无关θ波分离理论；
3. LF-HRV升高可能反映应激反应而非单纯努力维持。

5 局限与展望
样本量较小（n=16/组）和握力任务的生态效度限制结论外推。未来建议：

• 采用全身耐力任务（如骑行）验证效应普适性；
• 设计应激/非应激双对照组解析HRV变化机制；
• 允许自选纪录片以优化控制任务趣味性。

6 结论
该研究为心理疲劳影响运动表现的"成本-收益"决策模型提供了电生理证据，强调未来研究需同步监测性能与努力投入动态，以区分"补偿性努力维持"和"节能性表现牺牲"策略。