训练运动员认知-运动双任务测试新范式：探究持续注意力与神经肌肉疲劳的同步动态关系

这篇研究通过创新性递增骑行认知测试(ICCT)，首次系统评估训练人群在认知-运动双任务(CMDT)中持续注意力(SA)与神经肌肉疲劳的交互机制。研究发现SA表现未呈现倒U型曲线，仅在极强负荷(≥84%HRmax)时显著下降，与 prefrontal cortex (PFC)脱氧和中枢疲劳(VA下降6.9%)高度相关。研究采用独特 ergometer 实现运动后3秒内神经肌肉功能评估，为运动认知科学提供新方法学范式。

　　

引言

认知-运动双任务(CMDT)在军事、竞技体育等场景普遍存在，传统倒U型理论认为中等强度运动能优化认知功能，但训练人群在高强度下的认知维持机制尚不明确。本研究通过创新设计的递增骑行认知测试(ICCT)，同步监测40名训练有素成人(28.5±7.4岁)的持续注意力(SA)、前额叶皮层(PFC)氧合及神经肌肉疲劳动态变化。

方法学突破

研究采用配备神经肌肉快速评估系统的特制骑行台，在3分钟递增阶段(起始1W·kg^-1，每阶段+0.4W·kg^-1)同步实施Mackworth时钟任务。通过近红外光谱(NIRS)监测PFC氧合指标(TSI、O₂Hb、HHb)，并采用高频电刺激评估股四头肌最大自主收缩(IMVC)、外周疲劳(肌颤搐力Pt)和中枢疲劳(自主激活度VA)。

颠覆性发现

1. 1.

   注意力表现曲线：SA未呈现预期倒U型变化，在≥80%任务失败(TF)强度(对应≥84%HR_max)时显著下降11.0%，反应时延长68.1ms。匹配对照组排除了学习效应干扰。

2. 2.

   脑氧合动力学：PFC组织氧饱和度(TSI)从60%TF开始下降7.9%，与SA恶化显著相关(r_rm=0.30)，提示神经血管耦合效率崩溃可能是关键限制因素。

3. 3.

   疲劳机制解析：

   • •

     外周疲劳线性发展(Pt下降40.7%)

   • •

     中枢疲劳(VA)早在40%TF即出现(-1.5%)，至TF达-6.9%

   • •

     心理努力评分在TF时激增52.2分，与VA下降高度负相关(r_rm=-0.60)

机制探讨

训练人群在≤77%HR_max强度下能通过PFC氧合代偿(O₂Hb增加6.8μmol)维持SA，但极强负荷时出现"脑力-体力资源争夺"现象。中枢疲劳早期出现提示CMDT可能通过Ⅲ/IV类传入神经反馈或谷氨酸累积等途径抑制运动皮层输出。

应用前景

该ICCT范式为：

• •

  运动员战术决策训练

• •

  军事人员负荷耐受评估

• •

  神经康复方案优化

  提供量化工具。未来可探索不同环境(如低氧)下该模型的适用性，并采用经颅磁刺激(TMS)进一步解析皮层兴奋性变化。

创新价值

研究首次实现：

1. 1.

   全身运动下秒级神经肌肉功能捕捉

2. 2.

   SA与疲劳参数的动态关联建模

3. 3.

   为"脑-肌对话"理论提供实证依据

局限与展望

未设置单纯运动对照组限制了对双任务成本的直接评估，未来可采用交叉设计。Mackworth任务可能涉及注意力多维度成分，需开发更纯粹的SA评估工具。深层脑区氧合变化需结合fNIRS等技术拓展。