《Scientific Reports》：Assessment of resting-state prefrontal haemodynamic fluctuation characteristics in male university students who have received curling training using fNIRS technology
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本研究采用功能性近红外光谱（fNIRS）技术，比较了冰壶训练组与无冰壶训练经验组年轻成人前额叶皮层静息态低频血流动力学波动的振幅。共纳入42名右利手男性本科生（训练组21名，对照组21名）。fNIRS记录了22个前额叶通道10 min的静息态数据，取中间8 m
本研究采用功能性近红外光谱（fNIRS）技术，比较了冰壶训练组与无冰壶训练经验组年轻成人前额叶皮层静息态低频血流动力学波动的振幅。共纳入42名右利手男性本科生（训练组21名，对照组21名）。fNIRS记录了22个前额叶通道10 min的静息态数据，取中间8 min进行分析。以氧合血红蛋白（HbO）为主要指标，比较了三种振幅指数，即绝对值（ALFF）、参与者内标准化值（zALFF）和分数值（fALFF），并采用Benjamini-Hochberg校正及混合设计模型分析空间结构。第一，训练组整体前额叶ALFF较低，且无组别×通道交互作用，右侧额极通道CH13经校正后仍显著。第二，zALFF的组别×通道交互作用显著，表现为左侧背外侧通道CH17相对突出度增高、CH13呈边缘性降低；分解分析显示该差异由半球平衡而非前额叶各亚区间的分化所承载。第三，fALFF未见组间差异，脱氧血红蛋白（HbR）效应的方向与之相符。最后，探索性分析发现，训练年限达七年及以上的参与者在右侧腹外侧通道CH14表现出更高的相对突出度。由于本研究为横断面设计且未实施认知任务，上述结果均为关联性发现，其功能标签属候选性解释。
**研究背景与问题提出**
运动技能的获得依赖于大量专项练习，此过程在重塑肌肉骨骼系统与运动技能的同时，伴随中枢神经系统可测量的结构与功能差异。既有证据多来自任务态范式，并常以神经效率假说加以解释，即熟练者任务诱发激活更低或更具选择性，反映神经资源的经济化配置；相关任务态fMRI与EEG研究已在射击、高尔夫及武术等项目报告前额叶与运动皮层激活差异。然而，任务态范式捕获的是特定任务诱发的瞬时激活，难以刻画与长期训练史相关的更稳定、类特质属性，且神经效率假说所涉及的对象训练史远超本研究样本，静息态横断面振幅比较亦无法对其进行检验，故本研究仅将其作为文献背景而非检验框架。静息态测量提供互补视角，低频涨落振幅（ALFF）可概括某区域自发波动的强度，已被广泛用作经验相关标记；其衍生的参与者内标准化ALFF（zALFF）与分数ALFF（fALFF）分别去除总体水平与信号尺度差异。fNIRS因耐受运动、生态效度高且可覆盖前额叶，适合运动员静息态研究，但既有工作多集中于开放式或体能要求高的项目，对以策略规划、概率推理与抑制控制为主、体能负荷较低的认知策略驱动项目（如冰壶）尚缺乏描述。冰壶要求跨局规划策略、实时判读冰面、推断冰壶轨迹、抑制对手布局干扰并评估每投价值，这些需求对应前额叶亚区功能：额极皮层（FPC）负责前瞻性规划，背外侧前额叶（DLPFC）负责工作记忆与执行控制，腹外侧前额叶（VLPFC）负责抑制控制。冰壶训练者静息态前额叶血流动力学特征是否异于未训练者尚未被检验。为此，研究人员提出两项假设：（H1）训练组前额叶振幅指数存在区域特异性差异；（H2）振幅指数大小与训练年限相关；未对半球分布、绝对与相对振幅关系及具体差异通道作预设，超出检验H1、H2的分析均标注为探索性。
**主要技术方法**
采用横断面对照设计，以右利手男性本科生为对象，训练组来自哈尔滨体育学院冰雪运动专项学生，对照组为同校区未参与冰雪运动且从未接受系统冰壶或相关滑行项目训练者；样本量由便利抽样决定而非先验功效分析，初招训练组23人、对照组25人，按预设信号质量标准排除后各21人、共42人。使用BS-7000近红外脑成像系统（武汉智脑科技）双波长690/830 nm采集，采样率20 Hz后重采样至10 Hz；8源8探测器、源探间距3 cm，共22个前额叶通道，按10–20系统置帽，三维坐标数字化后经NIRS-SPM投影并依Brodmann概率图谱划分DLPFC、VLPFC、FPC、OFC四个区域×左右半球共八个感兴趣区。预处理按固定流程依次进行光密度计算、运动伪迹校正（移动标准差法，滑动窗0.5 s、阈值20 SD、振幅阈值5、掩蔽3 s，样条插值）、0.01–0.10 Hz无限脉冲响应带通滤波、线性去趋势及修正Beer-Lambert定律浓度转换（部分路径长度因子固定为1.0），取每段中间8 min稳态序列。以HbO为主要指标，计算0.01–0.08 Hz平均振幅为ALFF，参与者内z转换为zALFF，以0.01–0.08 Hz与全谱（至5 Hz Nyquist频率）振幅比值为fALFF（后者在关闭带通阶段的独立预处理中计算）；HbR作一致性检验。统计采用独立样本t检验（Levene检验显著时Welch校正）、Benjamini-Hochberg校正、混合设计模型（Greenhouse-Geisser校正）、协方差分析、2×2混合方差分析、置换检验及Spearman秩相关等。
**研究结果**
**ALFF均值比较结果**：通过全22通道平均ALFF比较发现，训练组整体前额叶振幅低于对照组（未校正均值10.93对13.74，单位为10
?3 mmol/L·mm，差值2.81，95% CI [0.54, 5.08]），相当于通道水平混合模型中组别主效应F(1, 40) = 6.23，p = .017，偏eta方 = 0.135，对应t(40) = ?2.50，d = 0.77；22个通道中19个方向为负，符号检验p < .001，平均通道效应量g = ?0.43，表明整体振幅组间差异存在并构成解读通道水平结果的背景。
**ALFF独立样本t检验结果**：通过逐通道比较HbO ALFF并经BH校正发现，仅右侧额极CH13存活，训练组振幅更低且效应量大，t(29.48) = ?3.67，p < .001，FDR-p = .021，Hedges' g = ?1.11，95% CI [?1.75, ?0.47]，其余通道均未存活。
**zALFF独立样本t检验结果**：通过在参与者内对22通道z转换后重复比较发现，两个通道存活且方向相反，CH13相对突出度降低（t(40) = ?3.11，p = .003，FDR-p = .038，g = ?0.94），左侧背外侧CH17升高（t(40) = 3.99，p < .001，FDR-p = .006，g = 1.21）；由于zALFF为ALFF的参与者内线性重标定，两项结果互为同一数据的互补视角，标准化使每人22值之和为零，故CH13与CH17结果被描述为单一分布模式。
**ALFF与zALFF通道比较的敏感性分析**：通过将两类比较合并为44个检验的单一族系发现，检验统计量、效应量及排序完全一致，仅校正p值不同；CH13 ALFF在两种框架及合并Bonferroni参照下均显著（FDR-p = .021、0.021，Bonferroni p = .042），CH17 zALFF在三种处理下均显著（FDR-p = .006、0.012，Bonferroni p = .012），CH13 zALFF由显著转为边缘（FDR-p = .038、0.0503），故其证据被表述为边缘性。
**两种全局偏移处理下的两个通道**：通过原始振幅、参与者内均值中心化及以其余21通道均值为协变量的协方差分析三种处理发现，CH17在原始振幅不显著（t(40) = 1.27，p = .211），均值中心化后显著（t(40) = 3.67，p < .001，FDR-p = .016），协方差分析显著（F(1, 39) = 9.62，p = .004，偏eta方 = 0.198）；CH13原始振幅显著（FDR-p = .021），均值中心化后未通过校正（FDR-p = .101），协方差分析显著（F(1, 39) = 6.71，p = .013，偏eta方 = 0.147）；因两通道证据不完全一致，故分别报告。
**区域特异性检验结果**：通过三个以组别为被试间因子的混合设计模型发现，模型1（通道为22水平被试内因子）中绝对振幅组别主效应显著（F(1, 40) = 6.23，p = .017，偏eta方 = 0.135）但无组别×通道交互（F(4.49, 179.7) = 1.62，p = .163），标准化振幅上组别主效应不可估计而组别×通道交互显著（F(9.45, 378.0) = 2.01，p = .034，偏eta方 = 0.048）；模型2（八个半球×区域感兴趣区为单一因子）重现该模式；模型3将该因子分解为区域与半球成分后显示，标准化振幅上组别×区域不显著（F(2.43, 97.0) = 2.35，p = .091）而组别×半球显著（F(1, 40) = 4.13，p = .049，偏eta方 = 0.094），三阶交互不显著，故模型2的交互由半球成分而非四区域间差异承载，研究人员优先报告模型3并将分布差异描述为半球平衡差异。
**感兴趣区水平ALFF与zALFF的ROI比较结果**：通过八个区域的BH校正比较发现，绝对振幅上右侧FPC（t(40) = ?2.87，p = .007，FDR-p = .044，d = 0.89）与右侧DLPFC（t(40) = ?2.67，p = .011，FDR-p = .044，d = 0.82）存活且训练组更低；标准化振幅上左侧DLPFC升高（t(40) = 3.24，p = .002，FDR-p = .019，d = 1.00）、右侧FPC降低（t(40) = ?2.64，p = .012，FDR-p = .046，d = 0.82）；右侧FPC为唯一在两种指数上均存活的区域，右侧DLPFC仅在绝对振幅存活且其通道CH6、CH21均未通过通道水平校正（FDR-p = .098与0.148），属区域水平观察。
**BMI与年龄对fNIRS结果的影响**：通过以BMI和年龄为协变量的协方差分析发现，所有主效应均以极小衰减存活，整体振幅仍较低（F(1, 38) = 5.84，p = .021，偏eta方 = 0.133，校正均值10.85对13.83），CH13绝对振幅（F(1, 38) = 11.98，p = .001，偏eta方 = 0.240）、CH13标准化振幅（F(1, 38) = 7.88，p = .008，偏eta方 = 0.172）与CH17标准化振幅（F(1, 38) = 10.72，p = .002，偏eta方 = 0.220）均保持显著，两协变量均无贡献，BMI与整体振幅在全样本（r = .19，p = .237）及各组内（r = ?.02、.25，p > .27）均无关，表明体成分与年龄不能解释组间差异。
**fALFF独立样本t检验结果**：通过在运动校正与线性去趋势但省略带通阶段的数据上计算fALFF发现，无通道显示组间差异（未校正p ≥ 0.087，校正后FDR-p ≥ 0.953），CH13（t(40) = ?0.43，p = .667，g = ?0.13）与CH17（t(40) = ?0.20，p = .840，g = ?0.06）效应可忽略，22通道fALFF效应量与ALFF效应量无关（r = .11，p = .617）；因fALFF个体间变异较小（通道内变异系数中位数约19%对ALFF约47%）且两者输入不同，该结果被表述为未检出差异而非无差异证据。
**HbR ALFF与HbR zALFF独立样本t检验结果**：通过相同预处理与校正族的重复比较发现，两种指数均无通道通过BH校正，但通道效应模式与HbO高度一致，方向在22通道中17个一致（符号检验p = .017），效应量图正相关（ALFF r = .79，zALFF r = .73），CH13与CH17方向一致而幅度较小；因通道非空间独立，该相关仅作描述，HbR分析作为一致性检验而非独立确证。
**半球分布（探索性）**：通过按半球分别平均各区域内通道（排除中线CH4、CH19，每半球10通道）并进行2×2混合方差分析发现，组别×半球总交互在两种指数上均显著，训练组接近对称并略偏左、对照组偏右，标准化振幅左减右差值训练组+0.05、对照组?0.26，组间差0.30，95% CI [0.002, 0.605]；按区域以DLPFC交互最大（标准化F(1, 40) = 6.56，p = .014，置换p = .013；绝对F(1, 40) = 6.75，p = .013），但未通过四区域BH校正（FDR-p = .057与0.052），FPC方向相同未达显著，VLPFC与OFC无交互；DLPFC侧化指数LI收敛（t(40) = 3.08，p = .004，FDR-p = .015，g = 0.93）。补充的同源通道配对分析显示CH17–CH21与CH10–CH13两对交互在两种指数上均通过校正，因CH13、CH17已被识别，该分析为同一效应在侧化框架下的重述而非独立确证，其价值在于定位区域效应完全由CH17–CH21对承载。
**训练年限与运动等级的组内关联（探索性）**：通过仅在训练组内（n = 21）以Spearman秩相关为主要估计量、四个族系各按22通道BH校正发现，仅CH14（右侧VLPFC）zALFF与训练年限正相关存活（rho = 0.631，p = .002，FDR-p = .044，bootstrap 95% CI [0.28, 0.84]）；协变量分析显示训练年限与年龄（rho = 0.48，p = .030）及运动等级（rho = 0.54，p = .012）相关，而二者与CH14无关，偏相关略增（控制年龄0.65、控制等级0.62、二者均控制0.66）；多种估计量复现（Pearson r = .60，Kendall's tau = 0.49，百分比弯曲相关0.63，Theil-Sen斜率0.153），三名超过Cook's D 4/n = .19的参与者均训练七年以上，逐一剔除后系数介于0.58–0.69，同时剔除三人后仍显著（n = 18，rho = 0.52，p = .027）；分层分析显示训练少于七年亚组（n = 14，rho = 0.15）与七年及以上亚组（n = 7，rho = 0.22）内关联均近零，而两亚组水平差异显著（CH14 zALFF ?0.64 ± 0.48对0.58 ± 1.11，Mann-Whitney U = 9.0，p = .002，置换p = .002，g = 1.58），以七年及以上二分指标替代年限后关联至少同样强（rho = 0.67，p = .001），表明关联呈阶梯状而非连续梯度。
**探索性未校正结果**：通过报告未存活校正的结果发现，绝对振幅上CH6、CH3、CH14、CH5、CH21、CH20在未校正水平与CH13同向差异（未校正p 0.009–0.047），CH16、CH17、CH19数值上更高但未达显著；相关分析中CH11在两种指数上与训练年限负相关（zALFF rho = ?0.431，p = .051；ALFF rho = ?0.443，p = .045），CH19与CH15在绝对振幅上与运动等级相关（rho = +0.571，p = .007；rho = ?0.472，p = .031）；CH14 zALFF的阶梯在五年（p = .0003，d = 1.53）、四年（p = .027，d = 1.01）及三年（p = .054，d = 0.90）各可行切点方向一致，提示稳定水平差异而非边界人为产物；亚组内设计仅能检出极大关联，近零系数提示证据不足而非无梯度；HbR上CH19两种指数、CH16标准化指数未校正差异，均未存活校正。
**讨论部分总结**
讨论部分首先概述关键发现：组间差异可分离为两种成分。第一成分为整体水平差异，训练组测得前额叶振幅较低，差异在绝大多数通道同向，组别主效应在两个混合设计模型中均显著，且绝对振幅上组别×通道与组别×区域交互均未接近显著，故不支持将该差异描述为区域特异；第二成分为分布差异，参与者内标准化去除整体偏移后组别×通道交互显著，CH13降低与CH17升高两通道反向存活，二者在协方差分析中亦存活，区域因子分解显示该差异由半球而非区域承载。随后，作者综合ALFF、zALFF与fALFF的信息指出，最简约的解读是CH13同时承载整体与分布成分而CH17仅承载分布成分，fALFF无差异提示训练组的降低分布于整个测量频谱而非局限于低频带；该现象与血流动力学波动振幅变异、光极耦合程度、光路长度或颅外信号贡献乃至体成分差异均相符，因缺乏短间距通道与外周生理记录无法区分，故绝对振幅成分的解读须顾及此局限，而标准化消除了所有影响被试整体数据阵列的因素，分布成分受累较小，但CH13位于右侧额极、邻近发际线，仍存在位点特异耦合质量隐患，敏感性分析正是针对此点。右侧FPC为唯一在两种指数上均经校正存活的感兴趣区，支持区域水平结论；右侧DLPFC仅在绝对振幅存活且其通道未存活，系区域平均降低通道噪声所致。作者进一步解释三项不显著结果并不矛盾：绝对振幅上交互缺失源于广谱偏移被组别主效应吸收；fALFF无差异源于分子分母同步变化的比值特性；HbR校正后无差异与当前样本量下该色团信噪比较低相符，且HbR结果提供了正面信息，即方向在多数通道与HbO一致、效应量图高度相关，符合真实空间效应经较低信噪比信号测量时的预期，双成分模型可解释上述四种模式而“CH13单一局部降低”模型不能。在候选功能解释中，作者强调未实施认知任务，规划、工作记忆、执行控制与反应抑制均未测量，本节解释系由通道解剖位置向既有功能的反向推断（reverse inference），仅作候选解释：右侧额极CH13相对突出度降低可解读为重复专项练习使跨时间策略规划更趋程序化，亦可解读为失用性下降或特定个体更易入项与留存；左侧背外侧CH17升高可解读为工作记忆、目标维持与言语介导策略沟通区域贡献增大，亦可解读为适应不良的去抑制或他处降低的算术补偿，现有数据无法区分，检验需同步测量规划、工作记忆与抑制表现及纵向设计；因标准化使各值之和为零，将CH13与CH17描述为加工资源再分配虽与数据相容但未被证明，互易性系测量属性，证明再分配需以绝对振幅开展参与者内纵向设计。关于半球分布，作者明确H1、H2均未预测半球模式，该解释系检视结果后构建、仅具假设生成性质，并指出若DLPFC效应为右偏，冰壶视空间需求亦能提供同样现成的解释，故事后侧化推理确证价值有限；半球结果在总水平强于单个区域水平，区域水平交互均未通过校正，三阶交互不显著，21人/组的非显著项提示证据不足而非一致性证据，故数据确立组间半球平衡差异但未确立其在前额叶阵列内的集中位置；DLPFC效应完全由CH17–CH21对承载仅为描述而非定位主张；左DLPFC与言语及序列策略加工、目标维持和规则编码相关，右VLPFC与显著性监测、注意重定向和非言语反应抑制相关，冰壶包含大量队员间言语介导的策略沟通及对对手布局与冰况的持续监测，观察方向与之相容但相容性标准较弱；作者还提出可被否证的情境，并说明全部参与者为右利手，利手不构成所观察不对称的替代解释。关于CH14的组内关联，作者指出其为四个探索性族系中唯一存活的相关，分层分析显示呈阶梯而非梯度，七年为观察分布中的空缺处、各可行切点方向一致、剔除全部三个强影响点后仍存，且不可归因于年龄或竞技成就；两种候选时间结构（转变后稳定与持续累积）中阶梯更符合前者，但亚组样本量（14与7）使亚组内近零系数提示证据不足而非确立无梯度，训练年限以整年计未捕捉累积时数、历史强度、中断、起始年龄、比赛暴露与训练质量，不能视为训练剂量；起始年龄未记录，以当前年龄减训练年限所得替代估计未报告，因其预设不间断训练且为模型中两变量的线性函数；亚组边界系检视影响诊断后确定属事后，且CH14无相应组间差异；横断面关联亦无法区分训练中累积与影响留存的既存差异，区分需纵向测量并招募训练年限连续分布的样本，故该观察作为假设而非阈值模型证据提出。在替代解释方面，作者逐一讨论体成分（训练组BMI较低且标准化差异中等、低于本样本可检出下限，BMI与脂肪影响头皮颅骨厚度进而影响光路长度并关系全身血管特性，与绝对振幅差异同向，故为第一成分的特异可信替代解释并被直接检验，纳入协变量后所有主效应完好且协变量无贡献，全样本与组内BMI均与整体振幅无关，但BMI为粗代理且脂肪、颅骨厚度与头皮灌注未直接测量、部分路径长度因子固定为1.0，绝对振幅携带无法恢复的个体化缩放；第二成分因标准化去除任何整体缩放因素而不受此威胁）、自我选择（横断面设计不能分离训练相关适应与入项及留存前既存特征，该解释与全部发现相容且无一被排除）、一般运动参与（对照组未匹配一般运动暴露，日常体力活动、有氧适能与参与其他项目未量化，故无法区分冰壶特异认知需求与一般运动参与，确立特异性需体能匹配而认知需求不同的运动员对照）、全身与颅外贡献（头皮血流、呼吸、心率与血压变异均参与静息HbO波动且未测量或去除，故结果指标始终表述为fNIRS测得的前额叶静息态血流动力学波动而非神经活动的直接测量）。局限部分涵盖设计（横断面、单机构便利抽样、无先验功效分析，敏感性分析表明仅d ≥ 0.89的大效应在80%功效与alpha = 0.05下可检出，置信区间相应较宽，人口学比较无显著差异不能确立匹配）、样本（每组21人、仅右利手男性本科生限制外推，运动等级分布极不平衡仅3人在二级以上，其零结果不应解读为无关）、组别定义（纳入阈值为一年连续专项训练、每周2–3次，年化约为150–230 h累积专项练习，实际均值4.24年约合660–990 h、最长10年约合1600–2300 h，且为假设全年不间断的上界而非测量值，样本宜描述为训练者而非精英，21人中7人无国家等级，研究不定位为对以更大训练史人群校准的专长框架的检验）、测量（fNIRS仅及浅层皮层，基底节、丘脑与小脑等不可及，探头仅覆盖前额叶，空间分辨率有限且解剖归属为概率性）、信号质量（无短间距通道与外周生理记录，质量控制由采集软件实施且仅提供被试水平排除，保留被试的低质量通道进入通道水平分析而区域平均仅用有效通道，因软件不支持保留被试内单通道排除，故未能进行将标记通道设为缺失的敏感性分析）、解释（未采集行为或认知测量且无法回溯补充，静息态数据于6月初学年与训练年结束时采集，训练组已离开宿主机构且仅约三分之一可联系，数月后行为分数只能以行为与血流动力学测量在该间隔内稳定为假设与静息态数据关联，故所有功能归因均为基于通道位置的反向推断并作为假设呈现，侧化分析、混合设计模型、fALFF与HbR比较及所有敏感性分析均非预设而属探索性）。未来研究方向部分，作者明确这些结果不支持将静息态前额叶振幅用于运动员选拔、天赋识别或训练监控，因研究无预测建模、无个体水平分类、无外部验证、无重测信度数据且无竞技表现测量；并提出五个方向：跨训练阶段的纵向重复测量以区分两种时间结构并在参与者内以绝对振幅检验再分配、更大样本与更完整训练史分布及体能匹配运动员对照以评估特异性、同步测量规划工作记忆与抑制表现以将功能解释转为可检验预测、量化体成分体力活动与有氧适能以分离整体振幅差异与全身生理差异、以及采用短间距通道与同步生理记录以分离皮层与颅外贡献（被视为此类工作最重要的单一测量改进），此外结构化训练史工具与训练年限连续分布的样本可区分阶梯与梯度，支持保留被试内单通道排除的分析流程可检验通道水平结果对更严格质控规则的稳健性。
**研究结论翻译**
采用fNIRS测量的静息态前额叶血流动力学波动在冰壶训练组与无冰壶训练经验组年轻成人之间以两种可分离的方式存在差异。训练组整体测得前额叶振幅较低，且该成分广泛分布而非区域特异。叠加于其上，振幅在测量阵列上的分布亦不同，表现为右侧额极CH13相对突出度较低、左侧背外侧CH17相对突出度较高；感兴趣区因子分解显示该分布差异由半球平衡而非前额叶各区域间分化所承载。由于设计为横断面，上述结果为关联而非训练效应；由于未实施认知任务，归属于这些区域的功能为候选解释而非已测量过程；由于无短间距或生理记录，整体振幅差异不能有把握地归因于皮层来源，尽管在将体成分与年龄作为协变量纳入时该差异未由其解释。在此范围内，本研究作出两项贡献：其一，首次描述与冰壶这一此前未以此方法考察的低负荷、策略驱动项目训练相关的前额叶静息态振幅特征；其二，在单一数据集中表明绝对振幅与参与者内标准化振幅支持不同的空间结论，且合并的区域×半球因子可产生经分解后仅归因于半球的交互作用。两项观察均支持在报告两种振幅指数的同时报告整体水平，并以分解的总括模型检验空间结构，而非从通道水平显著性的模式推断空间结构。
