优秀自由式滑雪空中技巧运动员运动专项运动想象的脑电相干性特征

《Frontiers in Neuroscience》：EEG coherence signatures of sport-specific motor imagery in elite freestyle skiing aerials athletes

　　

摘要

目的：本研究表征了优秀自由式滑雪空中技巧运动员在运动专项运动想象期间的脑电相干性，并试图识别可能支持复杂空中动作内部模拟的协调神经振荡动态。方法：来自中国国家自由式滑雪空中技巧训练队的14名运动员完成了一项运动专项运动想象任务。该任务结合了高、低难度动作线索，以及匹配或不匹配的助滑视频。在想象阶段记录脑电活动。以Fz作为种子电极，分析了Fz与额区、中央区、颞区、顶区和枕区代表性电极之间在θ、低α和高α频段的相干性。同时考察了行为表现和主观想象评分。结果：在行为层面，高、低难度动作在匹配判断准确率或想象完成时间上无显著差异。在脑电层面，高难度想象在右半球连接上诱发了更强的θ频段相干性。正确判断与更高的高α相干性，以及右侧额区Fz-F4和右侧顶区Fz-P4连接上θ相干性的显著增加相关。探索性相关分析显示，在高难度想象期间，Fz-F4 θ相干性与自编想象自评总分呈负相关。结论：自由式滑雪空中技巧运动员的运动专项运动想象可能构成一个复杂的内部模拟过程，运动员利用助滑和起跳线索来预测、组织和细化后续空中动作。Fz-F4和Fz-P4的θ相干性以及α频段相干性在传感器水平上表现出条件相关差异，但这些发现应被视为初步的脑电相干性特征，而非想象质量或成功运动专项判断的既定神经标记。

论文解读：自由式滑雪空中技巧运动员运动专项运动想象的脑电相干性研究

一、研究背景与问题

自由式滑雪空中技巧是一项技术难度极高的冬季运动项目，运动员需要在极短的时间窗口内完成高速助滑、起跳、多周翻腾与转体以及稳定落地。这一过程要求运动员综合运用助滑速度、起跳姿态和空中身体朝向等信息，预测后续动作并组织多阶段技术序列，形成稳定的内部表征。然而，受场地条件、受伤风险和训练负荷管理等因素限制，运动员无法随时进行雪上跳跃训练。运动想象作为一种心理训练手段，能够在无实际运动输出的情况下模拟动作过程，为运动员提供补充训练途径。有效的运动想象应保留实际运动的功能特征，包括身体、环境、任务、时间、学习、情绪和视角等要素，这正是运动专项想象模型（如PETTLEP方法）的核心原则。

目前，大多数脑电（EEG）运动想象研究集中在简单的手部或足部运动、康复相关想象或一般运动情境，对于精英冬季项目运动员如何利用生态相关的运动专项线索构建复杂全身动作的具身内部模拟，研究甚少。自由式滑雪空中技巧动作包含多个阶段、高速动力学和严格的时间约束，高难度动作需要更复杂的翻腾与转体序列编码，而线索-视频匹配则要求运动员利用助滑和起跳信息预测空中动作是否与线索一致。因此，探讨想象阶段Fz相关θ和α频段相干性，可检验运动专项动作模拟、预测相关控制和抑制性稳定是否能在精英运动员群体中表现为传感器水平的脑电相干性特征。

二、研究设计与方法

研究人员从中国国家自由式滑雪空中技巧训练队招募了14名运动员（12男2女，平均年龄20.42±3.63岁），均具备至少3年训练经验（平均训练年限8.42±4.18年），达到国家一级运动员及以上水平。实验刺激选自温哥华、索契和平昌冬奥会空中技巧比赛视频，由5名专家对动作难度进行独立评分（5点量表），高难度动作平均评分4.58±0.19，低难度动作平均评分1.44±0.20，组内相关系数ICC(2,k)=0.980，显示专家评分具有极佳信度。最终确定40个视频（男女各10个高难度和10个低难度动作）。实验采用线索-视频匹配范式：每试次先呈现1500ms动作线索（如"直体后空翻接后空翻两周转体接后空翻一周转体"），随后呈现4000ms助滑至起跳瞬间的视频，之后播放空白屏幕，运动员需在内心完成线索所指示的空中动作，并按下空格键表示想象完成（记录想象完成时间），随后在3000ms内进行线索-视频匹配判断（F键匹配，J键不匹配）。实验共90个试次，高、低难度动作均衡分布。脑电数据使用64导BrainAmp系统记录（采样率1000Hz，FCz参考，AFz接地），离线处理采用平均乳突参考、1-40Hz带通滤波、50Hz陷波，并使用独立成分分析（ICA）去除眼动和肌电伪迹。想象阶段分析窗口为视频结束后的500-2500ms。以Fz为先验种子电极，计算其与F3、F4、C3、C4、T7、T8、P3、P4、O1、O2十个目标电极之间的幅度平方相干性，分别在θ（4-7Hz）、低α（8-10Hz）和高α（11-13Hz）三个频段进行分析。统计方法包括重复测量方差分析（2半球×5区域×2动作难度×2判断结果）和探索性皮尔逊相关分析，采用Benjamini-Hochberg错误发现率（FDR）校正。

三、主要研究结果

3.1 行为结果

配对样本t检验显示，高、低难度动作在动作识别准确率上无显著差异（低难度0.52±0.21，高难度0.57±0.14，p=0.416），在想象完成时间上也无显著差异（低难度3569.18±1176.52ms，高难度3754.64±1054.41ms，p=0.594）。两种条件下的准确率均略高于名义机遇水平0.50。

3.2 脑电结果

高α频段：重复测量方差分析显示判断结果主效应显著，F(1,13)=13.602，p=0.003，ηp2=0.511，正确试次的高α相干性高于错误试次（0.294 vs. 0.236）。区域主效应显著，F(4,52)=51.806，p<0.001，ηp2=0.799。半球和动作难度主效应均不显著。

低α频段：仅区域主效应显著，F(4,52)=65.572，p<0.001，ηp2=0.835。判断结果主效应未达到预设显著性阈值（p=0.054），未解释为显著表现效应。

θ频段：区域主效应显著（F(4,52)=76.641，p<0.001，ηp2=0.855），动作难度主效应显著（F(1,13)=5.132，p=0.041，ηp2=0.283），判断结果主效应显著（F(1,13)=9.541，p=0.009，ηp2=0.423）。半球×动作难度交互作用显著（F(1,13)=6.829，p=0.021，ηp2=0.344），简单效应分析显示右半球连接上动作难度效应显著，F(1,13)=15.960，p=0.002，ηp2=0.551，高难度想象的θ相干性高于低难度（0.167 vs. 0.133）。区域×半球×判断结果三向交互显著（F(4,52)=3.650，p=0.011，ηp2=0.219），简单效应分析显示右侧额区Fz-F4连接（F(1,13)=8.664，p=0.011，ηp2=0.400）和右侧顶区Fz-P4连接（F(1,13)=5.826，p=0.031，ηp2=0.309）在正确试次中的θ相干性显著高于错误试次。

3.3 相关分析

探索性相关分析显示，在高难度想象条件下，Fz-F4 θ相干性与自编想象自评总分呈显著负相关，r=-0.627，p=0.029（FDR校正后），95% CI [-0.880, -0.287]。其余11个相关未通过FDR校正。

四、讨论与结论

本研究将自由式滑雪空中技巧的运动专项运动想象视为具身预测模拟过程，而非一般性的动作回忆。高难度动作诱发的更强Fz-右侧目标电极θ相干性，可能反映了复杂空中想象需要更强的内部动作模型控制和更新。正确判断伴随的更高Fz-F4和Fz-P4 θ相干性，可能反映了任务目标维持、动作序列监控和线索-动作比较的增强。高α相干性在正确判断中的选择性增加，支持了上α频带与任务特异性认知处理和抑制性稳定相关的理论。Fz-F4 θ相干性与主观想象评分之间的负相关，可能提示高技能运动员更高效的动作图式获取或补偿性控制策略，但这一解释需谨慎对待。

研究识别出Fz-F4和Fz-P4的θ相干性以及高α相干性作为初步的传感器水平脑电相干性特征，但不应视为想象质量或成功判断的既定神经标记。行为准确率仅限于略高于机遇水平，相关分析为探索性且经FDR校正，正确与错误判断的脑电对比需在更大样本和更强行为表现中重复验证。未来的研究应采用对零滞后耦合不敏感的方法（如虚部相干、相位滞后指数等），并开展纵向想象训练干预以检验因果方向。