运动经验并不会均匀地塑造注意灵活性:行为与神经证据

《Psychology of Sport and Exercise》:Motor Experience Does Not Uniformly Shape Attentional Flexibility: Behavioral and Neural Evidence

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月08日 来源:Psychology of Sport and Exercise 3.9

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   •运动经验与注意灵活性呈线性改善关系。•CNV(皮层负变)与运动经验呈非线性(U型)关联。•N2波幅在高任务要求下呈非线性变化。•Mu节律与运动经验无系统性关联。•神经适应具有选择性而非均匀性。引言注意在连接认知过程与其底层神经机制方面发挥着关键作用,尤其在需要快速适应环境变

  
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    运动经验与注意灵活性呈线性改善关系。
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    CNV(皮层负变)与运动经验呈非线性(U型)关联。
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    N2波幅在高任务要求下呈非线性变化。
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    Mu节律与运动经验无系统性关联。
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    神经适应具有选择性而非均匀性。

引言

注意在连接认知过程与其底层神经机制方面发挥着关键作用,尤其在需要快速适应环境变化需求的场景中(Posner & Petersen, 1990)。注意系统由执行不同但相互关联功能的若干子系统组成。在注意系统中,定向、警觉和执行控制等功能相互协作,共同支持灵活的行为(Kahneman, 1973)。在这些功能中,注意灵活性——即根据任务需求转移注意焦点并重新配置心理资源的能力——被认为是执行功能的核心组成部分(Cristofori et al., 2019; Miyake et al., 2000),通常通过任务切换范式进行评估(Monsell, 2003)。重要的是,注意灵活性在运动表现中至关重要,个体必须根据动态且不可预测的信息持续更新动作计划。在快节奏运动如乒乓球中,成功表现依赖于快速抑制预先准备的反应并将注意转向新相关线索的能力(Hung et al., 2004)。尽管拥有丰富运动经验的个体常被报道具有更优越的注意灵活性(Mann et al., 2007),但此类优势如何在不同水平的运动经验中呈现,以及行为表现的改善是否伴随着底层神经机制的系统性变化,仍有待澄清。
在运动情境中,注意灵活性不仅是一种抽象的认知能力,更是嵌入持续感知-动作循环中的功能性需求(Mann et al., 2007; Wolpert et al., 2011)。运动员经常需要在任务需求变化时抑制初始准备反应并迅速切换到替代动作,尤其是在反应性运动环境中(Boecker et al., 2013)。乒乓球是此类情境的典型范例,运动员必须根据快速变化的球轨迹和对手行为持续调整动作计划(Hung et al., 2004; Mann et al., 2007)。从认知角度看,这些要求将注意灵活性置于熟练运动表现的核心地位,使认知灵活性范式成为检验运动经验如何塑造高阶认知控制过程的理论充分且实验可控的方法(Kiesel et al., 2010; Miyake et al., 2000; Monsell, 2003)。
以往大多数研究运动员注意灵活性的工作通常聚焦于参与者抑制优势反应和执行相反反应的能力,行为结果一般表明运动员与非运动员相比具有更高的反应准确性和更快的反应时(RTs)(Furley & Wood, 2016; Voss et al., 2010)。为进一步阐明这些优势背后的神经机制,事件相关电位(ERPs)和振荡活动被广泛采用。在这些神经指标中,N2成分与解决刺激-反应冲突时的抑制控制和注意重新配置相关(Eimer, 1993; Schmajuk et al., 2006),而皮层负变(CNV)则与预期注意和运动准备过程相关(Brunia & Van Boxtel, 2001; Walter et al., 1964)。此外,Mu节律的调节被认为是运动员运动相关皮层加工的标志物(Babiloni et al., 2008, 2010)。Mu节律反映感觉运动皮层的功能状态,与动作执行和内部模拟过程密切相关(Pineda, 2005; Fox et al., 2016)。因此,与主要反映认知控制和准备过程短暂阶段的N2和CNV不同,Mu节律可能提供感觉运动对注意灵活性贡献的更稳定的神经指标。然而,关于运动经验调节这些神经标志物的结果仍存在不一致。一些研究报告运动员N2或CNV波幅增强,解释为执行控制或准备资源调用增强(Y. Chen et al., 2024; Di Russo et al., 2006),而另一些研究观察到波幅降低,暗示专家具有更高的神经效率或更自动化的加工(J. Chen et al., 2019; Di Russo et al., 2006)。Mu节律调节也报告了类似的不一致结果,证据既支持运动专业能力增加时活动增强,也支持活动不变(Babiloni et al., 2008, 2010)。
该领域文献的一个关键局限在于,运动经验通常被视为类别变量,最常对比专家和新手群体。尽管具有信息价值,但这种二元方法可能掩盖更细致的、依赖经验的神经参与模式。根据神经效率假说,神经激活不一定随专业能力单调增加,而可能在技能习得的各个阶段遵循非线性轨迹,如U型或倒U型模式(Neubauer & Fink, 2009)。与此观点一致,神经影像研究表明运动经验与预期和决策期间的脑活动之间存在非线性关联,中间水平的专业能力有时表现出最大的神经参与(Y.-H. Chen et al., 2020, 2023; Gardner et al., 2017)。综合来看,这些发现表明对运动经验进行连续化和基于模型的考察可能是必要的,以阐明注意灵活性及其神经机制如何随专业能力发展。重要的是,解决这一问题十分关键,因为类别比较可能不完整或误导性地描述专业相关的神经可塑性,尤其是可能忽略认知重组的过渡阶段。此外,澄清这种关系的功能形式对训练设计和人才发展具有重要启示,因为认知效益可能在专业水平间出现平台效应或质的变化,需要定制化的而非统一的训练策略。
鉴于上述考虑,本研究旨在考察运动经验如何塑造不同专业阶段中注意灵活性及其底层神经机制。我们采用多层次和连续的视角看待运动经验,使用经过修改的空间刺激-反应范式并设置分级任务要求来评估注意灵活性。我们进一步将连续回归分析与互补的三水平组间比较相结合,以检验运动经验的线性和非线性效应。我们假设,在需要注意转换的条件中,行为指标将随运动经验增加主要表现为线性改善,而与预期和执行控制过程相关的神经指标(即CNV和N2成分)将表现出与神经效率假说一致的非线性模式。此外,作为感觉运动加工指标的Mu节律活动预期对运动经验敏感。

章节摘要

参与者

我们在研究前进行了功效分析,针对3(组别数量)×2(测量次数)重复测量设计,使用G*power 3.1确定总样本量,预期效应量为0.25,代表标准的中等效应量(Cohen, 1988),显著性水平为0.05,目标功效为0.85。研究至少需要48名参与者。本研究共招募68名参与者,并将其分配至高、

初步分析:人口学变量控制与指标效度

在评估主要假设之前,我们进行了初步的层次多元回归分析,以确保人口学变量不会混淆我们的结果。年龄和性别被纳入回归模型的第一块,用于预测所有行为指标(反应时、准确率和切换成本)和神经指标(CNV、N2和Mu波幅)。结果表明,年龄或性别在所有因变量上均无显著主效应(所有p > 0.10;对于

讨论

本研究旨在考察运动经验如何影响注意灵活性,特别是在解决刺激-反应冲突的情境中。现有结果表明乒乓球运动员在认知方面具有优势,尤其是在困难条件下,并为长期运动训练在塑造专门的注意灵活性方面的作用提供了新证据。除行为表现外,与运动准备相关的神经机制以及

结论

综上所述,现有结果表明运动经验的增加与注意灵活性在行为水平和神经水平上的系统性变化相关。尽管行为表现随经验呈线性改善,但神经指标揭示出非线性的调节模式,突出了不同专业阶段神经参与的动态性质。这些结果表明,注意灵活性中的专业相关优势依赖于选择性的

作者贡献声明

卢英志:写作-审阅与编辑,方法学,经费获取。周清璨:可视化,概念化。高晓然:写作-初稿撰写。冯哲:监督指导,资源提供

伦理审批与参与知情同意

所有实验程序均经中国上海体育大学伦理委员会批准(2015003)。所有程序均按照《赫尔辛基宣言》进行。在参与之前已从所有参与者获得书面知情同意,其隐私权得到充分保护。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系,这些利益或关系可能对本研究报告的工作产生影响。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系,这些利益或关系可能对本研究报告的工作产生影响。

致谢

我们感谢受试者参与这些实验。本工作得到国家自然科学基金资助(编号:32471131)。
高晓然|周清璨|卢英志|冯哲
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