个体间节律性运动协调的神经机制:一项近红外的研究

来源 :第十一届全国体育科学大会 | 被引量 : 1次 | 上传用户:alex136629
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研究目的:个体在进行日常活动时参与活动的身体部分也会进行相应的协调和组织,这一过程被称为动作协调,人类的日常活动中运动协调对个体发挥着重要的作用。实际上,动作协调不仅发生于个体内部,同样也发生于个体之间,是很多团队竞技运动的基础。根据自组织理论,个体间动作协调的相位模式分为对称和交替模式。已有行为证据表明,相比于对称模式,交替模式下的动作协调更加不稳定并难以维持。在神经层面上,前辅助运动区(pre-SMA)和顶下回(IPL)在个体内动作协调中发挥着重要的作用,然而,二者在个体间动作协调时的激活模式尚不清楚。因此,本研究选取pre-SMA和IPL作为兴趣区,要求参与者在相同节律下进行三种不同模式摆腿任务,同时,采用近红外光谱(f NIRS)探究不同相位模式下兴趣区激活程度的差异。研究方法:本研究采用修正的个体间动作协调实验范式,要求30名参与者(男性6对,女性9对)在1Hz频率下进行三种模式的摆动小腿任务(单独摆腿,双人对称/交替摆腿),并使用采样频率为7.81Hz的功能近红外光谱成像仪(f NIRS)监测个体不同摆腿任务时的血流动力学指标。实验过程中,两名被试(A和B)相距1 m,面向相同的方向,分别坐在改装后的椅子上(高1 m),要求他们按照屏幕呈现的不同模式进行摆动小腿任务,同时使用周边视野区观察彼此的动作。整个实验分为三个部分:(1)A单独摆腿;(2)B单独摆腿;(3)双人共同摆腿,每个部分包括16个blocks,其中双人共同摆腿阶段包含对称模式和交替模式各8个blocks,这两种模式随机呈现。每个block持续5s,被试需要按照1Hz的频率和指定的模式摆动小腿,每个部分之间有30s的休息时间。近红外光谱研究设计中,我们按照10/20导联系统和兴趣区的选取(SMA和IPL),在被试的右侧额顶区域放置两套3x5的探头组合,形成22个通道,中心位置为C4点,对收集的氧合血红蛋白(Hb O)数据进行分析。我们通过变异系数(CV%)对每个被试的所有通道的信号质量进行检测和筛选,剔除变异系数大于15%的通道。基于MATLAB的HomER2工具包对采集到的光信号数据进行处理,首先采用运动伪迹矫正算法(MARA)检测出大于平均值3个标准差的采样点并进行矫正。随后,通过带通滤波(0.01-0.15Hz)剔除高频噪音和头动等伪信号。根据修正的Beer-Lambert定律,将光学数据转化为血氧浓度信号。最后,以-2-0s为基线,对所有被试的氧合血红蛋白浓度进行平均。之后,利用SPSS 22.0完成进一步的统计分析。研究结果:将大脑偏侧作为组间变量与兴趣区和摆腿条件进行2(偏侧:同侧和对侧)x2(兴趣区:右侧pre-SMA和右侧IPL)x3(摆腿条件:单独摆腿,对称摆腿和交替摆腿)方差分析,结果表明:交替摆腿任务的激活程度大于对称摆腿和单独摆腿,差异呈边缘显著。而对称摆腿的激活程度大于单独摆腿,但是差异不显著。其他主效应及交互作用不显著。虽然本研究没有得到大脑偏侧的主效应,也没有得到与大脑偏侧相关的交互作用,但仍然对摆腿模式是否可能由偏侧所驱动感兴趣。为了进一步探究对侧和偏侧对于摆腿条件主效应的影响,本研究分别在两种偏侧下进行方差分析。在同侧大脑皮层中,2(兴趣区:右侧pre-SMA和右侧IPL)x3(摆腿条件:单独摆腿,对称摆腿和交替摆腿)的重复测量方差分析显示,摆腿条件的主效应不显著,三种摆腿条件之间没有显著的差异。其他主效应及交互作用不显著。而在对侧大脑皮层中,2(脑区:右侧pre-SMA和右侧IPL)x3(摆腿条件:单独摆腿,对称摆腿和交替摆腿)的重复测量方差分析显示,摆腿条件的主效应显著,其他主效应及交互作用不显著。与对称或单独模式相比,交替模式下兴趣区的激活要强烈得多,但是对称摆腿与单独摆腿的激活程度没有显著差异。研究结论:我们的结果表明个体间的动作协调涉及到对侧pre-SMA和对侧IPL区域。这与自组织理论相一致,交替模式下的人际间动作需要更多认知资源的参与。此外,对称模式的较低激活程度可能意味着较高的自动化加工模式,对认知资源的需求程度并不高。
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