高水平运动员运动认知加工的脑网络连接模式研究

Motor cognitive processing consists of trial by trial search, cue-based contextual reasoning and error processing.The motor skill levels of athletes correlate positively with motor cognitive processing abilities. Behavioral indicators and cerebral activity have been widely reported in existed studies to explore motor cognitive processing, whose relation to network connectivity was barely discussed. The study on network connectivityof motor cognitive processing show theoretical and application value in the way it enables us to make clear the working mode of the brain in compound movement situations and to understand the features of cognitive processing comprehensively. Cognitive processing involves connectivity within and between two cognitive control networks: a fronto-parietal network for trial by trial control and attention allocation, and a cingulo-opercular network for maintaining task sets and the adjustment of control following errors. In the present study we will examine the crucial factor of cognitive processing by analysing the behavioral data and related network connectivity in high-level athletes who watch basketball videos demonstrating different cognitive processing phases, ie., the visual search of moving direction of multiple model players, the respond accuracy of defenders under 2 versus 1 attacking mode, and the anticipation of free throw accuracy. The results will provide empirical evidence for motor cognitive processing and theoretical guidance for athlete training.

运动认知加工包括逐线索搜索、根据线索的情境推理以及错误识别等阶段。运动员运动技能水平与运动认知加工能力呈正相关。目前运动心理学多从行为指标或者不同脑区激活程度进行分析，而没有探讨运动认知加工和脑网络连接间的关系。运动认知加工的脑网络连接模式研究可使我们更清楚认识复杂运动环境下大脑工作模式，也可使我们更全面了解认知加工的特点，有理论和实际应用价值。认知加工涉及额-顶网络和扣带-鳃盖网络等系统的相互连接与作用。额-顶网络负责逐线索控制、注意资源分配，而扣带-鳃盖网络负责任务相关目标维护和根据错误对控制进行调整。本研究以篮球项目为例，通过对高水平运动员在观看运动认知加工不同阶段，即多名运动员跑动方向的搜索、2对1进攻模式下防守队员反应正确性等视频时的行为数据以及相关脑网络连接模式的探讨，分析决定运动认知加工的关键因素，为运动训练实践服务，更为运动认知加工理论提供实践依据。

人的大脑如何实现复杂运动环境下的认知加工是当前运动心理学研究的热点问题之一。长期运动训练不仅使高水平运动员具备超强的运动技能水平，还具有超高的运动认知加工能力，但目前相关神经生理机制尚不清楚。.本课题组通过5个实验对长期运动训练导致脑结构和功能的改变以及脑网络连接的改变及其意义进行研究，探讨影响运动认知加工的关键因素。.1..通过比较不同运动员的大脑灰质结构，发现不同运动员大脑结构存在项目特异性，表明运动员具有与自身运动水平相一致的运动认知加工能力与运动相关大脑结构的改变有关。.2..对运动员的运动皮层兴奋性的经颅磁刺激研究发现，长期训练后运动皮层兴奋性和抑制性都有所增加，表明运动员运动皮质兴奋和抑制性之间存在持续平衡是长期运动训练使运动员运动技能和运动认知加工能力得以增长的重要原因。.3..对篮球运动员静息态功能网络的研究发现，运动员在默认模式网络、凸显网络和执行控制网络中显示更强的连通性，表明这三个网络与高水平运动员具有超高的运动认知加工能力有关。.4..采用功能性磁共振，对篮球运动员在多目标追踪任务的视觉搜索能力研究发现，运动员与非运动员相比，额顶网络脑区的激活程度更大，显示两者差异是因为视觉感知能力不同造成的。.5..对篮球运动员在篮球运动情境的推理能力的功能性磁共振研究发现，运动员与非运动员相比，突显网络相关脑区的激活程度更大，显示突显网络与运动员具有较好的运动推理能力有关。.通过以上实验，我们证实了运动员相比非运动员具有更好的运动认知加工能力，而这种能力与其结构和功能的在网络层面的改变密切相关。该研究成果可以为运动训练以及运动选材起到指导作用，也可以应用在临床康复医学中。.本课题组按照任务书的要求完成课题的全部实验，并培养了3名硕士（已毕业），发表SCI论文2篇，发表核心期刊1篇。并且本课题组在已有工作基础上，继续开展运动训练与运动认知加工关系的神经机制方面的后期研究。