戴 雯，張 劍，譚曉纓

乒乓球和羽毛球運(yùn)動員大腦可塑性差異比較

戴 雯，張 劍，譚曉纓

研究目的：長期系統(tǒng)化的運(yùn)動訓(xùn)練會導(dǎo)致大腦運(yùn)動皮層可塑性改變。在大腦層面上研究和分析項目間的特性，不僅能幫助運(yùn)動員和教練更精確地了解專項技術(shù)特點(diǎn)，更能為訓(xùn)練效果的評價提供客觀生理指標(biāo)。研究方法：研究選用乒乓球和羽毛球項目中常用主動肌第1骨間背側(cè)肌和橈側(cè)腕伸肌，通過單脈沖經(jīng)顱磁刺激刺激大腦初級運(yùn)動皮層，產(chǎn)生運(yùn)動誘發(fā)電位（MEP），以此評價大腦運(yùn)動皮質(zhì)興奮性水平。結(jié)果：乒乓球運(yùn)動員第1骨間背側(cè)肌的MEP振幅和斜率顯著高于對照組，羽毛球運(yùn)動員橈側(cè)腕伸肌的MEP振幅和斜率顯著高于乒乓球組和對照組。結(jié)論：長期、系統(tǒng)的運(yùn)動訓(xùn)練“有選擇性”地增加主動肌肉對應(yīng)區(qū)域的運(yùn)動皮層興奮性，能提高皮質(zhì)內(nèi)神經(jīng)募集水平，幫助運(yùn)動員更好地完成動作輸出。

運(yùn)動技能；經(jīng)顱磁刺激；大腦可塑性；運(yùn)動皮質(zhì)興奮性；運(yùn)動誘發(fā)電位

1 前言

運(yùn)動員專項技能的形成，離不開長期、高強(qiáng)度的專項訓(xùn)練。專項訓(xùn)練的結(jié)果之一就是技術(shù)的熟練性，其實質(zhì)是大腦對肌肉控制能力的提高。大腦的這種變化通常稱之為大腦運(yùn)動皮層的可塑性。運(yùn)動訓(xùn)練對大腦運(yùn)動皮層可塑性的影響，主要體現(xiàn)在大腦運(yùn)動中樞（初級運(yùn)動皮層）激活的增加［3］。研究認(rèn)為，這是由于長期重復(fù)的技能學(xué)習(xí)改變了神經(jīng)突觸的數(shù)量，加強(qiáng)了相應(yīng)腦區(qū)之間的連接［10］。與之相對應(yīng)，運(yùn)動中樞激活的加強(qiáng)，又進(jìn)一步提升了運(yùn)動員對相關(guān)動作指令的加工和提取，幫助運(yùn)動員更迅速和穩(wěn)定地完成專項動作［33］。因此，結(jié)合運(yùn)動專項研究大腦可塑性的變化，不僅能幫助運(yùn)動員和教練更精確地分析項目特征，也為今后對運(yùn)動員選材和專項訓(xùn)練效果的客觀評價提供了理論基礎(chǔ)。

經(jīng)顱磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation，TMS）通過磁頭線圈釋放電流，刺激初級運(yùn)動皮層（Primary motor cortex，M1），產(chǎn)生下行沖動電位，電位經(jīng)皮質(zhì)脊髓束到達(dá)脊髓運(yùn)動神經(jīng)元池，在對應(yīng)肌肉中發(fā)生反應(yīng)，形成運(yùn)動誘發(fā)電位（Motor Evoked Potential，MEP）［2］。MEP振幅隨TMS的刺激輸出強(qiáng)度的增加而增大，這一變化不僅可以反映運(yùn)動皮層-脊髓神經(jīng)傳導(dǎo)通路的興奮性，還可以通過限定一定范圍的刺激輸出強(qiáng)度間接反映大腦運(yùn)動皮層區(qū)神經(jīng)元的激活情況［28］。該方法已成為大腦可塑性研究的常見電生理技術(shù)［14］，國內(nèi)、外研究通過這一技術(shù)探尋技能學(xué)習(xí)中運(yùn)動皮質(zhì)興奮性和肌肉收縮的特性［9，34，35］。然而，當(dāng)前該領(lǐng)域的研究主要聚焦于特殊技能群體（如運(yùn)動員、音樂家、舞蹈演員等）皮質(zhì)或腦區(qū)間的差異［24］。甚少有人分析不同專項運(yùn)動員同一腦區(qū)對不同肌肉和關(guān)節(jié)控制的異同，并利用大腦可塑性的差異反過來印證專項間的差異。

結(jié)合目前TMS技術(shù)對上肢的高敏感性［36］，研究選取了羽毛球和乒乓球進(jìn)行比較。羽毛球和乒乓球雖同屬隔網(wǎng)對抗性球類項目，對上肢的要求主要體現(xiàn)在靈活性和爆發(fā)力上，但兩者的動作技術(shù)和球路變化各有其特點(diǎn)，動作的精確程度主要與上肢和手部小肌肉群特定部位的精細(xì)控制能力有關(guān)。單就上肢而言，羽毛球運(yùn)動員在進(jìn)行發(fā)球和跳殺扣球時主要運(yùn)用手臂力量，由大臂帶動小臂，通過肩-肘關(guān)節(jié)的力量完成快速抽擊，主動肌包括橈側(cè)腕伸肌、斜方肌及肱三頭肌外側(cè)頭等［20，30］。乒乓球運(yùn)動員則主要依靠手部力量，在同樣達(dá)到快和準(zhǔn)的情況下，還需要控制腕關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)球路的多變，主動肌主要涉及肘-腕關(guān)節(jié)，如第1骨間背側(cè)肌、旋前圓肌及尺側(cè)腕屈肌等［6］。由此可見，二者涉及的主要關(guān)節(jié)和主動肌群差異較大。研究擬以乒乓球和羽毛球為例，通過單脈沖TMS干預(yù)后的MEP變化趨勢對比兩組專項的運(yùn)動員和普通人群的M1在橈側(cè)腕伸?。‥xtensor Carpi Radialis，ECR）及第1骨間背側(cè)?。‵irst Dorsal Interosseous，F(xiàn)DI）上的大腦可塑性差異。

基于此，研究提出兩個假設(shè)：1）長期高強(qiáng)度專項訓(xùn)練使運(yùn)動員表現(xiàn)出更顯著的皮層可塑性，主要表現(xiàn)在大腦對特定肌群運(yùn)動控制能力的提高；2）運(yùn)動員的大腦可塑性在運(yùn)動皮層中呈現(xiàn)出與專項相關(guān)的“區(qū)域化”特點(diǎn)。

2 研究對象與方法

2.1 被試

實驗選取被試共45人，每組均為15人。個人信息如表1所示，所有被試均為右利手、矯正視力正常、無任何精神病史。運(yùn)動員組均是國家二級以上運(yùn)動員，具有參加省級以上級別大賽的經(jīng)驗，其中，乒乓球組的所有被試均采用橫拍打法。兩組運(yùn)動員的具體訓(xùn)練時長均由運(yùn)動隊統(tǒng)一安排，訓(xùn)練背景大致相同。對照組被試為普通大學(xué)生，沒有進(jìn)行過專業(yè)、系統(tǒng)的乒乓球、羽毛球或其他體育項目的訓(xùn)練。

研究通過了倫理委員會的審核，并簽署知情同意書。被試在實驗過程中有權(quán)隨時中止實驗。實驗結(jié)束后給予相應(yīng)報酬。

表1 被試基本信息Table 1 Subject Information

2.2 測試方法

研究選用兩側(cè)直徑為9 cm的8字形線圈，連接至TMS刺激器（型號Magstim200），對左側(cè)M1進(jìn)行TMS刺激。刺激器通過Y形電纜與線圈相連，線圈的手柄幾乎垂直于中央溝，并與大腦中央矢狀線呈30°～45°，通過大腦的電流為“后－前方向”［28，29］。線圈放置在用最輕微的閾上刺激誘發(fā)出目標(biāo)肌肉最大MEP振幅的區(qū)域，用專用筆在該區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記并作為運(yùn)動熱點(diǎn)，通常情況下，F(xiàn)DI與ECR可共用同一個運(yùn)動熱點(diǎn)。

橈側(cè)腕伸?。‥CR）和第1骨間背側(cè)?。‵DI）的肌電數(shù)據(jù)使用直徑9mm的Ag-AgCl表面電極記錄。實驗時將探測電極放置在右側(cè)目標(biāo)肌肉的肌腹處，參考電極放置在目標(biāo)肌肉的遠(yuǎn)心端處，接地電極放置在手腕處。數(shù)據(jù)通過神經(jīng)放電信號采集器（型號CED Micor1401）采集，采集到的信號使用電生理信號采集調(diào)節(jié)放大器（型號Model 2024F）進(jìn)行過濾（帶通濾波20～25 000 Hz），并放大1 000倍；過濾放大后的信號以1 kHz的頻率被數(shù)字化記錄，通過Signal 6.0軟件進(jìn)行線下分析。

2.3 實驗流程

所有實驗均于早上8：00－11：00在屏蔽信號的實驗室中進(jìn)行，整個過程安靜且無人打擾。被試被安排坐在有舒服靠背的皮質(zhì)座椅上，以使他們的右手前臂可以自然垂放，右手輕松置于座椅扶手上。

正式實驗前首先確定每位被試FDI肌肉的靜息閾值（Rest Motor Threshold，RMT）和運(yùn)動閾值（Active Motor Threshold，AMT），并根據(jù)閾值確定運(yùn)動熱點(diǎn)。RMT指目標(biāo)肌肉在靜息狀態(tài)下，連續(xù)10 次刺激中有至少5 次誘發(fā)出大于50 μV MEP的最小磁刺激強(qiáng)度；AMT指目標(biāo)肌肉進(jìn)行10%最大肌力收縮的前提下，連續(xù)10 次刺激中有至少5 次誘發(fā)出100～200 μV MEP的最小磁刺激強(qiáng)度［2］。

實驗采用3×9×2（運(yùn)動技能×刺激強(qiáng)度×肌肉部位）的混合設(shè)計。以運(yùn)動技能因素作為組間因素（即乒乓球組、羽毛球組和對照組）；以刺激強(qiáng)度和肌肉部位作為組內(nèi)因素，其中：1）刺激強(qiáng)度根據(jù)事先定義好的基本刺激強(qiáng)度（SI1mV）進(jìn)行調(diào)整，分別施予每位被試SI1mV強(qiáng)度的50%、70%、80%、90%、100%、110%、120%、130%及150%（共9種強(qiáng)度），并以此為基礎(chǔ)建立每位被試的皮質(zhì)脊髓輸入－輸出曲線（I-O曲線）［28］。SI1mV定義為施予FDI的刺激使運(yùn)動誘發(fā)電位最接近1 mV時的強(qiáng)度，ECR測試同樣選用該刺激強(qiáng)度（即不同肌肉條件下所對應(yīng)的強(qiáng)度不變）。每種強(qiáng)度連續(xù)施予15次、每次間隔6～8 s。設(shè)置誘發(fā)潛伏期在15～35 ms間的第1次顯著肌電波動為有效MEP，記錄其波峰與波谷間的峰間值作為每次誘發(fā)的MEP振幅［26］，取前10次有效MEP的振幅計算該強(qiáng)度的平均MEP振幅。強(qiáng)度順序隨機(jī)化，兩次強(qiáng)度之間提供至少10 min的休息時間；2）肌肉部位分為FDI及ECR，同一肌肉的所有強(qiáng)度測試在1天內(nèi)完成，兩塊肌肉的測試時間間隔至少48 h，每塊肌肉的測試均重復(fù)進(jìn)行1）中的操作。

2.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差呈現(xiàn)。研究將TMS刺激的前100 ms作為背景肌電基線（b.EMG）對整個誘發(fā)過程進(jìn)行矯正、平滑和整合。圖1以某位乒乓球運(yùn)動員（男，19歲，訓(xùn)練年限11年）的FDI為例，顯示了處理后的9個刺激強(qiáng)度所誘發(fā)出的運(yùn)動電位。研究以運(yùn)動技能作為組間因素，刺激強(qiáng)度作為組內(nèi)因素，對不同肌肉條件分別進(jìn)行重復(fù)測量方差分析，以檢驗MEP在不同肌肉條件下隨強(qiáng)度變化的情況，同時使用單因素方差分析分別對每個強(qiáng)度下的3組被試的運(yùn)動誘發(fā)電位進(jìn)行檢驗，以探究不同專項運(yùn)動員和對照組在哪些強(qiáng)度中存在顯著差異。為簡化I-O曲線數(shù)據(jù)，將根據(jù)已知數(shù)據(jù)所得出的線性回歸直線的非標(biāo)準(zhǔn)化斜率定義為曲線坡度，并使用單因素方差對不同運(yùn)動技能間的I-O曲線斜率進(jìn)行分析。最后用皮爾遜積差相關(guān)來探討斜率與訓(xùn)練總時長的關(guān)系，并進(jìn)行線性擬合。數(shù)據(jù)的檢驗統(tǒng)計通過SPSS 17.0完成，置信空間設(shè)為P＜0.05。

圖1 不同強(qiáng)度的FDI運(yùn)動誘發(fā)電位圖示 （乒乓球被試，男）Figure 1. Example Recordings of FDI’s MEP in Di ff erent Stimulus Intensity （Subject of Table Tennis，Male）

3 研究結(jié)果

在所有實驗中均沒有被試提出不舒適感，也未見任何副作用。3組被試FDI的RMT、AMT以及誘發(fā)SI1mV所需的刺激輸出強(qiáng)度間均無顯著差異（RMT：F（2，44）=0.325，P=0.724；AMT：F（2，44）=0.057，P=0.944；SI11mV：F（2，44）=0.568，P=0.571）。不同組別間FDI的SI1mV差異同樣不顯著（FDI：F（2，44）=0.065，P=0.937）。乒乓球組和羽毛球組被試的訓(xùn)練年限之間也沒有顯著差異（=0.232，df=28，P=0.819）。

3.1 FDI皮層興奮性變化情況

隨著刺激強(qiáng)度的增減，被試的MEP振幅也有相應(yīng)的增減。圖2表示3組被試FDI肌肉的I-O曲線趨勢。3組被試（乒乓球、羽毛球和對照組）的MEP振幅主效應(yīng)（F（8，35）=494.014，P＜0.001，η2=0.991）和組間效應(yīng)（F（2，42）=5.203，P=0.010，η2=0.199）均顯著。事后檢驗表明，乒乓球和對照組之間的MEP振幅存在顯著差異（P=0.007），但乒乓球—羽毛球，羽毛球—對照組之間均沒有顯著差異（P＞0.05）。

對9種刺激強(qiáng)度分別進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，3組被試在較高或較低的70%（F（2，44）=4.950，P=0.012）、120%（F（2，44）=13.314，P＜0.001）、130%（F（2，44）=5.324，P=0.009）和150%（F（2，44）=9.667，P＜0.001）強(qiáng)度時均存在顯著差異。在最低強(qiáng)度50%時沒有顯著差異，可能是由于數(shù)值太小所導(dǎo)致。

此外，研究還計算了各組I-O曲線的斜率來評價興奮性的增長幅度。圖2表示3組被試FDI肌肉的I-O曲線斜率。3組被試間存在顯著差異（F（2，42）=13.180，P＜0.01）。事后檢驗表明乒乓球組和羽毛球組的斜率均顯著大于對照組（乒乓球組-對照：P＜0.001；羽毛球組-對照：P=0.027），但兩組運(yùn)動員之間差異不顯著（P=0.064）。

3.2 ECR皮層興奮性變化情況

與FDI增減趨勢一樣，ECR的MEP振幅也會隨著刺激強(qiáng)度的增減而增減。圖3表示3組被試ECR肌肉的I-O曲線趨勢和斜率。3組被試（乒乓球、羽毛球和對照組）的MEP振幅主效應(yīng)（F（8，35）=83.356，P＜0.001，η2=0.950）和組間效應(yīng)（F（2，42）=16.211，P＜0.001，η2=0.436）均顯著。事后檢驗表明，羽毛球與另外兩組之間的MEP振幅均存在顯著差異（P＜0.001），但乒乓球和對照組之間的差異不顯著（P＞0.05）。

同樣，對3組被試ECR肌肉的各強(qiáng)度MEP振幅分別進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，與FDI的增長趨勢不同，羽毛球的ECR要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于乒乓球和對照組。3組被試在70%（F（2，42）=4.974，P=0.012）、80%（F（2，42）=14.373，P＜0.001）、90%（F（2，42）=10.958，P＜0.001）、100%（F（2，42）=7.703，P=0.001）、110%（F（2，42）=7.520，P=0.002）、120%（F（2，42）=10.414，P＜0.001）、130%（F（2，42）=15.949，P＜0.001）、150%（F（2，23）=13.072，P＜0.001）強(qiáng)度時均存在顯著差異。

圖2 3組被試FDI肌肉的I-O曲線趨勢和斜率Figure 2. Trend and Slope of Input–Output Curve in FDI among Three Groups

此外，研究同樣也計算了各組被試ECR上的I-O曲線的斜率來評價興奮性的增長幅度。圖3表示3組被試ECR肌肉的I-O曲線斜率。三組被試間存在顯著差異（F（2，42）=12.558，P＜0.01）。事后檢驗表明羽毛球組的斜率顯著大于乒乓球組和對照組（羽毛球組-乒乓球組：P=0.001；羽毛球組-對照組：P＜0.001），但乒乓球和對照組之間差異不顯著（P＞0.05）。

圖3 3組被試ECR肌肉的I-O曲線趨勢和斜率Figure 3. Trend and Slope of Input–Output Curve in ECR among Three Groups

4 討論

MEP可以評估運(yùn)動皮質(zhì)脊髓束募集到的錐體神經(jīng)元，通過椎體神經(jīng)元對肌肉的激活程度來評價大腦運(yùn)動皮層的可塑性［23］。I-O曲線是用來測試皮質(zhì)脊髓投射強(qiáng)度的方法［5］，斜率的變化依賴于運(yùn)動皮層和脊髓中受到激活的運(yùn)動神經(jīng)元和中間神經(jīng)元的分布情況［28］，斜率越大說明受激活的神經(jīng)元分布越廣。本研究在AMT、RMT以及SI1mV中均未發(fā)現(xiàn)刺激輸出強(qiáng)度的顯著差異。這表明了在該TMS范式可測量范圍之內(nèi)，3組被試皮質(zhì)脊髓神經(jīng)元的最大激活能力以及運(yùn)動皮層-脊髓的傳輸能力并沒有因為運(yùn)動員的長期訓(xùn)練存在差異。

4.1 運(yùn)動員和對照組運(yùn)動皮層可塑性的差異

本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長期專業(yè)訓(xùn)練的運(yùn)動員M1區(qū)域的MEP振幅顯著大于對照組。這與前人“單一階段的運(yùn)動技能學(xué)習(xí)會促進(jìn)運(yùn)動誘發(fā)電位的提高”的觀點(diǎn)相一致［7，27］。隨著刺激的增加，運(yùn)動員I-O曲線的遞增幅度逐步加大。研究中運(yùn)動員的I-O曲線斜率顯著高于對照組，說明運(yùn)動員的運(yùn)動皮層興奮性更大，皮質(zhì)內(nèi)的募集水平更高，同時預(yù)示了長期訓(xùn)練所造成的皮層可塑性變化主要體現(xiàn)在M1功能上的重組。研究認(rèn)為，MEP振幅的增加可能與大腦運(yùn)動中樞（M1）中現(xiàn)有突觸的連接加強(qiáng)有關(guān)。突觸連接的加強(qiáng)在一定程度上可以加速大腦對運(yùn)動信息的編碼以及對相關(guān)技能的提取，幫助運(yùn)動員在復(fù)雜多變的環(huán)境和條件下更加穩(wěn)定和快速地做出所需要的反應(yīng)。

相關(guān)的動物實驗表明，運(yùn)動訓(xùn)練會使已經(jīng)發(fā)育完全的運(yùn)動皮層形成新的突觸連接，這些連接不會直接影響技能的獲取，但會在運(yùn)動技能學(xué)習(xí)中起鞏固作用［4，18］。運(yùn)動員在學(xué)習(xí)或?qū)＞谀稠椉寄軙r，恰恰需要通過反復(fù)大量的練習(xí)來進(jìn)行鞏固和變通。運(yùn)動員和新手之間最大的區(qū)別在于，盡管人類擅長通過模仿，短時間掌握某個技能動作，但只有經(jīng)過長期反復(fù)的練習(xí)才能在復(fù)雜多變的環(huán)境和條件下，從大量技能動作中更快速、準(zhǔn)確地選取最合適的動作，做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。研究表明，在學(xué)習(xí)的后期階段，“運(yùn)動－感覺”網(wǎng)絡(luò)的連通更加穩(wěn)固［14，21］。這一階段中， M1作為大腦的運(yùn)動中樞，主要控制運(yùn)動的穩(wěn)定性和靈敏性［8］，將多樣化的肌肉、關(guān)節(jié)等運(yùn)動參數(shù)整合在一起，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成連貫動作完成輸出［12，32］。也就是說，對于已經(jīng)熟練掌握了多個單一、基礎(chǔ)動作的個體而言，M1實際上是一個融合器，靈活調(diào)節(jié)和重組所學(xué)習(xí)到的各個運(yùn)動組塊，形成新的運(yùn)動圖式以達(dá)到最優(yōu)化地技能輸出［17］。因此，研究認(rèn)為，M1在專家和新手中所起的作用存在一定程度的差異，而這種差異則可能是導(dǎo)致運(yùn)動員的MEP振幅更大的主要原因。

4.2 運(yùn)動皮層可塑性對特定肌群運(yùn)動技能控制的影響

達(dá)成熟練的運(yùn)動技能需要重組M1中受到激活的皮質(zhì)脊髓神經(jīng)元，提高這些神經(jīng)元的神經(jīng)募集水平［27］。神經(jīng)募集水平指1次神經(jīng)沖動能引起的相應(yīng)肌纖維收縮量，募集水平高意味著M1發(fā)出的神經(jīng)沖動更高效，從而更精確地控制運(yùn)動技能。本研究利用SI1mV限定了刺激輸出強(qiáng)度，仍然發(fā)現(xiàn)，乒乓球運(yùn)動員FDI的MEP振幅在距離SI1mV刺激強(qiáng)度較遠(yuǎn)的120%～150%（高強(qiáng)度）和70%（低強(qiáng)度）中均顯著高于其他兩組；而羽毛球運(yùn)動員ECR的MEP振幅在70%～150%刺激強(qiáng)度中始終顯著高于其他兩組。這不僅表明了運(yùn)動員在特定肌群中體現(xiàn)出了更顯著的運(yùn)動皮層可塑性，還表明了運(yùn)動員具有更敏感的神經(jīng)募集水平——無論是高強(qiáng)度還是低強(qiáng)度的外界刺激都能更有效地激活皮質(zhì)脊髓神經(jīng)元。這種變化可以幫助運(yùn)動員更好地完成運(yùn)動技能。然而，研究在50%強(qiáng)度時未發(fā)現(xiàn)顯著差異，分析原因可能是由于部分被試所接受的50%刺激強(qiáng)度已低于靜息閾限，這也說明皮質(zhì)脊髓神經(jīng)元的激活與閾上刺激有關(guān)，排除了運(yùn)動員自身潛在的閾下變化。

由此可見，熟練的運(yùn)動技能使運(yùn)動員的M1產(chǎn)生可塑性變化，對外界刺激更加敏感；反之，M1的高效率編碼也會促進(jìn)運(yùn)動技能的輸出，幫助運(yùn)動員更快速也更穩(wěn)定地在眾多運(yùn)動組塊中對應(yīng)外界條件選取正確的反應(yīng)。這種變化在技能相關(guān)肌群中尤其顯著?！癕1－運(yùn)動輸出－M1”在運(yùn)動技能學(xué)習(xí)中是一個良性循環(huán)，相輔相成。因此，研究認(rèn)為，探究M1的活性和興奮性也可以在一定程度上評價某一運(yùn)動技能的熟練程度。

4.3 項目特點(diǎn)對運(yùn)動皮層可塑性的影響

盡管許多神經(jīng)影像學(xué)研究都發(fā)現(xiàn)了特定的運(yùn)動鍛煉會激活更多與運(yùn)動任務(wù)區(qū)域相關(guān)的神經(jīng)［1，11，31］，但很少有專門就不同專項的特定運(yùn)動區(qū)進(jìn)行深入研究。研究結(jié)果表明，羽毛球運(yùn)動員的ECR興奮性顯著高于乒乓球運(yùn)動員和對照組，與之相對，乒乓球運(yùn)動員的FDI則顯著高于對照組。在運(yùn)動員的訓(xùn)練過程中，對主動肌肉的側(cè)重點(diǎn)不同是導(dǎo)致這一結(jié)果的主要原因：乒乓球和羽毛球雖然都是隔網(wǎng)球類運(yùn)動，其上肢的運(yùn)動模式卻是大相徑庭。單就上肢而言，乒乓球在講究擊球速度的“快”和“準(zhǔn)”外，更注重球路變化。乒乓球運(yùn)動中，前臂增加球的速度，針對前臂主要進(jìn)行力量訓(xùn)練，而手腕加大球的旋轉(zhuǎn)以達(dá)到球路多變，針對手腕以敏捷性訓(xùn)練為主。羽毛球則主要靠擊球力量和出球速度取勝，上肢訓(xùn)練也以力量訓(xùn)練和爆發(fā)力訓(xùn)練為主，側(cè)重上臂整體力量傳遞的連續(xù)性，通過大臂和小臂的配合，達(dá)到力量的最大輸出。從這一點(diǎn)來看，我們發(fā)現(xiàn)，乒乓球訓(xùn)練的關(guān)鍵點(diǎn)在于腕關(guān)節(jié)連接的小臂和手部動作的改變，而羽毛球訓(xùn)練的關(guān)鍵點(diǎn)在于肘關(guān)節(jié)連接的大臂和小臂的配合?？偟膩碚f，乒乓球訓(xùn)練側(cè)重肘關(guān)節(jié)力量到腕關(guān)節(jié)靈活性的轉(zhuǎn)變，F(xiàn)DI受腕關(guān)節(jié)支配，是其運(yùn)動模式中的主動肌肉［15］；羽毛球訓(xùn)練則側(cè)重肩關(guān)節(jié)到肘關(guān)節(jié)的整體瞬時發(fā)力，ECR伸展并帶動肘部彎曲完成動作［22］。二者技術(shù)特性上的差異也是導(dǎo)致大腦可塑性不同的主要原因。此外，在FDI的實驗中，與對照組相比，羽毛球組表現(xiàn)出了和乒乓球組一樣的高興奮性，盡管它的興奮趨勢和斜率都低于乒乓球組。研究者認(rèn)為，這可能是因為二者均為持拍運(yùn)動，在握拍和控拍時都運(yùn)用到了FDI肌肉。因此，研究認(rèn)為，兩種球類運(yùn)動對上肢的要求不同以及運(yùn)動模式之間的差異是導(dǎo)致兩種項目的運(yùn)動員M1中同一區(qū)域所對應(yīng)的FDI和ECR皮質(zhì)脊髓興奮性并非全部顯著優(yōu)于常人的主要原因，也從側(cè)面印證了FDI和ECR在這兩項運(yùn)動中的地位。

5 結(jié)論

5.1 長期專項訓(xùn)練促進(jìn)大腦皮層興奮性

運(yùn)動員的大腦運(yùn)動皮層興奮性更加顯著。長期、系統(tǒng)的運(yùn)動訓(xùn)練可以增加大腦皮質(zhì)脊髓束的興奮性，提高皮質(zhì)內(nèi)募集水平。這種變化會隨著外界刺激的增加而逐步提升。大腦皮質(zhì)的興奮易化和募集效應(yīng)意味著運(yùn)動皮層的重組和突觸連接的加強(qiáng)，體現(xiàn)了大腦可塑性變化，從而進(jìn)一步促進(jìn)運(yùn)動技能的學(xué)習(xí)與控制。

5.2 乒乓球和羽毛球運(yùn)動員的大腦可塑性變化具有“專項相關(guān)區(qū)域化”的特點(diǎn)

長期專項訓(xùn)練在促進(jìn)運(yùn)動皮層興奮的同時，還根據(jù)不同的動作和技術(shù)特征表現(xiàn)出了與之對應(yīng)的大腦可塑性變化。不同專項運(yùn)動員的可塑性變化主要產(chǎn)生在專項相關(guān)的主動肌群上，體現(xiàn)出了與專項有關(guān)的特定肌群“區(qū)域化”改變的特點(diǎn)。

5.3 建議與展望

在前人對大腦運(yùn)動皮層經(jīng)外界干預(yù)而造成的不同興奮性變化的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步細(xì)化了長期運(yùn)動以及運(yùn)動特性對大腦初級運(yùn)動皮層的可塑性影響，從大腦運(yùn)動皮層的興奮性與長期高強(qiáng)度的系統(tǒng)運(yùn)動訓(xùn)練之間的雙向影響分析了M1在不同運(yùn)動技能掌握階段所起的作用。與前人相比，本研究主要在以下幾個方面有了新的進(jìn)展和認(rèn)識：1）從不同的專項出發(fā)，針對性地分析腦部特定運(yùn)動區(qū)（M1）對應(yīng)的不同肢體位置上（FDI和ECR）運(yùn)動誘發(fā)電位興奮性的差異，從電生理角度剖析不同專項間技術(shù)特征、參與肌群的差異與長期、系統(tǒng)化訓(xùn)練后大腦可塑性差異之間關(guān)系；2）選取專業(yè)乒乓球和羽毛球運(yùn)動員，對探究高水平運(yùn)動員的大腦運(yùn)動皮層可塑性變化具有一定的實際意義，提出了一種可利用的新的評價運(yùn)動技能水平的角度。檢測大腦運(yùn)動皮層神經(jīng)元的激活程度以及特定激活部位或可發(fā)展成為從大腦系統(tǒng)層面評價訓(xùn)練效果和運(yùn)動水平的新指標(biāo)。

本研究主要立足于運(yùn)動員大腦初級運(yùn)動皮層的結(jié)構(gòu)性變化，未來的研究可以加入不同的心理或訓(xùn)練任務(wù)，或展開縱向跟蹤干預(yù)等，從多個方面進(jìn)一步驗證本研究所提出的關(guān)于運(yùn)動員和新手間的大腦可塑性差異，或深入?yún)^(qū)分長期訓(xùn)練和高強(qiáng)度訓(xùn)練對大腦運(yùn)動皮層興奮性的影響［19］。此外，未來的研究還可以考慮將經(jīng)顱磁刺激和其他電生理或神經(jīng)成像技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，更加系統(tǒng)探究運(yùn)動員、音樂家或舞蹈演員等專門群體［9，16］經(jīng)過長期運(yùn)動技能學(xué)習(xí)后產(chǎn)生的大腦可塑性改變。

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Comparison of Brain Plasticity between Table Tennis and Badminton Athletes

DAI Wen，ZHANG Jian，TAN Xiao-ying

Objective：Long-term and systematic exercise training can lead to plastic changes in motor cortex. Research and analysis on characteristics of di ff erent sports in terms of brain level not only helps athletes and coaches to understand the characteristics of sports more accurately，but also provides objective and physiological indicators for selection and training. Methods：This study chooses fi rst dorsal interosseous and extensor carpi radialis which mainly exercised in table tennis and badminton games and produces motor evoked potential （MEP） through single pulses of transcranial magnetic stimulation in the primary motor cortex of the brain to evaluate motorcortical excitability.Results：The MEP amplitude and slope of fi rst dorsal interosseous in table tennis athletes were significantly higher than those in the control group. The MEP amplitude and slope of extensor carpi radialis in badminton athletes were signi fi cantly higher than those in the table tennis group and the control group. Conclusion：Long-term and systematic exercise training can increase motorcortical excitability of agonist-related region “selectively” and improve recruitment of corticospinal projections to help athletes better achieve motor output.

motor skill；transcranial magnetic stimulation；brain plasticity；motorcortical excitability；motor evoked potential

G804.8

A

2017-07-08；

2017-09-25

國家自然科學(xué)基金資助項目（31371056）；上海市人類運(yùn)動能力開發(fā)與保障重點(diǎn)實驗室項目（11DZ2261100）。

戴雯，女，碩士，主要研究方向為運(yùn)動技能學(xué)習(xí)與控制，E-mail：348258655@qq.com。

譚曉纓，男，副教授，博士，主要研究方向為體育教育與訓(xùn)練、體育社會學(xué)，E-mail：178979334@qq.com。

上海體育學(xué)院，上海 200438 Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China.

1002-9826（2017）06-0127-06

10. 16470/j. csst. 201706016