林勇 孫文娜

摘 要：近紅外光譜技術(shù)（NIRS）最初應(yīng)用于石油研究領(lǐng)域，逐漸引入到生物工程研究當(dāng)中；后隨著信息技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展成為功能性近紅外光譜技術(shù)（fNIRS），廣泛應(yīng)用于心理學(xué)研究。本文就NIRS的發(fā)展、原理、分類等進(jìn)行歸納整理；總結(jié)NIRS在運(yùn)動領(lǐng)域的應(yīng)用，探討在心理學(xué)層面，運(yùn)動因素對執(zhí)行功能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，fNIRS在不同運(yùn)動形式、負(fù)荷以及運(yùn)動方式中，對不同人群的執(zhí)行功能起到顯著改善的作用。

關(guān)鍵詞：fNIRS 運(yùn)動 執(zhí)行功能

中圖分類號：G80 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2813（2018）02（a）-0237-02

Abstract： Near infrared spectroscopy （NIRS） was first applied to petroleum research， and gradually introduced into bioengineering research. With the development of information technology， NIR technology has been developed into functional near-infrared spectroscopy （fNIRS）， which is widely applied in psychological research. This paper summarizes the development， principles and classification of NIRS， summarizes the application of NIRS in sports field， and explores the influence of sports factors on executive function at the psychological level. It has been found that fNIRS plays a significant role in the performance of different groups of people in different forms of exercise， load and exercise.

Key Words： FNIRS； Exercise； Execution function

1 NIRS發(fā)展

NIRS是一種以血液動力學(xué)為基礎(chǔ)，對腦部進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的無創(chuàng)傷腦成像技術(shù)。初期廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和心理學(xué)的研究，近幾年逐漸應(yīng)用于體育運(yùn)動干預(yù)的研究。Jobsis在1977年利用NIRS對動物頭部進(jìn)行無損血氧檢測。隨后，Marco利用NIRS原型機(jī)，完成了成年人和動物的腦內(nèi)氧和過程的實(shí)驗(yàn)研究。NIRS首次應(yīng)用于體育領(lǐng)域研究，是在1992年對劃船運(yùn)動員進(jìn)行股四頭肌的血氧飽和度檢測。Villringer在1993年第一次將該技術(shù)應(yīng)用于成人大腦活動的檢測。

NIRS在我國的發(fā)展起步較晚，最先應(yīng)用研發(fā)的是近紅外血氧儀，是由清華大學(xué)和華中科技大學(xué)聯(lián)合研制的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近紅外腦成像技術(shù)蓬勃興起，以其無損性、信噪比高、方便易攜帶且時(shí)間空間檢測性較高被廣泛應(yīng)用。

2 fNIRS技術(shù)原理及分類

fNIRS又稱近紅外腦成像技術(shù)，是一種非侵入式腦成像探測技術(shù)，依據(jù)血液動力學(xué)原理與光學(xué)變化檢測腦部血氧含量。通過對發(fā)射光的吸收和散射后，傳回探測器進(jìn)行信號轉(zhuǎn)化呈現(xiàn)在顯示屏上。近紅外光波的吸收范圍在760～850 nm之間。

由于發(fā)光技術(shù)的不同，fNIRS分為時(shí)域系統(tǒng)、頻域系統(tǒng)和連續(xù)波系統(tǒng)三類。

3 fNIRS的時(shí)空分辨率

非侵入式腦功能活動檢測作為一個(gè)不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域，至今已成功研發(fā)了多項(xiàng)腦功能檢測技術(shù)。如腦電圖、事件相關(guān)電位、腦磁圖、正電子發(fā)射層析成像、功能磁共振成像、彌散張量成像和fNIRS。其中，腦電圖、腦磁圖、事件相關(guān)電位屬于直接測量方法；正電子發(fā)射層析成像、功能磁共振成像、彌散張量成像以及fNIRS屬于間接測量方法。通過研究發(fā)現(xiàn)，fNIRS具有安全、輕便、易實(shí)施和成本低等特點(diǎn)。同時(shí)，fNIRS作為一種無損檢測技術(shù)，能夠提供較高的時(shí)間分辨率以及合理的空間分辨率。

4 NIRS在運(yùn)動領(lǐng)域的應(yīng)用

NIRS在體育領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚，最初主要應(yīng)用于肌肉氧含量的檢測。如丁攀等[1]通過遞增負(fù)荷運(yùn)動測定賽艇運(yùn)動員的有氧代謝能力。測定的肌氧含量主要用于指導(dǎo)賽前訓(xùn)練，以期在比賽中取得優(yōu)異成績。林紅等[2]利用我國自主研發(fā)生產(chǎn)的近紅外組織血氧參數(shù)無損監(jiān)測儀，測定8名中長跑運(yùn)動員遞增負(fù)荷運(yùn)動過程中股四頭肌組織肌氧含量的變化，同時(shí)對運(yùn)動員的血乳酸濃度、血容量和心率進(jìn)行了測量。王培勇等[3]利用近紅外無損肌氧及運(yùn)動心率檢測技術(shù)評定100 m極量強(qiáng)度運(yùn)動對心臟沖擊影響。馬國東等[4]利用NIRS檢測模擬海拔4800m急性低氧運(yùn)動對肌氧飽和度的影響。國外NIRS在運(yùn)動領(lǐng)域的應(yīng)用最初主要運(yùn)用于肌氧含量的檢測。Marco等[5]詳細(xì)介紹了近段時(shí)間關(guān)于NIRS在骨骼肌生理學(xué)方面的研究進(jìn)展。Ferrari等[6]利用NIRS檢測劇烈運(yùn)動過程中股外側(cè)肌血氧飽和度指數(shù)。Hopker等[7]通過運(yùn)用NIRS發(fā)現(xiàn)，持續(xù)訓(xùn)練與增加肌肉攝氧量有關(guān)。

5 fNIRS在執(zhí)行功能的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息技術(shù)與NIRS聯(lián)系越來越緊密，從而結(jié)合發(fā)展成為fNIRS。fNIRS在體育領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在體育心理學(xué)方面。文世林等[8-9]研究了急性有氧運(yùn)動對大學(xué)生、老年人執(zhí)行功能的影響，通過執(zhí)行Flanker任務(wù)，運(yùn)用fNIRS檢測其行為表現(xiàn)和腦激活模式，發(fā)現(xiàn)無論是大學(xué)生還是老年人，進(jìn)行中等負(fù)荷強(qiáng)度的運(yùn)動都有助于提高Flanker任務(wù)的操作表現(xiàn)，且局部神經(jīng)活性的增加與動作行為表現(xiàn)都和局部腦區(qū)的血液動力學(xué)變化相一致。文世林等[10]進(jìn)一步研究了不同有氧體能對大學(xué)生執(zhí)行功能的影響，發(fā)現(xiàn)高體能組Flanker任務(wù)的反應(yīng)時(shí)顯著低于低體能組，說明神經(jīng)激活和行為操作表現(xiàn)與有氧體能有關(guān)。杜凱等[11]運(yùn)用fNIRS對運(yùn)動執(zhí)行與運(yùn)動想象腦激活模式的研究中發(fā)現(xiàn)，通過近紅外光學(xué)腦成像能夠很好顯示刺激任務(wù)下腦功能激活狀態(tài)，在運(yùn)動想象和運(yùn)動執(zhí)行時(shí)大腦皮層激活部位及強(qiáng)度相似。郭健[12]通過研究非運(yùn)動專業(yè)研究生在一次性力竭運(yùn)動過程中執(zhí)行Flanker任務(wù)，發(fā)現(xiàn)大腦氧合血紅蛋白相對變化量和總血紅蛋白相對變化量上升，同時(shí)還原血紅蛋白相對變化量下降，短時(shí)力竭運(yùn)動后大腦激活程度高于運(yùn)動前，短時(shí)力竭運(yùn)動可提高大腦興奮性。楊倩倩[13]在對羽毛球運(yùn)動員進(jìn)行認(rèn)知控制的NIRS的研究中，通過在力竭性運(yùn)動前后執(zhí)行Flanker任務(wù)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動員組和非運(yùn)動員組的后測均比前測正確率高，反應(yīng)時(shí)明顯縮短，且正確率無論實(shí)驗(yàn)前后都是運(yùn)動員組較高，反應(yīng)時(shí)也是運(yùn)動員組更短。

6 結(jié)語

近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用屬新興的無損的檢測技術(shù)，在體育領(lǐng)域的應(yīng)用主要為肌氧含量、無氧閾、血氧飽和度等指標(biāo)的檢測，以便于監(jiān)測、指導(dǎo)運(yùn)動訓(xùn)練，提高運(yùn)動員訓(xùn)練效率和運(yùn)動能力。功能性近紅外光譜技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和心理學(xué)的研究，在體育領(lǐng)域的應(yīng)用較晚且水平較低，主要集中在運(yùn)動想象和Flanker任務(wù)的研究中，基于fNIRS對于執(zhí)行功能中刷新和轉(zhuǎn)換功能的研究相對不足。

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