丁建嵐，黃 謙，張 犁，馬林曉，丁逸菲，王歡慶

（1.陜西師范大學(xué)體育學(xué)院，陜西西安710119；2.西安體育學(xué)院體育經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，陜西西安710068；3.西安體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)院，陜西西安710068；4.西安建筑科技大學(xué)體育學(xué)院，陜西西安710055；5.西安體育學(xué)院研究生部，陜西西安710068）

近年來(lái)，足球裁判員誤判導(dǎo)致各方不滿而造成的有關(guān)爭(zhēng)論和新聞報(bào)道成為各方討論的焦點(diǎn)［1］。無(wú)論是馬拉多納的“上帝之手”，還是在2010年南非足球世界杯賽16進(jìn)8比賽中，德國(guó)隊(duì)對(duì)陣英格蘭隊(duì)時(shí)，英格蘭球員蘭帕德的“門線冤案”，都成為媒體和球迷們熱烈討論的話題。這2場(chǎng)比賽都發(fā)生在世界足球的最高殿堂——足球世界杯賽上，而且誤判都十分明顯：馬拉多納的手球鏡頭在日后被一再提及，而在蘭帕德射門時(shí)，足球明顯砸在門線范圍以內(nèi)，但當(dāng)值主裁判的誤判改變了比賽走勢(shì)，英格蘭隊(duì)成為了這2次誤判的最大受害者，而獲利的阿根廷隊(duì)和德國(guó)隊(duì)分別取得了當(dāng)屆足球世界杯賽的冠軍和季軍。盡管目前越來(lái)越多的高科技技術(shù)，如回放技術(shù)（Video Assistant Referee，VAR）等被應(yīng)用到足球比賽中提高裁判員的執(zhí)裁效率［2］，但是面對(duì)現(xiàn)實(shí)比賽場(chǎng)景中高強(qiáng)度的判罰工作，裁判員依然會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、自身疲勞等因素的影響產(chǎn)生無(wú)意識(shí)的決策偏差［3］。針對(duì)此類問題的研究證明，長(zhǎng)期參加特定比賽項(xiàng)目而獲取的運(yùn)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣弑荣愔袀€(gè)體的身體反應(yīng)速度和心理決策效率［4］。例如：與足球愛好者相比，專業(yè)足球運(yùn)動(dòng)員在比賽場(chǎng)景下識(shí)別和決策能力明顯更強(qiáng)［5］，類似的情況也發(fā)生在乒乓球和曲棍球項(xiàng)目上。研究［5］發(fā)現(xiàn)，專業(yè)乒乓球運(yùn)動(dòng)員能更快地識(shí)別對(duì)方發(fā)球落點(diǎn)和乒乓球的旋轉(zhuǎn)方向。同樣，曲棍球運(yùn)動(dòng)員水平越高，對(duì)球在場(chǎng)地中的位移變化反應(yīng)就越迅速［6］。除此之外，在籃球［7］和瑜伽［8］等運(yùn)動(dòng)中也同樣證明，有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)員往往能在與該運(yùn)動(dòng)相關(guān)的決策任務(wù)中表現(xiàn)出更高效率。

事實(shí)上，決策貫穿于日常生活的方方面面，對(duì)于人類至關(guān)重要，它是人類高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)之一。狹義上的決策是指在多個(gè)不同選項(xiàng)之間做出選擇，形成行動(dòng)的反應(yīng)。Smith等［9］認(rèn)為，刺激引起的無(wú)意識(shí)的眼球轉(zhuǎn)動(dòng)和股票期貨市場(chǎng)暗流涌動(dòng)的投機(jī)行為，在本質(zhì)上都是將感知和認(rèn)知轉(zhuǎn)化為行動(dòng)的決策活動(dòng)。因此，人類如何進(jìn)行決策是近20年來(lái)行為科學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等學(xué)科學(xué)者極為關(guān)注的重大科學(xué)問題。人工智能、認(rèn)知科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)等眾多學(xué)科的發(fā)展都得益于決策領(lǐng)域的研究。神經(jīng)認(rèn)知科學(xué)的研究表明，人類的決策是一種復(fù)合的認(rèn)知活動(dòng)，是執(zhí)行控制、反應(yīng)抑制等眾多心理功能共同作用的結(jié)果，這表現(xiàn)為：人類的決策行為與低等動(dòng)物的覓食決策或求偶決策在神經(jīng)機(jī)制上有顯著差異，后者是一種基于觀察并做出選擇的“反射行為”，而人類已經(jīng)進(jìn)化出了專門負(fù)責(zé)決策的、獨(dú)立于運(yùn)動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)的單獨(dú)的大腦功能模塊。對(duì)動(dòng)物而言，特定的刺激引發(fā)的行為模式是一樣的，而人類對(duì)于刺激的反應(yīng)很難預(yù)料，會(huì)受到多種因素的影響，在不同時(shí)間和不同環(huán)境下，個(gè)體的決策模式可能大不相同。因此，關(guān)注體育學(xué)研究中的決策問題對(duì)于體育學(xué)研究的發(fā)展具有重要影響。

神經(jīng)管理學(xué)學(xué)者進(jìn)行了大量針對(duì)決策問題的研究。通過(guò)事件相關(guān)電位（Event-Related Potential，ERP）技術(shù)實(shí)驗(yàn)，充分證明在個(gè)體決策行為中經(jīng)驗(yàn)往往起到了舉足輕重的作用［10-11］。在以往針對(duì)不同經(jīng)驗(yàn)水平的被試決策任務(wù)研究中，無(wú)論是冒險(xiǎn)決策實(shí)驗(yàn)［12］，還是依據(jù)納什均衡原則而設(shè)計(jì)的一系列決策實(shí)驗(yàn)，包括囚徒困境（prisoner's dilemma）、獨(dú)裁者游戲（dictator game）、信任游戲（trust game）、普魯斯特任務(wù)（ortiz-teran）、四 臂 賭 博 機(jī) 任 務(wù)（four-arm gambler task）［13］，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求被試進(jìn)行的決策任務(wù)都與自身利益緊密相關(guān)（如賭博游戲），被試的決策結(jié)果將直接影響自身利益。在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，大多是在中立立場(chǎng)下需要個(gè)體進(jìn)行一項(xiàng)與自身利益相關(guān)性不大的第三方?jīng)Q策［14］，而現(xiàn)有的有關(guān)中立決策的研究更多地是研究人際之間的合作關(guān)系（如同情、利他、從眾等），對(duì)第三方?jīng)Q策在決策機(jī)制上與其他決策行為的區(qū)別研究較少［15］，并且經(jīng)驗(yàn)因素對(duì)第三方?jīng)Q策的影響機(jī)制的研究也不夠充分，缺乏第三方?jīng)Q策的神經(jīng)基礎(chǔ)研究。事實(shí)上，人類生活中存在大量的第三方?jīng)Q策行為，無(wú)論是法官依據(jù)法律法規(guī)，結(jié)合案情進(jìn)行審判裁決［16］，還是運(yùn)動(dòng)比賽的判決［17］，都需要職業(yè)決策者針對(duì)與自身利益無(wú)關(guān)的任務(wù)進(jìn)行公正的判罰決策，足球裁判員判罰決策亦屬于此類中立的第三方?jīng)Q策。同時(shí)，職業(yè)足球的比賽場(chǎng)地和規(guī)則較為固定，參賽雙方對(duì)于足球比賽規(guī)則較為了解，作為第三方?jīng)Q策者的主裁判處于比賽雙方的利益無(wú)關(guān)者地位，會(huì)直接決定決策的結(jié)果。因此，足球裁判員的判罰決策作為決策問題研究中第三方?jīng)Q策的典型代表，不應(yīng)被理論界長(zhǎng)期忽視。

2015年審議通過(guò)的《中國(guó)足球改革總體方案》明確提出要加強(qiáng)足球裁判員隊(duì)伍建設(shè)，保證足球比賽在公平正義的環(huán)境下和諧展開。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于我國(guó)足球裁判員的研究主要集中在合格裁判員所必備的職業(yè)素質(zhì)、職業(yè)道德以及足球裁判員管理體制建設(shè)等方面，主要是為了通過(guò)規(guī)范樹立裁判員個(gè)體的行為與思想規(guī)范，以及效仿意大利、德國(guó)等國(guó)的足球裁判員培訓(xùn)管理系統(tǒng)，提升我國(guó)足球裁判員的綜合執(zhí)裁能力［18］。隨著足球運(yùn)動(dòng)在世界范圍內(nèi)的影響不斷擴(kuò)大，足球比賽早已脫離了原有競(jìng)技體育的范疇，具有極強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)、文化價(jià)值。一場(chǎng)聯(lián)賽或杯賽中的關(guān)鍵比賽，往往能夠決定球隊(duì)能否捧得冠軍獎(jiǎng)杯，升入價(jià)值更大的上一級(jí)聯(lián)賽或者慘遭降級(jí)。因此，裁判員在關(guān)鍵場(chǎng)次的判罰就顯得極為重要，職業(yè)聯(lián)盟也使用高科技裝備，采用場(chǎng)邊錄像裁判等方法，試圖盡量減少裁判員在判罰過(guò)程中的漏判、錯(cuò)判。然而，總體上對(duì)于個(gè)體決策層面的研究較少，缺乏對(duì)決策行為影響機(jī)制的研究成果。

綜上所述，本文從神經(jīng)管理學(xué)視角關(guān)注足球比賽中裁判員個(gè)體間的經(jīng)驗(yàn)差異對(duì)與自身利益關(guān)聯(lián)性不大的中立第三方判罰決策影響的神經(jīng)機(jī)制，探析個(gè)體在不同經(jīng)驗(yàn)水平情景下的決策行為和神經(jīng)機(jī)制，其中，經(jīng)驗(yàn)因素又如何影響決策效率。解決以上問題對(duì)促進(jìn)神經(jīng)管理學(xué)在體育學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用以及我國(guó)足球事業(yè)的發(fā)展都具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

1 理論綜述和假設(shè)

為了更加系統(tǒng)地說(shuō)明個(gè)體決策形成的過(guò)程，認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域的研究者將人類的決策按照時(shí)間順序分為多個(gè)階段。其中，決策的核心是“選擇行為”，其次包括對(duì)決策前信息的“識(shí)別行為”以及之后對(duì)決策結(jié)果的“結(jié)果反饋”［19］。這3個(gè)環(huán)節(jié)共同構(gòu)成一個(gè)完整的決策行為，并廣泛存在于各種決策任務(wù)中［15］。因此，在足球裁判員做出判罰決策時(shí)，也應(yīng)包含對(duì)犯規(guī)動(dòng)作的識(shí)別、是否吹罰的選擇和對(duì)判罰結(jié)果反饋構(gòu)成的決策過(guò)程。然而，目前研究人員尚未提出存在該決策過(guò)程的生理層面上的證明。

根據(jù)Damasio的軀體標(biāo)記假說(shuō)（somatic marker hypothesis），決策的各個(gè)階段都會(huì)受到情緒、認(rèn)知偏差以及參考點(diǎn)等不同因素的影響。如同日常生活中的經(jīng)驗(yàn)一樣，人類的決策行為在不同時(shí)間和環(huán)境下，往往會(huì)受到多種因素的影響而有不同的表現(xiàn)［20］。Laureiro-Martínez等［21］指出：“研究個(gè)體決策效率差異，從而進(jìn)一步了解決策背后的神經(jīng)差異，是決策科學(xué)目前最為重要的問題。”Polezzi等［22］認(rèn)為，神經(jīng)科學(xué)的方法可以幫助我們系統(tǒng)地觀察人類的決策模式及影響因素，這是傳統(tǒng)的社會(huì)科學(xué)無(wú)法做到的，相較于研究環(huán)境或人格特征對(duì)行為的影響，神經(jīng)管理學(xué)更注重研究環(huán)境、行為和神經(jīng)基礎(chǔ)之間復(fù)雜的關(guān)系。

在神經(jīng)管理學(xué)領(lǐng)域通過(guò)fMRI技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，被試有無(wú)創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)其將刺激轉(zhuǎn)化為具體內(nèi)容有影響，并且有創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的被試所用時(shí)間更少，其額極皮層（Frontopolar Cortex，F(xiàn)PC）激活程度更強(qiáng)，特別是面對(duì)探索任務(wù)時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的被試的決策速度更快，決策準(zhǔn)確率更高，與執(zhí)行力和控制力相關(guān)的額頂區(qū)（frontoparietal region）、背 側(cè) 前 扣 帶 皮 層（dorsal anterior cingulate cortex）的激活程度也顯著強(qiáng)于沒有創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的被試［23］。該研究為認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)工具在決策科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，以及揭示經(jīng)驗(yàn)因素對(duì)決策行為的影響機(jī)制提供了生理層面的證據(jù)。隨著有關(guān)決策認(rèn)知過(guò)程的研究不斷涌現(xiàn)，大量研究發(fā)現(xiàn)，特定的腦電成分能表征認(rèn)知過(guò)程，這為研究者揭示決策過(guò)程背后的神經(jīng)基礎(chǔ)，進(jìn)而了解影響因素對(duì)決策各環(huán)節(jié)之間的影響機(jī)制提供了技術(shù)上的支持。本文正是在神經(jīng)管理學(xué)研究范式下，將認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究方法應(yīng)用到經(jīng)驗(yàn)因素對(duì)足球裁判員判罰決策影響問題的研究中，同時(shí)借助ERP高時(shí)間分辨率的特點(diǎn)，嘗試從神經(jīng)管理學(xué)視角揭示在足球比賽判罰決策過(guò)程中個(gè)體經(jīng)驗(yàn)因素變化對(duì)決策者決策過(guò)程的影響機(jī)制。

在足球比賽中裁判員在短時(shí)間內(nèi)須完成對(duì)某個(gè)動(dòng)作是否構(gòu)成犯規(guī)的判罰決策，這對(duì)裁判員的認(rèn)知能力要求很高［24］，其屬于認(rèn)知心理學(xué)決策模型中的識(shí)別行為。有研究［25］表明，判罰決策可能受到裁判員的選擇性注意和警惕性等認(rèn)知能力的影響。在ERP實(shí)驗(yàn)中，N1成分主要與個(gè)體認(rèn)知有關(guān)［26］。N1成分的波峰一般出現(xiàn)在刺激后100～150 ms，位于前部頭皮的電極位置，在刺激后的150～200 ms，頂葉皮層和外頂葉皮層也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的N1成分［27］。根據(jù)已有的關(guān)于經(jīng)驗(yàn)與決策任務(wù)的研究，相較于沒有經(jīng)驗(yàn)的個(gè)體，有經(jīng)驗(yàn)個(gè)體在進(jìn)行決策之前的視覺認(rèn)知過(guò)程中，消耗的認(rèn)知資源較少。同時(shí)，訓(xùn)練和專業(yè)知識(shí)似乎可以增加處理視覺信息的認(rèn)知能力［28］。經(jīng)驗(yàn)可以顯著提高個(gè)體在決策前期進(jìn)行視覺識(shí)別任務(wù)的效率。在同樣的決策任務(wù)中，其誘發(fā)的N1成分也應(yīng)小于沒有經(jīng)驗(yàn)的個(gè)體。

P300成分是指在刺激呈現(xiàn)300～1 000 ms出現(xiàn)的一個(gè)可辨別的ERP成分，其成分與決策活動(dòng)中的選擇行為（即是否做出該決策行為）有關(guān)［29］。研究［30］結(jié)果顯示，P300成分的振幅與該決策任務(wù)中被試消耗的決策資源有關(guān)，被試在決策過(guò)程中消耗的決策資源越多，其引發(fā)的P300成分振幅越低。在本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)所有被試均使用相同刺激材料，而被試個(gè)體經(jīng)驗(yàn)因素的差異會(huì)導(dǎo)致不同經(jīng)驗(yàn)水平的個(gè)體對(duì)同一刺激材料消耗的決策資源不同。對(duì)于同一種犯規(guī)圖片，由于裁判員有專業(yè)的知識(shí)和長(zhǎng)時(shí)間的臨場(chǎng)執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)，其消耗的決策資源會(huì)小于體育生組和對(duì)照組，P300成分的振幅也較小。體育生組則具有基本的足球常識(shí)和較多的觀賽經(jīng)驗(yàn)，他們進(jìn)行判罰決策消耗會(huì)小于對(duì)照組，P300成分的振幅也小于對(duì)照組。

綜上所述，筆者認(rèn)為在足球裁判員的判罰決策過(guò)程與認(rèn)知心理學(xué)提出的決策模型一致，個(gè)體需要在多個(gè)刺激中感知尋找與任務(wù)相關(guān)的刺激因素，并在短時(shí)間內(nèi)做出決策。這種決策過(guò)程將會(huì)受到個(gè)體經(jīng)驗(yàn)因素的影響，而這種影響的時(shí)序效應(yīng)可以被ERP所觀察到。為此，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)基于真實(shí)足球比賽中裁判員判罰決策場(chǎng)景的ERP實(shí)驗(yàn)，從而研究不同經(jīng)驗(yàn)個(gè)體在進(jìn)行決策時(shí)決策差異的影響機(jī)制，并嘗試用行為和腦電數(shù)據(jù)揭示這種機(jī)制背后的神經(jīng)基礎(chǔ)。本文提出如下研究假設(shè)。假設(shè)1：在判罰決策過(guò)程的識(shí)別階段，與有執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)的個(gè)體相比，無(wú)經(jīng)驗(yàn)個(gè)體決策會(huì)調(diào)用更多的認(rèn)知資源，表現(xiàn)為引發(fā)更大的N1成分波幅。假設(shè)2：在進(jìn)行判罰決策選擇階段，個(gè)體的經(jīng)驗(yàn)差異會(huì)使不同執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)水平的被試對(duì)同一刺激材料所消耗的決策資源產(chǎn)生差異，這表現(xiàn)為更有執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)的個(gè)體所引發(fā)的P300成分波幅更小。

2 研究方法

2.1 被試

本文使用G*Power 3.1.9.4軟件［31］計(jì)算所需的樣本量。根據(jù)已有研究的效應(yīng)量，α的值取0.05～0.80。根據(jù)之前的文獻(xiàn)和作者之間的討論，效應(yīng)量結(jié)果為0.15（中等效果）［1］，為了達(dá)到預(yù)期的功率，需要收集來(lái)自55個(gè)被試的有效數(shù)據(jù)。因此本實(shí)驗(yàn)招募了65名被試，其中5名被試由于腦電數(shù)據(jù)偽跡過(guò)多，分析數(shù)據(jù)前將其剔除，最終有效被試為60人，平均年齡為22.92歲（M=22.92，SD=3.396）。按照行為和腦電實(shí)驗(yàn)要求與慣例，要求被試裸眼或矯正視力達(dá)到正常水平，慣用手為右手，精神狀態(tài)良好。

在本實(shí)驗(yàn)中，將被試按照?qǐng)?zhí)裁經(jīng)驗(yàn)和對(duì)足球比賽的專業(yè)程度分為裁判組（執(zhí)裁場(chǎng)次大于200場(chǎng)）19人、體育生組（體育相關(guān)專業(yè)且經(jīng)常觀看足球比賽，了解足球比賽規(guī)則和相關(guān)知識(shí)）20人和對(duì)照組（無(wú)體育專業(yè)學(xué)習(xí)背景）21人。具體分組情況如表1所示，所有被試均有償參與實(shí)驗(yàn)。

表1 被試基本情況Table 1 Information of participants

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用E-Prime 2.0系統(tǒng)（Psychology Software Tools，Pittsburgh，PA，USA）進(jìn)行呈現(xiàn)，被試距離屏幕70 cm，水平視角和垂直視角分別為2.58°和2.4°，像素為200×150，亮度與對(duì)比度統(tǒng)一。本實(shí)驗(yàn)所用的刺激材料來(lái)自足球比賽犯規(guī)視頻，犯規(guī)瞬間的圖片均從國(guó)際足聯(lián)2019年遠(yuǎn)程裁判員培訓(xùn)課程所提供的教程“明顯犯規(guī)組”的視頻中截選而來(lái)（圖1）。預(yù)實(shí)驗(yàn)和正式實(shí)驗(yàn)所用的刺激材料圖片均經(jīng)過(guò)前測(cè)，確保被試充分理解圖片內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)ERP實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，室內(nèi)光線柔和，溫度恒定，要求被試調(diào)整身體坐姿到最舒服的姿勢(shì)，放松頭部和面部肌肉，并且要求被試在實(shí)驗(yàn)期間控制眨眼次數(shù)，集中注意力，等到腦波平穩(wěn)后提示被試開始實(shí)驗(yàn)。

圖1 實(shí)驗(yàn)材料Figure 1 The experimental materials

2.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù)與流程

本實(shí)驗(yàn)主要參考“信息啟動(dòng)”（information priming）效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)范式，即先呈現(xiàn)視覺啟動(dòng)信息（特定足球比賽圖片），再要求被試做出判罰決策。在被試的一次實(shí)驗(yàn)中，共有200對(duì)測(cè)試，即將40張足球比賽犯規(guī)圖片重復(fù)5次（40×5=200）。在每次測(cè)試中，先給被試呈現(xiàn)“+”圖片（800 ms），然后呈現(xiàn)足球比賽犯規(guī)圖片，要求被試在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做出是否犯規(guī)的判罰決策。判罰犯規(guī)按“F”，判罰不犯規(guī)按“J”，當(dāng)被試做出決策后，屏幕將會(huì)根據(jù)正確與否分別呈現(xiàn)“正確”“錯(cuò)誤”“無(wú)反應(yīng)”（被試未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)）的反饋圖片，本輪測(cè)試結(jié)束。具體實(shí)驗(yàn)流程為：呈現(xiàn)一個(gè)黑色的“+”注視點(diǎn)，呈現(xiàn)時(shí)間為1 000 ms，“+”圖片結(jié)束后200 ms呈現(xiàn)刺激圖片，每張刺激圖片停留時(shí)間為1 000 ms，反饋圖片的呈現(xiàn)時(shí)間為800 ms，從刺激結(jié)束到下一輪測(cè)試開始之間的時(shí)間間隔為300～700 ms，平均為500 ms。數(shù)據(jù)采集時(shí)間共計(jì)5 min左右（圖2）。

圖2 足球比賽判罰的實(shí)驗(yàn)流程Figure2 Experimentalparadigmof footballmatchjudgement

2.4 數(shù)據(jù)記錄與分析

采用Neuroscan公司生產(chǎn)的64導(dǎo)腦電記錄系統(tǒng)和Scan 4.5軟硬件系統(tǒng)記錄分析并同時(shí)記錄腦電數(shù)據(jù)及行為數(shù)據(jù)。采樣頻率為1 000 Hz，正式實(shí)驗(yàn)開始時(shí)各電極電阻均降到5 000Ω以下，運(yùn)用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)3組被試進(jìn)行組間統(tǒng)計(jì)分析。

運(yùn)用MATLAB對(duì)采集的ERP數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：對(duì)數(shù)據(jù)做電極電位后，以雙側(cè)乳突（M1、M2）作為重參考指標(biāo)。去除無(wú)用電極，包括腦電、CB1和CB2。進(jìn)行濾波（高通濾波為0.1 Hz，低通濾波為30 Hz，去除市電48～52 Hz、98～102 Hz），將決策發(fā)生前150 ms至后500 ms的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，并對(duì)0點(diǎn)前150 ms進(jìn)行基線校正。分段后手動(dòng)插值壞電極，剔除壞分段，并運(yùn)行ICA進(jìn)行去除偽跡成分，檢驗(yàn)并剔除伴有眨眼、眼動(dòng)、肌電以及波幅大于±80μV的ERP偽跡片段的數(shù)據(jù)。

預(yù)處理后把被試內(nèi)所有分段疊加平均，同組被試間也做疊加平均，通過(guò)所得到的波形圖觀察到感興趣的N1和P300成分顯著。根據(jù)前人文獻(xiàn)，N1成分選取C1、Cz、C2、CP1、CPz、CP2，P300選取PO3、POz、PO4、O1、Oz、O2（圖3）。對(duì)2個(gè)成分分別進(jìn)行波幅值的提取（N1成分為200～240 ms，P300成分為340～380 ms），并對(duì)其做3（被試類別）×6（電極）的重復(fù)測(cè)量方差分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果非球性時(shí)采用Greenhouse-Geisser校正，以P＜0.05為顯著。

圖3 64個(gè)電極整體分布與分析電極的選取Figure 3 Overall distribution of 64 electrodes and selection of analytical electrodes

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 行為數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 23.0軟件對(duì)正確率與反應(yīng)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體觀察3組被試的正確率（表2）。裁判組均值M=96.91%，SD=0.017；體育生組均值M=95.62%，SD=0.026；對(duì)照組均值M=90.91%，SD=0.060。

表2 3組被試正確率與反應(yīng)時(shí)Table 2 Correct rate and response time of three groups

通過(guò)觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：裁判組和體育生組的正確率均值分布高于對(duì)照組，而裁判組和體育生組的正確率差異并不顯著，但裁判組正確率分布較為集中穩(wěn)定。反應(yīng)時(shí)與正確率的分布相似（圖4），表現(xiàn)為裁判組的反應(yīng)略快于體育生組，且分布較為集中，這2組的反應(yīng)時(shí)又明顯低于對(duì)照組。

圖4 被試組間正確率與反應(yīng)時(shí)均值分布箱型圖Figure 4 Box plot of the mean distribution of accuracy and response time among groups

3.2 腦電數(shù)據(jù)分析

3.2.1 N1成分

通過(guò)對(duì)選定的電極進(jìn)行同組被試間的疊加平均，觀測(cè)到被試在進(jìn)行決策的過(guò)程中頂區(qū)產(chǎn)生了明顯的N1成分，各電極（C1、C2、CP1、CP2、CPz、Cz）誘發(fā)的波幅差異明顯。圖5為3組被試在6個(gè)電極上觀測(cè)到的N1成分平均波幅圖，結(jié)果顯示體育生組波幅最高，對(duì)照組其次，裁判組最低，地形圖（圖6）與波形圖結(jié)果顯示一致。3（被試類別）×6（電極）的重復(fù)測(cè)量方差結(jié)果顯示，組間主效應(yīng)顯著［F（2，57）=3.71，P=0.035］，電極間主效應(yīng)不顯著［F（5，54）=1.57，P=0.17］，組間和電極間的交互作用不顯著［F（5，54）=0.33，P=0.97］。通過(guò)對(duì)3組被試的數(shù)據(jù)進(jìn)行事后分析發(fā)現(xiàn)，裁判組和對(duì)照組在做出決策時(shí)所誘發(fā)的N1成分有顯著性差異（P=0.049），體育生組和其他2組間均無(wú)顯著性差異（P＞0.05），同時(shí)在波形圖和地形圖觀測(cè)到裁判組的N1成分明顯低于其他2組，可以認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)值較高的裁判組相較其他2組在決策過(guò)程中分配更少的注意資源。

圖5 N1成分電極點(diǎn)峰值的平均波形圖Figure 5 The average wave form of the peak value of the electrode point of the N1 component

圖6 N1成分腦分布地形圖Figure 6 Topographic map of the N1 component brain distribution

3.2.2 P300成分

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，枕區(qū)出現(xiàn)了明顯的P300成分且峰值明顯。圖7為3組被試決策過(guò)程中誘發(fā)的P300成分平均波幅圖，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)值較低對(duì)照組在決策過(guò)程中誘發(fā)的P300成分在3組中最活躍，裁判組其次，地形圖與波形圖顯示結(jié)果一致（圖8）。與N1成分處理方式相同，隨后對(duì)其進(jìn)行3（被試類別）×6（電極）的重復(fù)性測(cè)量方差分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示組間主效應(yīng)顯著［F（2，57）=5.76，P=0.007］，電 極 間 主 效 應(yīng) 顯 著［F（5，54）=18.38，P＜0.01］，組間和電極間的交互作用無(wú)顯著性差異［F（5，54）=0.77，P=0.659］。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組別間的事后分析得知，對(duì)照組在決策時(shí)所誘發(fā)的P300成分分別與體育生組（P=0.012）和裁判組（P=0.022）有顯著性差異，體育生組與裁判組在P300成分上無(wú)顯著性差異?？梢哉J(rèn)為：由于體育生組有一定足球判罰知識(shí)，但因不具備專業(yè)判罰經(jīng)驗(yàn)，因此在面對(duì)相應(yīng)刺激時(shí)無(wú)法快速準(zhǔn)確做出判斷，表現(xiàn)為更大波幅的P300成分；對(duì)照組由于無(wú)相關(guān)判罰經(jīng)驗(yàn)且缺乏相關(guān)知識(shí)，在決策過(guò)程中對(duì)罰判任務(wù)難易程度無(wú)法衡量，精神壓力小，沒有消耗過(guò)多的決策資源，表現(xiàn)為P300成分波幅最??；經(jīng)驗(yàn)值較高的裁判組受職業(yè)特征和經(jīng)驗(yàn)的雙重影響，在判罰過(guò)程中消耗較多的決策資源。

圖7 P300成分電極點(diǎn)峰值的平均波形圖Figure 7 The average waveform of the peak value of the electrode point of the P300 component

圖8 P300成分腦分布地形圖Figure 8 Topographic map of the P300 component brain distribution

4 討論

在足球裁判員判罰決策中，個(gè)體執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)對(duì)裁判員的判罰決策判斷和效率起著非常重要的作用。本文設(shè)計(jì)了在一個(gè)基于不同執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)下的判罰決策實(shí)驗(yàn)任務(wù)，要求不同經(jīng)驗(yàn)水平的被試針對(duì)基于真實(shí)比賽場(chǎng)景選取的照片中的球員是否犯規(guī)做出判罰決策，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明裁判組和體育生組的整體正確率顯著高于經(jīng)驗(yàn)值最低的對(duì)照組，而決策者進(jìn)行決策反應(yīng)的耗時(shí)則表現(xiàn)為經(jīng)驗(yàn)值越高越趨于穩(wěn)定，腦電成分N1的振幅更小，同時(shí)有經(jīng)驗(yàn)的裁判組和體育生組引發(fā)的P300成分的振幅也要顯著小于對(duì)照組。

4.1 N1成分

本實(shí)驗(yàn)要求不同執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)的被試面對(duì)一張足球比賽圖片進(jìn)行是否犯規(guī)的判罰決策，這要求被試必須首先識(shí)別圖片中的足球運(yùn)動(dòng)員的位置與動(dòng)作，然后進(jìn)行是否犯規(guī)的判罰決策，同時(shí)要求這一判罰決策必須在1 000 ms內(nèi)做出，并通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)讓所有被試都熟悉這一過(guò)程。根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)中對(duì)于決策任務(wù)階段的劃分，被試在做出判罰決策前，必然有一個(gè)從圖片中識(shí)別存在哪些動(dòng)作的認(rèn)知階段。

在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)刺激呈現(xiàn)200 ms左右時(shí)，裁判組、體育生組和對(duì)照組都會(huì)出現(xiàn)明顯的N1成分。N1成分是一個(gè)包含眾多子波形的代表視覺的ERP波形，一般出現(xiàn)在刺激呈現(xiàn)100～200 ms，與早期視覺加工中的注意力分配有關(guān)。決策者對(duì)某一任務(wù)分配的視覺注意力越高，其N1成分的波幅就越大［32］。在本實(shí)驗(yàn)中，體育生組引發(fā)的N1成分波幅與對(duì)照組無(wú)顯著差別，與專業(yè)裁判組相比明顯偏高，這表明體育生組和對(duì)照組相較于裁判組，在識(shí)別犯規(guī)動(dòng)作時(shí)要消耗更多的認(rèn)知資源。因此，假設(shè)1得到驗(yàn)證。

由此可見，在裁判員個(gè)體做出判罰決策時(shí)，經(jīng)驗(yàn)因素首先會(huì)影響其識(shí)別具體犯規(guī)動(dòng)作時(shí)分配的注意力資源。有大量臨場(chǎng)比賽經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)裁判員，面對(duì)需要進(jìn)行犯規(guī)決策的疑似犯規(guī)場(chǎng)景時(shí)，只需要調(diào)動(dòng)較少的注意力資源就可以完成前期的識(shí)別任務(wù)，而僅僅愛好足球運(yùn)動(dòng)卻缺乏執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)的體育生和對(duì)照組要調(diào)動(dòng)更多的注意力資源才能識(shí)別出是否存在犯規(guī)。

4.2 P300成分

在本實(shí)驗(yàn)中，被試被要求在一定時(shí)間內(nèi)完成刺激圖片中運(yùn)動(dòng)員是否犯規(guī)的決策任務(wù)，當(dāng)刺激圖片呈現(xiàn)后的300 ms左右，在所有被試腦電圖中都觀察到了較為明顯的P300成分。

從整體上看，裁判組和體育生組引發(fā)的P300成分波幅要顯著小于對(duì)照組，而裁判組與體育生組之間的差異不顯著。因此，假設(shè)2得到驗(yàn)證。主要原因是：①對(duì)于同一刺激材料，裁判組自身接受過(guò)系統(tǒng)的足球判罰培訓(xùn)，同時(shí)具有較為豐富的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)于本實(shí)驗(yàn)挑選的國(guó)際足聯(lián)2019年遠(yuǎn)程裁判員培訓(xùn)課程中提供的犯規(guī)動(dòng)作做出判罰，并不會(huì)消耗他們過(guò)多的決策資源；而體育生組，由于他們?nèi)粘Ｉ钪袗酆米闱蝽?xiàng)目，具有一定觀看足球比賽的經(jīng)歷，其經(jīng)驗(yàn)水平要高于平時(shí)觀看比賽較少的對(duì)照組，消耗的決策資源也小于對(duì)照組。這體現(xiàn)為裁判組和體育生組引發(fā)的P300成分波幅均顯著小于對(duì)照組。②裁判組和體育生組之間P300成分波幅差異不顯著，這是因?yàn)楸敬未碳げ牧线x取自2019年裁判員培訓(xùn)教程的培訓(xùn)素材，本身就是針對(duì)新手裁判員的入門級(jí)培訓(xùn)素材，所有素材的難易程度一致，整體難度不高。體育生組雖然沒有受過(guò)專業(yè)的培訓(xùn)，但在日常生活中觀賽經(jīng)驗(yàn)豐富。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下無(wú)法模擬出真實(shí)比賽場(chǎng)景，產(chǎn)生臨場(chǎng)壓力、體力消耗等真實(shí)比賽中影響裁判員判罰決策的因素［31］，所以僅僅體現(xiàn)出有經(jīng)驗(yàn)個(gè)體和無(wú)經(jīng)驗(yàn)個(gè)體之間的P300成分波幅差異明顯，而執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)豐富的裁判組和欠缺臨場(chǎng)執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)的體育生組之間決策資源消耗差別不大，引發(fā)的P300成分波幅差異也不明顯。從行為數(shù)據(jù)上看，裁判組間各個(gè)被試的按鍵反應(yīng)時(shí)總體較為平穩(wěn)，而體育生組間被試的按鍵反應(yīng)時(shí)波動(dòng)較大。這說(shuō)明受過(guò)統(tǒng)一系統(tǒng)訓(xùn)練的裁判員在進(jìn)行判罰決策任務(wù)時(shí)，其決策過(guò)程和決策時(shí)間趨于一致，穩(wěn)定性較強(qiáng)。僅僅是長(zhǎng)期觀看足球比賽積累經(jīng)驗(yàn)的體育生組，其判罰決策過(guò)程受到個(gè)體間認(rèn)知、反應(yīng)差異的影響，并不穩(wěn)定。

5 結(jié)論與展望

5.1結(jié)論

本文基于個(gè)體決策過(guò)程的不同階段，嘗試從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的角度探索個(gè)體經(jīng)驗(yàn)對(duì)裁判判罰決策的影響路徑，通過(guò)事件相關(guān)電位工具，發(fā)現(xiàn)了用以表征決策過(guò)程中信息識(shí)別和行動(dòng)選擇聯(lián)系的腦電成分N1和P300成分，為揭示足球裁判員判罰決策的大腦認(rèn)知機(jī)制和決策路徑提供了神經(jīng)層面的證據(jù)，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了經(jīng)驗(yàn)因素對(duì)裁判員判罰決策影響的神經(jīng)機(jī)制。研究認(rèn)為：當(dāng)不同經(jīng)驗(yàn)水平的個(gè)體面對(duì)同樣的犯規(guī)場(chǎng)景時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的個(gè)體調(diào)用的認(rèn)知資源較少，表現(xiàn)為較小的N1成分波幅；同時(shí)，面對(duì)同一犯規(guī)場(chǎng)景，不同經(jīng)驗(yàn)水平個(gè)體所消耗的決策資源存在顯著差異，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)訓(xùn)練、具有較為豐富的臨場(chǎng)執(zhí)裁經(jīng)驗(yàn)的個(gè)體在決策時(shí)判斷反應(yīng)更為穩(wěn)定，消耗的決策資源較小，表現(xiàn)較小的P300成分波幅。

依據(jù)研究結(jié)果，明確裁判員判罰決策的2階段模型。如圖9所示，在足球裁判進(jìn)行判罰決策時(shí)，首先產(chǎn)生的是一個(gè)識(shí)別過(guò)程，其標(biāo)志N1成分活躍，在這個(gè)階段裁判員需要調(diào)動(dòng)識(shí)別資源，捕捉犯規(guī)信息。之后進(jìn)入選擇決策階段，其標(biāo)志P300成分活躍，裁判員根據(jù)前一階段捕捉的信息，結(jié)合足球比賽判罰規(guī)則做出犯規(guī)或者不犯規(guī)的判罰決策。結(jié)合之前不同經(jīng)驗(yàn)水平的個(gè)體所引發(fā)的N1成分和P300成分波幅的差異，認(rèn)為經(jīng)驗(yàn)因素在對(duì)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的疑似犯規(guī)行為和是否判罰該行為犯規(guī)這2個(gè)階段中均會(huì)影響裁判員的判罰決策。

圖9 裁判員判罰決策過(guò)程模型Figure 9 The stage model of refereeing decision

在VAR技術(shù)應(yīng)用日益成熟的今天，一方面在實(shí)踐層面上可以依據(jù)本文理論支撐，根據(jù)裁判員不同的經(jīng)驗(yàn)水平設(shè)計(jì)相應(yīng)的VAR介入標(biāo)準(zhǔn)，讓足球比賽在保證公平公正的同時(shí)，不失去原有的流暢性，不影響觀眾的觀賽體驗(yàn)。另一方面可以根據(jù)裁判員在認(rèn)知和選擇決策階段中不同的心理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)更為細(xì)化的足球裁判培養(yǎng)計(jì)劃，并根據(jù)該模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的糾偏機(jī)制，為足球裁判員的預(yù)備選拔、臨場(chǎng)執(zhí)裁以及事后分析3個(gè)層面提供理論借鑒，從而提升足球裁判員的判罰決策準(zhǔn)確性，為提升我國(guó)足球水平和職業(yè)聯(lián)賽比賽質(zhì)量，做大做強(qiáng)足球產(chǎn)業(yè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

5.2 展望

本文尚存一些不足之處，在實(shí)驗(yàn)材料的選取、實(shí)驗(yàn)程序的設(shè)計(jì)方面尚存在需要改進(jìn)的地方。后續(xù)研究可以針對(duì)不同經(jīng)驗(yàn)水平的被試在面對(duì)難度差異、環(huán)境差異的決策任務(wù)時(shí)，揭示其決策行為和背后神經(jīng)活動(dòng)變化機(jī)制和影響機(jī)理，從而進(jìn)一步完善和豐富針對(duì)裁判員個(gè)體的判罰決策神經(jīng)機(jī)制的研究范式。

事實(shí)上，決策行為對(duì)于包括體育運(yùn)動(dòng)在內(nèi)的人類活動(dòng)起到了至關(guān)重要的作用。體育學(xué)研究，除了本文涉及的裁判員判罰決策外，還包含運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)決策、教練員針對(duì)比賽現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)調(diào)整的風(fēng)險(xiǎn)決策、體育消費(fèi)者的品牌決策、體育觀眾的觀賽決策等大量的決策場(chǎng)景［33］。因此，將神經(jīng)管理學(xué)研究范式應(yīng)用于體育學(xué)的決策研究中，發(fā)掘不同體育場(chǎng)景中情緒狀態(tài)、年齡和性別等個(gè)體因素對(duì)參與體育運(yùn)動(dòng)各類人群的決策影響神經(jīng)機(jī)制將有重要意義。此外，隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的FMRI、EEG、眼動(dòng)及近紅外成像等技術(shù)不斷發(fā)展，便攜式、高分辨率的儀器為解決體育學(xué)中實(shí)踐場(chǎng)景問題提供了便利條件。

總之，隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究方法和研究范式被不斷應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)等社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域，并取得一系列重要的研究成果，相信認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與體育學(xué)的相互融合與相互借鑒會(huì)對(duì)體育學(xué)未來(lái)的研究產(chǎn)生重要影響，形成一套融合多學(xué)科知識(shí)的解決機(jī)制，為體育學(xué)研究提供新的研究思路。

作者貢獻(xiàn)聲明：

丁建嵐：設(shè)計(jì)論文框架，提出實(shí)驗(yàn)思路，采集、核實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫、修改論文；

黃 謙：提出論文選題，指導(dǎo)撰寫論文，審核修改論文；

張 犁：完善實(shí)驗(yàn)思路，采集、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫論文；

馬林曉：采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，校對(duì)論文；

丁逸菲：采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)；

王歡慶：校對(duì)論文。