不同認(rèn)知任務(wù)下定向運(yùn)動(dòng)員腦加工特征研究——來自fNIRS的證據(jù)

張文　宋楊　劉陽

摘? ? 要? ?目的：利用功能性近紅外光譜成像技術(shù)監(jiān)測(cè)定向運(yùn)動(dòng)員在不同認(rèn)知任務(wù)下大腦皮層腦血氧激活變化，揭示定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目認(rèn)知加工特征和內(nèi)在機(jī)制。方法：24名定向運(yùn)動(dòng)員參加實(shí)驗(yàn)，通過行為測(cè)量和近紅外光譜功能成像系統(tǒng)腦血氧激活程度的測(cè)量，記錄并分析被試在識(shí)圖決策和圖景識(shí)別2種認(rèn)知任務(wù)執(zhí)行過程中的行為表現(xiàn)和大腦前額葉皮層的氧合血紅蛋白濃度變化。結(jié)果：1）圖景識(shí)別任務(wù)行為績效顯著好于識(shí)圖決策任務(wù)；2）識(shí)圖決策任務(wù)下，大腦左右腹外側(cè)前額葉大腦皮層腦血氧激活程度顯著大于圖景識(shí)別任務(wù)；3）圖景識(shí)別任務(wù)下，腦功能連接相關(guān)程度顯著大于識(shí)圖決策任務(wù)。結(jié)論：不同認(rèn)知任務(wù)下大腦前額葉在認(rèn)知加工模式上存在差異，左右腹外側(cè)前額葉腦區(qū)在識(shí)圖決策認(rèn)知任務(wù)加工過程中起到重要作用，圖景識(shí)別認(rèn)知加工過程中，腦網(wǎng)絡(luò)功能連接更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞? ?定向運(yùn)動(dòng)；識(shí)圖決策；圖景識(shí)別；功能性近紅外光譜成像技術(shù)；前額葉皮層區(qū)

中圖分類號(hào)：G 804.8? ? ? ? ? ?學(xué)科代碼：040302? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14036/j.cnki.cn11-4513.2023.02.008

Abstract? ?Objective： Functional near-infrared spectroscopy imaging （fNIRS） was used to monitor the activation of cerebral oxygen （Oxy-hb） in the cerebral cortex of orienteering athletes under different cognitive tasks， to reveal the cognitive processing characteristics and internal mechanism of orienteering events. Methods： Twenty-four orienteering athletes participated in the experiment to record and analyze the participantsbehavior and the changes in the concentration of oxyhemoglobin in the prefrontal cortex of the brain during the two tasks of map recognition decision-making and picture recognition by measuring the degree of activation of cerebral blood oxygen through behavioral measurement and near-infrared spectroscopy functional imaging systems. Results： 1） The performance of picture recognition task completion behavior is significantly better than that of map recognition decision-making task. 2） Under the map recognition decision-making task， the degree of Oxy-hb activation of the left and right ventrolateral prefrontal lobe （VLPFC） of the brain was significantly greater than that of the image recognition task. 3） Under the picture recognition task， the correlation degree of brain function connection is significantly greater than that of the map recognition decision-making task. Conclusion： Under different cognitive tasks， the prefrontal lobe of the brain has differences in cognitive processing mode， and the brain region of the left and right ventrolateral prefrontal lobes plays an important role in the processing of cognitive tasks for map recognition decision-making， and the brain network function connection is stronger during the cognitive processing of picture recognition.

Keywords? ?orienteering; map-recognition decision-making; picture recognition; fNIRS; prefrontal cortical areas

定向運(yùn)動(dòng)是指利用地圖和指北針進(jìn)行導(dǎo)航，完成選擇道路、尋找目標(biāo)的體育運(yùn)動(dòng)，是1個(gè)具有高度認(rèn)知成分和身體參與的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。在比賽中，選手需要通過地圖信息的識(shí)別決策合理的跑動(dòng)路線，并不斷地將地圖與實(shí)景信息進(jìn)行匹配，完成標(biāo)定自身位置和尋找目標(biāo)的任務(wù)［1］。識(shí)圖決策和圖景識(shí)別是定向運(yùn)動(dòng)的技術(shù)核心，決定著運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技成績。

決策是人通過對(duì)現(xiàn)實(shí)情況的判斷進(jìn)而選擇行動(dòng)的過程［2］。定向運(yùn)動(dòng)中識(shí)圖決策是指?jìng)€(gè)人在其心理系統(tǒng)中輸入、編碼、存儲(chǔ)和提取地圖信息以決定最佳路線的認(rèn)知過程［3］。這一過程涉及了識(shí)別地圖符號(hào)，對(duì)地圖信息的選擇注意、有效的記憶等多項(xiàng)認(rèn)知成分［4］。情景識(shí)別是首先對(duì)刺激物的特征進(jìn)行分析，即提取刺激物的相關(guān)特征，然后將這些提取的特征進(jìn)行整合，再與長期記憶中各種刺激物的特征進(jìn)行比較。這與感知覺、記憶、思維、想象等心理過程密切相關(guān)。參與定向運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)員需要對(duì)地圖上各種符號(hào)進(jìn)行處理和編碼，對(duì)地圖符號(hào)進(jìn)行情景匹配與識(shí)別，盡可能多地識(shí)別周圍的必要特征，忽略地圖上不相關(guān)的情景，并快速、準(zhǔn)確地選擇與行進(jìn)路線有關(guān)的情景特征。表征地圖、心理旋轉(zhuǎn)、目標(biāo)搜索等認(rèn)知任務(wù)都參與了這個(gè)過程。識(shí)圖決策與圖景識(shí)別在認(rèn)知加工過程中既具有共通性，也具有差異性，本研究力求通過行為及神經(jīng)績效的分析，探究兩者之間的異同。

綜合分析國內(nèi)外已有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的認(rèn)知研究多采用問卷、訪談等方法對(duì)識(shí)圖注意、記憶、決策等認(rèn)知能力進(jìn)行行為學(xué)數(shù)據(jù)分析。劉陽等將地圖類型和信息量雙任務(wù)范式與眼動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，研究了定向運(yùn)動(dòng)員識(shí)圖決策過程中視覺搜索特征，發(fā)現(xiàn)地圖類型與信息量影響定向運(yùn)動(dòng)員的視覺搜索特征，進(jìn)而影響了選手的識(shí)圖決策績效［5］。定向運(yùn)動(dòng)員的識(shí)圖決策能力受到記憶能力的制約，擁有好的記憶能力，有利于記憶更多的地圖信息，從而提高識(shí)圖決策效率［6］。在定向運(yùn)動(dòng)員的圖景識(shí)別研究中，主要圍繞地圖記憶和心理旋轉(zhuǎn)2種認(rèn)知能力進(jìn)行探究。有研究發(fā)現(xiàn)，通過專項(xiàng)記憶訓(xùn)練，有利于提升練習(xí)者的特定信息快速編碼和提取的能力，可提高專項(xiàng)技能的情景識(shí)別水平和場(chǎng)景識(shí)別轉(zhuǎn)換能力［7］。一項(xiàng)空間定位的行為學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，心理旋轉(zhuǎn)能力在定向運(yùn)動(dòng)圖景識(shí)別的方位匹配過程中起著重要的作用［8］。綜上，已有的研究證實(shí)定向運(yùn)動(dòng)員識(shí)圖決策與圖景識(shí)別受到多種認(rèn)知能力的影響，但研究缺乏對(duì)不同認(rèn)知任務(wù)的比較分析，不同認(rèn)知加工過程中的大腦變化機(jī)制尚不清楚。本研究借助神經(jīng)影像技術(shù)監(jiān)測(cè)心理任務(wù)執(zhí)行期間的血流動(dòng)力學(xué)信號(hào)變化，以期進(jìn)一步探討不同認(rèn)知任務(wù)間大腦激活模式。

近年來，功能性近紅外光譜成像技術(shù)（fNIRS）在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，在籃球［9］、太極拳［10］、乒乓球［11］、有氧運(yùn)動(dòng)［12］等方面都有一定的進(jìn)展與突破。前額葉皮質(zhì)層是接收來自大腦其他功能區(qū)的經(jīng)過處理的外部信息，然后整合記憶、意圖等信息，立即作出合理的計(jì)劃的區(qū)域［13］。許多功能性神經(jīng)影像學(xué)研究報(bào)告顯示了在注意和記憶相關(guān)任務(wù)過程中前額葉的激活［14-16］。因此，本研究選取大腦腹外側(cè)前額葉（VLPFC）和背外側(cè)前額葉（DLPFC）來監(jiān)測(cè)定向運(yùn)動(dòng)員在識(shí)圖決策、圖景識(shí)別的任務(wù)下含氧血紅蛋白（Oxy-hb）信號(hào)的變化，從行為績效和fNIRS指標(biāo)進(jìn)行分析，并提出以下研究假設(shè)：1）識(shí)圖決策和圖景識(shí)別2種認(rèn)知任務(wù)下定向運(yùn)動(dòng)員的行為績效和腦激活模式存在顯著差異。2）識(shí)圖決策和圖景識(shí)別任務(wù)下行為學(xué)指標(biāo)與腦血氧結(jié)果具有相關(guān)性，不同認(rèn)知任務(wù)體現(xiàn)出腦功能連接的差異性。

1? ?研究對(duì)象與方法

1.1? 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

本研究共招募24名定向運(yùn)動(dòng)隊(duì)隊(duì)員，平均年齡為（22.78±0.85）歲，年齡范圍在21～25歲之間；均為國家一級(jí)運(yùn)動(dòng)員以上，平均訓(xùn)練年限為（8.37±2.12）年；左、右眼視力或矯正視力正常，皆為右利手，受教育程度一致；無色盲色弱現(xiàn)象、無神經(jīng)病癥史、無嚴(yán)重身體疾病、無酒精或者藥物依賴；從未參加過類似實(shí)驗(yàn)及提前一天告知被試實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的內(nèi)容，受試者均同意簽署《實(shí)驗(yàn)知情同意書》。該研究已獲得陜西師范大學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)（20191011）。

1.2? 研究方法

1.2.1? 實(shí)驗(yàn)材料

1）識(shí)圖決策任務(wù)刺激材料。采用800×600像素定向運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)比賽地圖，比例尺為1∶5 000，地圖信息多為建筑物等地物特征，每張地圖含24條路線規(guī)劃任務(wù)。

2）圖景識(shí)別刺激材料。運(yùn)動(dòng)員應(yīng)根據(jù)紙質(zhì)版地圖信息及檢查點(diǎn)點(diǎn)位信息在實(shí)景中快速搜索，圖景識(shí)別任務(wù)中有4個(gè)選擇位置（用白色與橙色相間的點(diǎn)標(biāo)旗表示），其中一個(gè)為與地圖點(diǎn)位一致的正確選項(xiàng)。地圖信息及檢查點(diǎn)說明表在刺激材料左側(cè)，指北標(biāo)識(shí)顯示與實(shí)景方位一致。定向運(yùn)動(dòng)員需要在實(shí)景中找出認(rèn)為相應(yīng)匹配的點(diǎn)位。

對(duì)實(shí)驗(yàn)范式進(jìn)行了信效度檢驗(yàn)。效度采用專家訪談法，由3位專家對(duì)本研究的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行評(píng)分（4.30±0.33），評(píng)分結(jié)果說明本研究的實(shí)驗(yàn)材料具有效度。信度采用時(shí)間信度檢驗(yàn)，在預(yù)實(shí)驗(yàn)中對(duì)10名受試者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1周后進(jìn)行第2次測(cè)試，2次測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，r＞0.80，說明實(shí)驗(yàn)信度可靠。

1.2.2? 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)前讓被試者熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并記錄被試者的性別、年齡、訓(xùn)練年限、運(yùn)動(dòng)等級(jí)等基本情況，期間告知被試者實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。之后由實(shí)驗(yàn)人員對(duì)被試者佩戴fNIRS光極帽，并進(jìn)行校準(zhǔn)，使其通道連接。實(shí)驗(yàn)包括2個(gè)階段：練習(xí)階段和正式測(cè)試階段。練習(xí)階段受試者完成8個(gè)點(diǎn)位共4次識(shí)圖決策練習(xí)和4次圖景識(shí)別練習(xí)（練習(xí)階段和正式階段實(shí)驗(yàn)材料隨機(jī)選?。Ｔ诰毩?xí)階段考察受試者實(shí)驗(yàn)操作熟練度的同時(shí)，重點(diǎn)要求受試者頭部和肢體盡量少動(dòng)，保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

正式測(cè)試階段：首先讓受試者保持放松狀態(tài)，30 s后受試者在時(shí)間提醒下開始測(cè)試識(shí)圖決策任務(wù)。識(shí)圖決策共有23個(gè)目標(biāo)點(diǎn)位，受試者從地圖的起點(diǎn)出發(fā)，完成24次路線決策最后到達(dá)終點(diǎn)，每4次路線決策為1個(gè)組塊，每完成1個(gè)組塊，休息30 s（保證受試者的腦血氧恢復(fù)基線水平）。圖景識(shí)別任務(wù)正式實(shí)驗(yàn)共有16個(gè)圖景識(shí)別選項(xiàng)，每4個(gè)圖景識(shí)別選項(xiàng)為1個(gè)組塊，完成一個(gè)組塊休息30 s，整個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)總計(jì)4個(gè)組塊。

1.2.3? 數(shù)據(jù)采集

本實(shí)驗(yàn)儀器采用德國某公司的便攜式fNIRS設(shè)備（Nirsport2）。在前額葉皮層區(qū)域的測(cè)量通道布局上，由13個(gè)光源探頭和8個(gè)接收探頭組合成28通道，采樣頻率設(shè)為7.813 Hz（如圖1所示）。興趣區(qū)（ROI）是根據(jù)已有的解剖標(biāo)定體系進(jìn)行劃分［17-18］。為了提高信噪比和信號(hào)可靠性，測(cè)量通道分為左、右兩側(cè)區(qū)域，共劃分出4個(gè)ROI，每個(gè)區(qū)域由6～7個(gè)通道表示，可確保區(qū)域之間的信噪比相同。左側(cè)腹外側(cè)前額葉（L-VLPFC）為Ch1、Ch2、Ch3、Ch4、Ch5、Ch7；左側(cè)背外側(cè)前額葉（L-DLPFC）為Ch6、Ch8、Ch9、Ch10、Ch11、Ch12、Ch13；右側(cè)腹外側(cè)前額葉（R-VLPFC）為Ch23、Ch24、Ch25、Ch26、Ch27、Ch28；右側(cè)背外側(cè)前額葉（R-DLPFC）為Ch16、Ch17、Ch18、Ch19、Ch20、Ch21、Ch22（見表1）。以上4個(gè)ROI均勻分布在PFC，采用多通道近紅外數(shù)據(jù)空間配準(zhǔn)到MNI空間的方法。

1.2.4? 數(shù)據(jù)處理與分析

采集定向運(yùn)動(dòng)員在圖景識(shí)別、識(shí)圖決策任務(wù)中的正確率、反應(yīng)時(shí)。使用“SPSS 23.0”軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，夏皮洛－威爾克檢驗(yàn)（S-W）結(jié)果顯示數(shù)據(jù)均大于0.05閾值，服從正態(tài)分布；通過配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，觀察不同認(rèn)知任務(wù)下的行為學(xué)指標(biāo)的差異。

使用MATLAB對(duì)fNIRS采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析。采用主成分分析（PCA）法去除噪聲和運(yùn)動(dòng)偽跡。根據(jù)血液動(dòng)力響應(yīng)函數(shù)和運(yùn)用帶通濾波的方法（大于0.30 Hz和小于0.01 Hz的成分被濾除）過濾心跳，呼吸等因素對(duì)fNIRS數(shù)據(jù)的影響。通過朗伯比爾定律對(duì)采集的光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到Oxy-Hb、Deoxy-Hb和Total-Hb的血氧信號(hào)數(shù)據(jù)［19］。相比于Deoxy-Hb而言，以O(shè)xy-Hb反映大腦神經(jīng)激活水平更為真實(shí)有效［20-21］，獲得28個(gè)通道的Oxy-Hb原始數(shù)據(jù)后，計(jì)算各任務(wù)條件下所有試次的Oxy-Hb數(shù)值的平均數(shù)，得到了受試者在各個(gè)任務(wù)條件下每個(gè)通道在單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)采樣點(diǎn)的均值，再將ROIs包含的6～7個(gè)通道的oxy-Hb數(shù)據(jù)進(jìn)行平均數(shù)計(jì)算，即為該ROI的血氧信號(hào)。運(yùn)用“SPSS23.0”軟件對(duì)各指標(biāo)的Oxy-Hb數(shù)據(jù)進(jìn)行了配對(duì)t檢驗(yàn)，使用FDR校正所有的p值，校正后以p＜0.05被認(rèn)為是具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

分析各個(gè)通道的Oxy-Hb值在時(shí)間序列上的Pearson相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)范圍位于［0，1］，數(shù)字越大表示其相關(guān)性越強(qiáng)。根據(jù)以往的研究［22-23］，將具有相關(guān)性的通道定義為相關(guān)系數(shù)大于0的通道，生成一個(gè)28×28的對(duì)角矩陣。根據(jù)對(duì)應(yīng)行的序號(hào)和列的序號(hào)可以得到所選通道之間的相關(guān)系數(shù)。經(jīng)過Fisher-Z轉(zhuǎn)換，改善這些相關(guān)系數(shù)的正態(tài)分布，使用反Fisher變換將分析后的Z值矩陣逆變換，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)值界定通道之間的功能連接強(qiáng)度。

2? ?結(jié)果

2.1? 行為學(xué)結(jié)果

定向運(yùn)動(dòng)員在不同認(rèn)知任務(wù)下的正確率和反應(yīng)時(shí)比較結(jié)果見表2，對(duì)識(shí)圖決策、圖景識(shí)別間認(rèn)知任務(wù)的正確率、反應(yīng)時(shí)分別進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，在正確率上，識(shí)圖決策任務(wù)顯著低于圖景識(shí)別任務(wù)（t=6.494，p<0.01）；在反應(yīng)時(shí)上，識(shí)圖決策任務(wù)顯著大于圖景識(shí)別任務(wù)（t=10.042，p<0.01）。

2.2? fNIRS結(jié)果

通過ROI的劃分，對(duì)定向運(yùn)動(dòng)員在識(shí)圖決策、圖景識(shí)別任務(wù)下的L-VLPFC、L-DLPFC、R-VLPFC和R-DL

PFC分別進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

分析結(jié)果顯示：在識(shí)圖決策任務(wù)下，L-VLPFC（t=2.406， p<0.05）和R-VLPFC（t=2.080，p<0.05）的激活程度顯著大于圖景識(shí)別。

2.3? 相關(guān)性分析結(jié)果

2.3.1? 不同認(rèn)知任務(wù)下正確率與腦區(qū)激活程度的相關(guān)性分析

為了探究定向運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行不同認(rèn)知任務(wù)時(shí)與行為學(xué)（正確率）相關(guān)的腦區(qū)，將圖景識(shí)別任務(wù)和識(shí)圖決策任務(wù)存在顯著差異的腦區(qū)分別進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如圖3所示。

分析結(jié)果顯示：圖景識(shí)別任務(wù)下L-VLPFC（r=0.624，p=0.001）和R-VLPFC（r=0.577，p=0.004）與正確率相關(guān)顯著。識(shí)圖決策任務(wù)下L-VLPFC（r=0.492，p=0.017）和R-VLPFC（r=0.561，p=0.005）與正確率相關(guān)顯著。

2.3.2? 不同認(rèn)知任務(wù)下腦區(qū)之間激活程度的相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步評(píng)估定向運(yùn)動(dòng)員在圖景識(shí)別任務(wù)和識(shí)圖決策任務(wù)的腦網(wǎng)絡(luò)功能連接，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)計(jì)算通道之間的相關(guān)性，分析結(jié)果如表3所示。

對(duì)不同認(rèn)知任務(wù)下腦區(qū)之間功能連接的比較進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果表明：圖景識(shí)別任務(wù)下L-VLPFC和L-LPFC之間的相關(guān)系數(shù)顯著大于識(shí)圖決策任務(wù)（t= 3.329，p<0.01）；圖景識(shí)別任務(wù)下R-VLPFC和R-

DLPFC之間的相關(guān)系數(shù)顯著大于識(shí)圖決策任務(wù)（t= 4.147，p<0.01）。

3? ?討論

3.1? 不同認(rèn)知任務(wù)下行為學(xué)特征分析

本研究結(jié)果顯示：識(shí)圖決策的正確率顯著低于圖景識(shí)別，識(shí)圖決策的反應(yīng)時(shí)顯著大于圖景識(shí)別，說明不同的識(shí)圖任務(wù)影響定向運(yùn)動(dòng)員的行為績效，圖景識(shí)別效率更高。在識(shí)圖決策過程中，定向運(yùn)動(dòng)員合理的路線決策需要對(duì)點(diǎn)與點(diǎn)之間的眾多地物（例如：房屋、建筑物等）和地貌（例如：等高線）符號(hào)進(jìn)行綜合判斷，從而決策出一條合理路線。這一過程涉及到對(duì)輸入信息進(jìn)行辨別，根據(jù)大腦記錄的行為信息及關(guān)鍵因素，進(jìn)一步對(duì)這些信息進(jìn)行加工與分析。而信息認(rèn)知加工過程中，任務(wù)越復(fù)雜使得識(shí)別加工占用和消耗更多的注意資源［24-25］，這種高認(rèn)知負(fù)荷、低效率資源消耗的特征，不利于中樞資源合理的分配［26］。因此表現(xiàn)出識(shí)圖決策的正確率低和反應(yīng)時(shí)長。定向運(yùn)動(dòng)員的行為績效與任務(wù)難度緊密相關(guān)，難度的加大會(huì)制約個(gè)體的行為績效，高認(rèn)知負(fù)荷會(huì)消耗更多認(rèn)知資源，這也是為什么定向運(yùn)動(dòng)員在圖景識(shí)別任務(wù)中行為績效高于識(shí)圖決策任務(wù)的原因。本研究用正確率和反應(yīng)時(shí)2個(gè)指標(biāo)比較識(shí)圖決策和圖景識(shí)別任務(wù)的差異，然而這2個(gè)指標(biāo)主要反映定向運(yùn)動(dòng)員在2種認(rèn)知任務(wù)中的行為學(xué)表現(xiàn)，無法了解其內(nèi)在機(jī)制及原因，因此借助fNIRS技術(shù)監(jiān)測(cè)定向運(yùn)動(dòng)員在不同認(rèn)知任務(wù)執(zhí)行過程中大腦前額葉皮質(zhì)區(qū)的變化。

3.2? 不同認(rèn)知任務(wù)下的腦激活特征分析

fNIRS結(jié)果顯示，左、右兩側(cè)VLPFC在識(shí)圖決策任務(wù)下的激活程度顯著大于圖景識(shí)別任務(wù)，這可能是任務(wù)難度影響著運(yùn)動(dòng)員的腦激活模式。相關(guān)研究表明，VLPFC腦區(qū)的激活被認(rèn)為在抑制控制［27］、工作記憶［28］、選擇性注意過程中發(fā)揮作用［29］，在行動(dòng)控制過程中，當(dāng)復(fù)雜性或整合性需求增加時(shí)，VLPFC腦區(qū)的認(rèn)知負(fù)荷升高，激活隨之增強(qiáng)，負(fù)荷降低，激活隨之減弱［30］。此外，在任務(wù)過程中VLPFC腦區(qū)激活程度與任務(wù)難度存在相關(guān)性［31］，與簡單任務(wù)相比復(fù)雜任務(wù)會(huì)誘發(fā)腦區(qū)更大程度的激活［32］。依據(jù)知覺負(fù)載理論，知覺負(fù)載水平?jīng)Q定了當(dāng)前認(rèn)知任務(wù)過程中的資源的分配。在認(rèn)知資源有限的情況下，簡單任務(wù)只需要耗費(fèi)較少的認(rèn)知資源，而復(fù)雜任務(wù)則需要耗費(fèi)更多的認(rèn)知資源，分心刺激干擾水平更高［33］。因此，識(shí)圖決策任務(wù)中VLPFC的激活表現(xiàn)得更明顯。

在本研究中，定向運(yùn)動(dòng)員在不同認(rèn)知任務(wù)時(shí)腦激活差異可以用以下事實(shí)來解釋。例如，在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，參與者必須采用第一視角在想象的運(yùn)動(dòng)環(huán)境中進(jìn)行，并且在識(shí)圖決策過程中要對(duì)地圖符號(hào)特征中的等高線、建筑物等信息進(jìn)行抽象的三維想象，從平面信息變?yōu)榱Ⅲw信息的合理規(guī)劃都要伴隨著復(fù)雜的認(rèn)知加工，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的認(rèn)知負(fù)荷要求也越大［34］。在這一過程中對(duì)地圖信息的選擇性注意、符號(hào)的編碼與記憶影響著定向運(yùn)動(dòng)員的識(shí)圖決策績效，任務(wù)的復(fù)雜程度誘發(fā)了前額葉腦功能活動(dòng)強(qiáng)度，因此與之相關(guān)的腦區(qū)表現(xiàn)出了腦激活特性。在圖景識(shí)別任務(wù)中需要單一地提取所需地圖符號(hào)的特征進(jìn)行分析，將這些提取的特征進(jìn)行整合并在實(shí)景中搜索正確的目標(biāo)。相比圖景識(shí)別任務(wù)，識(shí)圖決策任務(wù)認(rèn)知負(fù)荷強(qiáng)度更大，認(rèn)知負(fù)荷的差異可能引起了VLPFC的功能活動(dòng)變化［35］，導(dǎo)致大腦VLPFC更大程度地激活。本研究發(fā)現(xiàn)了VLPFC在識(shí)圖決策任務(wù)中的重要作用，將為今后通過神經(jīng)調(diào)控提升識(shí)圖績效提供客觀依據(jù)。

3.3? 不同認(rèn)知任務(wù)下腦功能連接相關(guān)性分析

比較正確率和大腦激活程度的相關(guān)性分析進(jìn)一步證實(shí)了圖景識(shí)別、識(shí)圖決策任務(wù)下的L-VLPFC和R-VLPFC均與正確率相關(guān)顯著。從不同認(rèn)知任務(wù)下腦功能連接發(fā)現(xiàn)，在圖景識(shí)別任務(wù)下L-VLPFC和L-DL

PFC、R-VLPEC和R-DLPEC的腦區(qū)功能連接更具有相關(guān)性，表明腦區(qū)之間功能整合的增加與大腦活動(dòng)的增加密切相關(guān)［36］。依據(jù)認(rèn)知加工通路假說，認(rèn)知加工主要有2條不同的皮層加工通道，一個(gè)是腹側(cè)通路（what通路），另一個(gè)是背側(cè)通路（where通路）。腹外側(cè)前額葉主要控制方位認(rèn)知和地圖表征［37］，背外側(cè)前額葉參與決策中個(gè)體整合信息并作出最適合當(dāng)前情境的行為控制視覺搜索的過程［38］。視覺空間信息在腹側(cè)通路的區(qū)域進(jìn)行處理，并通過背腹側(cè)功能連接與背側(cè)通路中處理的信息相整合［39］。腦神經(jīng)相關(guān)研究表明，圖景識(shí)別與多個(gè)腦區(qū)的活動(dòng)相關(guān)。一項(xiàng)fMRI研究發(fā)現(xiàn)，腹側(cè)前額葉皮層在提取情景信息和模擬情景預(yù)見的任務(wù)中被激活［40］。Westerberg發(fā)現(xiàn)圖景識(shí)別與腹側(cè)和背側(cè)視覺通路的視覺區(qū)域相關(guān)［41］，較高的功能連接表明特定大腦區(qū)域之間的信息流更高［42］。在情景記憶編碼時(shí)，前額葉區(qū)域出現(xiàn)了更強(qiáng)的功能連接，其原因是在對(duì)視覺信息進(jìn)行加工與編碼、并與真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行不斷地提取與轉(zhuǎn)換的過程中，前額葉皮質(zhì)區(qū)會(huì)積極參與注意力重新分配、內(nèi)部狀態(tài)處理、關(guān)系整合和記憶感知［43］。這些腦區(qū)神經(jīng)元功能耦合增強(qiáng)可能與運(yùn)動(dòng)員在圖景識(shí)別過程中應(yīng)對(duì)目標(biāo)識(shí)別、記憶檢索或地圖表征需動(dòng)用更多的神經(jīng)資源有關(guān)，從而需要較多的腦區(qū)協(xié)同合作。

4? ?結(jié)論

本研究整合了行為學(xué)和神經(jīng)影像學(xué)證據(jù)，發(fā)現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)員在圖景識(shí)別任務(wù)、識(shí)圖決策任務(wù)下行為績效和前額葉激活的變化存在顯著性差異。VLPFC的神經(jīng)激活在識(shí)圖決策任務(wù)中較為重要，圖景識(shí)別任務(wù)下行為績效與功能連接腦區(qū)協(xié)同合作更廣泛。該結(jié)論較好地揭示了定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中不同認(rèn)知任務(wù)腦區(qū)激活的神經(jīng)功能連接機(jī)制，從關(guān)聯(lián)腦區(qū)激活和功能連接視角評(píng)價(jià)定向運(yùn)動(dòng)員在不同認(rèn)知任務(wù)時(shí)的腦加工策略，可以更好地科學(xué)指導(dǎo)訓(xùn)練，并能反映定向運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的鍛煉效益。

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收稿日期：2022-06-21

基金項(xiàng)目：陜西省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（2022P003）；陜西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題（SGH20Y1061）。

第一作者簡介：張文（1998—），男，碩士在讀，研究方向?yàn)閼敉膺\(yùn)動(dòng)理論與方法。E-mail：903411756@qq.com。

通信作者簡介：劉陽（1979—），男，博士，教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的注意、記憶與決策。E-mail：liuyang0330@snnu.edu.cn。

作者單位：1.陜西師范大學(xué)體育學(xué)院，陜西西安 710119；2.天津財(cái)經(jīng)大學(xué)競(jìng)技運(yùn)動(dòng)管理中心，天津? 300222。

1.School of Physical Education， Shaanxi Normal University，Xian，Shaanxi? 710119， China；2.Tianjin University of Finance and Economics Athletic Sports Management Center，Tianjin? 300222， China.