運動員前額葉腦活動與認知表現解析10天專注力訓練是否更高效調用腦資源
10 天專注力訓練改變了什么?運動員前額葉腦活動與認知表現解析
論文概述
在賽場上,真正考驗運動員的往往不只是肌肉力量和技術動作。一次關鍵回合前,運動員需要保持注意力并在緊張情緒下繼續執行戰術。專注力訓練正是近年來運動心理學中備受關注的一類方法,它并不是簡單地放空或者是讓人冷靜下來,而是通過持續的注意力訓練,讓個體更敏銳地覺察身體和心理狀態,并在緊張或壓力出現時,把注意力重新帶回當下任務。
最近,來自廣州體育學院等機構的研究團隊在《BMC Psychology》發表了一項隨機對照研究“The effects of intensive mindfulness interventions on athletes'psychological states and cognitive performance: an fNIRS study”。研究把10天密集專注力訓練引入精英羽毛球運動員的賽前準備階段,并使用功能性近紅外光譜成像(fNIRS)記錄運動員在執行認知任務時的前額葉血氧反應。研究想回答一個很有意思的問題:短期專注力訓練是否會讓運動員在完成計劃和問題解決任務時,以更省力的方式調用大腦資源?

文章信息
研究方法
研究團隊采用隨機對照實驗設計,在干預前后分別測量運動員的專注力水平、認知任務表現以及前額葉腦活動;整體研究流程如圖1所示。

圖1 專注力干預實驗流程
1. 被試
研究共招募了28名來自中國廣州高水平訓練中心的精英羽毛球運動員。所有運動員都參加同一比賽,并且在實驗前沒有正式專注力練習經歷。研究人員將他們隨機分為兩組:專注力干預組14人,其中男性6人、女性8人,平均年齡20.29歲,平均訓練年限13.14年;對照組14人,其中男性8人、女性6人,平均年齡21.14歲,平均訓練年限12.93年。所有被試均為右利手,沒有明顯神經系統疾病史、閱讀障礙或酒精藥物依賴;
2.專注力干預
本研究設置為期 10 天的專注力干預,兩組受試者均正常參與日常訓練。干預組每日訓練后進行 30 分鐘身體掃描專注力訓練,由專業人員統一指導,引導受試者逐部位覺察身體感受、穩定當下覺知;對照組則在同一時段觀看中性自然紀錄片,實現時長與注意力負荷匹配。實驗時間線:第 0 天完成前測,第 1–10 天實施干預,第 11 日上午完成后測,第 12 日開展正式羽毛球比賽;
3. 認知任務
研究人員使用倫敦塔任務(Tower of London, TOL)評估運動員的計劃能力和問題解決能力。在這個任務中,屏幕上會出現三根不同長度的柱子和三個彩色小球,被試需要按照規則移動小球,用盡可能少的步數達到目標排列。研究將任務分為低認知負荷和高認知負荷兩種條件:低負荷題目需要3到4步完成,高負荷題目需要5到6步完成,如圖2所示;

圖2 倫敦塔認知任務示意圖
4. fNIRS腦成像
在完成倫敦塔任務時,運動員同時佩戴功能性近紅外光譜成像設備。fNIRS可以通過檢測氧合血紅蛋白(HbO)和脫氧血紅蛋白(HbR)的變化,間接反映大腦局部區域的活動水平。研究團隊將探頭布置在前額葉區域,覆蓋與注意控制、計劃、抑制和任務監控密切相關的腦區。具體通道布局如圖3所示;

圖3 fNIRS探頭和通道布局
5.數據分析方法
對 fNIRS 原始信號進行預處理,包括去除運動偽跡、濾波及血紅蛋白濃度換算;以 Hbdiff(HbO–HbR)作為腦激活指標,分析組別、認知負荷與干預時長帶來的腦通道響應差異。結合正確反應時與皮層激活水平計算神經效率指數(NE):在任務表現不變的前提下,腦激活水平越低、NE 數值越高,代表神經資源利用越高效。
研究結果
1. 專注力水平變化
專注力干預顯著改變了運動員的心理狀態。由表1五維度專注力量表(FFMQ)數據可見:干預組量表總分由前測的60.43分提升至后測的73.29分,對照組得分則基本保持穩定。統計檢驗結果顯示,FFMQ總分存在顯著的組別×時間交互效應,表明為期10天的身體掃描專注力練習,能夠有效提升運動員整體專注力水平。
表1 五因素專注力問卷得分

2. 認知行為表現變化
倫敦塔(TOL)任務的行為指標未出現明顯組間差異。針對任務準確率、正確反應時與錯誤反應時開展統計分析,均未檢測到顯著的組別×時間交互效應(表2)。這說明10天短期專注力干預,并未使運動員在規劃類認知任務的速度與準確度上產生即時性改變。
表2 倫敦塔任務行為表現

3. 前額葉腦區激活特征
fNIRS腦成像數據顯示,在低認知負荷任務條件下,干預組CH15通道的血流動力學響應出現顯著下降(圖4a)。該通道對應右側腹外側前額葉(right vlPFC),該腦區主要參與抑制控制、注意力調節及干擾信息篩選。干預后測結果顯示,干預組CH15通道的神經效率指數顯著高于對照組(圖4b)。在任務表現持平的前提下,專注力訓練組運動員該腦區激活程度更低、認知負荷更小。

圖4 低負荷倫敦塔任務中的腦激活和神經效率結果
4. 腦激活與行為表現的相關性
相關性分析結果如圖5所示:干預組后測階段,在低認知負荷條件下,CH15通道的激活水平與任務正確反應時呈顯著正相關,即該腦區血氧響應越強,運動員完成任務的反應速度越慢。

圖5 干預組后測中腦激活與行為表現的相關關系
結論與展望
本研究表明,為期 10 天的專注力訓練并未顯著提升運動員的倫敦塔任務行為表現,也無法直接證實該干預能夠改善運動員的競賽成績。研究核心發現為:短期密集專注力干預可改變精英羽毛球運動員執行認知任務時的前額葉資源調用模式。在低認知負荷情境下,運動員右側腹外側前額葉(vlPFC)血氧響應水平降低,神經效率顯著提升。
未來展望
1.擴充研究樣本與研究對象:本研究樣本量偏小,且僅選取羽毛球單項運動員,后續需擴大樣本規模,并納入不同運動項目、不同競技水平的運動員,驗證結論的普適性;
2.延長干預周期與豐富干預方案:本次干預時長較短,未來可設置更長周期的專注力訓練,探究干預時長對行為表現、腦功能的長期影響;
3.測評指標與實驗任務
①增設賽前焦慮、心理負荷、主觀投入度等測評指標,結合瞳孔測量等生理指標,區分神經效率提升與任務參與度變化;
②采用反應時變異性等更靈敏的行為指標,捕捉精英運動員細微的認知改變;
③替換或補充運動專項壓力任務、高競技壓力場景范式,探究專注力效果在真實賽場的遷移作用。
原文信息及鏈接
Song Y, Zhang J, Gaziev S, et al. The effects of intensive mindfulness interventions on athletes'psychological states and cognitive performance: an fNIRS study[J]. BMC Psychology, 2026, 14:541.
研究團隊介紹
本研究依托廣州體育學院及廣東省人體運動表現科學重點實驗室開展核心研究工作。該省級重點實驗室聚焦競技體育領域,深耕運動員狀態調控、運動表現優化與神經科學交叉研究,具備腦成像、運動心理測評等科研條件。同時,研究聯合烏茲別克斯坦國立體育大學、華南農業大學以及深圳市大鵬新區葵涌中學多方科研人員共同完成,形成了跨地域、跨領域的協作研究團隊。
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