網球運動員擊球線路預判能力及ERP特征研究

張 怡，周成林

體育運動中的知覺預測是建立在背景知識基礎上對可能發生事件的內隱期望，是快速、準確執行動作反應的重要依據，是運動決策的前提。網球作為高策略性的開放性運動項目，對運動員的知覺認知技能要求很高，是研究知覺預測的典型項目。在比賽的攻防對抗中快速搜索對手擊球信息，對來球的力量、速度、線路、落點等做出準確預期對于網球運動員贏得每一分起決定性作用。

關于網球運動員的知覺認知技能，國內、外學者已開展了大量研究。Jones等（1978）運用時間阻斷技術，要求被試在不同時間預測發球落點，結果發現，高水平網球運動員在1／8s時間點的預測能力顯著優于新手［43］。Pherson（2000）研究女子網球運動員的執行反應能力發現，專家對動作的預期反應是基于精細的、復雜的動作和對現實情境的配置，而新手缺乏這種記憶結構［33］。Shim（2005）研究了專家和新手網球練習者利用對方運動信息預測擊球類型和方向的能力，發現兩組運動員的正確預期均大于隨機水平，專家運動員對現場（館）來球的反應速度明顯快于應對發球機的來球［37］。Raoul Huys（2009）、Farrow（2012）等對不同網球運動員發球落點的預判能力進行了研究。結果發現，當遮蔽對手不同身體部位時，技術熟練的運動員能以全局性的方式提取信息，比低技能運動員提取的信息相關度更高，因此，判斷準確率高［18］。不同年齡發展階段的專業網球運動員對現場（館）情境視頻發球落點的預判能力的不同主要表現在年長的運動員更善于利用對手擊球前的運動學信息，反應速度快，而年輕運動員則更多地從球飛行的過程中提取信息做出反應［22］。Smeeton（2011）和Loffing（2011）等研究了高水平網球運動員和新手運動員觀看不同呈現方式的實驗材料（如視頻呈現、光點呈現）預測對手發球方向的能力。結果發現，被試的預測績效都受到了呈現方式的影響，雖然對光點呈現的判斷結果差于視頻，但高水平網球運動員的預測能力在各種條件下均優于新手，與運動場（館）景相關的信息是不同水平運動員的反應行為出現差異的重要因素［23，38］。以上研究多從行為角度或輔助眼動記錄技術揭示出不同水平運動員的差異。相關研究結果均表明，基于有限的先前信息預測對手行為的能力是區別高水平網球運動員的重要標志。

近些年，國內、外學者們試圖運用時間分辨率很高的事件相關電位（ERP）技術檢測知覺預測過程中大腦皮層的電生理活動。如Jin H（2011）比較了職業羽毛球運動員和非運動員觀看不同難度羽毛球比賽視頻剪輯并預測球落點的行為學和ERP特征，發現職業運動員的判斷準確率顯著高于非運動員，并表現出較好的行動預期。同時，職業運動員的P300波幅大于非運動員，且潛伏期短［19］。王小春等（2012）以時間序列遮蔽為手段，借助事件相關電位技術研究揭示出網球專家的預判準確性與反應速度具有顯著優勢，網球專家誘發的N1波幅顯著大于經驗組和新手組，且受時間序列影響顯著，專家誘發PSW的時間顯著早于經驗組［8］等。以上研究揭示了運動專家知覺預測過程中各時間階段的認知加工特征及認知優勢的內在機制。

已有關于網球知覺預測的研究多以發球或某一拍球的圖片或視頻為實驗材料，但在實際比賽過程中，每一拍的擊球策略會因雙方攻防對抗的表現而不同，因此，運動中知覺預測的研究不能脫離特定的運動情境?！跋喑蛛A段”（即第4拍以后的攻防對抗階段）作為網球比賽中重要的競技單元，是繼“發球”和“接發球”之后得失分的關鍵環節，其最后一拍的得分依賴于運動員對相持過程中每一拍球的感知、判斷、分析和比較。

因此，本研究以網球比賽相持階段為背景，采用“專家－中間水平－新手”研究范式，結合事件相關電位技術，考查不同水平網球運動員對擊球線路的預判績效，探索優秀網球運動員擊球線路預判過程的信息加工特征，為檢測運動員知覺預測能力提供方法支持，為改進訓練方法提供理論依據。研究假設為，優秀網球運動員預判擊球線路時能較好地把握關鍵線索出現的時機，快速提取存儲在大腦中的信息，表現出認知優勢，形成既快又準的決策模式。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

43名被試按照運動等級分為專家組、二級組、新手組。專家組為江蘇省網球隊及中國網球學院運動員，運動等級均為一級以上（其中1人獲全國網球大獎賽女子單打冠軍，1人獲兩屆全運會冠軍，5人獲城運會冠軍），代表了國內最高水平；二級組為上海體育學院網球專項運動員和江蘇省省隊運動員，均達到國家二級水平；新手組為上海體育學院體育教育專業網球專項大一學生，尚無運動等級。

所有被試健康狀況良好，無遺傳病史，無腦部損傷、無精神和神經系統疾病，視力或矯正視力正常，無色盲色弱，均為右利手，自愿參加本實驗（表1）。

表1 本研究被試基本信息一覽表Table 1 Information of Participants

1.2 研究方法

1.2.1 實驗設計

實驗采用3（組別：專家組、二級組、新手組）×3（時間阻斷點：Time1、Time2、Time3）兩因素混合設計。自變量為組別、實驗材料的時間阻斷點，其中，組別為被試間變量，時間阻斷點為被試內變量。因變量分別為反應時、正確率、ERP峰波幅和潛伏期。

1.2.2. 實驗材料

實驗刺激材料來自于2008—2010年溫布爾登網球公開賽男子單打比賽高清視頻。根據實驗目的截取“相持段”得分球最后三拍的比賽片段，分別在對手最后一拍觸球前 80ms（Time1）、擊球瞬 間（Time2）、擊球后 80ms（Time3）終止，片段長度統一為3 000ms。經部分教練員、運動員預評估后，最終篩選出144段作為正式實驗材料（avi格式，25幀／s）。所有材料由E－prime軟件編程，隨機呈現。

1.2.3 實驗流程

新手組和部分二級組被試的實驗在上海體育學院運動心理研究中心腦電實驗室進行，專家組和其余二級組被試的實驗在南京體育學院心理實驗中心進行，實驗室設置標準一致，無噪音干擾，光線暗淡柔和。實驗前告知被試全部實驗流程，填寫知情同意書和被試基本情況調查表，清洗頭皮角質并吹干，關閉手機等通訊工具，防止電磁干擾。實驗刺激材料呈現于19in.DELL液晶顯示器，主機操作系統為 WindowsXP，CPU主頻3.0Hz，刷新頻率100 Hz，調整分辨率至1 280×720。被試端坐于實驗臺前，調整座椅高度，使之平視時視線匯聚于觀測屏幕的中心，眼睛距屏幕60cm，下巴置于U型托上以穩定頭部。雙臂自然放置于實驗臺上，左右手食指分別置于數字鍵盤的1、3鍵。完成準備工作后，主試再次詳細介紹實驗流程后，由被試獨立在操作間完成實驗任務。全部流程由實驗人員監控。具體實驗流程如下（圖1）：

圖1 本研究實驗流程圖Figure 1. Experimental Flow Graph

首先，呈現指導語：“下列視頻將呈現比賽相持階段的最后三拍，最后一拍為得分球，請仔細觀察視頻，并對對手最后一拍的擊球線路做出預判，擊向左邊場（館）地：按數字鍵1，擊向右邊場（館）地：按數字鍵3，要求判斷既快又準”，練習10個試次，以熟悉實驗流程和按鍵，每個試次后給予反應時和正誤反饋，練習結束后靜息1min，按任意鍵開始正式實驗，正式實驗過程中不提供反饋信息。

被試在視頻播放的3 000ms及之后的2 000ms時間內均可做出按鍵反應，反應時以視頻開始播放為零點計時，反應時小于2 000ms或在規定時間內未按鍵均視為錯誤。要求被試在實驗過程中集中注意力并盡量減少眨眼。

1.2.4 數據采集與處理

行為數據由E－prime 2.0軟件采集，并通過E－DataAid對數據進行篩選、合并及預處理，剔除平均值加減3倍標準差之外的異常值，分析各組在不同時間定格點的判斷正確率和反應時。

ERP數據由德國Brain Product公司生產的ERP記錄分析系統進行記錄與離線（off－line）分析，采用 Ag／AgCL電極，按國際10～20系統擴展的64導電極帽記錄EEG，以雙側乳突為參考電極，水平眼電（HEOG）置于右眼外側1cm處，垂直眼電（VEOG）安置于左眼框上方1cm處，實驗時在各電極注入導電膏，保證頭皮與電極之間阻抗降至5KΩ以下。腦電信號（EEG）經放大器放大后連續記錄，采樣頻率為1 000Hz／導。

對EEG數據進行離線分析時，以雙耳乳突的平均電位為參考，去除眨眼偽跡，充分排除噪音干擾和其他偽跡，30Hz低通濾波（24dB／oct），去除50Hz市電干擾，波幅大于±100μV者視為偽跡自動剔除。根據本實驗目的，觀察所有被試判斷正確的疊加平均后的波形，根據電極在頭皮的分布關系及實驗目的，最終確定對以下3段時程進行分析：

第1段：以視頻開始播放（onset）為0點，分析視頻開始后0～500ms的時程內的早期ERP成分，并對波峰和潛伏期進行統計分析（圖1a，epoch1）；

第2段：以視頻開始（onset）為0點，將500～3 000ms劃分為多個小的時間窗口，觀察晚期成分，并對各時間窗口的平均波幅進行統計分析（圖1a，epoch2）；

第3段：以視頻結束（offset）為0點，根據行為學數據以及EEG記錄結果，選取offset后0～1 000ms，對其成分的峰值和潛伏期進行統計分析（圖1b，epoch3）。

所有分段均以視頻開始播放前的600ms（－600～0 ms）為基線進行基線校正。

所有數據預處理后，采用SPSS for Windows 18.0軟件進行重復測量方差分析，對不滿足球形檢驗的統計量采用Greenhouse－Geisser法矯正自由度和P值，事后比較采用LSD法，本研究只對有統計學意義的顯著性差異結果進行討論分析。

2 研究結果

2.1 行為結果

圖3為各組運動員判斷擊球線路的反應時、正確率及差異分析。以時間阻斷點作為被試內變量，組別作為被試間變量，分別以反應時和正確率為因變量進行重復測量。方差分析結果顯示，被試反應時的組別主效應不顯著［F（2，40）＝2.294，P＝0.114，ηp2＝0.103］，時間阻斷點主效應 非 常 顯 著 ［F（1.585，63.398）＝66.345，P ＜0.001，ηp2＝0.624］，即被試反應時隨時間阻斷點的推后而縮短。組別×時間點交互作用不顯著［F（3.170，63，396）＝2.147，P＝0.100，ηp2＝0.097］。

事后分析發現，專家組判斷擊球線路的反應時顯著快于二級組（P＜0.05）。進一步通過單因素方差分析進行組內兩兩比較，結果顯示，在對手擊球前80ms的時間點（Time1），專家的反應時顯著低于二級組（P＜0.05）；在擊球瞬間和擊球后80ms的時間點，專家預判的反應時與二級組和新手組相比無顯著性差異（P＞0.05）。

圖2 本研究ERP數據分析分段示意圖（以Oz為例）Figure 2. Diagram of ERP Epoch（Take Oz for example）

圖3 本研究被試判斷擊球線路的反應時和正確率示意圖Figure 3. The Reaction Time and Accuracy Rate in Ball Routes Anticipation

對被試在不同時間點判斷擊球線路的正確率進行重復測量方差分析，結果顯示，時間阻斷點主效應顯著［F（2，80）＝36.859，P＜0.01，ηp2＝0.480］，組別主效應顯著［F（2，40）＝24.659，P＜0.01，ηp2＝0.552］，時間和組別交互作用不顯著［F（2，40）＝1.030，P＞0.05，ηp2＝0.049］。進一步進行組間單因素方差分析顯示，專家運動員在各時間點判斷擊球線路的正確率均顯著高于新手（P＜0.01），在對方球出手后80ms的時間點，專家和二級組的判斷正確率均顯著高于新手（P＜0.01）。通過對專家組男、女運動員的反應時和判斷準確率進行統計分析，未發現明顯的性別差異。

以上結果提示，優秀運動員只在最早的時間阻斷點表現出明顯的反應速度優勢，并在對手擊球信息呈現尚不完整時能有效地利用擊球前的關鍵信息，預判準確率明顯高于新手。

2.2 腦電記錄結果

腦電數據采集過程中，新手組和二級組各有2名被試由于記錄過程中噪音等偽跡干擾過多，視為無效數據剔除。實際記錄到有效ERP數據的樣本量為：新手組13人、二級組11人、專家組15人。統計分析的3段時程反映了被試執行任務時認知加工的動態過程。Epoch1早期成分揭示了被試接受刺激并對任務進行初步識別的心理過程，Epoch2晚期慢波表示被試對實驗材料的感覺、知覺、記憶、分析、判斷等信息加工過程，Epoch3是基于對實驗材料全過程的感知分析做出決策的主要階段。各段統計結果如下：

2.2.1 早期 ERP成分

觀察ERP總平均圖顯示，3組被試在實驗材料呈現早期，大腦皮層各部位有不同程度的激活水平，誘發出明顯的P1、N1、N2、P300成分，其特點如下：

圖4 代表性電極點ERP波形圖及電流密度圖Figure 4. ERP Oscillogram and CSD Maps of Several Representative Electrode

2.2.1.1 P1成分

本實驗刺激呈現后在各腦區出現的第一個正走向的成分，潛伏期在80～140ms之間，我們認定其為P1，在枕區波幅達到最大（圖4a可見Oz點P1波幅最大，圖4b紅色區域表示枕區激活最明顯）。觀察所有被試疊加后的ERP波形，根據頭皮分布與電極位置之間的關系選取頂枕區中線及兩側共9個代表性電極（Pz、Oz、POz、PO3、PO4、P5、P6、PO7、PO8），分別以波峰和潛伏期為因變量，進行3（組別）×9（電極點）兩因素重復測量方差分析，結果顯示：波 峰在 各 電 極 點 主 效 應 顯 著 ［F（4.106，147.803）＝27.22，P＜0.01，ηp2＝0.431］，其中，枕區（PO8、Oz、PO7）峰值最大。組別主效應顯 著［F（2，36）＝4.542，P＜0.05，ηp2＝0.201］，電 極點 和 組 別 之 間 無 交 互 作 用 ［F（8.211，147.803）＝1.146，P＝0.113，ηp2＝0.075］。事后檢驗顯示，各組 P1波的峰值大小順序為：二級組＞新手組＞專家組，其中，二級組（11.701±1.563μV）的 P1波幅顯著高于專家組（5.705±1.338μV，P＜0.05）。

P1成 分 的 潛 伏 期在 各 電 極 點主 效 應 顯 著 ［F（4.420，159.105）＝3.176，P＜0.05，ηp2＝0.081］，電極點和組別之間無交互作用［F（8.839，147.803）＝1.817，P＝0.070，ηp2＝0.092］，組別主效應不顯著［F（2，36）＝0.144，P＝0.886，ηp2＝0.008］。

分別以P5、PO3、PO7和P6，PO4，PO8的平均值代表左右半球兩側枕區，對波幅和潛伏期進行3（組別）×2（腦區：左、右）兩因素重復測量方差分析。結果發現，P1波幅僅在組別上主效應顯著［F（2，36）＝3.994，P＝0.027，ηp2＝0.182］，P1潛伏期在左右半球和組別上均無主效應和交互效應。

以上結果顯示，頂枕區誘發出明顯的P1成分，其中，在枕區的波幅最大，且二級組波幅最大，專家組波幅最小，各組P1成分潛伏期無顯著差異，左右半球無顯著差異。

2.2.1.2 N1成分

總平均圖顯示，在60～140ms誘發出N1成分，選取額中央區、中央區、頂區、枕區中線的FCz、Cz、Pz、Oz 4個代表性電極，分別以波幅和潛伏期為因變量，進行3（組別）×4（腦區）兩因素重復測量方差分析。結果顯示：波幅在 各 電 極 點 主 效 應 顯 著 ［F（1.822，65.594）＝11.987，P＜0.01，ηp2＝0.250］，FCz點N1波幅最大。各腦區電極點和組別的 交 互 作 用 顯 著 ［F（3.644，65.594）＝3.448，P＜0.05，ηp2＝0.161］，組別的主效應不顯著。進一步簡單效應分析顯示，在額中央區和頂區，組別主效應邊緣顯著［F（2，36）＝3.10，P＝0.057；F（2，36）＝3.15，P＝0.055］，專家運動員在額中央區誘發的N1波幅最小，二級組在頂區誘發的N1波幅最?。▓D4b顯示專家組藍色區域最?。?。峰潛伏期在各電極點主效 應 顯 著 ［F（2.515，65.594）＝217.014，P＜0.01，ηp2＝0.858］，各腦區電極點和組別的交互作用不顯著，組別的主效應不顯著。N1被證明與選擇性注意有關。以上結果顯示，優秀網球運動員在實驗刺激材料呈現初期的注意和大腦激活水平低于新手。

2.2.1.3 N200成分

三組被試在－300～3 000ms的ERP總平均圖顯示（圖2a），視頻開始播放后150～300ms在前額區誘發出明顯的負偏轉波N200（圖4），本研究從前至后選取各腦區中線5個電極點（Fpz、Pz、Oz、Cz、Fz）對 N2波幅和潛伏期進行重復測量方差分析。結果顯示，波幅在各腦區主效應顯著［F（1.979，71.242）＝6.341，P＜0.01，ηp2＝0.150］，各 腦 區和 組 別 無 交 互 作 用 ［F（8，71.242）＝1.616，P＝0.327，ηp2＝0.061］，組別主效應不顯著［F（2，36）＝1.449，P＝0.248，ηp2＝0.074］，進一步多重比較發現，各腦區誘發的N200波幅在前額達到最大，其次為頂區，即Fpz（－4.469±0.759μV）＞Pz（－3.167±0.719μV）＞Oz（－1.395±1.032μV）＞Cz（－1.212±0.233μV）＞Fz（－0.850±0.213μV）。潛伏期在組內和組間均無主效應和交互作用。

進一步選取前額Fp1、Fpz、Fp2 3個電極點，分別以波幅和潛伏期為因變量做重復測量方差，結果顯示，組別主效應邊緣顯著［F（2，36）＝3.213，P＝0.052，ηp2＝0.151］。多重比較證實，專家組在前額誘發的N200波幅顯著低于新手組（P＜0.05）（圖4b藍色區域顯示，新手在前額區激活 最 明 顯 ）。 潛 伏 期 的 組 別 主 效 應 邊 緣 顯 著 ［F（2，36）＝3.221，P＝0.052，ηp2＝0.152］，專家組 N200潛伏期最長。額區N200波幅在左右半球無顯著差異。

2.2.1.4 P300成分

根據總平均波形圖，選取中央區、頂區、枕區中線的Cz、Pz、Oz 3個代表性電極，分別以波幅和潛伏期為因變量，進行3（組別）×3（腦區）兩因素重復測量方差分析。結 果 顯 示 ，波 幅 在 各 腦 區 主 效 應 顯 著 ［F（1.460，52.558）＝57.857，26 P＜0.001，ηp2＝0.616］，各腦區波幅大小為：枕區（8.493±0.952μV）＞頂區（3.977±0.649μV）＞中央區（1.411±0.270μV），且兩兩比較差異顯著（P＜0.01）（圖4b顯示，枕區電流密度最大）。腦區×組別的交互作用不顯 著 ［F（2.920，52.558）＝0.316，P＝0.808，ηp2＝0.017］，組 別 主 效 應 不 顯 著 ［F（2，36）＝1.019，P＝0.371，ηp2＝0.054］。

潛 伏 期 在 各 腦 區 主 效 應 顯 著 ［F（2，72）＝3.374，P＜0.05，ηp2＝0.086］，組別主效應不顯著［F（2，36）＝1.711，P＝0.195，ηp2＝0.087］。腦 區 × 組 別 的 交 互 作 用 顯 著［F（4，72）＝3.722，P＜0.01，ηp2＝0.171］。進一步簡單效應檢驗發現，潛伏期在枕區（Oz）的組別主效應顯著［F（2，36）＝7.24，P＜0.01］，各組P300潛伏期大小為：新手（339.846±38.914ms）＞ 二 級 組 （311.455±42.681ms）＞ 專 家（285.867±31.713ms）。P300的潛伏期代表了大腦對外部刺激進行分類、編碼、識別的速度。

以上結果表明，在刺激任務出現的感知階段，專家運動員的識別速度快，且經過統計檢驗發現無明顯的性別差異。

2.2.2 晚期慢波

500～3 000ms的晚期慢波反映了被試接受刺激信息后在大腦中進行編碼和信息加工的過程。根據相關文獻及對總平均圖波形走勢的觀察，本研究將Epoch 2晚期成分劃分為4個階段（Segment1～4），對各組被試在各階段ERP成分的平均波幅進行統計分析（圖5）：1）500～1 100 ms，本段波形顯示出明顯的晚期負走向成分LNC（late negative component）；2）1 100～1 700ms，顯示出波幅為負的正走向波形，我們認為是LNC的延續；3）1 700～2 500 ms，顯示出明顯的負走向的波形LNC；4）2 500～3 000 ms，顯示出正走向的波形LPC（late positive component，或稱為 LPP，late positive potential）。

為了更細致地比較各組ERP成分在前、后腦區及大腦左右半球分布隨時間變化的趨勢及差異，將各段進一步劃分為14個時間窗口（Time Window，表2）進行統計分析。將大腦皮層從前至后劃分為前額、額區、中央區、頂區、枕區5個區域，并分別取每個區域內左右半球共10個代表電極（左前額區Fp1、右前額區Fp2，左側額區F3、右側額區F4，左中央區C3、右中央區C4，左側頂區P3、右側頂區P4，左側枕區O1、右側枕區O2），對各時間窗口的ERP平均波幅進行3（組別）×5（前后腦區）×2（左右半球）的三因素重復測量方差分析，統計結果的F值和差異顯著性（表2），對主效應和交互作用有顯著差異的結果進一步進行多重比較和簡單效應分析。

左、右半球差異：各時間窗口統計結果顯示，各組在800～1 900ms的6個時間窗口內平均波幅在大腦左右半球的主效應顯著（P＜0.05），電流密度圖可見明顯的左半球優勢，且專家組左右半球均有激活（圖5c～g）。在500～600ms、2 100～2 500ms時間窗內表現出左右半球×組別的顯著交互作用（P＜0.05）。

前后腦區差異：不同組別在各時窗內各腦區的激活有顯著差異（圖5可見不同腦區電流密度差異明顯，P＜0.05）。腦區×組別在1 900～2 500ms交互作用呈邊緣顯著，在2 500～3 000ms存在腦區×組別的顯著交互作用（P＜0.05），在1 400～1 900ms存在顯著的腦區×半球交互作用（P＜0.05）。

熵權法[9]作為一種客觀的賦權方法，能夠在權重信息未知且以評價值區間數形式給出的情況下求出指標權重.通過信息熵公式可以看出：熵值越大表明指標值的無序性越低，提供的有用信息越少，權重越??；反之指標值的無序性越高，權重越大.在衡量智慧城市建設過程中的公眾參與水平時，可以根據指標的離異程度，在計算信息熵的基礎上得到各評價指標的熵權，最終得到相對客觀的指標權重.

組別差異：在500～600ms，1 700～3 000ms時間窗內，組別主效應顯著（P＜0.05）。事后比較發現，在500～700ms，900～1 000ms，1 400～3 000ms時窗內，專家組和新手組在各腦區誘發LNC和LPP的平均波幅均有顯著差異（P＜0.05）。

表2 本研究500～3 000ms晚期成分各時程平均波幅顯著性效果分析一覽表Table 2 Significant Effects of Mean Amplitude from the Analyses of Late ERP during 500～3 000ms

圖5 Epoch2各段波形圖及腦電流密度圖Figure 5. Oscillogram and CSD Maps of Epoch2

對以上有交互作用的變量進一步簡單效應分析發現：在額區，新手組左、右半球的主效應顯著［F（1，36）＝8.04，P＜0.01］；在 左 側 額 區 （F3）組 別 的 主 效 應 顯 著 ［F（2，36）＝3.75，P＜0.05］，新手的平均波幅最大，專家最小。在中央區，新手左右半球的主效應顯著［F（1，36）＝4.39，P＜0.05］，左半球（C3）組別的主效應顯著［F（2，36）＝3.91，P＜0.05］。頂區專家組左右半球（P3、P4）主效應顯著［F（1，36）＝4.26，P＜0.05］，左半球組別主效應顯著［F（2，36）＝7.14，P＜0.01］。

同時，通過對專家組男、女運動員的數據進行了統計分析發現，在500～3 000ms的信息加工過程中的認知特征并未表現出明顯的性別差異。

2.2.3 決策階段ERP成分

以被試對擊球線路做出決策的反應時為依據，觀察所有被試疊加后的ERP波形發現，在視頻結束后的200～400ms時間段內誘發出明顯的負偏轉波，計算得出峰值平均潛伏期為273ms，因此，我們將其命名為N250。選擇額區Fz、中央區Cz、頂區Pz和枕區Oz 4個電極點對3組被試的ERPs進行疊加處理后分別以N250的峰值波幅和潛伏期為因變量進行3（組別）×3（視頻定格時間）×4（不同腦區電極點）的三因素重復測量方差分析。結果顯示，N250峰值在不同電極點主效應顯著［F（2.094，67.017）＝3.482，P＜0.001，ηp2＝0.398］，電極點×組別交互作用顯著［F（4.189，67.017）＝5.406，P＜0.01，ηp2＝0.253］；視 頻 定 格 時間 × 電 極 點 × 組 別 的 交 互 作 用 顯 著 ［F（5.473，88.751）＝2.350，P＜0.05，ηp2＝0.128］，組 別 主 效 應 非 常 顯 著 ［F（2，32）＝11.239，P＜0.001，ηp2＝0.413］。進一步簡單效應檢驗發現，被試在對擊球前80ms的視頻做出預判時，在頂枕區（Pz、Oz）誘發出明顯的負偏轉波，且組別主效應顯著［Pz：F（2，32）＝3.48，P＜0.05；Oz：F（2，32）＝3.78，P＜0.05］，專 家組誘發的N250波幅最大。

潛伏期的視頻定格時間×電極點交互作用顯著［F（4.614，147.643）＝3.392，P＜0.01，ηp2＝0.096］，視 頻 定 格 時間 × 電 極 點 × 組 別 交 互 作 用 邊 緣 顯 著 ［F（9.228，147.643）＝1.920，P＝0.052，ηp2＝0.107］，組別主效應顯著［F（2，32）＝4.419，P＜0.05，ηp2＝0.216］。進一步簡單效應顯示，被試在對手將球打出手80ms以后做出判斷時，在枕區的組別主效應顯著［F（2，32）＝4.99，P＜0.05］，新手在枕區誘發的N250潛伏期最長。

3 討論分析

3.1 網球運動員判斷擊球線路的行為優勢

本研究中，高水平網球運動員在比賽相持階段判斷擊球線路時僅在對手觸球前80ms表現出明顯的反應速度優勢，且在各時間點的判斷準確率顯著高于新手，表明專家運動員能在信息量的呈現尚不完整時快速有效利用擊球前的信息。

實驗中的專家組運動員均為國家一級和健將級運動員，訓練年限超過10年，多次參加國內外各級水平比賽，臨場（館）經驗豐富，基本代表了同年齡段我國網球的最高水平。長期的專項技能訓練和理論知識學習以及豐富的比賽經驗使運動員對專項技能的知覺分化水平獲得提高，也使儲存在長時記憶中的內容更加豐富，提高了知覺的敏感性，從而在知覺過程中能夠快速對大腦中的經驗信息做出歸類分析和判斷，屬于自上而下的加工方式，專家運動員決策過程中的策略是在保證準確率的前提下以快速取勝。而新手組運動員為網球專項大一新生，由于學習時間短，大腦中儲存的相關信息少，還不具備監控對手及制定戰術的能力。在比賽情境下，新手長時記憶中缺乏高效編碼和處理環境線索的必要的知識結構［28］，因此，無需經過模板匹配與比較的過程，刺激材料中呈現的不完整信息并未給他們提供有效的線索，其信息加工完全依賴于現實場（館）景的表面特征，屬于自下而上的加工方式。在實驗要求“既快又準”的前提下，新手運動員更傾向于采用加快反應速度的直覺性決策策略，表現出“初生牛犢不怕虎”的狀態。因此，無論從內部的信息加工方式還是外在的選擇性注意，新手都區別于經驗豐富的運動員。這一結果與已有關 于 網 球 運 動 員 預 期 能 力 的 研 究 相 一 致［18，23，29，37］。 同 時 ，在 乒 乓 球［4，10，12］、羽 毛 球［7，19］等 技 能 主 導 類 隔 網 對 抗 項 目中，專家運動員的行為優勢也同樣得到證實。

實驗結果還發現，二級運動員判斷準確率高于新手，但預判的速度最慢。二級運動員作為從新手到專家發展過程的過度階段，其運動技能已達到較高水平，但由于大賽經驗不足，在決策績效上仍與專家存在明顯差異。在觀看刺激材料時，二級運動員雖然能有意識的將運動場（館）景與大腦中的經驗模板相比較進行模式識別，但在任務加工時，為了保證準確率，檢索和提取相關信息的耗時較長，延長了決策時間，也即我們所說的“速度準確性權衡”。

3.2 網球運動員早期注意階段的ERP特征

本實驗目的是檢驗不同水平網球運動員對網球比賽相持階段對手最后一拍擊球線路預判的績效及神經生理特征，因此，實驗刺激材料呈現的前兩拍球作為前攝信息提供給被試主要是考察被試接受刺激并根據特定運動情境快速有效提取信息的能力。

對ERP的分析結果顯示，在實驗材料呈現早期，頂枕區誘發出明顯的P1成分，且二級組在枕區波幅最大，專家組波幅最小，潛伏期在組間無顯著差異，左、右半球激活無顯著差異。視覺P1代表了知覺加工的早期階段，是視覺誘發電位（visual evoked potentials，VEP）的一個分支。最初對視覺P1的描述來自于Spehlmann（1965），他將P1定義為“出現在80～120ms之間的表面正成分（surface positive component at 80－120ms）”。自20世紀末，P1開始在選擇性注意領域中開展研究。Van Voorhis等（1977）通過實驗證明，注意可以調節早期的視覺誘發電位P1［40］。另有學者研究指出，視覺P1成分代表了對刺激空間方位的辨別，且主要與心理資源的利用有關，其效果反映了注意的消耗（cost of attention）［24，26］。 當 大 腦 在 對 刺 激 進 行 加 工 和 提 取信息時需要占用認知資源，刺激越復雜或加工任務難度越大，占用的認知資源越多。通常在認知系統內專門負責注意執行的腦功能網絡會受到我們的控制，以便將認知資源分配到重要刺激上。

專家網球運動員誘發的P1波幅較小，表明投入認知資源少，可能是源于長期訓練及豐富的比賽經驗的積累，使其能將有限的腦資源進行合理分配，在不斷變化的比賽情境中快速撲捉到對手的關鍵信息，對于次要信息則無需投入更多的腦資源，表現出能量節省化。而二級組運動員在從任務目標出現、視覺搜索的早期階段就投入了較多心理資源，努力搜尋大腦中儲存的記憶片段，因此，頂枕區誘發出P1成分的峰值顯著高于專家組運動員。

另一個成分N1作為注意條件下辨別加工的有效指標，主要反映了注意的認知識別。在視覺工作記憶編碼和保持的不同階段對材料的加工程度不同，加工時間越長越精細，其波幅大小與注意程度密切相關［1］。N1的波幅在注意條件下明顯大于非注意條件，反映了注意焦點內（刺激自身特征信息）的識別過程，或是對特定區域的辨別過程［41］。本研究中，專家組被試N1的激活程度最小，進一步證實了網球專家運動員在實驗材料呈現時對早期刺激信息的注意和激活水平并不高，表現出認知資源的節省化。

N200（N2）成分主要反映的是識別靶刺激特征的心理加工過程［17］。早期很多研究將N2和P3聯系起來，稱為“N2－P3混合體（N2－P3complex）”，已有研究將大腦額－中央部的N2稱為前部N2s（anterior N2）。近年來，出現了很多關于前部N2s在行為前對信號的檢測、策略制定，行為中對策略的監控，對動作的及時控制，行為后對結果反饋信息的加工，對策略的調整等一系列認知控制加工中的作用［21］。而大腦后部N2反映視覺皮質加工刺激時的注意程度，且N2波幅隨注意范圍的擴大而增大。本研究中，N200波幅在前額達到最大，且專家組顯著小于新手組，表明專家運動員在行為前能很快將注意力集中于關鍵信息，在短時間內完成對手信息的識別與檢測并在動態變化的攻防過程中及時調整策略，在識別靶刺激特征方面表現出優勢。新手由于經驗不足，不能對關鍵信息進行有效檢測，而是通過場（館）上運動員及周圍環境等多方面信息尋求策略，在行為監控和決策過程中耗費了較多的注意資源。

P300是神經中樞在感受信息刺激過程中產生的晚成分，反映感知、注意、判斷、鑒別、傳遞、期待等復雜的多層次心理認知活動。在此過程中，注意起著決定性的作用。以往的研究發現，P300與信息量提取數量有關，其波幅與所投入的心理資源和任務難度成正相關［22］，亦或是反映了被試對反應的自信程度［14］。本研究結果顯示，P300波幅在枕區最大，其次是頂區和中央區。頭皮后部的P300被證明與目標事件的自上而下的、內源性的和主動的加工有關［1］。P300的潛伏期與視知覺、視覺記憶、注意、視覺運動速度和運動控制能力相關，代表了大腦對外部刺激進行分類、編碼、識別的速度，或者說反映了刺激評價所需要的時間［6］。本實驗結果表明，被試在刺激材料出現后選擇性注意與靶刺激相關的信息，把主要注意力放在感知材料和模式辨認上，把感覺、知覺、記憶過程結合起來，從長時記憶結構中搜尋、提取恰當的信息。在此過程中，專家組運動員誘發的P300成分潛伏期明顯短于新手組。Jin H等（2011）通過實驗研究職業和非職業羽毛球運動員對球落點的預期，也同樣得出職業運動員的P300潛伏期比非職業組短［19］，證明了高水平運動員對刺激材料的識別和編碼速度快。

在以往的相關研究中，馮琰、周成林等（2008，2011）研究發現，高水平花劍運動員在靜態運動情景中分辨識別技術動作以及在空間知覺實驗中特定腦區誘發的P1、N1和N2峰波幅均低于普通大學生組，且P3出現的時間較早［5，14］。本研究與其結果一致。而趙洪朋（2010）［13］、王小春（2012）［8］在研究散打運動員特征搜索和網球運動員時間序列知覺的實驗中均發現，專家組N1的波幅顯著大于新手組。Jin H（2011）研究發現職業羽毛球運動員預判球落點時誘發的P300波幅大于非運動員［19］。對同一ERP成分在不同實驗中結果不一致的原因可能是實驗材料類型及要求被試完成任務的差異導致被試采取了不同的知覺策略。

本實驗綜合P1、N1、N2、P300成分的分析結果，進一步表明專家網球運動員在刺激材料呈現早期投入的認知資源少，對目標進行識別和編碼的速度快。

3.3 網球運動員晚期類比加工過程的ERP特征

本研究中，通過劃分時間窗口分析了視頻播放全程的ERPs，對500～3 000ms時程的分析發現，500～1 100 ms、1 400～2 500ms兩個時間段內出現明顯的LNC（late negative component）成分。Nessler等（2006）曾在研究語義記憶推理過程中出現相似的ERP成分，認為在做出反應之前出現的負的ERP成分反映了執行過程。比如說，在記憶中尋找潛在的執行方案，注視相關信息，尋找策略等等［30］。事實上，選擇性的檢索依賴于抑制相互矛盾的記憶痕跡，其中，額區誘發晚期成分的波幅增大與檢索過程中遺忘任務的過程相關聯［20］。Morrison等（2004）提出，LNC成分應該與概念間的類比映射加工相關，反映了隱喻詞對類推需要在工作記憶中對概念間關系進行比較、平行聯接以及結構對齊等與類比映射相關的加工進程［29］。Alan（2008）在研究面孔識別的過程中發現，晚期的負成分反映了在意識后對刺激的識別過程［32］。除此以外，有學者認為，LNC成分在錯誤信念推理、條件推理等過程中均有誘發，并且當需要在工作記憶中進行再認、信息維持等操作任務時，也均會誘發類似的頭皮慢負電位［27，35，42］?？梢?，LNC成分與信息加工過程中的識別、類比、推理和執行策略等密切相關。

本實驗中，刺激材料呈現的時長是3 000ms，在500 ms左右的時間點，實驗材料中對手的第一拍球已經出手，如果說，500ms以前是前注意階段，那么，此時物體特征還處于“漂移”狀態，加工方式是平行加工或自動加工，專家并未投入較多注意資源。而在500～700ms時間段，專家組誘發的LNC比二級組和新手組出現了更明顯的負偏轉，說明專家在視頻開始500ms以后，才開始將注意資源分配于場（館）上雙方運動員在進攻和防守過程中的擊球方式、球速、擊球特點等關鍵信息，并對情境中的對抗和進攻形成表征，同時對其特征進行類比加工，抽取當前刺激各方面與記憶中的模式特征相匹配的成分進行特征整合。本階段作為模式識別的第2階段，加工方式是控制加工或系列加工。只有到了后期的特征整合階段，對物體特征的知覺才能形成。專家在確定方案之前，往往會花費更多的時間和精力來建立對問題情境的表征，并對此進行評估和分類，因此，誘發的LNC波幅大，即專家組出現了更明顯的負偏轉成分。

有學者認為，LPP（或LPC）屬于P300家族，與刺激的喚醒度、注意及動機的參與有關［3，9］。影響LPP的因素中，注意資源的投入和刺激的喚醒度高低是兩個非常重要的部分，注意資源的投入也與被試的參與動機有關。另外，LPC更多的與外顯記憶關聯，其波幅大小受刺激的重復性和相似性影響，加工操作水平的程度影響LPC的波幅，加工程度越深波幅越大。因此，LPC的波幅與回憶和檢索的成功率密切相關。Pastor（2008）研究不同情緒圖片誘發的LPP揭示，LPP反映了最初對結果的評估、分類，以及注意的收集［31］。LPP波幅差異主要集中在額葉和額中央部位，這種持續的正電位反映了圖片識別任務中個體投入的注意資源量和動機參與程度。本實驗的波形圖和電流密度圖（圖5）顯示，晚期的持續正成分主要出現在前額和額區，且隨著時間的推移激活水平逐漸提高。前額葉對工作記憶的信息暫存、編碼、激活、控制和協調至關重要。這一結果符合實驗過程中被試信息加工的過程和特點，也與以往多數研究相一致。

關于左、右半球激活的差異，本實驗結果發現，各組在800～1 900ms的6個時間窗口內平均波幅在大腦左右半球的主效應顯著，各組均表現為左半球波幅大于右半球，且新手組的平均波幅大于二級組和專家組，專家組的平均波幅最小。有學者通過研究提出大腦兩半球功能單側化理論，認為在大腦左、右半球之間存在信息加工的差異［15］，左半球以零碎的、分析的和序列的方式加工信息，而右半球是以直覺的、完形的、綜合的方式加工信息［11］。陳熙熙等（2004）的研究也進一步說明，大腦功能的單側化依賴于自上而下的主動認知過程，是任務驅動而非材料驅動［2］。但兩個半球在加工時是分工與合作不斷變化的動態關系［25］，個體傾向使用右半球或左半球的加工方式或策略，并不意味著另側半球不發揮作用，半球之間腦電活動的相對差異比某個半球的活動水平更能說明個體的認知風格。本實驗中，之所以在視頻呈現初期的500ms內沒有出現明顯的左、右半球激活的差異，可能是因為此時任務的難度還未出現明顯差異，半球不對稱反映的是相對的效率不同而不是絕對功能的差異。電流密度圖也顯示（圖5b），專家組運動員的信息加工方式不同于二級組和新手組，其大腦右半球也有不同程度的激活，說明專家組更善于將左半球分析的和序列的加工方式與右半球直覺的、綜合的加工方式相整合，這可能是專家組表現出認知優勢的重要原因之一。

3.4 網球運動員決策階段的ERP特征

本實驗中，各組被試在實驗材料播放結束后誘發的N250成分峰值潛伏期在反應時范圍內，且潛伏期短于RT，專家組在頂枕區的N250波幅顯著高于二級組和新手組。

N250被認為是識別任務中識別靶刺激時誘發的典型ERP成分，常在大腦后部電極點記錄到。Tanaka等（2006）在研究面孔識別時認為，N250成分可以反映特殊的、不熟悉的面孔在短期記憶痕跡中的激活，同時，也可以激活過去儲存在長時記憶中的熟悉面孔［39］，重復呈現一些熟悉政治家和名人的面孔比重復呈現新異的面孔誘發出了更大波幅的 N250［36］。Pierce（2011）研究人對熟悉面孔和新異刺激識別的ERP時發現，N250的波幅受到熟悉程度的影響，當看到熟悉的面孔時，會比看到新異刺激誘發出更負的 N250［34］。

以上研究結果均表明，N250成分代表了個人對已有知覺記憶的提取，當儲存在長時記憶中熟悉的內容呈現于面前時，相比出現新異刺激能誘發出更大波幅的N250成分。因此，本研究中，被試在頂枕區誘發出明顯的N250成分，且專家組誘發的N250波幅最大，推斷其原因是專家組運動員經過多年的訓練及比賽積累了豐富的經驗，各種類型的攻防對抗情境已熟記于心，實驗中呈現的刺激材料與其儲存在長時記憶中的模板相匹配程度高。在觀察實驗材料的3 000ms過程中，當熟悉的比賽畫面反復呈現于大腦中時，專家組能夠快速提取、整合信息，及時調整策略，快速做出決策，因此，專家組運動員誘發出更負的N250成分。同時，在行為上表現出反應時間短，決策準確率高的優勢特征。而實驗中的新手由于學習時間短，大腦中儲存的信息量少，大部分實驗刺激材料是作為新異刺激呈現的，這種不熟悉的畫面在短期記憶痕跡中的激活誘發出相對波幅較小的N250成分。同時，由于很難在短時間內搜尋到與任務相匹配的模板，導致新手決策反應速度慢，且準確率顯著低于專家組運動員，尤其在對手擊球前80ms的時間點，專家組運動員的N250波幅顯著大于新手，進一步印證了在該時間點專家組反應 速度顯著快于新手組的事實，揭示出專家組運動員在信息呈現不完整時更善于把握有效信息和有利時機，即在任務難度較大時表現出更明顯的決策優勢。

4 結論

本研究通過考查不同水平網球運動員對擊球線路的預判績效，探索優秀運動員在技戰術發揮過程中信息加工的事件相關電位特征，研究結果支持了“專家組具有認知優勢”這一假設，得出如下結論：

1.專家組運動員在比賽相持階段預判擊球線路時能較早把握時機，行為特征表現為既快又準，反映了最優化理論。

2.專家組運動員能夠合理分配認知資源。在早期階段投入的認知資源少，而在場（館）上雙方運動員在進攻和防守過程中投入認知資源多；同時，專家組運動員更善于將左半球分析的和序列的加工方式與右半球直覺的、綜合的加工方式相結合，符合整合加工理論。

3.專家組運動員的決策績效依賴于在其長時記憶中儲存了高效編碼和處理環境線索的必要的知識結構，這與長期訓練與比賽的經驗積累密切相關，得到了經驗說的支持。

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