神經科學視角下運動的時空習得和社會交互效果分析研究

周云鶴 馮敏

(同濟大學運動與健康研究中心 上海 200092)

運動是身體活動，它對人體健康的促進作用在眾多科學研究中得到了充分證實。循證實踐研究表明，長期規律且適度的體育運動，能夠促進人體健康，因此，運動與體力活動已經成為參與衛生保健系統疾病防治的重要組成部分。重視和提倡體育運動，加強和引導健康教育，把防病防疫的關口前移，通過非醫療性健康干預促進健康，提高全民健身素養，倡導健康文明的生活方式，增強身體抵抗力，降低患病率，是當前及今后都應該大力提倡和推廣的最積極、最有效、最經濟的促進健康的方法。

2007年，“運動是良醫”正式提出［1］，得到了世界各國的普遍認可。2012年，我國也正式啟動“運動是良醫——中國項目”。從此，中國運動科學與公共衛生領域參與到全球性健康促進的行動中，與全世界人民一起促進科學運動的普及與發展［2］?！丁敖】抵袊?030”規劃綱要》也將全民健康作為我國中長期規劃的重要建設目標。

基于運動的積極健康作用，在“互聯網+”的信息時代背景下，尤其在疫情期間，運動類線上課程作為線下實踐類課程的有益補充，已經有一些項目開展，并為廣大人民群眾所逐漸接受［4，5］。關于體育運動類實踐的研究正逐漸成為熱點，研究數量與實踐規模逐漸呈現增加的態勢［6］。目前，有關運動項目線上線下的研究，主要集中在運動類線上課程信息技術支持、開發方法、視頻制作、宣傳和推廣等方面，但對運動類課程學習效果的研究，尤其從神經生理方面進行的研究尚少。

該文將從運動相關的空間環境和時間信息獲得、社會交互與反饋等方面的神經生理機制，深入剖析運動類實踐活動的神經生理效應。以期為運動實踐的設計、構建和實施提供借鑒，有助于在線學習的研究者、設計者和學習者運用這一成果，改進運動類課程的開發與應用。

1 運動的空間環境和時間信息獲得

首先，人們通過觀察周圍空間信息，開始進行運動的學習。運動學習最先通過視覺目標搜索空間環境開始。每一種運動項目都有特定的空間場地。目前，運動空間的研究主要集中在以下兩方面。第一，自我中心空間和非自我中心空間。其中，前者屬于在空間坐標系中，運動者身體各個部分之間所處于的相對空間位置；后者則對應在坐標系中，物體彼此之間的相對空間位置［7］。第二，絕對空間和相對空間。前者指客觀空間，由場地、距離、高度、器材等組成，是不可改變的空間信息；后者則意味著在場地空間中，根據運動規則而劃分的區域、高度、距離以及運動員等移動的位置等［8］。運動空間場地的劃分標準不同，參照系不同，運動參與者獲得的空間信息感受就存在巨大差異，這種差異對運動者的運動技能獲得和運動表現具有深遠影響。

其次，對運動相關的空間信息進行快速而準確的加工，是運動參與者提高運動效果和運動表現的重要能力?？臻g任務信息是體育運動、日常訓練和競技賽事中認知加工的重要內容。人體神經系統對外部輸入的視覺空間信息，通過感知、選擇、編碼、存儲、記憶和再提取等，來完成空間任務信息的認知和加工［9］。例如，乒乓球這一老少咸宜的運動，就屬于典型的快速隔網對抗型項目，其特點是運動空間信息復雜，且快速多變。運動者必須在超短的時間內，對來球的角度、發力程度、旋轉方向、落點位置等空間任務信息進行迅速而準確的觀察、提取和判斷，并制定合理的決策，從而執行正確的回擊動作。

完整的運動過程是時間和空間序列轉換融合的結果。已經公開發表的解剖、電生理等數據和功能磁共振成像（fMRI）等研究表明，運動參與者對運動期間的時間感知、判斷和抉擇，從而形成運動相關的時間信息流，主要是通過大腦基底節、運動皮層和小腦的相互作用而完成。人的知覺運動整合，主要定位于大腦后頂葉皮層和運動前區皮層。更重要的是，皮質—紋狀體、皮質—小腦和邊緣（海馬）等腦區，是運動參與者建立動作記憶痕跡至關重要的結構［10，11］（見圖1）。

圖1 空間、時間和運動的神經循環回路

運動動作的學習、練習、掌握和應用，需要空間序列特征和時間序列特征的融會貫通。運動的學習先發生在特定的空間環境中，并且經過大腦皮質—基底節和皮質—小腦的神經循環回路，形成空間信息的獲得。運動學習者置身于三維空間立體環境之中來進行空間信息的獲得，形成空間編碼和記憶，并儲存起來，在應用中被提取出來。

在運動實踐中，教授者和學習者在同一個時間和空間序列內，從單一運動到復雜、綜合、多變的運動反應的教與學。學習者可以根據現場的時空融合，流暢地處理“空間信息流”和“時間信息流”，從而實現編碼新運動的“動作過程流”，激發肌肉活動，建立動作的形成程序［12］。

在現有的運動線上學習中，教者和學者在各自的時間和空間里進行動作演化。其中，空間信息流會因為來源信息的二維化和平面化，而受到阻斷；而時間信息來源的異時化和碎片化，也影響學習者的運動學習效果。這種非三維立體的時空異質性體驗，打破了正確的空間信息流和時間信息流，有可能會影響動作在運動學習者大腦中建立良好的循環回路，難以建立起流暢的動作信息流。

當前的運動類線上課程，主要有錄播解說型、直播示范型和模塊打卡型等形式。組織者和實施者的關注點和重心在如何吸引“觀眾”。實際上，設計、構建時空同質性的運動類線上課程，營造具有現場感覺的時空融合的運動空間信息任務，是運動類線上課程的設計者和實施者今后需要重點關注的建設方向。

2 運動情境中的社會交互與反饋

人的社會交互活動是復雜的，運動情境下的社會互動包含精密的認知過程，更加復雜多變。運動情境下的社會互動是參與運動的個體與個體之間、群體與群體之間，或者個體與群體之間，信息的相互傳遞，并且讓彼此的想法或運動行為發生相互作用的過程［13］。運動學習不是被動地接受傳入信息的過程，而是需要通過運動者自身體驗、參與，并且與他人分享，才可以加深理解。因此，在神經水平上研究人們在運動情境中的社會互動行為、預測互動的質量以及提高運動效果具有重要意義。

在運動情景下，人們的社會互動主要表現為連續的、實時的，并且是動態的過程。運動參與者在與他人實時交互時，運動知覺、運動行為和相互認知是如何進行神經調節的，觀察和模仿到的運動行為是如何在后續互動中應用的，目前都還在研究探索中。運動參與者在真實的運動情境中與真人互動，在孤立的情境中與真人互動以及孤立的情境中與假被試互動時等各種情形下，大腦激活的腦區是否存在差異，目前還是未解之謎。已有的研究，對運動過程中協作和聯合決策等社會互動中的腦活動，在時間進程上的變化也還知之甚少。更重要的是，這種隨時間進程變化的腦活動不能僅僅通過觀察運動參與者個人的大腦激活來解釋［14］，特別是在運動情境中，這種互動還包含動作反饋、指令接收、選擇、判斷和即時反應等多重互動。

運動中的團隊合作質量與團隊成員腦神經同步性存在一定程度的正相關。研究表明，當互動雙方的神經活動同步發生時，其合作效果通常表現較好。教育領域中關于腦間神經同步性的研究，也驗證了師生互動的質量與其神經活動的同步性關系緊密，即教師與學生之間良好的互動能夠引導雙方的神經活動趨向一致，或是一致的腦神經活動能夠提高師生互動的效果，促進學習效率的提升［15］。在運動的腦神經同步性研究中，尤其是復雜多變的團體運動項目，如籃球、足球等，這種腦神經活動的同步性會對技戰術領悟與實施、團隊配合和運動成績表現產生重要的影響。

運動中的同伴學習（Peer Learning，PL）或合作學習（Cooperative Learning，CL）也非常重要。運動情境中，同伴的合作學習和相互指導，可以節省教授的時間，同時發展學習者的知識和技能，增強學習者的運動自信心。運動中的同伴學習，不僅能增強學習者的運動學習動機，提高運動學習中的自我調節能力，還讓學習者能夠更有效地理解復雜運動技能，從而在互相教授的過程中提高自己的運動學習能力［16，17］。重要的是，學習者在與自己運動水平相近的同伴交流中，能夠體驗到身心上的支持和共鳴，減少運動學習過程中的焦慮感和孤獨感，在運動中可以體會到更高的自我效能感［18，19］。

在運動過程中，同伴間相互的學習和給予對方的頻繁、即時、個性化的反饋，也是影響運動學習效果的最重要的因素之一［20］。因為反饋可以培養學習者批判性反思的能力，讓學習者同時從自己和同伴的運動經驗中獲益。在運動學習情境中，學習者樂于收到同伴提供的個性化即時反饋，并且表現出強烈的學習動機和自我調節能力。同伴學習在幫助運動學習者更好地掌握運動知識和運動技能的同時，還增強了其自我效能感。但這需要參與雙方都能建立積極的、互賴的合作關系，并且進行即時的互動反饋［21］。

在真實的運動實踐中，教授者和學習者的交互影響實時發生。學習者與其他成員就運動學習問題進行互動。教授者可以通過目光掃視、注意力巡視、動作示范和校正等方式，及時發現學習者的問題，并實時給予語言或者動作回饋。但是在運動類線上課程的學習中，學習者由于缺少實時互動或者同伴互動而產生的孤獨感，從而影響運動學習的情緒［22］。運動學習者與他人之間社會性交互的缺乏，是導致線上運動學習者容易產生孤獨感而很難堅持下去的重要原因之一。

3 討論

運動的發生體現在特定的空間和時間序列中。人們在運動過程中，需要借助于具體的身體動作、經驗輔助，才能認識和感受空間和時間抽象的存在。動作的不斷重復練習才能將時間知覺的準確度和穩定性進行鞏固。

社會交互會對運動參與者的大腦活動產生積極影響。有研究指出，大腦是在不斷的社會交互中進行重塑，不斷激活［23，24］。由于相比于其他的認知活動，運動情境下的社會交互活動更為復雜，不僅需要運動參與者提高一系列的行為表現，如注意力、社會參與程度、行動準確率等，同時還提高了大腦前額葉、楔前葉和雙側顳頂聯合區等區域的激活程度，這些腦區的激活與運動決策制定、獎賞反饋和注意力選擇等有重要相關性［25］。大腦自發節律性振蕩產生不同頻段的波，反映了神經興奮的周期性變化，與運動、感覺和認知的不同方面存在密切聯系［26］。

線上運動課程能同時通過視覺、聽覺等通道傳播，具備一定的臨場感，且由于其具備許多傳統課堂沒有的優勢，如不受時間、空間的限制等，因此，受到廣大運動學習者的喜愛。線上課程也需要遵循良好的教學設計，對簡單運動知識的學習能夠提供極大的幫助，但是在復雜運動技能方面的學習效果還有待提高［27，28］。

4 結語

運動實踐類課程的設置形式，需要從運動學習的神經機制出發，在學習內容選擇、學習形式變革和學習效果反饋等方面進行深入系統的研究，將運動相關的空間和時間信息獲得、社會交互與反饋等方面納入運動類線上和線下課程的設計與實踐中，將會大幅度提高運動類課程的質量和學習效果。