“武术运动员警察”的Stroop任务特点

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(1. 上海体育学院 武术学院，上海 200438;2.广东警官学院 警体部,广东 广州 510230. 3.山东师范大学 体育学院,250014)

“武术运动员警察”的Stroop任务特点

曹华1,2,赵光圣1,张峰3

(1. 上海体育学院 武术学院，上海 200438;2.广东警官学院 警体部,广东 广州 510230. 3.山东师范大学 体育学院,250014)

为了研究有过武术运动员经历的警务人员在注意过程中排除干扰的能力，探索这种能力背后的神经机制，我们利用Stroop色-词任务范式，使用先进的事件相关电位技术(ERP)，对经训练组(12人)和对照组(12人)的行为数据和脑电数据进行记录与分析。结果显示：1)有武术运动员经历的警员在色-词刺激一致的条件下反应时上慢于对照组(P<0.05)，但正确率更高(不显著，P=0.144)；2)两组被试的早期ERP成分的波幅和潜伏期均无显著差异(P>0.05)；3)有武术运动员经历的警员的N450的波幅小于对照组(P<0.05)，潜伏期同对照组无显著差异(P=0.641)。有武术运动员经历的警员在Stroop任务中行为层面上体现了倾向于降低反应速度以保证反应正确率的特点；认知层面上，在冲突控制过程中动用了更少的认知资源，体现了高效的特点。

“武术运动员警察”；ERP；Stroop效应

警察职业被媒体及公众视为“高风险、高负荷、高强度”的“三高”职业。“许多研究表明，警察职业是世界上应激性最高的几项职业之一”[1]。我国被国际刑警组织称为警察伤亡严重的国家之一。“尤其近年来我国警察伤亡率逐年攀升。在这些伤亡案例中很多都是由于警员自身战术失范、技能缺失所造成的”[2]。在日常工作中警察经常会遇到各种危险，受害的致命点在于警察大多工作在明处，他们不知道“敌人”是谁，在哪里、什么时候出现、警察的防卫与控制往往是被动的。并且许多情况下任何突发的事情对警察来说都可能是致命的，所以执法警察要时刻保持警觉，并能对突发事件迅速反应、有效应对。如果一名警察对所临情况判断错误，很容易会导致自身伤亡、伤及无辜者、过度武力造成嫌疑人伤亡等不良后果。另一方面，在实际工作中很多有武术运动员经历的警员(本文统称“武术运动员警察”，下文研究对象对此概念有界定)在危急时刻智能双全，成功揖捕罪犯的案例时有发生。为什么普通警员在应激状态常会心理崩溃、技能失范，而“武术运动员警察”却能够控制临战消极应激及时做出有效应对呢？

以往的研究通常只关注武术训练带来的身体上的改变，却忽视了可能发生的认知功能上的改变。基于大脑可塑性的研究证明了身体训练可以带来认知的改变[3]，针对运动员的研究也发现长时间训练可以影响认知功能[4-5]，因此我们有足够的理由推断经过高强度、持续地武术训练的警务人员在认知功能上也具有自己的特点。在执行实际任务过程中，优秀的警务人员必须能够排除各种干扰因素的影响，将注意力分配到需要的地方去，这种排除干扰的能力是十分重要的。在信息加工过程中任务无关信息对任务相关信息的干扰被称为认知冲突[6]，本研究将对“武术运动员警察”在认知冲突中的抗干扰能力的特点进行探究。

对认知冲突的研究中，Stroop任务是最广泛使用的研究范式。经典的Stroop任务中，被试要对刺激词的印刷颜色进行辨认，但是该刺激词的意义可能与印刷颜色相同(红颜色的“红”字)，也可能不一致(红颜色的“绿”字)，结果显示判断不一致的刺激所用的时间更长，错误率更高，这一现象被成为Stroop效应，它反应了干扰信息(字的意义)对目标信息(字的颜色)加工的影响[7-8]。近年来，有学者试图借助具有很高时间分辨率的事件相关电位(event related potential，ERP)技术对该效应的大脑皮层电生理活动进行研究。通常研究结果中，脑电中的早成分，如P1、N1、P2和N2等，在色-词一致和不一致条件下，并无显著差异[9-10]，而N450成分对于色-词一致性则十分敏感，一般认为其反映了反应冲突的监控[11]。但实验材料为汉字的时候，用不一致刺激减去一致刺激得到的N370成分反映了被试抑制无关信息的反应竞争,N370相比于N450潜伏期提前可能是由于中文Stroop 任务相关的脑部加工机制与英文的不同所造成的[12]，本研究所采用的实验素材即为中文。

目前国内对于“武术运动员警察”的认知功能变化研究尚属空白，本研究选择认知冲突中的抗干扰能力为切入点，使用Stroop范式，借助先进的ERP技术，对“武术运动员警察”在认知冲突中的特点进行探索，寻找其与一般警察相比所具有的优势，从而力求为今后对警察认知能力的基础研究和训练应用提供有科学依据的结论。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究中的24名被试根据有无“武术运动员”经历分为两组：“武术运动员警察”组和对照组。“武术运动员警察”组被试均为有武术、散打、拳击等格斗类项目二级或以上级别运动员经历的现役警察；此外，要求在最近的三年中坚持进行格斗相关项目训练，每周平均训练时间大于14小时。对照组被试不具有格斗相关专业运动训练经历，并且最近三年内无系统“格斗相关专业”训练经验，但在其他方面与“武术运动员警察”训练组匹配。所有被试均为男性警察，其中“武术运动员警察”训练组年龄为30.0±4.1岁，对照组为27.8±2.4岁，两组被试之间年龄无显著差异(P>0.05)。

所有被试均为右利手，视力正常或者矫正后正常，无色盲色弱，无脑部损伤或精神病史，并且在实验前24小时内无酒精或咖啡因摄入。所有被试在充分了解实验要求和任务后，阅读并签署被试知情同意书，并被告知在实验后会给予适当报酬。

1.2 研究方法

1.2.1 实验设计

实验采用2(组别：“武术运动员警察”组、对照组)×2(色-词一致性：一致、不一致)两因素混合设计。自变量包括组别和色-词一致性，其中组别为被试间变量，色-词一致性为被试内变量。因变量包括被试完成任务的行为数据(反应时和准确率)和ERP数据(波幅和潜伏期)。

1.2.2 实验刺激

实验参考经典Stroop实验中所使用的刺激，选取的刺激材料为宋体汉字“红”、“绿”、“蓝”三个字，这三个字的字体颜色随机为红、绿、蓝三种颜色中的一种，若字的意思同字体颜色一致，则该试次视为色-词一致，如蓝色字体显示的汉字“蓝”，当字的意思与字体颜色不一致时，则该试次视为色-词不一致，如蓝色字体显示的汉字“红”。实验程序由E-prime软件编写，整个实验过程中，屏幕背景为黑色，色-词一致与不一致试次的比例为1：1，呈现时间为100 ms。

1.2.3 实验流程

本实验在广东警官学院的封闭实验室中进行，该实验室光线柔和，无噪音或电磁干扰。被试在完成准备后关闭手机等通讯工具防止干扰，端坐在实验台前，独自完成实验任务。被试头部固定于U型支架上，以减少不必要的头部移动，眼睛与显示器的中心对齐。实验所用17寸显示器设置刷新率为100 Hz，与被试眼睛距离为70 cm，以保证刺激材料的视角为2°×2°。实验过程中，被试将双臂轻松地放于实验台上，随后将右手的食指、中指、无名指分别放在键盘上的V、B、N三个按键上，这三个按键用来代表红、绿、蓝三种颜色，不同被试的按键与颜色的对应关系经过平衡匹配。被试需要对出现的刺激的字体颜色作出按键反应。在进行100次练习后，实验正式开始，实验流程如图1所示：

图1 实验流程图

指导语在正式实验开始前呈现给被试，当被试觉得可以开始以后，就可以按下任意键开始正式实验。每个试次前会呈现一个“+”注视点，注视点随机呈现300 ms～500 ms，随后出现100 ms色-词刺激，之后再呈现黑屏900 ms，被试从色-词出现至随后的1 000 ms内都可以进行反应，超出时间未进行反应视为错误反应。一旦进行反应，本试次结束，随后“+”注视点再次出现，开始下一试次。实验共包含240试次，色-词一致与不一致试次均为120次，被试每完成60个试次进行一次休息。整个过程中，被试被要求尽可能地又快又准确地完成任务。

1.3 数据的采集与处理

采用E-prime2.0记录行为数据，剔除平均值加减3倍标准差外的异常数据后，分析两组被试在色-词一致和不一致情况下的反应时和错误反应次数。

脑电数据采用Brain Product 公司生产的ERP系统采集，使用按照国际10-20标准系统扩展的64导电极帽，电极为Ag/AgCl电极。参考电极为FCz，接地点为AFz，水平眼电(HEOG)置于右眼外侧1 cm处，垂直眼点(VEOG)置于左眼下方1 cm处。各电极与头皮之间的电阻通过注入导电膏降低至10 KΩ。脑电信号经放大后后由BP Recorder软件连续记录，采样频率为1000 Hz/导。以双侧乳突的平均电位作为参考电极，使用BP analyzer 2.0 软件对采集来的脑电数据进行离线分析，利用ICA去除眼电干扰，使用35 Hz低通滤波，并去除50 Hz市电干扰，将波幅大于±100 μV以外的脑电片段剔除。

1.4 统计学分析

使用SPSS 17.0软件分别将反应时和错误次数作为因变量，进行2(组别)×2(色-词一致性)两因素混合设计方差分析。分别以两组被试在Fz、Cz和Pz电极处的N450成分的潜伏期和波幅作为因变量，进行进行2(组别)×2(色-词一致性)两因素混合设计方差分析。

2 结果

2.1 行为结果

表1为两组被试在Stroop任务中的反应时及错误判断的次数。以反应时为因变量，组别为被试间变量，色-词一致性为被试内变量进行2×2两因素混合设计方差分析。统计结果显示组别主效应不显著(F(1,22)=0.671，P=0.421)，“武术运动员警察”组的反应时和对照组没有显著差别。被试内主效应也显著(F(1,22)=94.6，P<0.001)，色-词不一致时的反应时要显著大于色-词一致时。交互作用边缘显著(F(1,22)=3.2，P=0.089)，进一步分析的结果显示在色-词一致的情况下训练组的反应时小于对照组(P=0.03)。

将两组被试在两种条件下的错误次数作为因变量，组别为被试间变量，色-词一致性为被试内变量进行2×2两因素混合设计方差分析。结果显示，组别主效应不显著(F(1,22)=2.293，P=0.144)，“武术运动员警察”的被试的错误次数少于对照组，但不显著。色-词一致性主效应也显著(F(1,22)=18.2，P<0.001)，在色-词不一致的条件下，两组被试都有更多的错误次数。组别和色-词一致性交互作用不显著(F(1,22)=1.5，P=0.226)。

表1 被试Stroop任务的行为数据表

2.2 脑电结果

2.2.1 ERP早期成分

实验刺激诱发的早期成分在常用的Fz、Cz和Pz电极处均十分明显(图2)，我们选取这三个电极点进行ERP成分的分析。分别将N1、P2和N2这三个早成分的波幅与潜伏期作为因变量进行统计分析。波幅分析显示，三个成分的组别主效应和色-词一致性主效应均不显著(P>0.05)；潜伏期分析显示，三个成分的潜伏期的组别主效应和色-词一致性主效应也均不显著(P>0.05),即：两组被试的N1、P2和N2这三个ERP成分的波幅与潜伏期均无显著差异。

图2 训练组与对照组Stroop任务ERP早成分波形图

2.2.2 N450成分

我们分别组被试在色-词不一致情况下得到的ERP波形减去在色-词一致情况下得到的ERP波形，从而得到差异波(图3)，从中可以观察到明显的N450成分，我们选取360 ms～600 ms的时间窗口对N450进行峰值分析。

图3 色-词不一致与一致条件差异波形图

以差异波的波幅为因变量，组别为组间变量，电极的位置(Fz，Cz，Pz)为组内变量进行2×2两因素混合设计方差分析。统计结果显示组别主效应显著(F(1,22)=7.181，P<0.05)， “武术运动员警察”的N450的波幅要显著小于对照组。电极位置的主效应不显著(F(2,22)=0.458，P=0.635)，Fz、Cz和Pz三个电极位置得到的波幅差别不显著。组别与电极位置的交互作用不显著(F(2,22)=0.184，P=0.832)。

再以差异波的潜伏期为因变量，组别为组间变量，电极的位置(Fz，Cz，Pz)为组内变量进行2×2两因素混合设计方差分析。统计结果显示组别主效应不显著(F(1,22)=0.224，P=0.641)，“武术运动员警察”的N450的潜伏期同对照组没有显著区别。电极位置的主效应不显著(F(2,22)=1.046，P=0.36)，Fz、Cz和Pz三个电极位置处的潜伏期差别不显著。组别与电极位置的交互作用不显著(F(2,22)=0.079，P=0.924)。

3 讨论

3.1 “武术运动员警察”反应速度慢，但准确率高

研究显示，经训练人员在反应时这一指标上面没有体现出任何优势，反而在色-词一致的情况下显著慢于对照组。这一现象与我们通常认为的经过训练的人动作更快这一常识相矛盾。但经训练警员在实验中的错误次数少于对照组。以上两个特点可能是由于警务人员实际工作的特殊性所导致的。当认知冲突存在的时候，经训练警员更倾向于选择保证准确率的策略。这样的策略选择在实际执行任务过程中，可以最大程度地保障当事人和警员自身的生命安全，适当慢一点，总比犯错误带来的损失要小。因此，这种反应时上的慢并不一定是一种劣势，反而伴随着正确率的提高，成为了一种优势。

3.2 “武术运动员警察”ERP早期成分没有差异

本研究中观察到的ERP早期成分包扩N1、P2和N2，其中视觉N1成分代表对目标的选择性注意和对刺激目标特征信息的识别过程[13-14]，虽然本研究中，两组被试的N1成分差异并不显著，但训练组的N1波幅还是大于对照组，说明训练组在目标觉察上具有一定优势。视觉P2成分代表着经由感觉通道传入的信息与已有的经验进行比较的过程[15]，两组被试在该成分上没有表现出差异，说明两组被试在这一任务的经验上没有区别。N2成分对认知过程早期产生的冲突十分敏感[16-17]，但是两组被试在N2成分上没有显著差异，说明两组被试在该任务中的早期阶段没有发生认知上的冲突。总之，两组被试的ERP早期成分在色-词一致与不一致两种条件下，波幅和潜伏期均没有显著差别，这一结果与对普通人群的研究结果一致[9-10]，究其原因，可能是因为Stroop任务中的认知冲突出现在刺激加工的晚期阶段[18]，所以ERP的早期成分没有受到色-词冲突的影响。

3.3 “武术运动员警察”认知冲突控制过程更高效

N450通常被认为反应了冲突探测[19]。在本研究中，两组被试的N450成分在潜伏期上面没有差别，而反应时上面存在差异，说明差异的原因并不是由于两组被试在对认知冲突(色-词不一致)的探测速度上的差别而导致的。进一步验证了前文提到的可能性，即:经训练警员在反应时上慢于对照组，并不是由于认知过程慢而导致，而可能是由于策略上的不同导致的，经训练人员更重视反应的正确性。这种认知策略可以让训练组被试在实际工作中更安全、有效地完成各种重要任务。经训练警员的N450成分的波幅显著小于对照组。说明在对认知冲突的探测过程中，训练组被试动用了更少的认知资源，类似的由训练导致的认知过程高效化的优势在对专业运动员的研究中也有发现[20]。这种由训练导致的节能高效化对于警察这一特殊职业有着重要的意义，由于动用的认知资源更少，保证了长时间高水平完成任务的可能性，并有利于减少疲劳的发生。因此，这种探测认知冲突高效化的特点是“武术运动员警察”的一个优势。

4 结论

通过本研究，我们发现“武术运动员警察”在色-词Stroop任务当中，相比于对照组，具有反应时慢但正确率高的特点；其神经层面上，对认知冲突的探测具有高效性的特点，运用较少的认知资源完成该过程，体现出一种节能化的优势。

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Event-related potentials of martial arts trained police in a Stroop task

CAO Hua1，2，ZHAO Guang-sheng1,ZHANG Feng3

(1.School of Wushu,Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, 2.Guangdong Police College,510230 Guangdong,Guangzhou,China;3. PE School， Shandong Normal University,Jinan 250014,Shandong,China)

This study was designed to investigate the characteristics of police with experience of being martial arts athletes in a Stroop task. Behavioral data and event-related potentials (ERPs) were recorded from martial arts trained police (n=12) and controls (n=12) while they were completing a Stroop task. Results show that compared with controls, trained police reaction is slow but accurate. In this task, the N1, P2 and N2 components were evoked. The amplitudes and latency of these components have no difference between the controls and trained police. But the amplitude of N450 of trained police was significantly lower than that of controls. We conclude that the trained police are more concerned about the correct rate of reaction and process cognitive conflict with less cognitive resources.

police martial arts；ERP；Stroop effect

2013-09-20

曹华(1975- )，男，河南永城人，副教授，在读博士，研究方向武术科学化训练。

G804.8

A

1009-9840(2014)01-0076-05