竞赛特质焦虑干扰优势反应抑制的神经准备过程:ERP的证据

2015-07-23 06:43孙国晓张力为
天津体育学院学报 2015年4期

孙国晓,张力为



●博士(生)论坛

竞赛特质焦虑干扰优势反应抑制的神经准备过程:ERP的证据

孙国晓,张力为

摘要竞赛焦虑对操作表现的影响是运动心理学的重要研究领域,注意控制理论对二者关系从执行功能的角度进行了新的阐释,认为焦虑干扰执行功能中的抑制功能。近年来,运动心理学对抑制功能探讨较多,对优势反应和任务无关刺激的抑制是抑制功能的2个重要成分,但以往研究大多集中于抑制无关刺激,对优势反应抑制的探讨相对欠缺,而后者却是竞技场上运动员时常需要面对的问题。已有行为学研究发现,竞赛特质焦虑对优势反应抑制功能有干扰效应,但其神经机理尚待探讨。本研究采用ERP技术探讨竞赛特质焦虑干扰优势反应抑制的神经基础,假设竞赛特质焦虑干扰前脑区域(额区和中央区)优势反应抑制的神经准备过程。招募26名研究参与者,根据《赛前情绪量表32×6》测试得分,二分法划分竞赛特质焦虑高分组和低分组。2组均完成代表优势反应抑制功能的反向眼跳任务,分析抑制“线索”出现前-100~0 ms时程的ERP成分,发现反向眼跳的准备期在额区和中央区诱发出一负成分,竞赛特质焦虑高分组的波幅小于低分组。以上结果部分支持了假设,竞赛特质焦虑对优势反应抑制的神经准备期有干扰效应,且主要由前脑区域控制,此结果为注意控制理论在竞赛焦虑领域的适用性提供了神经生理学的部分证据。

关键词注意控制;优势反应抑制;竞赛特质焦虑;反向眼跳;ERP

焦虑和操作表现之间的关系是绩效心理学(performance psychology)的核心研究领域之一,更是竞技运动心理学中不衰的话题[1-2]。注意控制理论(attentional control theory,ACT)由认知干扰理论(cognitive interference theory,CIT)和加工效能理论(processing efficiency theory,PET)发展而来,并进一步从执行功能的角度对焦虑如何影响操作表现进行新的阐释,认为焦虑干扰抑制功能和转移功能[1-6]。

优势反应抑制是抑制功能的重要成分(另一成分是对无关刺激的抑制),也是运动员经常需要面对的问题,但当前运动心理学领域对于焦虑如何影响优势反应抑制的研究稍显欠缺[7-8]。反向眼跳范式(antisaccade)是探讨优势反应抑制的有利工具[1-2]。近年来,研究者从注意控制理论出发,使用反向眼跳任务探讨了一般特质焦虑、社交焦虑等变量对优势反应抑制的干扰效应,发现焦虑干扰优势反应抑制[1-2,8-9]。最近一项研究同样使用反向眼跳范式,以竞赛特质焦虑为自变量,探讨竞赛特质焦虑对优势反应抑制的影响效果,结果发现,高竞赛特质焦虑组比低竞赛特质焦虑组在反向眼跳任务上表现更差[2]。

竞赛特质焦虑对优势反应抑制产生干扰效应的神经生理基础是什么?要回答这一问题,需要从任务、作用脑区和阶段3个角度进行探讨[1]。从任务来看,代表优势反应抑制的反向眼跳任务是较为合适的实验任务[1-2,8]。在A.M IYAKE等[1-2,10-11]进行的一项因子分析中发现,反向眼跳任务(antisaccade task)隶属于抑制性任务,它比其他具有抑制性质的任务(如Go/Nogo任务等)在抑制功能公因子上有更高的载荷。M.W.EYSENCK 等[1-2,12]认为,如欲探讨注意控制理论的神经机理,研究范式需满足一个条件,即有抑制任务(需要较多心理资源参与)和参照任务(需要较少心理资源参与)2种任务。反向眼跳范式满足上述条件:反向眼跳可作为主任务(抑制任务),因其需要克服优势反应,抑制功能参与较多;而朝向眼跳可作为参照任务,因其为优势反应,需要较少抑制功能[1,8]。如此看来,反向眼跳可作为探讨焦虑干扰抑制功能的神经基础的操作任务[1-2]。从作用脑区分析,前脑区域是执行功能的重要作用区域,值得重点探讨。如S.J.BISHOP[13]在一项功能核磁共振的研究中发现,特质焦虑与前额注意控制相关,特质焦虑削弱前额区域对干扰刺激的抑制能力。据此,可以继续探讨竞赛特质焦虑是否干扰前脑区域(额区和中央区)对优势反应的抑制作用。从作用阶段来看,准备期具有较大的探索意义[1]。已有一些实证研究提示了准备期的探索意义,如K.A.FORD等[14]发现,在准备期反向眼跳比朝向眼跳在前眼区、背外侧前额叶皮层和前扣带回诱发出更大的激活。完成反向眼跳任务时,干扰刺激(或线索)出现前的准备期代表自上而下的目标导向注意,根据注意控制理论,焦虑损害自上而下的目标导向注意系统,因此,准备期是对焦虑反应最敏感的阶段[1-2,7]。综上所述,反向眼跳准备期前脑区域(额区和中央区)的神经生理特点值得探讨[1]。

注意控制理论是解释焦虑如何影响操作表现的新理论[1-2,15]。已有实证研究从行为学方面检验了这一理论在竞技运动领域的适用性,发现竞赛特质焦虑对抑制功能具有干扰效应[2]。本研究将使用代表优势反应抑制功能的反向眼跳任务,通过ERP技术探讨优势反应抑制功能的准备阶段诱发的神经生理反应,考察竞赛特质焦虑影响优势反应抑制功能的可能神经基础[16-17]。本研究假设:竞赛特质焦虑干扰代表优势反应抑制作用的反向眼跳准备期前脑区域的激活。

1 研究对象与方法

1.1研究参与者

招募26名研究参与者,均为男性武术套路运动员,其中一级运动员2人,二级运动员24人;平均训练年限为10.08年(SD= 4.09);平均年龄为20.10岁(SD=2.74);视力或矫正视力正常,且均为右利手。

使用《赛前情绪量表32×6》测量竞赛特质焦虑,该量表包括认知焦虑、躯体焦虑、社会期待焦虑和自信心4个维度,竞赛特质焦虑的计算方法为3个焦虑量表(认知焦虑、躯体焦虑和社会期待焦虑)的得分相加,减去自信心量表的得分[18]。计算后的总得分越高,代表竞赛特质焦虑越高。本研究中,《赛前情绪量表32×6》的克朗巴赫系数为0.82。通过二分法得到竞赛特质焦虑高分组12人,低分组14人(低分组中的最高分与次高分仅差1分,而与高分组中的最低分差8分,故将此研究者归入低分组)。竞赛特质焦虑低分组的竞赛特质焦虑得分为8.64(SD= 10.27),高分组为46.63(SD=16.48)。独立样本T检验发现,竞赛特质焦虑低分组得分显著低于高分组,且有较大效果量,t(24)= 7.17,P<0.001,d=2.88。

1.2材料与仪器

使用Eprime软件编程,首先屏幕中央呈现一个注视点“+”(时间为1 800~2 200 m s),之后有200 ms的空屏,随后屏幕一侧(左侧或右侧)呈现一个几何图形(本研究中为椭圆图形)作为“线索”(在反向眼跳任务中可视为干扰物),共呈现600 ms,椭圆图像的水平视角是10.76°(见图1)。其中,朝向眼跳任务要求研究参与者在注意到图片后迅速将视线转向图片,即向左的箭头;反向眼跳任务要求不看图片,而要尽快(动眼)看向(图片位置的)对侧屏幕,即向右的箭头[1-2,18-19]。使用NeuroScan 32导脑电记录系统记录脑电信号。

图1 朝向及反向眼跳任务程序Figure1 Procedure o f thep ro-sacca de and anti-sacca de task

1.3程序

(1)研究参与者填写知情同意书,戴电极帽,进入隔离实验室。(2)练习。每位研究参与者完成2组各12次的朝向眼跳任务和反向眼跳任务练习。(3)正式试验。每位研究参与者完成4组,每组80试次的任务。朝向眼跳任务和反向眼跳任务采用分组块设计,每组块20试次,采用ABBA设计平衡2种任务4组间的顺序。(4)解释研究目的,每位研究参与者获得相应报酬。

1.4数据采集与处理

按国际10-20系统的32导Ag/AgCI电极帽记录脑电图,接地电极位于前额FPZ和FZ中间。头皮电阻降至5 KΩ以下,右侧乳突作为参考电极在线采集数据,离线分析转换为双侧乳突参考。两眼角外侧水平距离1.5 cm处安放电极记录水平眼电,左眼上下各1.5 cm处电极记录垂直眼电。采用AC采集模式,带通为0.05~100 HZ,连续采样,采样率1 000 HZ。刺激呈现计算机显示器分辨率为1 024×768 HZ,研究参与者距离刺激呈现计算机显示器屏幕65 cm,视角为32.19°×24.25°。

用scan 4.3软件进行离线分析,脑电预览,仅保留正确方向眼跳试次[8]。参照-300~-200 ms区间(空屏前100 ms)内的波幅进行基线校正,去除垂直眼电、水平眼电伪迹,并充分排除其他伪迹。根据总平均图并参考前人研究确定进一步分析的ERP成分的时间窗口为-100~0 m s[7-8]。对6个电极点(F3、FZ、F4、C3、CZ和C4)进行分析,对朝向及反向眼跳任务分类叠加,并分别获取高、低分组朝向及反向眼跳的总平均图。

使用SPSS16.0对首次眼跳方向的错误率、首次正确方向眼跳潜伏期、FZ和CZ点的ERP成分分别进行2(组间变量竞赛特质焦虑:低分组和高分组)×2(组内变量任务类型:朝向眼跳和反向眼跳)重复测量方差分析。

2 结果

2.1行为结果

竞赛特质焦虑高分组和低分组在朝向眼跳及反向眼跳任务上的首次眼跳方向错误率和首次正确方向眼跳潜伏期的平均值和标准差见表1。

表1 组间朝向和反向眼跳任务行为结果(M±SD)Tab le1 Error ratioand latencyo f firstcorrectsaccade in highand low com petitivetraitanxiety g roup s(M±SD)

以首次眼跳方向错误率为因变量,2(低分组、高分组)×2(朝向眼跳、反向眼跳)重复测量方差分析发现:任务类型主效应显著,反向眼跳任务的首次眼跳方向错误率显著高于朝向眼跳任务,F(1,24)=33.32,P<0.001,ŋp2=0.58;竞赛特质焦虑主效应不显著,竞赛特质焦虑高分组和低分组之间差异无统计学意义,F(1,24)=1.51,P=0.23,ŋp2=0.06;任务类型和竞赛特质焦虑的交互作用无统计学意义,F(1,24)=0.04,P=0.85,偏ŋ2=0.001,说明2组在2种任务的眼跳错误率上均不存在差异。

以首次正确方向眼跳潜伏期为因变量,2(低分组、高分组)×2(朝向眼跳、反向眼跳)重复测量方差分析发现:任务类型主效应显著,反向眼跳任务的首次正确方向眼跳潜伏期显著长于朝向眼跳任务,F(1,24)=242.17,P<0.001,ŋp2=0.91;竞赛特质焦虑主效应无统计学意义,竞赛特质焦虑高分组和低分组之间差异无统计学意义,F(1,24)=0.82,P=0.38,ŋp2=0.03;任务类型和竞赛特质焦虑的交互作用无统计学意义,F(1,24)=0.18,P=0.68,ŋp2=0.01,说明2组在2种任务的眼跳潜伏期上均不存在差异。

2.2ERP成分

根据总平均图,在干扰物出现之前-100~0 m s区间内,在额区和中央区部位诱发出较明显的负成分,本研究重点对FZ和CZ 2个电极点的负成分(见图2)进行分析。

FZ点2(朝向眼跳、反向眼跳)×2(高分组、低分组)重复测量方差分析发现:任务类型主效应显著,反向眼跳诱发的ERP成分显著大于朝向眼跳,F(1,24)=4.57,P=0.04,偏ŋ2=0.16;竞赛特质焦虑主效应边缘显著,竞赛特质焦虑高分组的ERP成分小于低分组,2组差异虽无统计学意义,但具有较大的效果量,F(1,24)= 3.86,P=0.06,偏ŋ2=0.14;任务类型和竞赛特质焦虑之间的交互作用无统计学意义,F(1,24)=0.20,P=0.67,偏ŋ2=0.01(见表2)。

CZ点2(朝向眼跳、反向眼跳)×2(高分组、低分组)重复测量方差分析发现:任务类型主效应显著,反向眼跳诱发的ERP成分显著大于朝向眼跳,F(1,24)=7.73,P=0.01,偏ŋ2=0.24;竞赛特质焦虑主效应显著,竞赛特质焦虑高分组的ERP成分显著小于低分组,F(1,24)=4.09,P=0.05,偏ŋ2=0.15;任务类型和竞赛特质焦虑之间的交互作用无统计学意义,F(1,24)=1.45,P=0.24,偏ŋ2=0.06(见表2)。

图2 FZ和CZ电极点准备期的ERP成分Figu re2 Grand average w avefo rm sdu rin g-100~0m s epoch at frontal/central electrod e cites(FZ&CZ)forp ro-/anti-sacca de tasks in bo thanxiety g roup s

本研究还探索了大脑左、右半球差异,对额区(左半球中线内侧F3/右半球中线内侧F4)和中央区(左半球中线内侧C3/右半球中线内侧C4)分别进行分析。以任务类型、左右半球为组内自变量,以竞赛特质焦虑为组间自变量,额区的负成分波幅2(朝向眼跳、反向眼跳)×2(高分组、低分组)×2(F3、F4)重复测量方差分析发现:任务类型主效应显著,反向眼跳任务比朝向眼跳任务诱发出更大的波幅,F(1,24)=4.73,P=0.04,偏ŋ2=0.17;左右半球差异有统计学意义,F4显著大于F3,F(1,24)=15.59,P<0.01,偏ŋ2=0.39;其他主效应和交互作用均无统计学意义,P>0.05。中央区2(朝向眼跳、反向眼跳)×2(高分组、低分组)×2(C3、C4)重复测量方差分析发现:任务类型主效应显著,反向眼跳任务比朝向眼跳任务发出更大的波幅,F(1,24)=7.69,P=0.01,偏ŋ2=0.24;左右半球差异边缘显著,C4大于C3,F(1,24)=3.62,P=0.07,偏ŋ2=0.13;其他主效应和交互作用均无统计学意义,P>0.05。

3 讨论

近年来,运动心理学对抑制功能的探讨较多,但往往集中于抑制功能的抑制无关刺激,对优势反应抑制的探讨相对欠缺,而后者却是竞技场上运动员时常需要面对的问题[2,7-8]。本试验基于注意控制理论,研究竞赛特质焦虑对优势反应抑制功能的干扰效应,并主要探讨其神经生理基础[1-2,4]。本研究使用ERP技术,并借用具有较好代表性的反向眼跳范式探讨其问题,并假设竞赛特质焦虑干扰前脑区域对反应抑制的准备过程。

表2 准备期内6个电极点的ERP成分波幅/μv(M±SD)Tab le2 The m axim umam p litud e o f corticalactivitydurin g-100~0m s epoch at frontal/central cites(F3/FZ/F4,C3/CZ/C4)forp ro-/antisaccade tasks in bothg roup s/μv(M±SD)

孙国晓和张力为[2]的行为学研究曾发现,竞赛特质焦虑干扰优势反应抑制,竞赛特质焦虑影响反向眼跳的潜伏期和错误率。但从本研究的行为结果来看,在首次眼跳方向错误率和眼跳潜伏期上均仅发现朝向眼跳和反向眼跳2种任务之间的差异,并未发现竞赛特质焦虑高、低分组之间的差异,也未发现2个变量之间的交互作用,这与研究假设以及前期研究结果[2]并不一致。主要原因可能是,试验任务简单,且试次较多,引发天花板效应。首先,孙国晓和张力为[2]的试验中要求研究参与者既进行眼动反应又进行按键操作,而本研究因重在探讨竞赛特质焦虑干扰优势反应抑制的神经生理基础,故仅要求研究参与者做出眼动反应,而无按键操作;其次,本试验要求每位研究参与者完成各160试次的朝向眼跳任务和反向眼跳任务,大量试验试次是为了ERP成分的叠加,但也可能导致行为指标的敏感度下降。

干扰刺激出现的准备期在前额区和中央区反向眼跳都比朝向眼跳诱发出更大的ERP成分,说明这一阶段反向眼跳比朝向眼跳需要更多的心理资源参与(对抑制反应的心理准备),与假设一致。这一结果也与前人研究结果相符,说明反向眼跳任务可用于竞技运动领域优势反应抑制的研究,同时也再次提示了对准备期探讨的价值[14]。

本研究假设,在额区和中央区竞赛特质焦虑对优势反应抑制有干扰效应,即在FZ点和CZ点理应存在任务类型和竞赛特质焦虑的交互作用。但结果没有发现交互作用,却发现在任务类型和竞赛特质焦虑2个自变量上均存在主效应,即无论朝向眼跳任务还是反向眼跳任务,竞赛特质焦虑高分组均比低分组诱发出更小的ERP成分。这说明,竞赛特质焦虑高分组在2种眼跳任务上投入的心理资源均少于低分组,竞赛特质焦虑高分组不仅对抑制任务准备不足,对非抑制任务准备也不充分。对这一非预期结果的可能解释为,朝向眼跳任务虽然可以作为反向眼跳任务的参照任务,但朝向眼跳对心理资源的需求并非为零。另外,在2种任务的转换过程中可能需要转移功能(shifting)参与,根据注意控制理论,焦虑不仅干扰中央执行系统的抑制功能,还影响转移功能[1-2,4,15],本研究结果似乎可以为这一观点提供佐证。后续研究可以从这一点出发,对竞赛焦虑如何影响转移功能进行更系统的探讨。

以左、右半球中线内侧的电极点(F3/F4及C3/C4)为左、右半球代表,比较两半球差异。结果发现,无论朝向眼跳还是反向眼跳任务,右侧半球均比左侧半球诱发出更大的ERP负成分,尤以额区最为明显。

本研究的局限提示了今后在该领域继续进行探索的方向。首先,二分法划分高、低分组,较难排除取样影响,这主要源于《赛前情绪量表32×6》目前还未见常模,尚无区分不同程度竞赛特质焦虑的标准。本研究对竞赛特质焦虑高分组和低分组进行了量化的比较,不同特质焦虑水平的运动员在抑制功能上分别具有什么特点,是值得继续探讨的方向。其次,本研究在研究参与者的选择上可能会对研究结果的推广产生一定影响,将来研究可以考虑在其他样本中检验竞赛特质焦虑对优势反应抑制的干扰效应。

本研究试图借由眼电将脑电与眼动结合,探讨是否神经生理的变化会伴随相应行为的变化。虽然没有得到与预期完全一致的结果,但作者认为通过眼电与脑电结合探讨抑制行为的生理机制仍是值得研究的方向,后续研究可以考虑采用更加敏感的指标对行为和神经生理反应进行监测。

4 结论

本研究从行为学和神经生理学2个方面考察注意控制理论及反向眼跳范式在竞赛特质焦虑影响优势反应抑制领域的适用性。尽管行为学上的结果未支持竞赛特质焦虑干扰优势反应抑制,但从神经生理学上却发现竞赛特质焦虑干扰前脑区域优势反应抑制的准备过程。本研究还提示,竞赛特质焦虑影响转移功能的神经准备过程。总而言之,本研究从神经生理学角度为注意控制理论在解释竞赛特质焦虑的作用机理方面的适用性提供了部分支持。

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中图分类号:G 804.8

文献标志码:A

文章编号:1005-0000(2015)04-307-05

DOI:10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2015.04.007

收稿日期:2015-01-27;修回日期:2015-04-07;录用日期:2015-04-08

基金项目:国家体育总局奥运攻关项目(项目编号:2012A023);国家体育总局运动应激适应重点实验室资助项目

作者简介:孙国晓(1986-),女,山东潍坊人,在读博士研究生,研究方向为注意控制。

作者单位:北京体育大学运动人体科学学院运动心理学教研室,北京100084。

Com petitive traitanxiety im pacts theneuralp reparation of p repotent response inhibition:Evidence from ERP

SUN Guoxiao,ZHANG Liwei
(Dept of Kinesio1ogy,Sport Psycho1ogy Section,Beijing Sport University,Beijing 100084,China)

AbstractAttentiona1 contro1 theory(ACT)deciphers how anxiety inf1uences performance from executive function perspective and proposes that anxiety interferes with the inhibition function.Previous research has adopted ACT to interpret behaviors in the competitive sport area and revea1ed that competitive trait anxiety interfered with prepotent response inhibition which constitutes important component of the inhibition function and is a1so critica1 for ath1etic performance.However,the neura1 mechanism under1ining competitive anxiety-performance re1ationship was unc1ear.It was hypothesized that competitive trait anxiety wou1d impair the preparation of prepotent response inhibition.26 participants were recruited and a11ocated into competitive trait anxiety high score and 1ow score groups according to their marks on Pre-competition Emotion Sca1e-Trait 32×6(which is good measurement for competitive trait anxiety in Chinese cu1ture),and both groups performed the pro-and anti-saccade tasks ref1ecting prepotent response inhibition function.We ana1yzed the Event Re1ated Potentia1(ERP)in the preparation period(the-100~0ms epoch)and found a negative potentia1 in the fronta1 and centra1 areas during the preparation period in the 1ow score group,whereas the potentia1 was sma11er in the high score group.The findings suggest that competitive trait anxiety impairs efficiency of inhibition function and this negative effect is due to under-preparation of inhibition,which partia11y supports the app1ication of attentiona1 contro1 theory in exp1aining competitive anxiety in sport psycho1ogy.

Key wordsattentiona1 contro1;prepotent response inhibition;competitive trait anxiety;antisaccade;ERP