生物反馈训练在运动中的应用

蒋长好， 孔维民，陈婷婷

(1.首都体育学院,北京市“运动机能评定和技术分析”重点实验室,北京 100191；2.徐州师范大学 连云港校区，江苏 连云港 222000；3.北京市海淀区教师进修学校,北京 100195)

生物反馈训练在运动中的应用

蒋长好1， 孔维民2，陈婷婷3

(1.首都体育学院,北京市“运动机能评定和技术分析”重点实验室,北京 100191；2.徐州师范大学 连云港校区，江苏 连云港 222000；3.北京市海淀区教师进修学校,北京 100195)

生物反馈是通过一系列训练步骤学习控制、调节身体机能的一种方法.生物反馈训练不仅可以调整运动唤醒水平、增强运动员的情绪调节与控制能力、促进运动技能发展和提高运动表现，也有助于运动损伤及疾病的运动康复.进一步的研究需要拓展生物反馈训练指标、加强训练项目的针对性并注意提高研究的外部效度.

生物反馈；运动表现；心理生理调节

引 言

生物反馈是通过一系列训练步骤学习控制、调节身体机能的一种方法，生物反馈可以提供的信息包括肌肉的紧张程度、皮肤的表面温度、皮肤的导电量、血压、心率及脑电活动等等.这一技术利用电子设备将机体内与心理生理过程有关的信息进行选择性处理，使其以视觉、听觉等形式在仪器上显示出来，个体通过学习与控制仪器所提供的外部反馈信号，了解原来并不为他所感知的身体状况变化过程，并根据变化逐渐学会在一定程度上随意控制和纠正这些活动，从而达到自我调节内部心理生理变化、优化身心状态的目的[1].

生物反馈技术最早是根据巴甫洛夫的经典条件反射理论而发展起来的，这一技术从20世纪70年代开始在运动界广泛应用，近40年来取得了一批优秀的研究成果.当前生物反馈训练主要用于调整运动员唤醒水平、提高运动员的情绪调节与控制能力，促进其运动表现，此外也用于运动损伤及疾病的运动康复.本文对已有的研究进行回顾与整理，期望有助于相关研究的开展.

1 生物反馈训练在运动实践中的应用

生物反馈训练在运动实践中的应用主要分为竞技运动领域和运动康复领域.由于服务对象不同、采用的技术和训练手段也不尽相同.

1.1 竞技运动领域

竞技运动领域的生物反馈主要用于运动员的训练，其最终目的是提高运动员的运动表现.一些研究发现，生物反馈训练对运动表现具有促进作用.如一项研究将游泳运动员随机分为实验组和控制组，实验组除了和控制组接受同样的游泳训练后，还另外接受生物反馈训练.研究发现，经过为期3个半月的生物反馈训练后，实验组的游泳技能水平和游泳成绩出现了稳定的进步，而控制组仅有一些较小幅度的进步[2].另一项研究以16名备战2008年奥运会加拿大国家队运动员为研究对象，这些运动员接受为期3年生物反馈训练，研究发现，经过生物反馈训练后，所有队员均提高了运动成绩，其中2名运动员还在奥运比赛中获得了奖牌[3].生物反馈对运动表现的促进主要是通过调整唤醒水平、增强自我控制能力和提高注意稳定性而实现的.

1.1.1 调整唤醒水平 良好的竞技状态与赛前最佳唤醒水平是决定运动表现的重要因素.按照Yerkes-Dodson定律，唤醒水平与表现之间的关系，可以描绘成一条倒转的U型曲线.由低唤醒水平到中等唤醒水平的临界点以前，随着唤醒水平的提高，表现也将随之提高，当唤醒水平超过中等唤醒水平的临界点后继续向高度唤醒方向发展，将导致表现的下降.对运动员来说，更多的情况下是需要降低唤醒水平.已有研究表明，生物反馈训练是一种有效的干预方法，有助于降低运动员的唤醒水平.如Pinel[4]等研究发现，比赛前的肌肉张力过高，以及唤醒水平高都会降低运动员的比赛成绩，通过肌电反馈技术可以帮助运动员对身体进行适度的放松、缓解肌肉紧张，消除身体的过度唤醒；宋淑贤[4]等利用肌电反馈仪对射箭运动员进行现场即时反馈训练.发现经过训练可明显地降低肌电值和过高的唤醒水平，并帮助射箭运动员提高从开弓到撒放过程中主要工作肌肉用力的一致性，从而提高动作的稳定性.

进一步的研究发现，生物反馈不仅仅是对随意肌有效，对自主神经系统所控制的内脏功能，如血管、气管肠道平滑肌紧张度，呼吸、脉搏的节律同样有效.如殷恒婵[6]等以优秀运动员为实验对象，采用多项生理指标的测试生物反馈技术的训练效果.研究发现，与训练前相比，训练后运动员肌电、皮电和心率等生理指标明显向理想的趋势发展.

总之，相关研究通过观测和控制不同的生物反馈指标，有助于发现运动员的最佳唤醒点，并且将其运用在运动员的竞技比赛中，将运动员的过度唤醒转化为能量，从而使运动员进入良好的竞赛状态.

1.1.2 增强自我控制能力 运动员的竞技状态经常会受到心率、手足温度、呼吸速率等自主神经活动的影响，一些研究者利用生物反馈提升自控能力，扩大自身的优势.国内一项研究综合采用肌电、皮电、皮温、血流量指标分析了生物反馈对击剑运动员的心理调节作用，发现生物反馈训练能够提高击剑运动员的心理控制能力[7]；另有研究者将单一的反馈指标用之于不同类型的运动项目，如王惠民、崔秋耕[8]利用肌电反馈仪，对高水平游泳、举重、体操和跳水运动员进行训练，发现以肌电反馈法为核心的训练可以提高运动员表象水平，提高心理控制能力.

除了上述的外周生理指标以外，近些年采用大脑神经指标的反馈训练日益受到重视.一些研究还比较了大脑神经反馈训练和传统心率反馈训练的情绪调节效果.如Raymond[9]等人将接受同样舞蹈练习的运动员随机分为脑电生物反馈训练组、心跳变异反馈训练组以及控制组3个组别，除了控制组以外，两个反馈组分别接受为期4周的反馈训练.结果表明，与控制组相比，两个生物反馈训练组经过训练后，运动成绩提高更大，而且脑电反馈训练组的整体舞蹈运动表现显著优于心跳变异性训练组.研究还发现，脑电反馈训练能更有效降低消极情绪并增加积极情绪，因此使得被训练者对节奏有更好的敏感性.

上述研究表明，生物反馈技术可以作为增强运动员情绪自控能力的一种有效的手段.进一步研究还发现，这一方法结合表象和放松等心理训练方法，会取得更佳的情绪调节效果.

1.1.3 提高注意稳定性 运动成绩的好坏与运动员的注意集中和稳定程度有密切的关系，尤其在需要高度稳定的射击、射箭及高尔夫推杆等闭锁性运动项目中，注意的集中与稳定往往是影响运动表现的主要因素.已有研究发现，通过生物反馈手段，可以帮助运动员改善注意，进而提高运动表现.如一项研究以30名篮球运动员为被试，将他们随机分为实验组、安慰剂组和控制组，实验组接受连续10天、每天20分钟的心率变异性反馈训练，安慰剂组看同样时间的视频，控制组不接受任何干预，在训练开始、10天后和1个月后分别测量被试的心率变异性、注意集中性、反应时间和投篮成绩.结果发现，与安慰剂组和控制组相比，生物反馈训练组在训练后心率变异性分数提高、注意集中能力得到改善，投篮成绩也显著提高.这一结果提示，生物反馈训练是有助于改善注意、提高运动表现[10]；另一项以高水平高尔夫运动员为被试的研究发现，采用中线额区的θ波反馈训练后，运动员的注意和运动成绩得到了提高[11].

也有研究发现运动员注意集中和左侧颞叶α波功率增加相关联.如一项研究将28名体操运动员分为实验组和控制组，实验组参与连续15天、每天1次的脑电反馈训练，控制组不参加训练，比较两组干预前后的脑电活动特征.研究表明，与控制组被试相比，实验组被试的在脑电反馈训练后，其左侧颞叶α波功率上升，同时注意稳定性和切换能力提高，并在竞赛期间发挥更为稳定.α功率上升代表放松，左脑α波功率增加可以视为减少语言与逻辑分析，转而偏向右脑之视觉空间处理，左右脑的脑波活动消长是注意集中过程转换的表现.本研究结果提示，脑电生物反馈训练有助于促进运动员大脑网络操作系统回路能快速进入动作执行的最佳状态[12].

1.2 运动康复训练

生物反馈技术的另一个重要领域是运动康复训练.一些运动员由于长期重复从事高强度的运动，易于造成肌肉和骨骼损伤，而借助生物反馈技术特别是表面肌电技术可以进行辅助治疗.研究发现，对表面肌电信号的反馈可以帮助运动员准确且适度地锻炼股四头肌、大腿后肌，恢复膝关节功能稳定性，从而避免韧带损伤[13].肌电反馈训练还被应用于放松腿部肌肉，测量前交叉韧带受损运动员的胫骨位移程度，或者前交叉韧带受损相关的其他不良反应，而对于伴随性髌骨关节疼痛可以通过锻炼股内侧肌肉和股外侧肌肉的张力来改善，通过观察肌电图，可以对这一症状进行个性化的训练[14].

除了对运动员进行运动损伤后康复干预外，生物反馈也被用于对心肺疾患者的运动康复训练.例如Johnston[15]等以7名心绞痛病人为被试，考察生物反馈训练对心血管功能的影响.研究发现，在休息过程中，所有患者的脉搏运动间隔时间都有所增加，而在运动过程中则没有显着变化.而且7名患者中有6名胸部疼痛症状有所缓解，所有患者的治疗药物使用量都有所减少，6名患者在运动平板实验中的运动耐受性也有所提高.此外，也有研究综合采用心率、血流量、呼吸反馈等指标进行心肺功能康复锻炼训练，产生良好的训练效果[16].

2 问题和展望

生物反馈技术在运动中应用已有40多年的历史，当前这一技术在运动员唤醒水平控制、情绪自我调节、运动表现提高以及运动康复中扮演着重要角色.尽管相关研究取得许多令人鼓舞的成果，但总体而言，这方面的研究尚处于初步阶段，运动生物反馈仍是一个研究有限，但是又亟待研究的领域.未来的研究需要进一步考察以下问题.

一是生物反馈训练生态效度.当前生物反馈训练大都是在实验室情境中进行，研究焦点主要集中在实验程序、心理准备、训练课程次数以及生物反馈训练的干预效果等方面.由于这些研究数据主要是在实验条件控制的状态下所取得，与真实的运动情境存有较大差距，因此一些研究者质疑研究的生态效度问题，即实验所获得的生物反馈训练效果是否可从实验室迁移到真实的运动训练和竞赛情境之中.尽管已有部分研究尝试在运动现场对运动进行训练，但是这一方面的研究还非常有限，有待于进一步加强.

二是生物反馈训练的针对性.就运动项目而言，每一种项目均有其不同的特征，因此不同的运动项目选择适合的生物反馈，其训练效果较佳.例如柔道、跆拳道需要力量和高度灵敏的肌肉运动感，因此肌电和皮肤电可能是更好的训练方法；而射击和射箭项目需要良好的心理准备和注意力高度集中，因而以脑电反馈训练更为恰当.另一方面，从运动员角度来看，不同的运动员特别是高水平运动员的心理需求和运动过程中的表现特征存在很大差异，针对运动员运动专项、不同的运动训练方法以及个人的心理特质[17]来制定出个性化的生物反馈训练方案，其效果会更佳.

三是生物反馈训练指标的拓展.首先，就传统的运动生物反馈研究而言，大量的研究主要采用肌电图、心率等有限的几个指标，而其余指标如肌耗氧量、热反馈等常用的临床指标都很少研究，因此有必要进一步探讨.其次，从生物反馈的训练效果来看，当前运动员得到改善的指标大多体现在呼吸频率、肌肉紧张度和外部体温的调节等方面，而在实际应用中，皮肤电反应和心率变化指标并不能总是达到一致的结果，进一步的比较研究和长期追踪研究也不多，因此相关指标的选择、拓展及跟进研究还需要加强，未来需要将传统的生物反馈指结合运动生理学的相关指标如皮质醇、儿茶酚胺、血乳酸等相结合，并探讨其作为研究运动员生理反馈指标的可能性.此外，当前随着研究技术的不断进步，传统生物反馈应用方面的研究正逐渐被神经反馈研究所替代.基于脑电、近红外脑光谱、功能性磁共振技术的神经反馈指标如脑电、脑血红蛋白成为主要的研究指标.而其余的生物反馈指标，如肌电图、心率、皮肤电反应及心率变异性等常用的临床生物反馈指标应用日益减少.运动中的心理生理现象更多受大脑活动的控制，因此基于脑成像技术的神经反馈技术作为主流技术指标是大势所趋，但是研究者仍有许多问题需要解决，如神经反馈在体育运动中的应用到底有多大应用价值？传统的生物反馈研究方法存在哪些缺陷？如何将传统的生物反馈技术和神经反馈技术结合，从而使研究结果在运动中更具适用性？这些都需要进一步的探讨.

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Biofeedback Training Applications in Sports

JIANG Chang-hao1, KONG Wei-min2, CHEN Ting-ting3

(1.Beijing Key Lab of Physical Fitness Evaluation and Tech Analysis, Capital University of Physical Education and Sports, Beijing 100191, China; 2.Lianyungang Normal University, Lianyungang 222000, China; 3.Beijing Haidian Teachers Training College, Beijing 100195, China)

Biofeedback is a mental training tool by which subjects learn to control formerly involuntary physiological responses by means of instructional words and modern equipment. Studies have shown that does not only biofeedback optimize the ability to train athlete’s arousal control and emotional self-regulation, but also it provides sport psychologists with the ability to enhance athlete’s performance. This article reviewed the research literature on the effectiveness of biofeedback training in sports. Given the paucity of work in this area, the article critically concluded with a discussion of the gap in the literature and suggestions for future research.

biofeedback; sport performance; psychobiological regulation

10.14182/J.cnki.1001-2443.2015.05.016

2014-12-05

北京市科技面上项目(SQKM201210029003；北京市科技平台项目(PXM2013_014206_000058)；国家特殊需求博士人才培养项目(2013、2014)；教育部人文社科项目(11YJA190008)；北京社科项目(13ZHB008).

蒋长好(1966.2-)，男，安徽巢湖人.副研究员，博士.

蒋长好，孔维民，陈婷婷.生物反馈训练在运动中的应用[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2015，38(5)：492-495.

G843

A

1001-2443(2015)05-0492-04