体育运动训练对运动员脑电图的影响研究

李婷婷，苏艳红

（辽宁师范大学体育学院，辽宁 大连 116029）

1 脑电波发生机制及各波形生理学意义

脑电图常规使用的头皮电极是国际10-20 系统，含 19个记录电极和 2个参考电极。（图1）

图1 脑电图检测时各导联位置

1.1 脑电波的发生机制

当机体在闭眼、安静、精神放松时，丘脑非特异性投射核团具有自发性放电，频率较低，通过丘脑－皮层之间通路，使皮层神经元产生相互协调的电活动，为同步化现象。脑电波为较大幅度的α 波，频率8 ～13Hz。当特异性感觉上传，或前脑部位的活动下传，都能够破坏丘脑-皮层之间的联系，使同步化现象解除，出现高频、低幅的β波。出现特殊生理状态或病理改变时，会有θ 和δ 波，这2 类波型在正常生理情况下比较少见。

1.2 脑电图波形的分类及生理学意义

依据脑电图基本特征，按频率分为以下4种脑波形。（1）α 波频率为8 ～13 Hz，成人清醒及闭眼静息状态下，在脑部各个位置都能记录，枕叶和顶叶出现多，是正常成人脑电波节律，若无外界刺激频率稳定，波幅在50 ～100 uv。在双侧大脑中α 波相对对称，占优势的一侧c 波幅略高，大多数正常成年人安静闭目时脑电图波形以α 波为主。（2）β 波频率为14 ～30 Hz，多在额叶和中央区出现，波幅低于30 uv，β 波与紧张和情绪有关，由于惊吓从睡眠状态清醒则原有的θ 波可立即被β 波替代。（3）θ 波频率为4 ～7 Hz，多在顶叶和颞叶，为青少年清醒时脑电图的波形，成年人清醒时没有此波形，但会存在于睡眠的时相中，情绪破坏或心情抑郁时会有θ 波。（4）δ 波频率为1 ～3 Hz，颞叶和枕叶出现多，为婴儿脑电主要波形。当大脑供血不足、神经细胞受压或代谢障碍时，δ 波会增加，清醒的正常成人无δ波，深睡眠时会出现。

2 体育运动训练对脑电图的影响

2.1 长期性体育运动训练后脑电图的改变

姜丽等通过对射箭射击运动员倒立训练脑电图的改变进行研究发现，倒立训练与安静坐姿时脑电图波形变化有差别。在3 min 倒立训练中，大脑α 频段的功率值下降，β 频段的功率值则略微上升。在5 min 倒立训练中，脑电图波形有显著变化，O1、O2、P3、P4 部位α 频段的功率值，安静坐姿比恢复坐姿下降明显。倒立训练时间变长，脑部血流速度减慢，体位改变会引起不适，脑电波频率会增快，F3、F4、T3、T4 部位β 频段的功率值升高明显。体育运动训练后在坐姿恢复状态，脑电图波形会快速恢复，且超过进行倒立前安静坐姿时的指标。这说明倒立训练的良性影响。通过8 周倒立训练后检测发现，运动员的睡眠质量得到改善、焦虑减轻。倒立训练时间越长，对运动员大脑功能改善越明显。

黄登惠的研究显示，技巧运动员的脑电波频率增快，波幅增高。技巧运动伴随音乐节奏，长期体育运动训练使运动员神经功能活动规律提高。瑜伽对脑电波活动有积极的影响，增加了大脑半球间的协调性和对称性，能刺激脑电波，这些脑电波与认知、记忆、情绪和焦虑的改善有关。

2.2 一次性体育运动训练后运动员脑电图的改变

登山运动的特点是海拔越高人体耗氧量越多，缺氧程度越大。翁庆章等研究登山运动员缺氧程度的脑电图变化发现，开始出现缺氧时，脑电图 a 波频率降低，开始有慢波；到达6000 m 高度时，缺氧程度变大，慢波变多，甚至出现θ 波和（或）尖波。登山缺氧引起脑电图的改变主要为节律失调，随着高度的增加，α 波波幅下降，并可出现尖波和阵发性电位升高。

长期有规律地进行体育运动训练比久坐人群具有更好的大脑供血能力，可增加大脑的供养能力，有利于提高脑细胞的营养状态。由于运动项目不同，脑电图发生的变化也不同，针对不同运动项目运动员的脑电图我们可以进行运动员选材，并根据不同的脑电图变化选择合适的训练方式。但在训练过程中，要注意运动员身体的变化，以确保训练效果及运动员的健康。运用脑电图知识可以预测训练效果。

2.3 不同运动负荷后运动员脑电图的改变

何叙对男运动员在安静及不同负荷强度后即刻检测脑电图的研究发现，在3种无氧阈强度运动后1min，与安静时相比，α 功率值增加，表明所对应的脑部区域新陈代谢增大。当运动强度小于通气阈强度时，大脑皮层神经细胞代谢略升高，作用不明显。当运动强度为通气阈强度时，大脑皮层神经细胞代谢强度升高，可显著提高其工作能力。运动强度大于通气阈强度时，脑电图检测的功率值增加明显，此时大脑皮层神经细胞出现疲劳。史祝梅研究运动员杠铃深蹲运动发现，以最大负荷的50%测试，频率为2 Hz，做至不能维持该频率，休息1 min，进行8 组测试。运动后即刻与安静时比较，δ、θ 频段功率升高，α 频段功率降低，此负荷抑制大脑皮层神经细胞。张振民等研究显示，对中国女排运动员做定量负荷测试，结果与安静状态比较，运动负荷时α 波波幅升高，运动状态下大脑兴奋性升高。Porter 等在运动后认知改变的研究中发现，额叶区域的脑活动和连接方面存在许多显著的变化，运动后额叶区域的θ频段功率更高。有研究报道，在高强度循环训练中前额区域脑电图功率增加。

由以上研究可见，在体育运动训练中适宜的负荷强度可加快运动员掌握运动技能、提高训练效果，应帮助运动员选取合适的训练负荷量，

2.4 脑电图在运动性疲劳及运动损伤中的意义

2.4.1 在运动性疲劳中的诊断判断运动性疲劳的程度可通过机体主观感觉和客观检测。马拉松跑是持续时间最长的季赛项目之一，运动员跑完全程后，几乎处于筋疲力尽的状态。翁庆章的研究显示，马拉松运动员赛后出现了疲劳状态下的改变，根据疲劳后大脑皮质的机能状态指出，随着疲劳的发展，出现非常慢的α 波，表现为疲劳状态下的变化规律。α 波减少，慢波增加，以大脑右侧运动中枢改变明显，休息后，可部分恢复。

2.4.2 在运动性脑损伤中的诊断脑电图可较为直接、客观地检查出脑部损伤程度及功能状态，对初期诊断、诊治、预后有重要的价值。轻度脑外伤时，脑电指标快波增加，恢复时为慢波和节律失调，a 波显著减少和慢波明显增多。Fickling 等对47 名三级甲等男子冰球运动员进行了为期2个赛季的脑电图监测，监测到12 次脑震荡，并利用脑电图对运动员受伤后和重返赛场进行了评估。脑电图对研究拳击运动员、自行车运动员等脑部易受损伤的运动有着很好的效果，可以帮助判断运动员脑部是否受损，从而帮助运动员暂停或改变训练方式。定期对运动员进行脑电图检查，可以判断运动员脑部功能状态，但需经过分析脑电图波形并了解运动员自我感觉、体征、症状等，才能做出正确判断。

3 脑电图监测青少年体育运动训练后脑部发育的变化

3.1 长期体育运动训练促进青少年的脑部发育

黄登惠、孙晓菁的研究显示，青少年运动员的脑电图是正常α 波波幅，与成人基本一致，比同龄普通人波幅低。汪军等研究显示，儿童青少年脑电图波形不同年龄有明显特征差异，其中6 ～11 岁和13 ～15 岁是青少年脑部快速发育期，儿童青少年脑电发育是α 波替代θ 波的过程。α 波在运动科学研究中多用于提示精神高度集中或准备状态。运动训练可以通过神经生物反馈改变α 波，使运动员精神集中，清除外界干扰，提高运动员竞技状态。β 波是高频低幅的不同步快波，一般在学习中或进行脑力活动时α 波会转化为β 波。当出现运动性疲劳时，θ 波指数和幅度均增加。θ 波是中低幅慢波，与记忆过程有关。青少年发育迟缓主要与大脑发育有关，发育迟缓会出现背景活动频率偏缓、全导δ 和θ 波活动阵发、尖慢综合波发放等异常脑电图波形，但目前无法确定脑电图能否判断智力的发育。以上说明，青少年运动员脑电图有成年人的主要特征，虽发育程度不如普通成年人，但优于一般青少年，较同龄人脑部发育更好。可见，体育运动训练不仅促进了青少年运动员的智力发育，还提升了青少年运动员脑力活动的效果。

3.2 检测体育运动训练后青少年的认知能力

α 波频率被证明与认知能力有关，α 波活动可以提高单词识别能力，从记忆中检索信息的速度，促进工作记忆。β 波在等张性收缩和慢速运动时，存在于大脑运动皮层，β 波激活与学习成绩的提高有关，激活量的增加与较高的算术计算能力有关。这些发现可能表明β波与认知技能的提高之间存在关联，且β 波在情绪衰竭和焦虑时显著降低。Vialette 等研究显示，经过7 周的β 波刺激后，人类疲劳感有所减轻。θ 波可以发生在皮层和海马区，当受到刺激时，与α 波相似的θ 波被证明可以减少焦虑。Henz 等研究表明，体育运动对大脑功能和认知能力有有益的影响，与静态受试者相比，运动后受试者的前部和中部区域的β 波活性更高，表明体育运动对大脑和认知功能有积极的影响。也有研究表明，体育锻炼对大脑和认知功能有益，如增加神经营养因子，改善认知功能，如记忆能力，注意力和执行控制力，预防认知能力下降，降低患痴呆症的风险。体育锻炼最常引起脑电图α 和β 波段的变化。此外，大脑活动的变化取决于体育锻炼的类型和强度。

4 展 望

脑电图在体育领域中的应用特点是较客观、能定量、重复性较好，运用脑电图知识不仅可以预测训练效果，在运动员选材方面也发挥着一定的作用，并且可以根据脑电图的变化调整训练方式、强度等。脑电图在体育领域中的应用也间接启示我们，体育运动训练对青少年大脑发育的影响，经常参加体育运动训练，青少年大脑中枢神经系统兴奋性就会增高，即使长时间学习和工作，头脑也会保持清醒，思维依旧灵活敏捷。所以，通过体育运动对青少年脑电图的改变，可以看出体育运动加强了青少年脑部的发育，在青少年运动员训练、选材、疲劳、损伤等多方面具有参考价值和意义，并可提供帮助。