神经科学视角下运动的时空习得和社会交互效果分析研究

周云鹤 冯敏

(同济大学运动与健康研究中心 上海 200092)

运动是身体活动，它对人体健康的促进作用在众多科学研究中得到了充分证实。循证实践研究表明，长期规律且适度的体育运动，能够促进人体健康，因此，运动与体力活动已经成为参与卫生保健系统疾病防治的重要组成部分。重视和提倡体育运动，加强和引导健康教育，把防病防疫的关口前移，通过非医疗性健康干预促进健康，提高全民健身素养，倡导健康文明的生活方式，增强身体抵抗力，降低患病率，是当前及今后都应该大力提倡和推广的最积极、最有效、最经济的促进健康的方法。

2007年，“运动是良医”正式提出［1］，得到了世界各国的普遍认可。2012年，我国也正式启动“运动是良医——中国项目”。从此，中国运动科学与公共卫生领域参与到全球性健康促进的行动中，与全世界人民一起促进科学运动的普及与发展［2］。《“健康中国2030”规划纲要》也将全民健康作为我国中长期规划的重要建设目标。

基于运动的积极健康作用，在“互联网+”的信息时代背景下，尤其在疫情期间，运动类线上课程作为线下实践类课程的有益补充，已经有一些项目开展，并为广大人民群众所逐渐接受［4，5］。关于体育运动类实践的研究正逐渐成为热点，研究数量与实践规模逐渐呈现增加的态势［6］。目前，有关运动项目线上线下的研究，主要集中在运动类线上课程信息技术支持、开发方法、视频制作、宣传和推广等方面，但对运动类课程学习效果的研究，尤其从神经生理方面进行的研究尚少。

该文将从运动相关的空间环境和时间信息获得、社会交互与反馈等方面的神经生理机制，深入剖析运动类实践活动的神经生理效应。以期为运动实践的设计、构建和实施提供借鉴，有助于在线学习的研究者、设计者和学习者运用这一成果，改进运动类课程的开发与应用。

1 运动的空间环境和时间信息获得

首先，人们通过观察周围空间信息，开始进行运动的学习。运动学习最先通过视觉目标搜索空间环境开始。每一种运动项目都有特定的空间场地。目前，运动空间的研究主要集中在以下两方面。第一，自我中心空间和非自我中心空间。其中，前者属于在空间坐标系中，运动者身体各个部分之间所处于的相对空间位置；后者则对应在坐标系中，物体彼此之间的相对空间位置［7］。第二，绝对空间和相对空间。前者指客观空间，由场地、距离、高度、器材等组成，是不可改变的空间信息；后者则意味着在场地空间中，根据运动规则而划分的区域、高度、距离以及运动员等移动的位置等［8］。运动空间场地的划分标准不同，参照系不同，运动参与者获得的空间信息感受就存在巨大差异，这种差异对运动者的运动技能获得和运动表现具有深远影响。

其次，对运动相关的空间信息进行快速而准确的加工，是运动参与者提高运动效果和运动表现的重要能力。空间任务信息是体育运动、日常训练和竞技赛事中认知加工的重要内容。人体神经系统对外部输入的视觉空间信息，通过感知、选择、编码、存储、记忆和再提取等，来完成空间任务信息的认知和加工［9］。例如，乒乓球这一老少咸宜的运动，就属于典型的快速隔网对抗型项目，其特点是运动空间信息复杂，且快速多变。运动者必须在超短的时间内，对来球的角度、发力程度、旋转方向、落点位置等空间任务信息进行迅速而准确的观察、提取和判断，并制定合理的决策，从而执行正确的回击动作。

完整的运动过程是时间和空间序列转换融合的结果。已经公开发表的解剖、电生理等数据和功能磁共振成像（fMRI）等研究表明，运动参与者对运动期间的时间感知、判断和抉择，从而形成运动相关的时间信息流，主要是通过大脑基底节、运动皮层和小脑的相互作用而完成。人的知觉运动整合，主要定位于大脑后顶叶皮层和运动前区皮层。更重要的是，皮质—纹状体、皮质—小脑和边缘（海马）等脑区，是运动参与者建立动作记忆痕迹至关重要的结构［10，11］（见图1）。

图1 空间、时间和运动的神经循环回路

运动动作的学习、练习、掌握和应用，需要空间序列特征和时间序列特征的融会贯通。运动的学习先发生在特定的空间环境中，并且经过大脑皮质—基底节和皮质—小脑的神经循环回路，形成空间信息的获得。运动学习者置身于三维空间立体环境之中来进行空间信息的获得，形成空间编码和记忆，并储存起来，在应用中被提取出来。

在运动实践中，教授者和学习者在同一个时间和空间序列内，从单一运动到复杂、综合、多变的运动反应的教与学。学习者可以根据现场的时空融合，流畅地处理“空间信息流”和“时间信息流”，从而实现编码新运动的“动作过程流”，激发肌肉活动，建立动作的形成程序［12］。

在现有的运动线上学习中，教者和学者在各自的时间和空间里进行动作演化。其中，空间信息流会因为来源信息的二维化和平面化，而受到阻断；而时间信息来源的异时化和碎片化，也影响学习者的运动学习效果。这种非三维立体的时空异质性体验，打破了正确的空间信息流和时间信息流，有可能会影响动作在运动学习者大脑中建立良好的循环回路，难以建立起流畅的动作信息流。

当前的运动类线上课程，主要有录播解说型、直播示范型和模块打卡型等形式。组织者和实施者的关注点和重心在如何吸引“观众”。实际上，设计、构建时空同质性的运动类线上课程，营造具有现场感觉的时空融合的运动空间信息任务，是运动类线上课程的设计者和实施者今后需要重点关注的建设方向。

2 运动情境中的社会交互与反馈

人的社会交互活动是复杂的，运动情境下的社会互动包含精密的认知过程，更加复杂多变。运动情境下的社会互动是参与运动的个体与个体之间、群体与群体之间，或者个体与群体之间，信息的相互传递，并且让彼此的想法或运动行为发生相互作用的过程［13］。运动学习不是被动地接受传入信息的过程，而是需要通过运动者自身体验、参与，并且与他人分享，才可以加深理解。因此，在神经水平上研究人们在运动情境中的社会互动行为、预测互动的质量以及提高运动效果具有重要意义。

在运动情景下，人们的社会互动主要表现为连续的、实时的，并且是动态的过程。运动参与者在与他人实时交互时，运动知觉、运动行为和相互认知是如何进行神经调节的，观察和模仿到的运动行为是如何在后续互动中应用的，目前都还在研究探索中。运动参与者在真实的运动情境中与真人互动，在孤立的情境中与真人互动以及孤立的情境中与假被试互动时等各种情形下，大脑激活的脑区是否存在差异，目前还是未解之谜。已有的研究，对运动过程中协作和联合决策等社会互动中的脑活动，在时间进程上的变化也还知之甚少。更重要的是，这种随时间进程变化的脑活动不能仅仅通过观察运动参与者个人的大脑激活来解释［14］，特别是在运动情境中，这种互动还包含动作反馈、指令接收、选择、判断和即时反应等多重互动。

运动中的团队合作质量与团队成员脑神经同步性存在一定程度的正相关。研究表明，当互动双方的神经活动同步发生时，其合作效果通常表现较好。教育领域中关于脑间神经同步性的研究，也验证了师生互动的质量与其神经活动的同步性关系紧密，即教师与学生之间良好的互动能够引导双方的神经活动趋向一致，或是一致的脑神经活动能够提高师生互动的效果，促进学习效率的提升［15］。在运动的脑神经同步性研究中，尤其是复杂多变的团体运动项目，如篮球、足球等，这种脑神经活动的同步性会对技战术领悟与实施、团队配合和运动成绩表现产生重要的影响。

运动中的同伴学习（Peer Learning，PL）或合作学习（Cooperative Learning，CL）也非常重要。运动情境中，同伴的合作学习和相互指导，可以节省教授的时间，同时发展学习者的知识和技能，增强学习者的运动自信心。运动中的同伴学习，不仅能增强学习者的运动学习动机，提高运动学习中的自我调节能力，还让学习者能够更有效地理解复杂运动技能，从而在互相教授的过程中提高自己的运动学习能力［16，17］。重要的是，学习者在与自己运动水平相近的同伴交流中，能够体验到身心上的支持和共鸣，减少运动学习过程中的焦虑感和孤独感，在运动中可以体会到更高的自我效能感［18，19］。

在运动过程中，同伴间相互的学习和给予对方的频繁、即时、个性化的反馈，也是影响运动学习效果的最重要的因素之一［20］。因为反馈可以培养学习者批判性反思的能力，让学习者同时从自己和同伴的运动经验中获益。在运动学习情境中，学习者乐于收到同伴提供的个性化即时反馈，并且表现出强烈的学习动机和自我调节能力。同伴学习在帮助运动学习者更好地掌握运动知识和运动技能的同时，还增强了其自我效能感。但这需要参与双方都能建立积极的、互赖的合作关系，并且进行即时的互动反馈［21］。

在真实的运动实践中，教授者和学习者的交互影响实时发生。学习者与其他成员就运动学习问题进行互动。教授者可以通过目光扫视、注意力巡视、动作示范和校正等方式，及时发现学习者的问题，并实时给予语言或者动作回馈。但是在运动类线上课程的学习中，学习者由于缺少实时互动或者同伴互动而产生的孤独感，从而影响运动学习的情绪［22］。运动学习者与他人之间社会性交互的缺乏，是导致线上运动学习者容易产生孤独感而很难坚持下去的重要原因之一。

3 讨论

运动的发生体现在特定的空间和时间序列中。人们在运动过程中，需要借助于具体的身体动作、经验辅助，才能认识和感受空间和时间抽象的存在。动作的不断重复练习才能将时间知觉的准确度和稳定性进行巩固。

社会交互会对运动参与者的大脑活动产生积极影响。有研究指出，大脑是在不断的社会交互中进行重塑，不断激活［23，24］。由于相比于其他的认知活动，运动情境下的社会交互活动更为复杂，不仅需要运动参与者提高一系列的行为表现，如注意力、社会参与程度、行动准确率等，同时还提高了大脑前额叶、楔前叶和双侧颞顶联合区等区域的激活程度，这些脑区的激活与运动决策制定、奖赏反馈和注意力选择等有重要相关性［25］。大脑自发节律性振荡产生不同频段的波，反映了神经兴奋的周期性变化，与运动、感觉和认知的不同方面存在密切联系［26］。

线上运动课程能同时通过视觉、听觉等通道传播，具备一定的临场感，且由于其具备许多传统课堂没有的优势，如不受时间、空间的限制等，因此，受到广大运动学习者的喜爱。线上课程也需要遵循良好的教学设计，对简单运动知识的学习能够提供极大的帮助，但是在复杂运动技能方面的学习效果还有待提高［27，28］。

4 结语

运动实践类课程的设置形式，需要从运动学习的神经机制出发，在学习内容选择、学习形式变革和学习效果反馈等方面进行深入系统的研究，将运动相关的空间和时间信息获得、社会交互与反馈等方面纳入运动类线上和线下课程的设计与实践中，将会大幅度提高运动类课程的质量和学习效果。