脑力疲劳对运动员竞技表现的影响及可能机制

杨威　廖开放　高崇　卞超　赵少聪　黎涌明

关键词：脑力疲劳；运动员；竞技表现；运动表现

文章编号：1001-747X（2024）01-0112-18 文献标志码：A 中图分类号：G804.21

DOI：10.16063/j.cnki.issn1001-747x.2024.01.011

1问题的提出

脑力疲劳（mental fatigue）是由长时间较高强度认知活动导致的一种精神生物学状态，并可表现为主观上感到疲惫和缺乏能量。脑力疲劳在生活中非常普遍，较长时间的社交媒体应用、智能手机使用、玩电子游戏、驾驶车辆、文化学习和训练比赛等都有可能导致脑力疲劳，并且短时间（60 min）内难以快速消退。早期有关脑力疲劳的研究发现，处于脑力疲劳状态的受试者注意力难以集中、反应时间延长、犯错风险增加，严重影响工作效率和驾驶安全。2009年，针对健康人群的研究发现，脑力疲劳不仅会对人体的认知表现产生负面影响，还会对人体的有氧表现产生负面影响，这引起了竞技体育领域的广泛关注。

此后10余年（2009—2023年），国外学者或科研团队围绕比赛和训练中“脑力疲劳对运动员竞技表现的影响”这一议题开展了大量的研究，相关研究成果不仅有助于运动员更好地科学训练，也为其比赛表现的进一步优化提供了新的视角。然而，相比国外相关研究的不断展开和深入，国内对于该领域的了解仍十分有限。对此，系统梳理和综述该领域的前期成果不仅能为国内运动员的训练和比赛提供建议，还能为后续研究的开展提供参考。

鉴于此，本研究以“mental fatigue”“mental exertion”“cognitive fatigue”“cognitive exertion”“cog-nitive task”“athletic performance”“sports”“athletes”“player”“traln”“match”为检索词在Pubmed、Web ofScience、Ebsco和Google Scholar等4个数据库进行外文检索（主要检索前2个数据库，后2个数据库作为补充）。同样以“精神疲劳”“认知疲劳”“脑力疲劳”“心理疲劳”“运动员”“竞技体育”“比赛”“运动”“训练”“选手”“运动表现”为检索词在中国知网核心数据库（北大核心、CSSCI和CSCD）进行主题检索（上述数据库的检索日期均为2023年10月1日）。对检索得到的文献去重后依据“先标题／摘要后正文”（依据标题／摘要无法做出判断的情况下阅读正文）的顺序进行筛选，文献纳入的标准需符合以下要求：（1）文献对脑力疲劳的描述符合Marcora等人的定义；（2）文献研究的主题为“脑力疲劳与竞技表现”；（3）受试者为健康的运动员群体；（4）原始文献非综述、会议、letter等；（5）文献发表于同行评议期刊；（6）文献的语言为中文和英文；（7）文献发表的时间介于2009—2023年。经过筛选和后期阅读过程中的文献追溯，最终得到相关文献68篇，其中英文65篇，中文3篇。本研究将主要基于上述文獻，并通过Stork、Researcher等科研软件追踪和纳入最新文献，在全面了解竞技体育领域脑力疲劳诱导和测量方法的基础上，重点围绕脑力疲劳对运动员竞技表现影响及其机制的相关研究进行分析和综述。

2脑力疲劳的诱导与测量

竞技体育脑力疲劳的研究范式和身体疲劳类似，即几乎所有的研究都需要在相应疲劳成功诱导的前提下才能正常开展。因此，在进行脑力疲劳与运动员竞技表现论述之前，有必要对竞技体育脑力疲劳的诱导环节进行较为全面的了解。

2.1脑力疲劳诱导

竞技体育领域采用的脑力疲劳诱导方案众多（见图1），包括Stroop任务（不同版本）、AX-CPT测试、RVP测试、传统警觉任务（Low Go/High No-Go）、反应时任务、Axon Sports任务、标准数学测验、N-back任务、智能手机使用、社交媒体应用、玩电子游戏、篮球技术视频观看、全身协调任务和随机顺序拉夫堡足球传球测试等10余种。这些方案主要可以分为3类，即以Stroop任务为代表的心理认知类方案，以社交媒体应用为代表的电子暴露类方案和以全身协调任务为代表的运动类方案。

在3类方案中，心理认知类方案是目前竞技体育领域使用的主流方案（超过80%的研究使用该类方案）。尽管具有生态学效度不高等局限，导致其诱导的脑力疲劳与真实的运动情境不一致，但该类方案具有较为成熟的范式，易于操作和监控，并且其诱导脑力疲劳的有效性已得到广泛验证。与此同时，电子暴露类和运动类方案应运而生，并成为近几年竞技体育领域脑力疲劳诱导的新兴方案。虽然一定程度提升了生态学效度，但与心理认知类方案相比，这2类方案并不能较好地保证诱导效果和控制干扰因素，造成该类方案在竞技体育的应用还有待继续考量。Fortes等人2021年的研究测量了12名男子业余排球运动员长期社交媒体干预前后的VAS-MF分数（脑力疲劳分数），具体结果显示，12名运动员中只有约1/3受试者的VAS-MF分数在干预后出现了较大幅度上升。他的另外一项研究和国内最新发表的研究成果表明，运动员群体进行电子暴露类方案（社交媒体应用）和运动类方案（全身协调任务）脑力疲劳的诱导效果远不及相同时间的心理认知类方案（Stroop任务）。这可能与上述2类方案操作时无法较好地控制任务内容或强度有关：社交媒体使用的操作模式为让受试者在限定时间内于智能手机上使用WhatsApp、Facebook和Instagram等社交软件；全身协调任务为让受试者根据自身情况完成7项绳梯任务。此外，Coutinho等人针对运动类方案的研究还发现，该类方案会带来一定程度的身体疲劳，极大地影响了脑力疲劳研究结论的解读（身体疲劳对运动员竞技表现同样存在负面影响）。另外，操作的不便利性（费时费力）同样限制了该类方案的推广。基于以上证据，采用以Stroop任务为代表的心理认知类方案似乎是现阶段开展脑力疲劳相关研究的更合理选择。

要想成功诱导脑力疲劳，除了选择合理的方案，合适的时间设置同样不可或缺。对脑力疲劳诱导的时间进行统计可以发现（见图1），目前竞技体育脑力疲劳诱导的时间介于15～90 min不等，其中30～60 min是目前最为常用的脑力疲劳诱导时间，使用该时间长度的文献数量为60篇，占纳入统计文献的88.2%。因为研究显示，低于30 min的诱导时间，脑力疲劳的诱导效果并不稳定。Fortes和Gantois等人就发现职业足球运动员进行15 min的Stroop任务和社交媒体使用并不能有效诱导脑力疲劳。目前，科研领域普遍将30 min作为能够保障脑力疲劳诱导效果的时间分界点，对此，他们给出了以下理由：（1）受试者警觉水平的下降通常出现在其参与脑力疲劳诱导任务的20～30min以后：（2）受试者脑力疲劳主观分数的上升也出现在类似的时间范围（30 min）。上述证据提示，将脑力疲劳诱导时间的下限设置为30 min似乎能够较好地保障诱导效果。相比30 min以保障诱导效果为目的的下限时间设置倾向，目前竞技体育科研领域60 min的上限设置倾向可能旨在提高任务的可操作性，提升研究的效率，如任务时间太长，受试者难以坚持。Hassan等人的研究为该推测提供了支持，他的研究让71名受试者去完成总时长2h的系列认知任务（AX-CPT与N-back等），发现研究过程中有接近17%的受试者在测试开始前或测试中放弃了该项测试任务。综上所述，30～60 min似乎是目前脑力疲劳方案时间设置可供选择的适宜时长，并且近年来有证据显示，在此时间范围内，45 min的时间长度可能最具性价比。

由于很多脑力疲劳研究都涉及了随机对照试验，因此要想得到可靠的结论，对照组的处理也尤为关键。从图1可以看出，脑力疲劳的对照处理普遍采用了相应时间长度情绪中性或低脑力疲劳任务，具体包括纪录片、广告、奥运会等类型的视频观看（最常用），运动、旅行、汽车等主题的杂志阅读，安静环境静坐休息，采用灰色铅笔画画以及简单认知任务（看屏幕中央聚焦点“+”）与静坐休息相结合等方式。尽管如此，也有一些研究采用了其他的方式处理对照组，Martin和Filipas等人研究中30 min Stroop任务的对照处理方式分别为10 min简单认知任务和15 min在线杂志阅读，Coutinho和Franco-Alvarenga等人的研究没有处理对照组，而是让受试者直接参与接下来的测试任务。然而，由于上述对照处理方式的时间设置与实验组相差较大，一定程度违背了随机对照实验原则（时间不可比），可能会影响结论的可靠性。上述研究结果显示，让受试者进行相同时间的情绪中性或低脑力疲劳任务，似乎是竞技体育脑力疲劳研究中的合理对照处理方式。

2.2脑力疲劳测量

运动员脑力疲劳诱导的过程中，除了需要进行合理的方案选择和时间设置，使用适宜的方法对脑力疲劳进行精准的测量并对诱导效果做出合理的评判同样尤为重要。鉴于脑力疲劳主要体现为主观方面的改变（如感到疲惫和缺乏能量），因此，目前竞技体育领域主要采用主观测量法对运动员的脑力疲劳进行评价，使用的测量工具包括100 mm的VAS视觉模拟评分量表、BRUMS心境量表、NASA-TLX主观工作负荷量表、10分李克特量表等11种，涉及VAS-MF、VAS-ME（大脑努力分数）、BRUMS-F（BRUMS疲劳分数，BRUMS疲劳分量表得分）、BRUMS-V（BRUMS活力分数，BRUMS活力分量表得分）、BRUMS系列（BRUMS各分量表得分）、NASA系列（NASA-TLX各分量表得分）等众多评价指标。其中VAS、NASA-TLX、BRUMS等3种量表是目前最为常用的主观测量工具（尤其是VAS量表），对应的常用评价指标包括VAS-MF、VAS-ME、BRUMS-F、BRUMS-V、NASA系列等5项，主要通过测量受试者主观脑力疲劳、大脑努力程度以及情绪状态等主观参数的变化直接或间接测量脑力疲劳。

主观测量法风靡科研领域的原因主要在于其简单的操作、有效的测量，以及极低的设备成本，然而值得注意的是，该类方法也存在不可忽视的缺点，即测量结果容易受到受试者反应偏倚（responsebias）的影响。这主要表现在以下3个方面：（1）使用VAS等主观量表进行测量时，受试者存在赞同研究问题的倾向；（2）受试者知晓他们是脑力疲劳实验当中的一部分时，会倾向于做出适合实验场景的回答／行为；（3）受试者未能完全理解脑力疲劳的含义时，会产生自我评价偏倚，此时会低估或高估真实的脑力疲劳。对此，有研究认为，可以通过减少受试者实验过程中测试工具的使用频率、把实验组和对照组实验任务设置的更为相似（如色词不一致vs.一致的Stroop任务）、对受试者屏蔽真实目的（实验过程中以混淆目的代替）、给受试者提供统一清晰的脑力疲劳定义等方式减小受试者的反应偏倚。

除了主观测量法，竞技体育领域还会使用客观测量法测定运动员的脑力疲劳。客观测量法包括认知测量法和生理测量法2种。认知测量法主要通过受试者反应时（RT）、反应精确性（ACC）、注意力消逝程度（LAP）等3项指标的变化来间接测定脑力疲劳，脑力疲劳产生时受试者RT延长、ACC下降、LAP上升。这些指标的采集主要有2种方式：（1）通过诱导任务本身。Vrijkotte等人将用于受试者脑力疲劳诱导的90 min Stroop任务分成了6个block，以此觀察受试者任务过程中每15 min RT和ACC的变化。（2）通过单独设置的诱导任务片段。许多研究在脑力疲劳诱导任务及对照任务的前后用3 min Flanker任务、30个词的Stroop任务、5～6 min Stroop任务等短时间的诱导任务片段，测量受试者RT、ACC和LAP指标的变化。与认知测量法类似，生理测量法主要通过受试者任务过程或任务前后的平均心率（HR）、心率变异性（HRV）、血乳酸（BLA）、血糖浓度（GLU）、摄氧量（VO₂）、唾液皮质醇（Cor）、唾液睾酮（T）、α-唾液淀粉酶、脑电（EEG）、瞳孔直径等生理指标的变化去间接测量脑力疲劳，其中HR是目前最为常用的2生理指标，有研究显示，脑力疲劳产生时受试者的HR较对照组显著上升。

与主观测量法相比，认知和生理测量等客观方法很好地避免了受试者反应偏倚的影响，然而这些方法的操作更为复杂，成本相对较高（尤其是生理测量法），并且对脑力疲劳的敏感性有限。许多研究显示，受试者进行30 min以上脑力疲劳任务，相应的认知和生理指标并没有发生明显波动。因此，客观测量法常作为主观测量法的补充方法使用，结合主观测量法一起评价脑力疲劳。

有关竞技体育脑力疲劳成功诱导的评判标准，现有研究普遍将受试者任务后主观、认知或生理等一个或多个方面的指标较对照组或任务前出现显著变化视为运动员脑力疲劳诱导成功的标志，并且当不同指标呈现的结果出现差异时，则以主观指标的变化（尤其是VAS-MF指标）作为评判的首要标准。该评判标准尽管已在竞技体育领域得到了广泛应用，但仍存在着不够精准等问题，这主要体现在以下2个方面：（1）以指标的显著性变化作为脑力疲劳诱导成功的标准可能会造成误判，如在受试者样本量足够大的情况下，即使相关指标出现微小的变化也有可能出现统计学上的显著性差异；（2）使用该标准只能针对脑力疲劳诱导成功与否做出粗略判定，无法进一步明确脑力疲劳程度上的差异，这给众多研究之间的类比造成了诸多困扰。对此，竞技体育领域亟需进一步细化脑力疲劳诱导效果的评判标准，如相关指标的变化幅度或效应量达到多大才算真正达到脑力疲劳，不同程度脑力疲劳各自对应多大的指标变化幅度或指标水平等等。上述问题的解决，将会极大程度推进该领域的发展。

3脑力疲劳对运动员竞技表现的影响

基于上述脑力疲劳的诱导方案和测量方法，竞技体育领域主要围绕脑力疲劳对运动员有氧、无氧、肌肉力量、冲刺、技术、战术和决策等竞技表现的影响进行大量研究，受试者包括跑步、游泳、自行车、足球、篮球、橄榄球、羽毛球、乒乓球和拳击等多个类型项目的不同水平运动员，涉及实验和实践等测试场景。下文主要参考田麦久和殷明越等的研究，将现有文献中的竞技表现归为体能、技术、战术和决策等几个方面（见图2），同时结合项目类型和测试场景等，对该领域的研究成果进行逐一梳理。

3.1有氧表现

有氧表现作为一项基础能力，对许多运动项目的重要性不言而喻。对于周期性耐力项目来说，良好的有氧表现与比赛的胜负有着高的相关性：对于集体球类、持拍类和格斗类等间歇性运动项目而言，良好的有氧表现有助于运动员在比赛过程中的迅速恢复。因此，运动员的有氧表现是否会受脑力疲劳影响引起竞技体育领域的广泛关注。

大量研究使用实验场景下的有氧表现专项测试探究了脑力疲劳对运动员有氧表现的影响，涉及跑步、自行车、铁人三项、赛艇、皮划艇等周期性耐力项目和足球等团体项目，这些研究中有氧表现的评价方法包括运动项目对应运动模式的恒定负荷测试、递增负荷测试以及自我配速计时测试。这些研究显示，脑力疲劳下运动员有氧表现测试成绩下降，具体表现为恒定负荷和递增负荷测试中的力竭时间变短，递增负荷测试中的总完成距离、最大摄氧量（VO_2max）、最大摄氧量对应速度、峰值功率（W_peak）等指标下降，自我配速计时测试中的总完成距离、平均速度和平均功率输出下降，完成时间变长。结果表明，脑力疲劳对运动员恒定负荷、递增负荷、自我配速等测试中的有氧表现均具有消极影响。在此基础上，Martin、Filipas、Lopes等人的研究还发现，脑力疲劳对低水平、女性和年长运动员有氧表现的影响要分别大于高水平、男性和年轻运动员，说明脑力疲劳对运动员有氧表现的影响大小可能还存在运动水平、性别和年龄上的差异。不同于绝大部分研究，也有少部分研究显示，脑力疲劳不会影响运动员的有氧表现，Van Cutsem、Filipas和Clark等人的研究显示，有无脑力疲劳情况下运动员自我配速计时测试中的完成时间、平均速度、平均功率输出等指标类似，出现不同结果的原因可能与这些研究的测试环境、测试安排和受试者选择等因素的不同有关。Filipas等人的研究中使用了平均年龄为11岁的赛艇运动员；而低龄的受试者已被证实不易受到脑力疲劳的影响，其主要源于受试者尚未发育完全的大脑前额叶皮层。

上述研究尽管已经证实脑力疲劳会对运动员实验场景下的有氧表现存在消极影响，然而弄清其是否能够进一步迁移至实践场景导致运动员比赛或训练中的有氧表现受损则更有参考价值。对此，9项研究探究了脑力疲劳对运动员比赛或训练中有氧表现的影响，其中5项针对团体项目，4项针对周期性耐力项目。在团体项目实践场景的研究中，Smith等人首先探究了脑力疲劳对运动员45 min自我配速间歇跑训练的影响，在该项研究中作者让10名来自足球、橄榄球和曲棍球等项目的男性运动员分别在90 min AX-CPT测试或纪录片观看后，通过自我感受控制强度的方式去完成45 min特定模式的间歇训练。研究结果显示，脑力疲劳时运动员训练中完成的总距离下降，并且总距离的下降主要源于低强度（走、慢跑、跑）训练部分平均跑速和完成距离的减少，由此可见脑力疲劳也会对运动员比赛和训练中的有氧表现产生负面影响。相似的结果同样出现在了Coutinho等人研究中，该研究把10名葡萄牙业余足球运动员分成实力均衡的2队，让其分别在有无脑力疲劳的情况下进行18 min的5对5（配备守门员）小场地比赛（SSG）对抗，然后对2种情况下运动员的跑动参数进行比较，研究结果显示，脑力疲劳情况下运动员全场比赛的跑动距离较对照组（无脑力疲劳情况）下降3.3%，其中低速部分（7～9.9km/h）跑动距离下降4.2%，中速部分（10～15.9 km/h）跑动距离下降10.7%。

然而，也有部分研究显示，脑力疲劳不会影响足球运动员SSG比赛中低中速度部分的跑动表现，个别研究甚至还出现了脑力疲劳情况下足球运动员SSG比赛中低中速度部分跑动表现更好的情况。出现这种差异的原因可能与团体项目比赛中运动员的低中速度跑动表现的影响因素众多有关，即团体项目运动员比赛中低中速度部分的跑动表现不仅与有氧表现相关，还与运动员比赛中的战术选择、对手情况等因素紧密相关。与团体项目比赛中的跑动指标相比，周期性耐力项目比赛成績的变化似乎更能直观反映脑力疲劳对运动员有氧表现的影响。3项针对脑力疲劳与游泳比赛成绩（200 m自由泳比赛、200 m游泳测试和1500 m游泳测试赛）和1项针对脑力疲劳与半程马拉松比赛成绩的研究结果均显示，脑力疲劳可以降低运动员比赛过程中的平均速度，最后导致完成比赛的时间显著或一定程度延长。尽管如此，也有1项针对周期性耐力项目实践场景的研究得到与大多数研究不一致的结果，在此项研究中，Penna等人让10名大师级别男子游泳运动员分别在45 min纸质版Stroop任务和中性视频观看后进行800 m自由泳测试，结果显示，2种情况下受试者的测试成绩并不存在显著差异。对于该结果，脑力疲劳没有产生负面影响的原因可能与受试者的竞技水平较高有关，这进一步支持了Martin等人提出的高水平运动员有着更好脑力疲劳抵抗能力的论述。综上，脑力疲劳同样会负面影响运动员实践场景下的有氧表现。

在明确脑力疲劳影响运动员有氧表现的同时，许多研究还同步采集了运动员有氧表现测试过程中许多指标的数值，试图找出脑力疲劳负面影响有氧表现的原因或关联因素。这些研究采集的指标主要包括生理和主观感知觉2个方面，涉及测试前、测试中和测试后3个时间段，具体为测试前主要采集动机指标，测试中主要采集HR、HR_max（最大心率）、HRV、VO₂、BLA、VE（肺通气量）、皮质醇、RPE等指标，测试结束主要采集BLA、RPE、sRPE（课次RPE）、HRV等指标。研究呈现的总体结果显示，脑力疲劳不会影响运动员参加测试的动机以及测试全程的生理指标，对有氧表现的负面影响主要与测试过程中更高的RPE有关，即脑力疲劳会使运动员在接下来的有氧表现测试中感觉更加吃力和疲惫。在脑力疲劳负面影响有氧表现的少部分研究中，尽管也出现了个别生理指标受脑力疲劳影响的现象，如Staiano等人的研究发现，运动员2000 m赛艇测功仪时间试验测试中的HR和测试后的BLA在脑力疲劳情况下更低，然而这些生理指标的变化并不能作为脑力疲劳负面影响有氧表现的合理解释，其可能更多与脑力疲劳情况测试强度的下降有关。综上所述，脑力疲劳对运动员有氧表现存在负面影响，并且这种负面作用的大小受到受试者竞技水平、年龄、性别以及测试环境等因素影响，测试中更高的RPE水平可能是脑力疲劳影响运动员有氧表现的重要原因。

3.2无氧表现

与有氧表现一样，无氧表现也是许多运动项目需要的重要能力，对于众多持续时间短（如短跑、短距离游泳）的运动项目而言，良好的无氧表现是其成功的关键，对于众多持续时间较长的运动项目（如长跑、足球、越野滑雪等）而言，比赛中良好的无氧表现可以帮助运动员处于有利位置，从而获得战胜对手的机会或优势。由此，脑力疲劳是否会对运动员的无氧表现产生影响同样值得关注。尽管目前尚未有脑力疲劳是否影响运动员无氧表现的相关研究，但从一项脑力疲劳与短距离游泳测试成绩的研究中似乎可以看出脑力疲劳对运动员无氧表现的影响。在该项研究中，Fortes等人让25名国际级游泳运动员分别在30 min社交媒体使用和执教视频观看后参加50 m自由泳测试，结果显示2种情况下运动员完成测试的时间类似，均为25 s左右。由于该测试的发力模式（全力）和完成时间均接近于无氧表现的经典测试（30 s Wingate测试），因此可以推测，脑力疲劳对运动员的无氧表现似乎不存在影响。一项针对脑力疲劳与健康人群无氧表现的研究证实了上述观点，在该研究中，Duncan等人让8名经常锻炼的成人分别在40 min持续性认知任务或情绪中性视频观看后参加4组组间间歇为4 min的30 s Wingate测试，结果显示，持续认知任务和情绪中性视频观看2种情况下受试者Wingate测试的功率输出并无显著差异。综合上述证据，脑力疲劳对运动员的无氧表现可能无影响。

3.3肌肉力量

由于肌肉力量的产生源于神经支配和能量供应下的肌肉收缩，因而脑力疲劳对机体能量供应能力的影响势必会在肌肉力量方面得到体现。9项研究探究了脑力疲劳对运动员肌肉力量的影响，涉及自行车、游泳等周期性耐力项目，乒乓球、羽毛球等持拍类项目，橄榄球等团体项目以及拳击等格斗类项目，关注的力量包括肌肉最大自主收缩力量（MVC）和爆发力2种。3项研究关注了脑力疲劳对运动员肌肉MVC的影响，其中1项关注上肢肌肉（肘屈肌）的MVC，另外2项关注下肢肌肉（膝伸肌）的MVC，研究结果均显示，脑力疲劳不会影响上下肢肌肉MVC测试中的峰值扭矩，提示脑力疲劳对运动员肌肉MVC无影响。6项研究主要聚焦下肢，关注了脑力疲劳对运动员肌肉爆发力的影响，其中5项研究实验过程中肌肉爆发力的测试采用了无摆臂的反向纵跳（CMJ）测试，另外1项研究实验过程中肌肉爆发力的测试采用了站立垂直跳（SVJ）和跑动垂直跳（RVJ）的方式，研究结果显示，无论采用何种方式的肌肉爆发力测试，脑力疲劳均不会影响运动员测试过程中的跳跃高度，提示脑力疲劳对运动员肌肉爆发力同样不存在影响。

尽管上述研究显示脑力疲劳可能会影响运动员测试过程中的RPE水平，然而其并没有转换成对最大力量和爆发力的负面影响。对此，有研究指出，对于持续时间短的高强度运动能力／表现.RPE不是其主要的限制因素，另一方面，在短时间高强度的运动中受试者可能难以敏感地觉察到感知觉方面的变化。此外，还有研究从脑区激活的视角阐述了短时间高强度运动没受影响的可能原因，即短时间高强度运动期间受试者脑区激活的主要区域为后扣带皮層，而脑力疲劳影响的主要脑区却为前额叶皮层（PFC）、前扣带皮层和背外侧前额叶皮层（DLPFC）等区域。上述数据进一步支持了脑力疲劳对运动员无氧表现无影响的推论。综上所述，脑力疲劳对运动员最大力量和肌肉爆发力无影响。

3.4冲刺表现

2项研究探究了脑力疲劳对运动员冲刺表现的影响。在其中1项研究中，Weerakkody等人让25名男性业余橄榄球运动员分别在30 min电脑版Stroop任务和纪录片观看后，以最快的速度完成20m的直线冲刺以及约22 m的变向冲刺（AFL测试，5次变向），研究结果显示，有无脑力疲劳情况下，运动员直线冲刺（3.23 s vs.3.22 s）和变向冲刺（8.46s vs. 8.51s）的成绩类似，即脑力疲劳似乎不会影响运动员的冲刺表现。这与另外一项研究的结果一致，在该项研究中，Fortes等人发现，无论脑力疲劳与否，16名男子短跑运动员100 m和200 m的成绩均无显著变化。上述研究呈现的结果同样一定程度支持了脑力疲劳对运动员无氧表现无影响的推论，并且综合上述证据似乎可以看出，脑力疲劳对短时间高强度运动表现或者说以无氧供能为主运动表现的影响较小，但对长时间次高强度运动表现或以有氧供能为主运动表现的影响较大。尽管如此，近年来也有部分研究发现高强度运动表现会受到脑力疲劳的影响。Veness等人发现脑力疲劳会显著降低板球运动员run-two测试（类似变向冲刺）的成绩（6.29 s vs.6.19 s），Fortes等人发现脑力疲劳情况下游泳运动员100 m自由泳的成绩显著下降（约56.5 s vs.约55.5 s）。这些研究的出现，使得科研领域需要进一步思考并细化脑力疲劳与高强度运动表现关系的研究，如什么情况下高强度运动表现会受到脑力疲劳的影响，脑力疲劳对相关运动表现的影响需要有氧供能的作用占比达到多大或运动时间持续多长会产生等等。

3.5其他体能表现

自2022年以来，还有少部分研究探究了脑力疲劳对运动员灵敏、平衡、协调、重复冲刺和重复灵敏等其他体能表现的影响。其中针对灵敏、平衡、协调3项含有认知参与体能表现的研究结果显示，脑力疲劳会负面影响运动员的协调表现，但不会影响运动员的灵敏和平衡表现。对于该结果，其可能源于3项体能表现当中认知的需求差异，即协调表现的认知需求可能要大于灵敏和平衡表現，因而受到了脑力疲劳的负面影响。据此也可推测，认知需求稍大的竞技表现易受脑力疲劳影响，认知需求稍低的竞技表现不易受脑力疲劳影响。该推测一定程度得到了Staiano等人研究的支持，该研究发现灵敏测试在增加了测试轮数之后（重复灵敏，增加了认知需求）受到脑力疲劳的负面影响。在上述体能表现以外，有学者还进一步探究了脑力疲劳对运动员重复冲刺表现的影响，试图明确冲刺表现在增加轮数之后是否会受到脑力疲劳的影响，研究结果显示，冲刺表现在增加了测试轮数以后依然不会受到脑力疲劳的负面影响。由此可以看出，重复冲刺表现尽管增加了冲刺轮数，但可能与单轮冲刺表现一样，仍然属于不易受脑力疲劳影响的无氧供能主导的高强度运动表现。上述证据虽然一定程度明确了脑力疲劳与运动员灵敏、平衡、协调、重复冲刺和重复灵敏之间的关系，但考虑到其涉及证据相对较少，且仅限于足球等团体项目，使得上述结论仍然需要在项目中积累证据予以确认。

3.6技术表现

除了关注脑力疲劳是否影响体能表现，在足球、篮球、板球等团体项目及乒乓球等持拍类项目中，科研人员对脑力疲劳是否影响运动员的技术表现也尤为关注。对脑力疲劳与运动员技术表现的关注始于Smith等人2016年的一项研究，在该项研究中，14名训练有素的男性足球运动员分别于30 min的纸质版Stroop任务和中性杂志阅读后，参与拉夫堡足球传球（LSPT，主要评价传球技术）和拉夫堡足球射门（LSST，主要评价射门技术）2项技术测试，结果显示脑力疲劳情况下运动员LSPT测试原始时间、罚时和最终时间3项指标中，罚时显著上升，最终时间出现了上升趋势，LSST测试射门精确性、射门速度、射门序列时3项指标中，射门精确性和射门速度出现显著下降，研究结果说明脑力疲劳会导致足球运动员的传球和射门技术受到负面影响。后期针对足球运动员的多项研究证实了Smith等人的结论，在2项足球运动员技能评价同样采用LSPT和LSST测试的相关研究中，Filipas和Smith等科研人员一定程度重复了上述研究并验证了结论：在另外2项足球运动员技术表现评价采用SSG比赛的相关研究中，Badin和Trecroci等科研人员发现，脑力疲劳不仅会负面影响足球运动员比赛中的传球、射门技术表现，还会负面影响足球运动员铲球、控球等一些技术的质量。

随着脑力疲劳与足球运动员技术表现研究的不断展开，科研领域围绕脑力疲劳与技术表现的研究也开始逐渐转向其他一些受技术影响相对较大的运动项目，如团体项目中的篮球、板球、橄榄球和持拍类项目中的乒乓球，科研人员针对这些项目的研究结果与足球相似，即脑力疲劳同样会负面影响这些项目运动员比赛或测试中的技术表现。在此基础上，多个项目的研究人员还从技术动作的速度和精确性2个方面深化了脑力疲劳与技术表现的关系：一部分研究显示，脑力疲劳可以通过降低运动员技术动作的速度负面影响运动员的技术表现或质量：但更多研究显示，技术表现或质量的下降主要由技术动作的准确性受到破坏导致。进一步的研究表明，上述技术动作速度和准确性的变化，主要与脑力疲劳情况下运动员表现监控和调整能力下降、注意力指向和聚焦能力降低、不能有效利用可用的信息为随后的动作做准备等有关，即脑力疲劳对运动员技术表现的负面影响主要源于脑力疲劳情况下运动员执行功能的破坏。

3.7战术和决策表现

脑力疲劳对普通人和运动员群体认知表现的负面影响已在科研领域得到共识，在此背景下，战术作为认知需求较高的竞技表现是否会受到脑力疲劳影响引发了科研人员较大的探索兴趣。有关脑力疲劳对战术表现影响的研究主要集中于周期性耐力和团体2类项目。在周期性耐力项目中（如1500m自由泳、5km跑步和1000 m静水皮划艇），如何合理分配体能（即配速策略）去获取更好的成绩被认为是运动员实施战术的重要体现。对此，多项研究探究了脑力疲劳对运动员配速策略的影响，其中4项研究基于实验室条件探究了脑力疲劳对运动员5 km跑台跑步、1500m赛艇测功仪划船、4km和20 km功率自行车骑行等计时（time trail）测试配速策略的影响，2项研究基于场地环境探究了脑力疲劳对运动员100m、200m自由泳模拟比赛以及1500m游泳（未报告泳姿）测试配速策略的影响。研究结果显示，无论脑力疲劳与否，运动员上述测试中的配速策略始终为消极型、J型、J型、U型、积极型、积极型和全力型（配速策略的具体类型详见Abbiss等人的研究），以上2种实验条件下的研究结果均说明脑力疲劳可能不会影响运动员周期性耐力项目比拼中的战术表现。然而，由于上述6项研究实验开展过程中并未给受试者匹配角逐对象（实际比赛中对手可能对运动员的战术选择也有影响），因而脑力疲劳对周期性耐力项目运动员战术影响的研究结果还需要在有对手的情况下进行进一步验证。

在团体项目中，以Coutinho、Kunrath和Silva等人为代表的体育科研工作者主要围绕脑力疲劳对足球项目运动员战术表现的影响做了一系列研究。不同于周期性耐力项目，对足球项目的研究显示，脑力疲劳对运动员的战术表现具有一定负面影响。Coutinho等基于足球运动员有无脑力疲劳情况参加24 min（6对6）和18 min（5对5）SSG比赛中的GPS位置数据信息发现，脑力疲劳可以降低足球运动员比赛过程中分散、聚集速度，纵向、横向同步化等参数的水平，并且他还发现这些数据的下降可能与脑力疲劳破坏运动员利用环境和队员／对手位置信息的能力（尤其是后者）有关。通过GPS数据，科研人员明确了脑力疲劳对团体项目运动员整体战术表现的负面影响，然而由于其不能细致到更为具体的战术，限制了这些研究数据的应用价值。对此，Kunrath和Silva等人在Coutinho研究的基础上引入了足球战术评价系统（FUT-SAT），基于该系统他们探究了脑力疲劳对足球运动员4min、12min（3对3）SSG比赛时10种核心战术（5种进攻战术和5种防守战术）的影响，研究结果显示，脑力疲劳会降低进攻覆盖面（offensive coverage）、进攻宽度与深度（width and length）和进攻统一性（offensive unity）3种进攻战术，防守统一性（delay）、平衡（balance）、集中（concentration）和防守统一性（defensive unity）4种防守战术的质量。上述结果提示，以上7种战术需要着重关注脑力疲劳的不利影响。另外，在明确脑力疲劳负面影响足球项目战术表现的同时，这些结论是否可以类推到实际比赛和其他团体项目（篮球、排球等）中，则是接下来体育科研领域需要考虑和解决的问题。综合上述研究，脑力疲劳对团体项目运动员的战术表现存在负面影响，并且这种负面影响目前被认为主要与脑力疲劳情况下运动员视野缩小导致赛场信息利用能力下降和认知表现受损（特别是动作准备和认知控制）等有关（尤其是前者）。

决策是指机体大脑感知环境信息、正确解读信息并据此给出合理运动反应的能力。与战术一样，决策作为另外一种认知需求较高的竞技表现是否会受脑力疲劳的影响同样得到了科研人员的关注。根据脑力疲劳与战术的相关研究如脑力疲劳破坏运动员利用环境和队员／对手位置信息的能力，可以推断脑力疲劳势必会影响运动员比赛中的决策表现。最近多项研究证实了此观点，至少5项研究均以足球为突破口，探究了脑力疲劳对团体项目运动员比赛中传球、射门和运球等决策表现的影响，相应的结果表明，脑力疲劳对团体项目运动员比赛中的传球、射门和运球等决策表现均具有负面影响。

此外，有研究证据显示，脑力疲劳对格斗类项目运动员比赛中的决策表现也存在负面影响。Fortes等人的研究中，8名女性和13名男性业余拳击运动员分别在30 min社交媒体应用、30 min电子游戏暴露和30 min执教视频观看3种任务处理后，进行4轮持续2min间歇1min的拳击模拟比赛，并观察运动员比赛中进攻和防守决策表现的变化，结果显示，30min社交媒体应用和电子游戏暴露2种情况下运动员进攻和防守的决策表现均较对照情况显著下降。

综上，脑力疲劳对周期性耐力项目运动员比赛中的战术表现无影响，对格斗类项目运动员比赛中的决策表现有负面影响，对团体项目运动员比赛中的战术和决策表现均具有负面影响，提示团体项目应关注脑力疲劳对战术和决策2项表现的负面影响，其中格斗类项目还需关注脑力疲劳对决策表现的负面影响。

3.8脑力疲劳与其他因素结合对运动员竞技表现的综合影响

近年来，还有少量研究开始关注脑力疲劳结合其他因素对运动员竞技表现的综合影响。Filipas等人探究了脑力疲劳结合睡眠不足对竞技表现的综合影响，他让19名业余篮球运动员分别在睡眠充足有无脑力疲劳的情况下（对照组、脑力疲劳组）和睡眠剥夺有无脑力疲劳（睡眠剥夺组、脑力疲劳+睡眠剥夺组）的情况下完成60个篮球自由投射技能测试。研究结果显示，脑力疲劳组、睡眠剥夺组和脑力疲劳+睡眠剥夺组的自由投射表现均较对照组显著下降，然而脑力疲劳+睡眠剥夺两者结合相较于单纯脑力疲劳和睡眠剥夺，并不会进一步降低受试者的自由投射表现。由此可见睡眠剥夺的加入可能不会加剧脑力疲劳对运动员竞技表现的负面影响。

不同于睡眠剥夺，热应激因素的加入可能会加剧脑力疲劳对运动员竞技表现的负面影响。尽管目前尚无直接针对脑力疲劳结合热应激对运动员群体竞技表现影响的相关研究，但是针对身体素质较好健康男性的相关研究發现，受试者在脑力疲劳+30 min 40℃的温水浸泡（热应激）情况下完成80% VO_2max强度恒定负荷骑行的力竭时间（9min）要远远短于单纯脑力疲劳（17min）、热应激（12min）以及对照情况（18 min）下的骑行时间。该项研究似乎显示，热应激的加入可能会加重脑力疲劳对运动员竞技表现的负面影响。综上所述，脑力疲劳与热应激结合会更为严重地负面影响运动员的竞技能力，需要重点关注和避免。

3.9小结

脑力疲劳对运动员无氧、肌肉力量、冲刺、重复冲刺、灵敏等竞技表现无影响或影响较小，但对运动员的有氧、协调、技术、战术和决策等竞技表现具有负面影响或影响较大，即：脑力疲劳对运动员无氧主导的短时间高强度竞技表现和认知或执行功能需求稍低竞技表现的影响较小，但对有氧主导的长时间次高强度竞技表现和认知或执行功能需求稍高的竞技表现影响较大（见图3）。热应激等因素的加入可能会加重脑力疲劳的负面影响。

4脑力疲劳影响运动员竞技表现的可能机制

上述诸多研究已明确了脑力疲劳对运动员有氧、协调、重复灵敏、技术、战术和决策等众多竞技表现的负面影响，在此基础上，进一步探索其中的可能机制，将有助于后期脑力疲劳负面作用预防和消除策略的制定。本文基于现有文献从脑力疲劳如何产生以及怎样发挥影响2个方面梳理了其中的可能机制。

4.1脑力疲劳产生的可能机制

有关脑力疲劳产生的可能机制，目前相关研究主要从微观和宏观2个方面对此进行了解释和阐述。微观方面，一部分基于脑电图（EEG）的研究发现，脑力疲劳的产生过程总是伴随着前额叶皮层α波和θ波功率的增强，对此，他们认为前额叶皮层α波和θ波功率的增强可能是脑力疲劳产生的重要原因。另一部分基于功能性近红外光谱技术（fNIRS）的研究认为，脑力疲劳的产生可能与受试者前额叶皮层氧合浓度的下降有关，即前额叶皮层氧合浓度的下降影响了该区域氧气的供应，从而导致脑力疲劳的发生。除此之外，还有科研人员发现大脑前扣带皮层局部可用能源物质减少导致的细胞外腺苷浓度累积、多巴胺减少也是脑力疲劳产生的重要原因。

不同于上述研究，Ishii等人从宏观方面阐述了脑力疲劳产生的可能机制。他的研究提出了脑力疲劳的双调节系统模型，该模型由额叶皮层、丘脑、基底神经节和边缘系统组成的精神加强系统和岛叶皮层、后扣带皮层组成的精神抑制系统2部分构成，其中精神加强系统的作用为维持或增加受试者的认知表现，精神抑制系统的作用为降低受试者的认知表现，维持受试者的稳态；基于该模型，受试者脑力疲劳产生的原因可以归于精神加强系统的激活不够、精神抑制系统的活动增强以及两者的综合作用（前者降后者升）。

综上，运动员脑力疲劳产生的可能机制从微观方面可以归于前额叶皮层α、β波功率的增强及氧合浓度的下降，前扣带皮层腺苷浓度的增加及多巴胺浓度的减少，从宏观方面可以归于精神加强系统的激活不够、精神抑制系统的活动增强以及两者的综合作用。

4.2脑力疲劳影响竞技表现的可能机制

有关脑力疲劳影响竞技表现的可能机制目前竞技体育科研领域主要采用心理生物学模型和受试者执行功能受损对其进行解释。前者主要用于脑力疲劳对有氧表现影响的解释：后者主要用于脑力疲劳对技术、战术和决策等竞技表现影响的解释。根据上述分析可知，脑力疲劳对运动员有氧表现的影响主要与受试者后续运动过程中更高的RPE有关。

因此，目前竞技体育的科研人员主要聚焦2个问题，对脑力疲劳影响有氧表现的机制进行了进一步的探讨和阐述：（1）脑力疲劳如何提升RPE？（2） RPE的升高如何降低有氧表现？针对第1个问题，目前的研究认为脑力疲劳提升RPE可能与大脑相应区域腺苷浓度的增多有关，即长时间的认知活动引起腺苷在前扣带皮层累积，前扣带皮层作为重要的努力感知区域会在腺苷的作用下升高受试者在接下来运动中的努力感知（RPE） 。针对第2个问题（脑力疲劳如何降低有氧表现），现有的研究认为可以用耐力表现的心理生物学模型进行解释。该模型认为，受试者耐力／有氧表现测试过程中的成绩主要由努力感知和潜在动机（受试者在一项任务中愿意投入的最大努力）共同决定，当测试过程中的努力感知超过潜在动机或努力感知极度强烈使继续任务看起来不大可能时，受试者会有意识地去停止运动或下调他们投入测试的努力程度（如降低速度）。因此，在该模型中任何影响努力感知和潜在动机的因素都有可能影响受试者的有氧表现。

不同于有氧表现，现有研究显示，协调、重复灵敏、技术、战术和决策等竞技表现受到负面影响的原因主要与脑力疲劳破坏运动员的执行功能有关（如RT变长、ACC下降、注意力难以集中等）。证据表明，前扣带皮层和前额叶皮层2个脑力疲劳作用的主要脑区不仅与人体努力感知的形成有关，还决定了运动员执行功能的发挥。研究显示，前扣带皮层和前额叶皮层是情绪加工与控制、自我调节、表现监控、错误纠正／故障处理、努力／奖励程序、坚持不懈完成任务、注意力分配、动作准备和决策或计划等一系列执行功能的重要控制／参与脑区，并与积极主动行为和目标导向练习等密切相关。因此，作为脑力疲劳产生涉及的主要脑区，前扣带皮层和前额叶皮层的功能可能会受到脑力疲劳的影响，如多巴胺的减少会影响神经细胞之间信息的传递能力；这其中也包括了运动员执行功能的受损，而执行功能作为运动员技术、战术和决策表现发挥的重要决定因素，又进一步影响了上述竞技表现的发挥。图4主要基于上述机制，以足球项目为例构建了脑力疲劳影响竞技表现的作用模型，较为全面地展示了脑力疲劳对运动员竞技表现的影响和作用过程。

除了上述理论，近年来，也有许多研究采用了自我控制资源消耗模型、保护模型、认知控制理论、双调节系统模型、内感受理论等其他理论对脑力疲劳与运动员竞技表现的关系进行解释，如自我控制资源消耗模型认为人体的自我控制能力是有限的，并且决定着许多竞技能力的表现（如有氧、技术、决策等），受试者在运动任务前进行高强度和高努力的任务（如脑力疲劳任务）会消耗此能力，该能力的下降会导致受试者在随后的相关任务（有氧、技术和决策等）中不能投入更多的自我控制，从而导致这些任务的表现下降；双调节系统模型指出机体的身体疲劳也存在加强和抑制2个系统，加强系统的作用为维持和增加运动表现，抑制系统的作用为降低运动表现。身体疲劳和脑力疲劳的抑制系统存在重叠，因而脑力疲劳产生时精神抑制系统活动增强的同时也启动了身体疲劳的抑制系统，从而导致接下来的运动表现下降。上述理论在竞技体育领域的应用尽管相对较少，但同样一定程度揭示了脑力疲劳影响竞技表现的可能机制。

5研究不足与未来展望

尽管竞技体育领域已围绕腦力疲劳进行了大量的研究，但仍存在以下不足亟需完善和改进。

（1）脑力疲劳诱导方面，现有的方案存在着生态学效度不佳（心理认知类）.诱导效果不稳定（电子暴露和运动类）、操作复杂且存在干扰因素（运动类）等问题。对此，未来首先需明确几种类型方案诱导的脑力疲劳是否存在本质上的差异，如无明显差异，则无需过度纠结外在表现或诱导形式上的区别，即生态学效度；如有明显差异则需要以Stroop等心理认知类方案为基础进一步研发或探索诱导效果好、操作简便、干扰因素少且兼具生态学效度的脑力疲劳诱导方案，如进一步优化电子暴露类方案使诱导效果更稳定。

（2）脑力疲劳测量方面，现有的标准存在着难以对脑力疲劳是否诱导成功以及诱导效果如何做出准确判定等问题。对此，未来需要构建以常用指标（尤其是VAS-MF指标）为基础，基于效应量、变化幅度或具体数值的脑力疲劳成功诱导评判标准和诱导效果分类标准。

（3）现有研究主要探究了脑力疲劳对足球、自行车、游泳等部分项目较低水平男性运动员实验场景下有氧、无氧、肌肉力量、冲刺、协调、技术、战术和决策等竞技表现的影响，所涉及的受试者群体、竞技表现和测试场景仍然十分有限。对此，未来还需进一步开展涉及其他受试者群体（其他项目、女性等）、竞技表现（如重复变向等）和测试场景（如高湿、低氧等）等方面的相关研究，以丰富竞技体育领域对脑力疲劳的认识。

（4）脑力疲劳影响运动员竞技表现的许多可能机制目前仍处于假设阶段，缺乏直接或间接的证据支撑，因此，未来还需采用更加多元的手段、先进的设备进行更深入的人体实验对其予以验证和完善，为后期更加精准有效的脑力疲劳干预提供基础。

6结论与建议

6.1结论

（1）竞技体育脑力疲劳诱导方案众多、时间设置长短不一，但以Stroop为代表的心理认知类方案和30～60 min的时间设置是现阶段可供选择的适宜方案和时长。

（2）竞技体育脑力疲劳以主观测量法为主、客观测量法为辅进行测量，干预后主观、认知或生理等一个或多个方面指标相较对照组或任务前出现显著变化，是目前脑力疲劳是否成功诱导的判定标准。

（3）脑力疲劳会负面影响运动员有氧、协调、重复灵敏、技术、战术和决策等竞技表现，但对灵敏、无氧、肌肉力量、冲刺、重复冲刺等竞技表现影响较小，即脑力疲劳对无氧供能主导的短时间高强度运动表现和认知或执行功能需求稍小的竞技表现影响较小，对有氧主导的长时间次高强度运动表现和认知或执行功能需求稍大的竞技表现具有负面影响。

（4）前额叶皮层α、β波功率增强和血氧浓度下降，前扣带皮层腺苷浓度增加和多巴胺浓度下降，精神加强系统激活不够，精神抑制系统活动增强等，是运动员脑力疲劳产生的可能机制，RPE升高、执行功能破坏等是脑力疲劳负面影响运动员竞技表现的可能机制。

（5）脑力疲劳诱导方案的优化，诱导效果和判定标准等的细化和构建，脑力疲劳影响运动员竞技表现在受试者群体、竞技表现和测试场景等方面的研究拓展以及相关机制的确认和完善等，是未来竞技体育开展脑力疲劳研究的方向。

6.2建议

（1）竞技体育领域脑力疲劳研究开展中，现阶段可选用时长为30～60min以Stroop任务为代表的心理认知类方案去诱导脑力疲劳，并以主观测量法结合客观测量法对脑力疲劳的诱导效果进行判定。

（2）运动员有氧、协调、重复灵敏、技术、战术和决策等竞技表现的评估、训练以及比赛等情况需要避免脑力疲劳，因为脑力疲劳可能会影响上述表现／能力评估的准确性，训练的质量以及其在比赛中的良好发挥，从而直接或间接影响运动员比赛的胜负。

（3）根据脑力疲劳影响运动员竞技表现的可能机制，可以通过相应脑区（前额叶皮层和前扣带皮层等）和相应关键因素（腺苷、RPE、执行功能等）的干预，减轻或消除脑力疲劳的负面影响。

（4）我国竞技体育领域可在借鉴国外相关研究成果的基础上，针对脑力疲劳诱导、测量、对竞技表现影响及机制等方面的不足开展研究，促进国内该领域的快速发展。

作者贡献声明：

杨威：收集资料，制作图表，撰写论文。

廖开放，高崇，卞超，赵少聪：提出修改意见，参与论文审校。

黎涌明：提供论文选题和撰写思路，修改、审校论文。