龙舟运动员在不同强度运动负荷下EEG功率谱的变化特征

【作者】 王国臣； 张芫； 吴倩倩； 池爱平；

【机构】 陕西师范大学体育学院；

【摘要】 研究目的:龙舟运动是一项以体能为主导类的闭锁式水上团体运动项目,对团队中每个成员的身体形态、身体机能以及身体素质等提出了严格的选拔标准。与此同时,龙舟运动项目特点为训练强度高、负荷量大、供能方式以无氧代谢为主,易引起运动性疲劳,更是对运动员的身体承受能力提出了严峻的挑战,在高强度压力下的注意力集中可能会导致运动员的中枢疲劳,从而引起注意力不集中等情绪以至于划桨的节奏不能从容调整等因素容易导致比赛的失利。通常来讲,运动员(队)竞技水平高低很大程度上取决于训练是否科学,而在运动员进行训练时的监测是否及时、准确等则能很好的反映出运动训练科学化水平的高低。随着对生物学监控不断地进行探索和创新,正在使其成为发现运动员训练中的短板与不足和提升运动员竞技能力的科学手段,因此加强对龙舟运动员脑机能特征的认识是我们确立新的训练指导思想、改进训练方法与手段、提高训练质量的基础。脑电(Electroencephalogram,EEG)作为生物电信号的种类之一,具有无创、便捷等优点,是探索运动员运动过程中脑功能变化的常用手段之一。然而目前国内外关于龙舟运动的生物电信号的研究较少,本研究旨在探究不同强度运动负荷下,龙舟运动员运动前后EEG功率谱变化的特征,从功率谱的角度对静息态脑电数据进行分析,通过比较龙舟运动员在不同强度运动负荷下运动前后的指标差异来探索不同运动强度对大脑的影响。研究方法:选取43名龙舟专业运动员(18-25岁)参加本次研究。受试者在龙舟测功仪(KayakPro, Miami, FL, USA)上分别以2档、5档和9档风箱阻力下进行全力划船运动;佩戴身体能耗检测仪(GTX9,ActiLife,美国)和Polar Heart Rate Sensor(ActiLife,US.)来采集并记录受试者运动时的实时心率。同时,采用32导盐水电极帽的脑电采集系统(Brain Vision Recorder, Neuroscan, USA)采集受试者运动前静息状态和运动后即刻状态下6 min的EEG数据,选取其中5 min数据进行分析。对EEG数据采用批量预处理,使用快速傅立叶变换(FFT)获得EEG信号的频谱(μV2),范围为1～30Hz,依据δ(1～4 Hz)、θ(5～7 Hz)、α(8～13 Hz)和β(13～30Hz)对频段划分,通过MATLAB(2013b)软件进行EEG数据预处理,并对受试者不同脑区、不同频段的EEG的功率谱密度进行比较分析EEG数据通过SPSS26.0进行分析。受试者不同强度运动前后EEG功率值采用3(运动强度:2档、5档、9档)×2(时间:运动前、运动后)双因素方差分析,所有数据均经Mauchly球形假设检验,并采用Greenhouse-Geisser法进行校正,事后检验采用Bonferroni法,方差分析效应量大小通过η2进行计算。均以p<0.05表示为具有显著性差异,p<0.01为具有极显著性差异。研究结果:(1)龙舟测功仪不同阻力的运动强度界定。本研究根据运动员的最大心率百分百作为龙舟测功仪三种阻力的运动强度评估,认定为龙舟测试仪阻力系数2的运动方案为中等强度(60%-80%HRmax),龙舟测试仪阻力系数5的运动方案为大强度(75%-84%HRmax),龙舟测试仪阻力系数9的运动方案为超大强度(≥90%HRmax)。(2)受试者不同阻力运动前安静状态下EEG功率值比较结果。两组受试者运动前安静状态下δ、θ、α和β波段功率值在各脑区相比均无显著性差异(p>0.05)。(3)受试者不同强度运动后即刻状态下下EEG功率值比较结果。在运动后即刻状态下,受试者额区、中央区、顶区、颞区和枕区δ波功率值9档与2档相比均成极显著上升(p<0.01),5档和2档相比均成极显著上升(p<0.01),9档和5档相比均无显著性差异(p>0.05);受试者额区、中央区、顶区、颞区和枕区θ波功率值9档与2档相比均成极显著上升(p<0.01),5档和2档相比均成极显著上升(p<0.01),9档和5档相比均无显著性差异(p>0.05);受试者额区、中央区、顶区、颞区α波功率值9档与2档相比均成极显著上升(p<0.01),5档和2档相比均成极显著上升(p<0.01),9档和5档相比均无显著性差异(p>0.05),枕区α波功率值9档与2档相比均成极显著上升(p<0.01),5档和2档相比均成显著上升(p<0.05),9档和5档相比无显著性差异(p>0.05);受试者额区、中央区、顶区、颞区β波功率值9档与2档相比均成极显著上升(p<0.01),5档和2档相比均成极显著上升(p<0.01),9档和5档相比均无显著性差异(p>0.05),枕区α波功率值9档与2档相比均成显著上升(p<0.05),5档和2档相比均成显著上升(p<0.05),9档和5档相比无显著性差异(p>0.05)。研究结论:(1)运动强度的不同会导致受试者的运动表现呈现差异,主要体现在运动成绩、生理指标等客观方面和RPE主观感受。(2)龙舟运动员进行大强度运动和超大强度运动时和中等强度运动进行相比,脑区的功率值会呈现上升,提示原因可能在于运动强度过大会导致注意力与认知会出现延迟和下降现象,适量运动有助于激活大脑,促进认知决策等功能,产生良性影响,但运动强度过大会对大脑会产生消极影响。更多还原