一种理解运动对大脑效果和皮质过程潜在峰值性能的方法是使用脑电图测量脑活动。脑电图是一种非侵入性的技术,其使用高导电银或银氯化银(Ag / AgCl)电极来记录脑活动,其也称为脑电图(EEG)活性。
脑电图记录实际上是一种电信号的测量,这种电信号是由大脑中的神经细胞产生的,可以在头皮测量到。因为电信号在到达电极前必须经过硬脑膜、脑脊液、颅骨和皮肤,所以这些信号以微伏为单位被记录下来。脑电图可以通过连接在头部特定位置的单个电极(扁平的金属盘)或将电极缝入电极帽的电极帽来测量。电极用一种特定类型的凝胶或膏剂粘在头皮上,以最大限度地提高电导率。这些电极通过电线连接到一个放大器和一台记录大脑活动的计算机。由Herbert Jasper在1958年开发的国际标准化的10-20系统经常被用于记录脑电图的特定头皮位置。这些地点的位置是根据每个人头皮上的地标来判断的,包括鼻梁、头骨底部的骨突出物和耳朵中点。这个原始的系统包括21个电极,反映了大脑额叶(F)、颞叶(T)、顶叶(P)、枕叶(O)和中央(C)区域的测量结果(图1)。奇数表示位置在大脑的左侧,偶数表示位置在大脑的右侧。更现代的脑电图系统可以包括电极放置,可以记录32、64、128或多达256个位置的信息。除了用于记录感兴趣部位的脑电图的电极外,还有一个叫做参比电极用来减去基本活动,使有关场址的结果记录只能反映这些场址的活动。这种电极通常放置在鼻梁或耳垂上。
图1 Jasper 10-20电极识别源系统:改编自Teplan, M.(2002)。脑电图测量基础。测量科学综述,2(2),1-11。
有几个计算机软件程序可以用来记录和分析脑电图数据。除了记录脑电图活动外,一些软件程序还可以用来创建和呈现不同类型的视觉和听觉刺激,这样脑电图活动就可以记录对这些刺激的行为反应。更先进的软件程序将脑电图数据与其他神经成像技术相结合,如磁共振成像(MRI)、正电子发射地形图(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)数据。在收集脑电图数据时,有几件重要的事情需要在准备测试时提醒参与者。参与者应避免服用某些可能改变大脑电活动的药物,如镇静剂、肌肉松弛剂和助眠剂。参与者也应该避免摄入咖啡因,并在测试后12小时内进行锻炼。测试当天应避免使用发胶、发胶、发油或其他头发化学物质。受试者在评估静息脑电图时应尽量保持静止和安静。然而,目前的脑电图技术确实允许在运动和运动表现期间采取脑电图措施。在采集脑电图数据时,使用模拟滤波器将低频和高频信号的记录限制在兴趣范围之外,如呼吸的低频信号。 Nonetheless, prior to analyzing the EEG data, several steps must be taken to further ensure that the collected data is clean. Clean data most purely reflects the EEG data itself and does not include data that reflect muscle movement. Thus, in addition to the EEG electrodes, participants typically wear two electrodes placed around the outside of the eye to record eye blinks. Eye blinks and other muscle movement (e.g., from a cough, tensing muscles in the jaw) alter the EEG signal in a readily observable fashion and portions of the recording that contain these artifacts can be excluded prior to analysis using either manual or automated techniques. Once the data has been cleaned, it is then digitally filtered, which decreases extraneous data in the signal while maintaining the integrity of the EEG data. At this point, the data is ready for analysis.
自发的脑电图
脑电图测量的主要波形有四种:α、β、θ和δ。α活动由每秒8到12次(Hz)发生的波形,并被解释为反映放松状态。在精神上具有挑战性的情况下,α活性往往很低。在体育心理学研究中,alpha活动与放松和专注和精神上准备的性能有关。EEG数据已被用来区分新手与专家表演者之间的精神状态,如高尔夫球推车或罚球。图像培训也与增加的alpha活动相关联。生物反馈培训已被用于教授参与者增加alpha活动,期望这将导致更好的性能。
β波(13-30Hz)是清醒期间最常见的EEG活动类型,并且在精神思想和活动期间存在,特别是在决策过程中。在嗜睡和轻微睡眠期间出现θ波浪(4-8Hz)。在深度睡眠期间发现了三角波(.5-3.5Hz),其特征在于非常不规则和慢波图。Delta波形对研究人员特别感兴趣,研究人员探索运动对睡眠质量的影响。
除了对特定部位的活动感兴趣外,对脑电图反应的半球不对称性的检查也有兴趣。在体育表演文献中,专业表演者通常表现出一种消声左半球激活,如更大的EEG alpha权力推断。这被解释为指示专家表演者在运动响应之前阻止分散,不需要的情绪和消极思想的能力,并表明这种能力与表现之间存在因果关系。运动心理学文献专注于脑电图,作为常与运动有关的情感变化的标记。脑横向化假设表明,焦虑减少和锻炼造成的增强的影响是由于右侧的减少,相对于左侧,半球激活。
与事件相关电位
事件相关的潜力(erp)是一种时间锁定波形,它是在对记录的脑电图响应进行平均后识别的。名称的事件相关部分表示脑电图活动的时间与事件直接相关(时间锁定);这是一个典型的刺激呈现(例如,看到或听到一个刺激)或一个自发的运动反应(例如,按下一个按钮)。用刺激作为锚点的表现来平均脑电图信号,从而使活动模式与同一事件同步。名称的潜在部分表示erp反映了大脑神经元产生的累积电位。
erp有几种不同的类型。对刺激做出反应的erp被称为erpsensory-evoked势;与运动反应相关的erp被称为erp电机潜力。评估erp常用的实验范式是古怪的范式。在这个范例中,被试被要求观看一个电脑显示器,在这个显示器上有频繁的刺激(例如,一个X)和不频繁的刺激(例如,aO显示)。参与者被要求对一个刺激做出尽可能快的反应X),但被要求在其他刺激(如O显示)。脑电图信号被时间锁定到刺激的呈现,这允许观察感觉诱发电位。ERP数据的解释是基于电位的振幅(从基线活动到峰值或波谷的垂直距离)和电位的潜伏期(从时间锁定事件到峰值振幅所经过的时间)。感觉诱发电位的振幅和潜伏期取决于刺激是经常发生的刺激还是很少发生的刺激,也取决于参与者的反应是否正确,例如,在什么时候按下按钮X按下按钮呈现或错误O被提出刺激。当脑电图信号被定时锁定到启动运动响应时,就可以观察到运动电位。
另外两种类型的erp称为慢ERP是因为它们发生在比较较长较长的时间内,而不是感觉诱发和电机潜力。当参与者在介绍要响应的刺激之前给予警告刺激时,观察到偶然的负变化(CNV),并且其振幅通过注意力增加并通过分散方式减少。在自愿运动之前的时期,准备潜力是显而易见的,并且其振幅被显示出与动机和移动速度有关。
一旦数据被清洁和平均,检查所得到的波形以识别感兴趣的组件。ERP的组件的名称反映了波形的方向(正,P,或负面,N)相对于在刺激呈现之前的基线活动和组分相对于刺激的近似正时。如前所述,基于它们的幅度和延迟来量化ERP的组件。
一个ERP组件是感兴趣的运动和运动心理学是P300。P300是一个正波形,发生在刺激呈现后250 - 500毫秒之间。这一组成部分已被证明与注意力的分配有关。P300的振幅被认为是注意力增加的指示,而潜伏期提供了评估刺激所需时间的证据(认知处理的速度)。当同时考虑时,当参与者使用相对较少的注意资源来评估刺激和执行任务时,P300的振幅预计会更大,潜伏期更短。CNV(慢ERP)在警告刺激后约260 - 470 ms发生,是波形的一个持续的负成分。CNV被认为是参与者对刺激的期望或预期的指示。在运动和运动心理学文献中,更高振幅的CNV与更快的反应时间有关。
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