关于运动认知的心理学研究

　　在第三十届奥运会前举行的2012年“国际运动科学、教育与医学大会”(ICSEMIS)上，来自世界各国的从事运动心理学理论与实际研究的参会代表就运动心理学领域的一些重点、热点问题进行了深入的交流。与运动认知关系密切的主题受到了较多关注，其中既有直接探讨运动员认知活动的“奥林匹克运动中的预测：理论与实践前沿”、“田径运动员确定步调的知觉和认知基础”等专题研讨，亦有涉及运动员认知特征较多的“超越天才：专家运动员的表现与发展”、“运动训练的有效性：艺术中的科学”、　“将儿童培养为冠军”、“让运动员拥有理想发挥的科学”、“卓越表现”等专题讨论，其涉及的主要认知活动包括视觉搜索、知觉预测、判断与决策、工作记忆及长时记忆等。
 
　　事实上，在过去近30年内，研究人员一直尝试去了解哪些因素可将杰出运动员与一般运动员区分开来，比较一致的结果是：杰出运动员与一般运动员在多项认知活动及特征方面(如注意分配、线索使用、预测、决策等)存在着差异。这进一步印证了开展运动认知心理学研究的必要性及其价值。[1]
 
　　本文拟结合此次会上有关运动认知的研究报告，同时整合近期发表的有关运动认知的研究论文，以期对运动认知心理学的研究现状及未来发展予以述评。
 
　　1　视觉搜索
 
　　运动领域中的视觉搜索(visual　search)是指运动员不断移动其眼球，聚焦于重要的刺激排列特征，进而在重要线索的基础上做出决策。[2]成功完成技战术任务不仅凭借准确的身体运动，而且依赖对与任务有关的重要信息的有效采集。
 
　　自20世纪90年代起，视觉搜索研究开始主要采用眼动技术(eye-tracking　technology)，即通过记录眼动情况洞察运动员“看”(looking，视觉聚焦)与“看见”　(seEing，给予注意)的关系。眼动研究常用的刺激包括静态图片和动态视频。记录的主要参数为注视位置，注视频次及持续时间。眼动仪主要记录两类眼动情况，即跳跃式眼动(saccadic　eyemovement)和平稳追踪式眼动(smooth　pursuit　eyemovement)，前者指眼睛的注视点快速地从一个位置跳动至另一位置，后者指两次眼球跳动之间运动员注视一个给定的靶子(比如球)。Land等研究发现，面对一陌生情景人们通常会每秒注视3次。[5]虽然心理学界开发的眼动系统数量很多，但在运动心理学领域普遍使用的是应用科学实验室(ASL)500　SU眼动追踪系统和Tobii系统。
 
　　大量的视觉搜索研究是围绕网球、壁球、羽毛球、足球、排球、拳击及跆拳道等对抗类运动项目开展的。[6]在Seung-Min等[7]的一项研究中，记录了当球以25　m/s速度飞向板球击球手时他们的眼动情况，结果发现击球手并未在整个球的飞行过程中持续注视它，而只是在球发出后的最初200　ms时间内注视它，随后眼球跳跃至可能的球落地反弹点，等待球落地并追随它反弹后的飞行轨迹。这说明击球手在做击球准备时会运用板球的知识和经验对球的飞行落点做出预期。
 
　　近期开展了一些针对射击等非对类瞄准性运动项目的视觉搜索研究。如在Goldstein等[8]对射击运动员进行的视觉搜索策略研究中，选取了5名奥运会参赛运动员及5名一般水平运动员，要求参与者在三种时间压力水平下完成瞄准任务，结果发现奥运会参赛运动员的注视时间比率高于一般水平运动员，他们对靶的注视时间更长，且随着时间压力水平的提升，他们显示出更有效的视觉搜索策略，他们的静眼期也明显长于一般水平运动员，但在有时间压力的情形下所有运动员的注视频次均会减少。
 
　　Duchowski等[9]运用元分析技术对近期的视觉搜索研究进了整合分析。分析的眼动参数包括注视频次及注视持续时间，同时考察了运动项目类型、研究范式及刺激呈现通道等变量的调节作用。元分析发现，与一般运动员相比，优秀运动员在视觉搜索过程中，注视频次少(mean　rpb　=0.26，p<0.001)，注视时间长(mean　rpb 　=0.23，p<0.001)，这一结果支持了这样一种解释，即优秀运动员可在每次注视中提取更多与任务有关的信息，而一般水平运动员需要时间较短、次数较多的注视以获得足够的信息作出反应，这种搜索策略是不甚有效的。[10]静眼期元分析的效果量较大(rpb　=0.62，p< 0.001)，研究人员认为静眼期较长可充任区分优秀运动员与一般运动员的一个有效指标，这一结果具有跨越运动项目的一致性，从步枪、台球到排球，均呈现优秀运动员静眼期较长这一趋势。
 
　　目前视觉搜索研究的不足主要有以下几点：1)研究多在实验室里进行，刺激材料以视频方式呈现，要求参与者对刺激情景做出预测，由于实验室任务情景缺乏真实情景的三维性及物理刺激的丰富性等，故研究的生态学效度有待提升。2)实验中较少处理周围视觉(ambient　vision)，而在现实运动情景中，运动员通常联合周围视觉与中央视觉(focal　visions)来完成决策任务。3)借助眼动仪强调注视位置其实是一种误导，周围视觉才是视觉搜索中最应加以测量的。[7]
 
　　2　先行线索运用与预测
 
　　高水平运动员能够有效运用先行线索(advance　cue　utilization)进行预测(anticipation)，如橄榄球运动员或美式壁球运动员可在事前从对手的身体姿态获取信息，继而有效预测他需要做出的反应。
 
　　先行线索运用与预测研究通常使用遮蔽范式(occlusion　paradigm)，即给参与者模糊或不完整的信息，要求其完成某种预测性任务(如网球击球后的可能飞行方向)。通过分析优秀运动员与一般运动员在依据不完整信息作出推断方面存在的差异，确认不同线索在预期决策中的相对重要性。[11)　时间遮蔽范式(temporal　occlusion　paradigm)是给参与者呈现一些(训练或比赛的)视频材料，其中某些关键时间点的运动信息被完全遮蔽(如球的飞行路径)，要求参与者推测“下一步会发生什么”。参与者需要在给定信息的不同水平上做出预期判断。[12]该范式不仅用于对运动员进行知觉技能训练，也用作研究优秀运动员与一般运动员的技能差异。
 
　　目前已对网球、羽毛球、足球、曲棍球等运动项目开展了线索利用与预测研究。为研究足球守门员的预测技能，William等[13]在实验中向参与者呈现在四个相继时间点(运动员脚触球前后)被遮蔽的视频材料。当遮蔽点在脚触球前较早时间点时，优秀运动员比经验少的运动员能够更好地利用情景信息，可对球的运动方向做出更为准确的预测。在Muller等运用时间遮蔽范式进行的一项研究中，研究人员对不同技能水平的板球运动员的预测技能进行了探讨，结果发现与水平不高的击球手相比，高水平击球手可以从投球手的手臂及手的位置等先行线索预测球的飞行情况。Rowe等探讨了网球运动中伪装击触地球对优秀运动员与新手预测能力的影响，结果与人们预期的一致，即伪装可降低预测的准确性，对新手的影响更大。
 
　　William等在研究中让网球运动员佩戴液晶眼镜，在真实的运动情境下参与实验，结果发现顶级运动员可以根据球的出手方向判断球可能落在左右那个半场。综观此领域的多项研究，结论基本一致，即优秀运动员可以更好地利用运动事件的早期线索，对事件的未来做出更有效的预测。
 
　　先行线索运用与预测研究尚存在以下不足：1)在采用时间遮蔽范式进行相关研究时，实验任务及情境的真实性受到质疑，比如在大屏幕上观看网球发球与在风中身处接发球的场地另一侧，其间存在多大程度的相似性?2)此类研究中很少给予直接回应的一个问题是，在现实的训练或比赛场上运动员是否真的会利用研究中确认出的“有效”先行线索?或许高水平运动员在实际的训练或比赛情景中并不利用这些线索。[17]
 
　　3　判断与决策
 
　　关于判断(judgement)与决策(decision　making)，有学者将两个概念加以区分，认为决策是判断的结果。判断主要指一系列的评估和推断过程，而决策的重点是要在多个选项中做出取舍。鉴于两者联系紧密，许多学者将他们放在一处讨论。
 
　　Gilvich[18]指出，运动领域最适合开展决策研究，是研究决策认知过程的潜在实验室，开展运动决策研究对运动训练具有很好的借鉴价值。但从权威的、已出三版的《运动心理学手册》(1993，2003，2007)的内容构成上看，运动领域决策研究的进展速度相对迟缓(其第二版未包括决策专题)。原因可能有二：1)相比其他领域，运动情境中的决策具有速度快、不确定、直觉化等特征，研究难度大。2)一些学者认为，研究运动领域的决策是将运动操作过分认知化。
 
　　尽管存在上述的研究困惑与困难，近期仍有许多学者致力于运动领域判断与决策问题的研究。运动领域判断与决策研究中的决策任务主要为基于比赛视屏素材的决策，虚拟情境中的决策以及真实训练场景中的决策。
 
　　有些研究关注运动决策的认知加工过程，此类研究早期多采用信息加工取向，认为决策更多是在模式识别、再认等基础上发生的。[19]　近期Roberts 等[20]则从认知研究的生态学取向出发，认为决策源于特定时刻对情境中可利用信息的直接知觉，只要情境中存在着充分的可资利用的信息且当事人具备行动的能力。研究采用了虚拟现实(virtual　reality，VR)研究方法，即在实验室情境下更真实地呈现运动环境、对手运动及时间等方面的特点，使运动员在实验条件下的行为与真实情境中更相似。
 
　　参与者为14名职业英式橄榄球运动员以及14名缺乏橄榄球运动经验的成年人，实验中他们佩戴头盔式VR装置并充当进攻队员，面对20m远处彼此有一定间距(start　gap)的两名防守队员。进攻队员(模拟)前移并逐步靠近两位防守队员间距的中央位置，当至某一距离时，两名防守队员消失，由参与者(进攻队员)判断他能否从两人之间穿过而不碰到他们。依照Taud理论对tau进行分析，结果显示tau值(靠近需要的时间)的微分是一信息量，它预示着可通过性。缺乏经验的参与者在进行判断时较职业橄榄球运动员更多使用tau值这一信息。职业运动员每天的碰撞经验使他们已习惯于这一信息变量，他们并不能由此获得主要的决策信息。相反，他们完成任务更多依靠篮球项目中的一些特定行为或判断。例如，信息提示从几何学角度看无法通过，但他们借助运动经验仍然认为是可通过的。总之，职业橄榄球运动员做判断主要依据预期地、专项特有的能力。
 
　　有些研究侧重探讨决策的影响因素。如Cordovil等[21]尝试探讨篮球运动中的任务特点及队员身高对比对决策可能产生的影响。研究选取了11名高水平女子篮球运动员，完成1对1的训练任务，　即1名队员试图突破另1名队员的稳定防守。实验一中给队员三种情况指示，即中性的、冒险的和保守的，结果发现，当给予进攻队员保守性的指示时，他们越过中线的的时间延长且跑动路线变化较多。实验二中改变进攻与防守队员的身高比例，结果发现，当进攻队员明显矮于防守队员时，其越过中线的时间要明显短于进攻队员较高或双方身高相近时。
 
　　这一结果例证了任务特征与个人自身局限的相互作用如何影响集体球类项目的决策过程。鉴于运动技能水平对知觉—运动性决策(perceptual-motor　 decision　making)与知觉—认知性决策影响的研究停滞于理论探讨而缺乏实证研究的状况，有研究者尝试通过实证性研究设计检验他们之间的关系。Bruce等[22]选取高水平(19人)、中等水平(20人)、低水平(19人)的无挡板篮球运动员为研究参与者，评估三种结合专项的专家化技能(运动技能执行，知觉—认知决策和知觉—运动决策)。结果显示，三种测量的成绩随着技能水平的提升而提高。与简单词语反应相比，要求运动的决策可引发出更准确的决策，这与技能水平无关。在竞赛情境下，尽管运动技能水平与适宜动作的成功执行存在联系，但并未发现它会制约决策的性质。研究发现了支持这样一种假设的证据，即低技能水平的参与者其知觉—认知决策能力会受到其技能水平不高的父母的影响。实验结果未全面支持知觉—运动和知觉—认知技能发展的当代模型。
 
　　有些研究围绕决策技能的训练及其与运动表现的关系。Ryan等[23]在一项研究中探讨了与身体训练相比，多方面的知觉—认知技能训练(决策，情境意识和预测)是否可以改进运动员球场上的表现(击球与步法)。将27名高水平网球运动员随机分为3组，即知觉技能训练组、技术—步法训练组和非训练组，结果显示，接受知觉—认知技能训练的运动员反应速度更快，正确率更高，而且在后测中出现更多的决策活动，这说明知觉—认知技能(如决策等)是可以训练的。
 
　　Sánchez等的一项研究探讨了篮球运动员视觉—知觉性训练对改进其现场表现的影响。要求12名高水平板球运动员完成视频(大屏幕)呈现的决策任务测试以及现场决策测试，后进行6周的干预性训练，期间所有参与者均完成现场训练计划，其中7人每周完成附加的三项知觉训练(训练组)，　另5人作为控制组。训练前三组测试成绩无差异，但接受干预后训练组的视频决策任务成绩(正确率)显著高于控制组;干预后训练组的现场测试成绩好于控制组。结果表明，6周的现场训练附加视觉——知觉性训练可使优秀板球运动员的现场表现明显提升。
 
　　关于运动员的判断与决策技能在成功完成运动任务中所发挥的重要作用，学者乃至教练员们的认识基本一致。[25]　但判断与决策的研究尚需加强以下几方面工作：1)加强运动领域判断与决策的心理机制的研究;2)将运动领域判断与决策的研究与运动专项特征及运动训练与竞赛的情境特点紧密结合;3)将多种研究范式、研究技术综合起来，使研究的内部效度与外部效度均得到很好的保证。
 
　　4　工作记忆
 
　　工作记忆(working　memory)是指用于解决当前问题的信息，它为预期、判断与决策等复杂认知活动的进行钩设了一个工作平台，或者说它是进行其他认知活动的前提与基础。在体育运动领域开展工作记忆研究，一方面有助于检验心理学其他领域构建出的相关模型的有效性，另一方面可促进体育运动心理学领域的研究深度与理论发展。目前运动领域主要从工作记忆与运动技能的习得与保存，　运动性头部创伤对工作记忆的影响，工作记忆与Choking现象发生的关系等角度，开展了一些研究工作。[26]
 
　　关于工作记忆与运动技能习得与保存的关系，早期研究关注的是动作技能信息保持的时间及数量方面的特点。在在Illea等[27]的一项研究中，研究者要求12岁与13岁的女子体操运动员在观看一遍一套体操动作的录像后，重复该套动作，结果显示，对于技术熟练的体操运动员，其工作记忆的容量限制为6个动作，而对于技术不熟练的体操运动员，其容量限制为5个动作。这一结果与另一项关于技术熟练的体育舞蹈运动员的研究结果基本一致，其发现舞蹈运动员的工作记忆的容量限制为8个动作。另一些近期的研究工作则探讨了动作技能的内隐学习特点。Lam等[28]的一项研究对内隐学习方法与外显学习方法对复杂技能习得及压力下表现的影响进行了探讨。参与者为24名女大学生，学习任务是投篮。
 
　　测试结果显示，内隐学习组与外显学习组在技能的学习与保持方面表现一致，但在给予压力的条件下(由篮球专家对其表现进行打分，并告知在动作质量及准确性方面表现好时会有货币奖励，表现不佳时要给予罚款)，外显学习组的测试成绩下降，而内隐组的测试成绩未受影响。内隐学习研究比较一致的结论是，通过内隐方式获得的技能，其早期未依赖工作记忆，它们在压力情境中不易受到干扰。
 
　　关于工作记忆与运动损伤的关系，研究人员主要探讨运动性头部创伤是否会对运动员的工作记忆造成伤害。一些研究发现，新近发生头部撞击的个体(运动员和非运动员)会出现脑功能障碍。例如，对受到脑撞击的运动员的功能性磁共振成像(fMRI)研究显示，出现脑震荡症状的运动员在完成探测—识别任务时，其前额叶皮层的任务关联激活出现下降。Mayers等[29]先在赛季前对足球运动员进行数字广度测验，后在运动员头部受到撞击一周后进行重测，结果发现这些运动员的数字广度测验成绩未出现变化，但与未发生头部撞击的运动员相比，其任务操作中的 fMRI活动增强。在Mayers等[30]的另一项中研究中，共招募参与各专项运动大学生运动员106名(其中受到过头部撞击的62人，未受过头部撞击的43人)及42名非运动员大学生。
 
　　结果显示，参加易受到头部撞击项目(曲棍球，棒球，橄榄球，足球，排球等)的运动员，其记忆容量并未受到损伤，那些曾被诊断为脑震荡甚至多次出现脑震荡的运动员其工作记忆容量也未受到损伤。参与工作记忆负荷要求高的运动项目的运动员，其短时记忆容量测试(AOSPAN)得分要高于其他项目运动员。
 
　　“压力下的Choking”用于描述在一些情境下个体的表现不如依照其技能水平所做出的预期。一些学者正尝试借助工作记忆去解释压力诱发的成绩下降的机制。他们认为，竞赛压力导致焦虑，并会占用理想操作所需要的部分工作记忆。[31]　一些证据也显示应激和焦虑确实会减少工作记忆的可利用性，尤其是工作记忆容量，这些发现可概括为分心理论，即与任务有关的信息和与焦虑相关的思维存在着资源竞争，其干扰了依赖工作记忆的技能的执行，进而导致了不良的运动表现。[32]
 
　　5　认知与情绪
 
　　传统认知心理学研究更多关注认知加工本身，很少将其与情绪、动机等因素联系起来考虑。近期，受认知心理学日渐重视认知与情绪关系研究的影响，运动认知领域也开始探讨运动员认知与其情感、情绪活动的关系。在迟立忠等[33]的一项研究中，尝试探讨了羽毛球运动员的情绪变化对其决策速度及准确性的影响。研究参与者为16名国内某体育院校羽毛球专项的大学生，　实验采用自编的羽毛球运动员运动决策测试系统，　通过视频影视片断诱发情绪(积极与消极两种)，结果发现：不同性质情绪是影响羽毛球运动员决策的重要因素，在积极情绪下，　被试认知决策的正确率显著高于直觉决策的正确率，而在消极情绪下，　被试认知决策与直觉决策的正确率差异不显著。
 
　　Rodenburg　[34]　还尝试提出了有关运动员认知、情感、运动表现及反馈等几方面关系的理论假设，并构建出相关模型，见图1。
 
　　该图显示了信息反馈、运动员认知、情感及运动表现的假设性关系。该简化模型清楚地预示了信息反馈与运动表现是受到运动员认知与情感发展的影响。从技能执行到表现到策略使用，反馈是系列加工方式进行的，它通过自动化、自主性和能力的提升来促进技能发展，情感的作用。
 
　　6　认知与神经科学
 
　　认知神经科学是目前心理学研究的热点与前沿，已有学者开始采用认知神经科学的研究范式与方法研究运动员的认知活动。在Milton等[35]进行的一项棒球运动员认知活动的研究中，研究者设想，作为棒球击球手应协调好两项任务：准备挥棒和解读投球手的身体运动，进而准确预测球的飞行方向。为了考察这些技能的神经基础，研究人员采用脑成像技术分析了高水平棒球运动员与新手在表象挥棒击球动作时的神经活动差异。研究取得了有关快速球类项目的一些有价值的神经科学方面的发现。最重要的发现是优秀运动员显示出较低的脑激活和较高的皮层活动效能。如当表象击球动作时，优秀运动员倾向激活大脑的运动区;新手倾向于激活边缘系统(杏仁核与基底前脑联合区)，这意味着新手在准备挥拍过程中较难过滤掉无关信息。
 
　　7　小　结
 
　　本文概述的视觉搜索、先行线索运用与预测、判断与决策以及工作记忆是运动员执行运动任务的基本认知构成。迄今有关运动领域专家知识与技能研究比较一致的结论是，知觉—认知技能方面(视觉搜索、预期、判断和决策等)的差异是导致优秀运动员卓越运动表现的主要原因。
 
　　在对运动认知心理学近期研究回顾与反思的基础上，如能理性借鉴认知心理学的最新研究成果(如认知神经科学、情绪与认知等)，深刻理解运动训练及竞赛的实践需要，那么运动认知心理学研究将会取得更多理论价值与实践意义兼备的研究成果。