徐立彬

人类认知加工活动中的启动效应（priming effect）是指，先行的启动刺激对后续目标刺激的加工产生的积极或消极的影响，是反映内隐记忆内容的重要现象[1]。启动效应对研究长时记忆中的知觉表征系统有着得天独厚的优势，因为如果先行的启动刺激导致相关的动作模式结构被优先表征的话，势必会加快运动员对该动作的知觉反应时间，提高动作判断正确率。而历史上，包括Stroop 任务研究范式[2]、Flanker 任务研究范式[3]以及提示范式（Cuing Paradigm）在内的经典范式，有效地证明了该现象的存在。

其中，提示范式的试验流程是：首先，在屏幕中央出现1 个小十字来集中被试的注视点；然后，在屏幕左侧或右侧随机呈现1 个闪光点或1 个箭头等类似的提示刺激，要求被试在这种有提示条件下对即将出现的靶刺激进行快速而准确的判断，其模式是“注视点—提示—靶”。研究者认为，这一试验对研究被试的视觉空间注意特征有效，如M.I.POSNER[4]最早使用提示范式研究了被试在这一认知加工活动过程中的行为反应和脑电活动特征。结果发现，在不同提示条件下，被试的反应时呈现由快到慢有规律的变化趋势，即有效提示＜中性提示＜无效提示。并且早期的事件诱发脑电成分（P1、N1）在有效提示条件下出现了头皮后部明显增大的趋势，后续一些研究重复了这个试验[5-7]。M.I.POSNER 根据这些试验结果提出“聚光灯理论”，认为在有效提示条件下，被试可以将有限的注意能量分配到与提示条件一致的靶刺激的识别过程中，因此导致相关皮层出现更大程度的激活，提高反应速度。

而在体育运动领域此类研究并不多见。杨爱华[8]发现，与乒乓球二级运动员相比，普通大学生的视觉空间注意更容易受到提示线索的影响，早期的P1成分出现了线索逆转效应，即有效提示条件下的P1波幅更小，这与先前的研究不一致。而N1成分则与先前的研究保持了一致的结果，即有效提示条件下的N1波幅更大。在出现较晚的P2成分上，运动员的反应与普通大学生未见有明显差异，可能是由于该试验所使用的刺激材料与运动实践无关导致的。K.KAMIJO 等[9]使用空间启动范式（spatial priming paradigm），探讨了体育锻炼对普通认知加工任务的影响。结果发现，经常参加体育锻炼组在负启动条件下的反应时和潜伏期更长，并且该组被试未出现显著的正启动效应。研究者认为，经常参加体育锻炼可以提高人的执行功能，如抑制控制加工。通过上述2个试验研究不难发现，此类在体育运动领域中的研究存在诸多问题：（1）试验结果前后矛盾，出现了许多不一致；（2）试验任务都是沿袭了过去的经典范式，未结合真实运动情境，缺乏生态学效度；（3）在体育运动实践中启动效应现象普遍存在于视觉搜索[10-11]和知觉预测[12]等认知加工过程中，但却没有得到应有的重视，导致启动效应的发生机理尚不能明确。因此，利用启动效应的研究范式来研究同样具有内隐性的运动技术动作模式结构识别的加工过程，无疑是一个很好的尝试[13]。

综上，本次研究以模式识别“特征说”为理论支撑，依据运动学和运动生物力学原理，从复杂的发球动作过程中提取球触拍部位、拍型2 个影响发球旋转方式的关键要素，制作成3D 图片作为本研究的刺激材料。采用知觉启动效应研究中的提示范式，研究不同提示条件对乒乓球运动员知觉发球旋转方式的认知加工和脑电活动的影响。预期：（1）乒乓球运动员在行为反应和脑电活动方面均会出现显著的启动效应；（2）乒乓球运动员对发球旋转方式的判断是依据乒乓球触拍部位和拍型2 个特征构成的客体信息的认知加工，具有平行加工的特征。

1 研究对象与方法

1.1 试验对象

根据国家运动员等级标准，选取15名男性右利手乒乓球二级运动员[（21.05±1.77）岁]和与之年龄、性别相匹配的15名乒乓球专项大学生[（20.03±1.15）岁]为试验对象，分别为专家组和新手组。2 组被试年龄差异无统计学意义（t=1.775，P>0.05），运动年限差异有统计学意义（t=9.517，P<0.001）。

1.2 研究方法

1.2.1 试验材料 按照力学原理，乒乓球的旋转方式本质上取决于力的作用点和力的方向，而在运动实践中想要得到各种旋转方式的发球，就必须考虑乒乓球触拍部位和拍型。据此本研究在结合自主拍摄的乒乓球各种发球视频的基础上，采用3D技术模拟制作了与实物具体参数相等的包含乒乓球和球拍的发球信息结构模式图片。在每张图片制作过程中，乒乓球拍拍型会在拍面角度、球拍横度和拍面方向3 个维度上发生变化[14]。根据发球实际情况，选取拍面角度为 180°、150°、135°、120°和90°5 个角度参数，球拍左横90°、45°和右横90°、45°4 个横度参数，拍面方向为45°、90°和135°3 个方向参数，作为制作发球时拍型的参数；以球拍中心点为参照，将球拍边缘8个等分区域作为制作发球时乒乓球触拍部位的参数。利用这些参数制作成（5×4×3×8=480）480张1 360×768大小的3D图片（所有图片都是以右手的正手发球为参照）。请2 名现役乒乓球教练员和2 名二级运动员帮助把这些图片分为侧下旋球、侧上旋球和其他发球3 类，经过筛选最终保留评定一致率在75%以上，共240 张图片作为本试验的刺激材料。

1.2.2 试验设计 采用组别和提示条件2×3 的双因素混合设计，组别（专家组和新手组）为组间变量，提示条件（有效提示、无效提示和中性提示）为组内变量，因变量为行为数据的反应时和反应正确率、脑电相关成分的潜伏期和波幅等指标，并分别通过E-Prime2.0 软件和BP Recorder2.0 软件进行测量。采用提示范式的“注视点—提示—靶”模式：提示线索由“侧下旋”或“侧上旋”2 个词构成，当提示词与图片代表的发球类型一致时为有效提示条件，当提示词与图片代表的发球类型不一致时为无效提示条件，当提示词与图片代表的发球类型无关时为中性提示条件（如提示词为侧下旋或侧上旋，而靶刺激为其他发球类型的图片）。试验过程中，每一种提示条件随机呈现60 次。

1.2.3 试验程序 采用德国Brain Products 公司生产的64 导电极帽记录脑电数据，E-Prime2.0 软件采集行为数据，试验前将参考电极置于双耳乳突处，接地点置于FPz与Fz 2个电极点中间，通过试验处理，将参考电极、眼电（水平眼电和垂直眼电）和头皮电极的阻抗降至5 kΩ以下，试验程序通过显示屏呈现给被试（眼睛平视屏幕中央，距离1.4 m，水平视角为15.5°，垂直视角为9.7°）。试验流程：“+”字出现500 ms之后，汉字“侧下旋”或“侧上旋”作为提示词出现300 ms，接着空白屏进行200 ms的阻断，之后靶刺激（包含乒乓球和球拍的图片）呈现1 500 ms，表示发球时对方击球瞬间的球触拍部位和拍型，被试的任务是据此判断该发球是否与提示词相一致，若一致用大拇指按电脑小键盘“1”号键，若不一致或无关用食指按“3”号键，试验共计180个trial（见图1）。

图1 试验流程图Figure 1 Flow-process Diagram for One Trial

1.2.4 数据采集与处理 借助E-Prime2.0软件采集行为数据，包括反应时和反应正确率。脑电数据由BP Recorder2.0软件采集，采用BPAnalyzer2.0软件进行离线分析。采样频率1 000 Hz，滤波带通0.01~100 Hz，剔除波幅大于±80 μV的伪迹。以-200~0 ms为基线，分析时程为-200~1 000 ms，主要考察靶刺激出现后的2个时间窗口90~160 ms、250~500 ms。选取能够代表额区（Fz、F3、F4）、中央区（Cz、C3、C4）、顶区（Pz、P3、P4）和枕区（Oz、O1、O2）12个电极点进行分析。所有数据采用SPSS 19.0进行分析，Green‐house-Geisser法矫正自由（df）度与P值，LSD法事后多重比较。

2 结 果

2.1 不同提示条件下知觉发球旋转方式的行为结果

为考察不同组别被试在不同提示条件下判断发球旋转方式的反应时，进行组别（2）×提示条件（3）重复测量方差分析，结果表明：组别[F（1，28）=7.086，P=0.037＜0.05，ηp2=0.306]和提示条件[F（1.149，32.163）=2.778，P=0.05，ηp2=0.192]的主效应均达到显著水平；组别和提示条件的交互作用亦达到显著水平[F（1.149，32.163）=3.768，P=0.049＜0.05，ηp2=0.194]。组间简单效应分析发现：专家组被试在有效提示[F（1，28）=12.377，P=0.000＜0.001，ηp2=0.378，（517.612±97.247）ms vs（670.798±91.621）ms]和中性提示[F（1，28）=8.433，P=0.015＜0.05，ηp2=0.516，（514.539±83.167） ms vs（632.381±64.191）ms]条件下的反应时显著短于新手组。组内事后比较结果显示（见图2）：专家组被试在有效提示条件下的反应时显著短于无效提示条件[F（2，27）=11.163，P=0.007<0.01，ηp2=0.374]，说明专家组被试在反应时指标上启动效应显著；而新手组被试在3 种提示条件下的反应时差异无统计学意义（P>0.05），则说明新手组被试启动效应不显著。

图2 2组被试在3种提示条件下的反应时比较Figure2 Two Groups'Response Time Were Compared Under Three Kinds of Cuing Conditions

同时，为考察2 组被试在3 种提示条件下的反应正确率，非参数检验的结果显示：在有效提示条件下，专家组被试的反应 正 确 率 更 高（Z=-2.930，P=0.003＜0.01，77.7%±7.6% vs 37.8%±11.1%）。组内进行多个相关样本的非参数检验结果显示（见图3）：专家组被试反应正确率的排序为无效提示<中性提示<有效提示（χ2=30.000，P=0.000<0.001），并且两两之间差异异常显著，说明专家组被试在反应正确率指标上启动效应显著；而新手组被试则出现了逆转，即有效提示<无效提示<中性提示（χ2=11.017，P=0.004<0.01），且反应正确率的差异也具有统计学意义，说明新手组被试并没有出现类似于专家组被试的启动效应。

图3 2组被试在3种提示条件下的反应正确率比较Figure3 Two Groups'Accurate Rate Were Compared Under Three Kinds of Cuing Conditions

综上，利用2 个特征信息（球触拍部位和拍型）构成的客体（本试验图片）来判断乒乓球发球旋转方式时，专家组比新手组的反应更快更准确。另外，专家组被试在有效提示条件下的判断正确率明显高于无效提示和中性提示，判断时间也明显更短，说明其在行为反应上出现了显著的启动效应，而新手组被试则没有。

2.2 不同提示条件下知觉发球旋转方式的脑电结果

依据ERPs数据绘制成头皮地形图（见图4），在90~160 ms时间窗内得到一个明显的负向波峰，定义为N1成分，在250~500 ms时间窗内得到一个明显的正向波峰，定义为P3成分（见图5）。

图4 ERPs头皮地形图Figure 4 ERPs ScalpTopographies

2.2.1 不同提示条件下知觉发球旋转方式的N1成分分析 N1成分潜伏期的组别（2）×提示条件（3）×电极点（12）重复测量方差分析表明：组别[F（1，28）=13.839，P=0.001，ηp2=0.331]和提示条件[F（1.272，35.618）=6.180，P=0.012＜0.05，ηp2=0.181]的主效应均达到显著水平；提示条件和电极点[F（5.272，147.617）=5.313，P=0.000＜0.001，=0.159]以及组别、提示条件和电极点[F（5.272，147.617）=4.048，P=0.001，ηp2=0.126]存在显著的交互作用。组间简单效应分析发现：在3种提示条件下，专家组被试在额区（Fz）、中央区（Cz）、顶区（Pz）、枕区（Oz）的N1 潜伏期显著短于新手组（P<0.05）。组内事后比较结果显示：无论是专家组还是新手组，在3种提示条件下的N1 成分潜伏期差异均无统计学意义（P>0.05），说明2 组被试在N1潜伏期指标上均未出现明显的启动效应。

图5 ERPs波形图Figure 5 ERPs Scalp Waveforms

N1成分波幅的组别（2）×提示条件（3）×电极点（12）重复测量方差分析表明：组别[F（1，28）=12.445，P=0.001，ηp2=0.308]和电极点[F（1.911，53.507）=19.892，P=0.000＜0.001，ηp2=0.415]的主效应达到显著水平；组 别 和电极点[F（1.911，53.507）=28.558，P=0.000＜0.001，ηp2=0.505]以及组别、提示条件和电极点[F（4.979，139.423）=9.495，P=0.000<0.001，ηp2=0.253]存在显著的交互作用。组间简单效应分析发现：在3种提示条件下，专家组被试在额区（Fz、F3、F4）、中央区（Cz、C3、C4）的N1 波幅显著大于新手组（P＜0.001）。组内事后比较分析显示（见图6）：专家组被试N1成分波幅的排序为有效提示<中性提示<无效提示，并且在额区[Fz：F（2，27）=5.297，P=0.011<0.05，=0.282]、中央区[C4：F（2，27）=5.124，P=0.013<0.05，ηp2=0.275]、顶区[Pz：F（2，27）=16.613，P=0.000<0.001，ηp2=0.552]有效提示条件下的N1波幅更小，说明专家组被试在N1波幅指标上出现了明显的启动效应；而在3种提示条件下，新手组被试的N1波幅差异不显著（P>0.05），说明新手组被试未出现明显的启动效应。

图6 专家6种提示条件下的N1波幅比较Figure 6 The Comparison of N1 Peak Amplitude Under Three Kinds of Cuing Conditions for Experts

综上，专家组被试在3 种提示条件下，利用2 个特征信息（球触拍部位和拍型）构成的客体（本试验图片）来判断乒乓球发球旋转方式时，在大脑皮层额-中央区诱发的N1 成分潜伏期更短、波幅更大。另外，专家组被试在有效提示条件下N1 成分波幅明显小于无效提示和中性提示，说明其在N1波幅上启动效应显著，而新手组被试则没有。

2.2.2 不同提示条件下知觉发球旋转方式的P3 成分分析 P3成分潜伏期的组别（2）×提示条件（3）×电极点（12）重复测量方差分析表明：电极点[F（3.263，91.372）=17.650，P=0.000＜0.001，ηp2=0.387]的主效应达到显著水平；组别和提示条件[F（1.743，48.804）=3.627，P=0.040＜0.05，ηp2=0.115]、组 别 和 电 极 点 [F（3.263，91.372）=5.481，P=0.001，ηp2=0.164]以 及 组 别、提示 条 件 和 电 极 点[F（3.551，99.441）=3.500，P=0.013＜0.05，ηp2=0.111]存在显著的交互作用。组间简单效应分析发现：在3种提示条件下，专家组被试在额区（Fz、F3、F4）、中央区（Cz、C3、C4）、顶区（Pz、P3、P4）的P3潜伏期显著短于新手组（P＜0.01）。组内事后比较结果显示：无论是专家组还是新手组，在3 种提示条件下的P3 成分潜伏期均未见显著差异（P>0.05），说明2 组被试在P3 潜伏期指标上均未出现明显的启动效应。

P3成分波幅的组别（2）×提示条件（3）×电极点（12）重复测量方差分析表明：组别[F（1，28）=24.633，P=0.000＜0.001，ηp2=0.468]、提示条件[F（1.566，43.853）=10.616，P=0.000＜0.001，ηp2=0.275]以及电极点[F（3.926，109.942）=42.452，P=0.000＜0.001，ηp2=0.603]的主效应均达到显著水平；组别和提示条件[F（1.566，43.853）=4.806，P=0.019＜0.05，=0.146]、组别和电极点[F（3.926，109.942）=17.411，P=0.000＜0.001，ηp2=0.383]、提 示 条 件 和 电 极 点 [F（4.296，120.286）=4.612，P=0.001，ηp2=0.141]以及组别、提示条件和电极点[F（4.296，120.286）=17.411，P=0.045＜0.05，ηp2=0.081]存在显著的交互作用。组间简单效应分析发现：在3种提示条件下，专家组被试在额区（Fz）、中央区（Cz）、顶区（Pz）、枕区（Oz）的P3波幅显著大于新手组（P＜0.05）。组内事后比较结果显示（见图7）：专家组被试P3成分波幅的排序为有效提示<中性提示<无效提示，并且在额区[Fz：F（2，27）=12.263，P=0.000<0.001，ηp2=0.476）]、中央区[Cz：F（2，27）=4.616，P=0.050，ηp2=0.205]、顶区[Pz：F（2，27）=8.857，P=0.001，ηp2=0.396]、枕区[Oz：F（2，27）=19.604，P=0.000<0.001，ηp2=0.592]有效提示条件下的P3波幅更小，说明专家组被试在P3波幅上出现了明显的启动效应；而在3种提示条件下，新手组被试的P3波幅差异不显著（P>0.05），说明新手组被试未出现明显的启动效应。

图7 专家3种提示条件下的P3波幅比较Figure7 The Comparison of P3 Peak Amplitude Under Three Kinds of Cuing Conditions for Experts

综上，专家组被试在3 种提示条件下，利用2 个特征信息（球触拍部位和拍型）构成的客体（本试验图片）来判断乒乓球发球旋转方式时，大脑皮层额-中央区、顶-枕区诱发的P3成分潜伏期更短、波幅更大。另外，专家组被试在有效提示条件下P3成分波幅明显小于无效提示和中性提示，说明其在P3波幅上启动效应显著，而新手组被试则没有。

3 讨 论

3.1 乒乓球运动员在不同提示条件下知觉发球旋转方式的行为特征启动效应分析

本研究通过对行为数据的统计与分析发现，乒乓球运动员在利用球触拍部位和拍型这2个影响未来发球旋转趋势的关键信息判断发球类型时，比专项大学生速度更快、准确率更高。关键是在有效提示条件下运动员组表现出更为出色的专家优势，反应正确率显著高于其他提示条件，反应时显著短于其他提示条件。上述结果与本研究预期相符——乒乓球运动员在行为反应方面会出现显著的启动效应。

按照激活扩散理论模型[15]，先行的启动刺激如果与后续的目标刺激保持一致的话，就会预先激活大脑中与目标刺激相关联的表征，从而使对目标刺激的加工与反应产生易化。相反，若启动刺激与目标刺激不相关，甚至相反，就会对目标刺激的加工与处理产生阻碍。如有研究发现，音乐家在识别音调的过程中，如果启动音调与待识别音调没有关系，他们的反应正确率会降低[16]。体育领域中一项研究也发现，足球运动员的启动效应最为明显，教练员次之，而在从未真正参加过足球比赛的对照组身上未出现任何易化效应[17]。在本研究中发现，当提示词与目标刺激一致时（有效提示），试验组的反应出现了明显的易化，而对照组则没有，这与前人的研究结果比较一致。另外也不难发现这样一个规律——运动经验越丰富就越容易观测到启动效应，究其原因可以用模式识别“特征说”来解释。通过长期的运动训练和比赛，高水平运动员在长时记忆系统中储存了许多由某些特征构成的信息结构模式，他们在运动情境中的判断和反应依赖于这些模式。因而，如果先行的信息能够有效激活这些模式并被优先表征的话，就会使后续的反应得到易化（启动效应）。而对照组由于训练水平很低，很难建立相应的信息模式结构，也就不容易观测到明显的启动效应。

3.2 乒乓球运动员在不同提示条件下知觉发球旋转方式的脑电特征启动效应分析

3.2.1 感知特异性特征阶段启动效应分析 本研究通过对90~160 ms 时间窗内出现的N1 波的统计分析发现，乒乓球运动员在3 种提示条件下感知球触拍部位和拍型这2 个关键特征时，速度更快，大脑皮层额-中央区被更大程度的激活。并且，有效提示条件下诱发的N1 波幅更小，说明乒乓球运动员在N1 波幅这一探测指标上出现了明显的启动效应。

已有研究表明，大脑新皮层调节和支配启动效应的发生[18]。知觉启动、概念启动和语义启动受调控的脑区有所不同，知觉启动系统位于后脑的枕叶区域，特别是右侧，而有关语义、语词等的概念启动系统则位于颞顶联结处皮层，特别是额叶、颞叶是语义启动的重要区域。相比较而言，语义启动多发于脑前区，由于本研究的启动条件为语词，因此在额-中央区采集到明显的N1 波也支持了先前研究的结果。N1 成分与特征搜索有关，赵洪朋等[19]研究表明，国家散打一级和二级运动员在特征搜索任务中的N1 潜伏期更短，波幅更大，这与本研究结果非常一致。另有研究表明，汉字的提示可能会导致N1 抑制[20-23]，即波幅更大，特别是提示词与目标刺激不一致，甚至是相反的情况更是如此，并且脑前区（额叶）诱发的N1在某种程度上反映了对概念的加工过程。本研究中，乒乓球运动员大脑皮层额-中央区在有效提示条件下诱发了更小的N1波幅，说明在该条件下对特征感知投入的心理资源更少，也支持了以往研究结果。

3.2.2 特征整合并识别阶段启动效应分析 本研究通过对250~500 ms时间窗内出现的P3波的统计分析发现，乒乓球运动员在3种提示条件下利用球触拍部位和拍型信息识别发球旋转类型时，速度更快，大脑皮层额-中央区、顶-枕区激活程度更大。并且，有效提示条件下诱发的P3 波幅更小，说明乒乓球运动员在P3波幅这一探测指标上也出现了明显的启动效应。

事件诱发的脑电位（ERPs）中，P300 成分显得尤为重要，包括额区的P3a 成分和顶区的P3b 成分，因为这些成分反映了大脑执行功能（刷新、转换、抑制）以及分类识别等诸多重要的加工过程。G.LAI 等[24]的研究中采用了语词提示和箭头提示2 种启动条件，都在前额（Fz）区无效提示条件下采集到比有效提示条件和中性提示条件更大的P3a 成分（270~370 ms），本研究与此结果一致。神经效率（neural efficiency）假说认为，有效提示提高了刺激识别的神经效率，进而使得后续的分类过程得到易化[25]。D.L.SCHACTER 等[26]的研究发现，如果目标刺激出现前已经被提示过，那么对其进行再次加工时需要的神经活动就会减少，出现的时间也较早，在知觉辨认任务中，400~500 ms 的正波（P3b）与启动有关。还有一种观点认为，导致无效提示条件下P3a增大的原因是在该条件下人脑需要对目标刺激进行再定向加工（re-orienting processes）[27-29]，因此需要投入更多的心理资源。抑制加工（inhibitory control）理论也与此类似，在无效提示和中性提示条件下，由于需要对先前激活的表征进行抑制，因此在顶叶会采集到更大的P3b 成分（300~500 ms）。如徐立彬[30]在乒乓球运动员的中央-顶区发现了抑制条件（NoGo）下更大的P3 成分波幅。最后，C.L.KRUMHANSL 等[31]用图式理论（sche‐ma hypothesis）来解释专家组被试在提示词与目标刺激不一致条件下反应受到阻碍的现象，认为提示词可以诱发与之相关的信息结构图式，进而产生对未来刺激的一种期待，当随后的刺激与提示词不相符合时，预期的图式编码被破坏，所以脑电反应为P3波幅增大。本研究结果支持上述理论假设。

4 结 论

乒乓球运动员在不同提示条件下利用球触拍部位和拍型信息知觉乒乓球发球旋转方式过程中，大脑皮层额-中央区诱发出比较明显的N1 成分，额-中央区、顶-枕区诱发出比较明显的P3 成分。结论：（1）乒乓球运动员识别发球旋转方式的速度快、准确性高，行为反应上的启动效应显著；（2）乒乓球运动员对发球模式中的特征感知迅速，相关脑区的激活程度更高，额-中央区N1 成分波幅启动效应显著；（3）乒乓球运动员采取了更为有效的加工策略，促进记忆编码，额-中央区、顶-枕区P3 成分波幅启动效应显著。而乒乓球专项大学生无论在行为反应还是脑电活动特征方面均未出现显著的启动效应，说明乒乓球运动员长时记忆系统中可能存在若干由球触拍部位和拍型2个特征构成的简化的信息结构模式，使其能够快速有效地识别发球旋转方式。