脑电图在运动实践中的应用-《运动生理学》成果

随着学者们对体育运动相关研究的深入，在医学界被广泛运用的脑电图技术逐渐被引入体育相关学科的研究中。随着科学技术手段的发展创新，为了进一步研究脑电信号的生理、病理与心理学意义，一些学者发明了脑波处理技术，其技术的核心是将不同的脑波信号转变成图像显示，可以比较直观地显现大脑的功能状态。如脑电地形图（BEAM）技术、脑涨落图（ET）和脑像图（EEQG）技术等。

（一）运动实践中常用的诱发方法

为了更好地研究运动员的中枢神经系统的机能状态，在运动实践中除了测试运动员安静状态及运动后的脑电图，还会用一些特定的方法激发运动员产生诱发脑电波来反映运动员大脑的机能状态，主要的诱发方法如下。

1.闪光刺激

不同频率（6、8、10、12……24和30次/秒）的闪光刺激能够使运动员大脑枕区视觉皮质产生不同节律的同步化反应脑波。一般情况下，运动员只对8～16次/秒的闪光有同步化反应，如训练程度不足或疲劳，则只对每秒数次的刺激具有同步化反应，然而在良好的训练状态中，大多数运动员同步化的范围可增大至24次/秒。过度疲劳者，随着闪光刺激频率的升高将不出现同步化的增高，有时甚至降低。对闪光刺激频率同步化的增高，认为是大脑皮质神经细胞的灵活性好，也反映出中枢神经的机能状态。

2.过度换气

要求受试者以25～30次/分的频率大口呼吸3 min，同时描记脑电图。过度换气会导致动脉PCO2降低，当PCO2从正常值下降1 mmHg就会使脑血管收缩而使脑血流减少，此时脑组织对短暂缺氧不易耐受而诱发出大量慢波。过度换气诱发的大量慢波或高波幅慢波，在过度换气30s后仍然持续出现者，临床上认为有病理意义。实验证明，在严重缺氧情况下，运动员在脑电图上出现的慢波比不经常进行体力锻炼的人少。

3.运动表象

运动表象是在运动感知的基础上，在人的头脑中重现出来的动作形象。运动员安静闭目后，让其想象能代表自己运动水平的一次运动或竞赛，并记录此时的脑电波活动。由于大脑皮质具有记忆及思维等高级功能，以往的运动过程可以在大脑中进行储存，通过表象能使以前被储存的运动信息进行再现。以运动表象时的大脑皮质电活动代表运动过程中的脑电波的变化，以此来反映该运动员运动时大脑的反应类型状态、唤醒水平、应激水平等大脑机能状态。

（二）脑电图在运动实践中的应用

1.监测脑外伤

体育运动，特别是对抗性较强的运动项目，如拳击、摔跤、柔道、足球、自行车、橄榄球等，脑部损伤是经常出现的。有资料显示：职业拳击运动员在比赛前后的脑电图对比，40%～60%出现异常，短期内拳击多次更为明显。针对这些容易引起头部损伤的体育项目，及时进行脑电图检查将给运动员提供脑部健康状况的依据，有助于快速地发现及治疗运动脑损伤。但脑电图不能作为单一的检查手段，来评定这些项目运动员大脑机能状态与器质性改变。要在分析脑电图的同时，全面了解运动员的自觉症状及体征，定期检查监测，才能做出正确的诊断。

2.运动选材

张振民在对中国乒乓球世界冠军运动员脑电图及脑电地形图做出研究后认为，脑功能特征与神经元代谢方式和乒乓球的技术打法相关联。脑电波的频率代表大脑神经元代谢的速度，波幅代表大脑神经元代谢的强度。并把运动员大脑神经元代谢分为速度型、速度强度型或强度速度变换型、强度型。快攻打法运动员EEG为速度型，在训练中表现出速度爆发力占优势；弧圈结合快攻打法运动员EEG为速度强度性或强度速度变换型，训练中表现出速度力量占优势；削球打法运动员EEG为强度型，训练中表现为力量占优势。这一结果将给乒乓球科学选材和打法配合提供客观依据。在运动表象时通过测试运动员α波被抑制的百分比（α%）来反映运动员的注意力（目前常以α%表示大脑唤醒水平），认为此指标低于17%代表注意力不佳、46%～50%表示紧张、高于50%表示疲劳，这将为预测运动员的竞技表现及选材提供参考。(www.xing528.com)

3.评价运动员的竞技状态

在运动中运动员良好的大脑唤醒水平及应激水平将给运动员提供最佳的竞技状态，而运动中的竞技状态无法测试。在实践研究中，张振民等学者以运动员运动表象时α波被抑制的百分比（α%）代表大脑唤醒水平，而以脑电功率谱能量比值（δ/α或θ/β）反映运动员对训练强度的应激能力。认为运动员脑电功率谱能量比值与脑电α波被抑制的程度一致，不同的脑电功率谱能量比值与脑电α波被抑制的程度反映出不同的竞技状态。周未艾认为大脑唤醒水平在一定程度上反映出运动强度对大脑的刺激，而能量比值在一定程度上反映了大脑所承受的训练量的刺激。不同竞技状态对应不同的唤醒水平及能量比值（见表4-2）。

表4-2　运动员竞技状态评定

警戒状态是运动员神经调节机能的关键，此刻显示运动员的状态尚无消极因素，积极上调是提高成绩的突破点，反之导致紧张进而产生中枢疲劳。由于紧张产生先兆疲劳，兴奋水平过高是过度唤醒及抑制状态的先兆。疲劳状态使兴奋水平显著降低，唤醒被抑制，反应迟钝，注意力不集中。中枢疲劳时大脑神经元的唤醒水平过高或过低，都反映中枢神经处于抑制活动加强、兴奋水平下降的状态。功率谱能量比值反映应激能力，以及运动员大脑皮质神经元对训练负荷的承受能力。

这些指标已被广泛应用于乒乓球、短道速滑、橄榄球、射击等项目，但射击项目中相同等级水平运动员大脑唤醒水平及应激水平比以上各项目的低，这或许是由于射击运动是静力性运动项目的特点所致。

4.指导运动训练

青少年运动员的脑电图与成人相比，大脑皮质机能灵活性和兴奋性较高，在提高身体素质时，应优先发展速度素质而不是力量和耐力素质，在速度素质发展的基础上发展其他素质。运动员进行安静及运动表象脑电图或脑电地形图测试时，通过对左右脑对应区域各指标的对比分析反映大脑的均衡性，如不均衡提示左右肢体运动时不协调，而运动中对协调性要求高或涉及空中转体动作的项目，技术动作会受影响，训练中应注意：运动表象中反映的大脑唤醒水平及能量功率比值可以反映出运动训练对运动员的刺激程度及运动员的承受能力。可以通过唤醒水平及能量功率比值的改变有针对性地调整训练计划及训练强度。

5.判断运动性疲劳

在运动实践中采取常规方法测算脑电图中各波的指数、波幅、频率、节律的调节、左右对称性、各脑区出现不同时相波的规律性等来判断中枢疲劳。在综合诊断上参考临床分类法，定为正常、正常范围、边缘状态、轻度不正常、中度不正常及重度不正常诸等级，以此等级诊断运动疲劳及过度训练的阳性率。

目前，运用过度换气来诱导运动员大脑出现慢波，而以过度换气停止后30 s内的慢波消失的指数来判断运动性疲劳，能提高常规脑电图检测运动疲劳的阳性率。

通过闪光刺激诱发脑电波，分析潜伏期及恢复期的时间是否在正常范围内来评定疲劳。临床医学中正常成年人的潜伏期为0.7～0.9s，恢复期为1.0～1.5 s。运动疲劳的运动员在闪光刺激测试中潜伏期、恢复期都会延长，过度训练运动员会超过正常范围。以闪光刺激诱发脑电波实验同样可以提高运动疲劳及过度训练检测的阳性率。