經顱直流電刺激影響籃球運動員運動疲勞后運動技能的習得

本篇文章由北京體育大學的張娜、魏運展、衣龍燕、亓豐學發表于中國運動醫學雜志2024年12月期。

一、研究背景

運動技能習得是基于經驗或練習獲得相對持久嫻熟的運動技能的過程，依賴于腦皮層不同區域的突觸可塑性和功能連通性，涉及初級運動皮層（primary motor cortex，M1）、前運動皮層、輔助運動皮層、小腦和基底神經節。

運動疲勞是影響訓練和競賽結果的關鍵因素之一。研究發現，運動疲勞會降低突觸后N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體活性，損害皮層紋狀體可塑性和抑制基底神經節活性，引起M1興奮性下降 ，降低運動技能習得能力。

經顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）是一種無創、安全的神經調控技術，通過微弱直流電形成的電場作用于特定腦區，調節皮層神經元活動。tDCS能夠通過增強M1的突觸可塑性提高運動學習，增強運動技能習得能力。

本研究旨在探討不同的tDCS干預模式是否能夠有效提升籃球運動員運動疲勞后的運動技能習得能力，為籃球項目后備人才在訓練和比賽期間以及競賽周期的恢復階段提高運動技能習得能力提供理論參考與應用方法。

二、研究方法

研究設計為單盲、自身對照研究。每位受試者以平衡抵消法的順序接受間隔7天且均安排在一天同一時間段的 tDCS 正極雙側刺激 M1、tDCS 正極刺激左側M1（負極刺激右側M1）和偽刺激干預。

每位受試者干預前先進行遞增負荷功率自行車運動誘導運動疲勞，干預后依次進行SRTT和投籃命中率測試。圖1為測試流程圖。

圖1 測試流程圖

HR：心率；RPE：主觀疲勞感覺；Bla：血乳酸；tDCS：經顱直流電刺激；M1：初級運動皮層；SRTT：序列反應時任務。

01 tDCS干預方案

采用英智TCS-E2經顱電刺激儀（ 深圳英智科技有限公司，深圳，中國）設置3種刺激條件：tDCS雙側正極刺激M1，即正極放置在C3和C4位置，雙負極放置在雙邊肩部三角肌處（圖2A）；tDCS正極刺激左側M1，即正極放置在C3位置、負極放置在C4位置（圖2B）；偽刺激，電極放置同真刺激一致，即 C3 和 C4 處。

tDCS 電流強度設置為2 mA（30 s淡入、30 s淡出），持續刺激10 min，偽tDCS刺激僅在開始時持續刺激30 s（10 s淡入、10 s淡出）。

圖2 tDCS電極放置圖

02 運動疲勞誘導方案

本研究采用遞增負荷功率自行車運動誘導運動疲勞。正式實驗時，首先將功率自行車坐高、把手高度調至受試者舒適的位置，記錄坐高和主把高度，保證受試者每次在相同的高度進行遞增負荷運動。

女生以50w、男生以75 W的功率進行 3 min 的熱身運動，隨后以女生 50 W、男生75 W的功率作為起始負荷，每1 min增加25 W，轉速始終保持在60 rpm左右 。在整個運動過程中，每1 min 最后 5 s 記錄一次 HR 和 RPE，運動后即刻采集左手無名指指尖血。

03 評投籃命中率測試

受試者需要在禁區外的 P1、P2、P3、P4、P5 位置分別完成 10 次投籃（圖 3），共 50 次。P1 到 P5 和 P2 到P4的直線距離為4.9 m，P3到籃筐距離為4.225 m，籃框距地面高度為3 m，球框直徑大小為45 cm。所有受試者以右手使用同一個標準7號籃球進行投籃。每次測試前在5個位置分別進行3次投籃熱身。

圖3 投籃位置示意圖

04 SRTT任務

SRTT任務由E-prime軟件測量。在黑色背景的電腦屏幕中下方，從左到右依次排列4個白色方塊，對應鍵盤上的HJKL四個鍵，當小球出現在特定位置時受試者需要快速進行按鍵反應。

SRTT 任務包括 8 個組塊，每個組塊由10個組段組成，每個組段包括12試次，共960試次。組塊1和組塊6為隨機序列（R），即白色圓球在每一個組塊按照隨機的順序出現。組塊2、3、4、5、7、8為固定序列（S），即白色圓球在每一個組塊按照相同的固定組段順序重復出現10次。

本實驗共設置3種固定組段順序的編排方式（121423413243;243421312314 和 314214232413），每位受試者每次實驗隨機選擇一種編排方式進行測試，3次實驗分別對應3種編排方式。

圖4 序列反應時任務

三、結果

01 投籃命中率結果

tDCS雙側正極刺激M1組投籃命中率高于偽刺激組（P=0.010），提高9.72%，tDCS正極刺激左側 M1 組和偽刺激組之間無顯著差異（P=0.589）。見圖5。

圖5 不同tDCS干預條件下投籃命中率結果

02 SRTT結果

組塊2和組塊7的反應時在 tDCS 雙側正極刺激 M1 組低于 tDCS 正極刺激左側M1組（P=0.005，P=0.007）。見圖6A。

組塊2（P=0.005）、組塊3（P=0.014）和組塊7（P=0.022）的錯誤數在tDCS雙側正極刺激M1組低于偽刺激組，組塊2的錯誤數在tDCS正極刺激左側 M1 組低于偽刺激組（P=0.008），組塊 3（P=0.045）和組塊7（P=0.004）錯誤數在tDCS雙側正極刺激M1組低于tDCS正極刺激左側M1組。見圖6B。

圖6 不同干預條件下SRTT各個組塊平均反應時和錯誤數結果

四、結論

本研究采用遞增負荷功率自行車運動誘導運動疲勞，探究不同模式的 tDCS 刺激 M1 對籃球運動員運動疲勞后運動技能習得能力的影響。

研究發現，2 mA的tDCS雙側正極刺激M1 10 min能夠提升籃球運動員運動疲勞后的投籃命中率，降低SRTT的錯誤數。這一結果可能是因為NMDA受體激活會影響運動學習和技能獲得的過程，tDCS雙側正極刺激M1誘導的皮層興奮性增加會激活 NMDA 受體，促進鈣離子內流，誘導 M1 區域的神經元可塑性增強，從而提高運動疲勞后的運動技能習得表現。

對青年籃球運動員雙側 M1 施加正極 tDCS 刺激，能夠顯著提高運動員運動疲勞后的投籃命中率以及運動學習的表現，從而有效緩解運動疲勞對運動技能習得和鞏固過程的負面影響。