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人际间双手协调的神经机制:一项近红外研究

人际间双手协调的神经机制:一项近红外研究

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第十二届全国体育科学大会

作者：李亚楠牛若愚刘蕾刘莹上海体育学院

研究目的:大脑功能和人们的社交行为是息息相关的,毫不夸张地说,每个个体神经元的存活和增长都离不开和他人的互动。在两个或多人的社会交往中,彼此的互动是双向并且动态的:双方互动过程中会不时注意到彼此的举止言行,并调节自己的行为... 详细信息

研究目的:大脑功能和人们的社交行为是息息相关的,毫不夸张地说,每个个体神经元的存活和增长都离不开和他人的互动。在两个或多人的社会交往中,彼此的互动是双向并且动态的:双方互动过程中会不时注意到彼此的举止言行,并调节自己的行为以适应对方的节奏。在这一过程中双方行为会趋于同步或协调,具体体现在说话节奏、表情、手势动作等方面,而人际间的动作协调更是其重要方面。人们在日常的共同行走,共同交谈中都会表现出这种协调动作。尤其对于训练有素的运动员,在他们身上则会表现出更为训练有素的,更为默契的(refined)协调(如双人跳水,篮球移动到前场篮下)。个体间交互形成的这种协调关系往往都是为了达成特定的目标,人们可以很自然地协调自己双手进行打字、篮球的运球等日常生活,同时也可以与他人的双手相互配合达到协调,比如进行齐舞或者篮球的传球等。以往双人肢体协调的研究发现周期性的协调受到肢体时空特征以及动作频率的影响,本研究着眼于人际间的双手协调,利用功能性近红外光谱(fNIRS)超扫描技术,同时测量两个独立的个体进行双手协调任务时,低级的控制因素(频率)以及高级的控制因素(时空特征/同步交替)影响下的大脑神经活动。研究方法:本研究共有32名参与者(男性9对,女性7对),实验要求两名彼此不相识的参与者并排坐在椅子上且面朝同一方向,任务过程中要求用中心视野注视双手,在6个不同频率(1.8Hz、2.1Hz、2.4Hz、2.7Hz、3.0Hz和3.3Hz)下进行两种模式(交替/对称模式)的食指、拇指的对指运动,交替模式是指当参与者的食指和拇指处于闭合状态时另一名参与者的食指和拇指正最大程度地向外舒张即两肢体在同一周期的相交点即为屈伸或伸屈;对称模式是指两名参与者的食指的拇指同步闭合和舒张,即动作的两肢体在同一周期的同一点即同为伸展或同为屈曲。整个实验过程使用采样频率为7.81Hz的功能近红外光谱成像仪(fNIRS)监测个体任务过程中的血流动力学指标。研究结果:对三个兴趣区ROI-1(左侧下顶叶区),ROI-2(右侧下顶叶区),ROI-3(前运动皮层)的[HbO]平均值分别进行2(任务模式)x6(任务频率)的重复测量方差分析,结果发现对于ROI-3,存在显著的相位主效应(F(1,31)=6.822,P=0.014,ηP=0.180)以及相位×频率的交互作用也显著(F(5,155)=2.606,P=0.027,ηP=0.078)。对交互作用进行简单效应分析,频率×相位的交互作用表明,在频率为2.4Hz(P=0.036)、2.7Hz(P=0.010)和3.3Hz(P=0.013)下对称模式的[HbO]均值显著大于交替模式,而其他频率下,[HbO]均值并没有显著差异。另一方面,相位×频率的交互作用表现出,在交替模式下,1.8Hz时的[Hbo]均值显著大于2.4Hz(P=0.008)、2.7Hz(P=0.032)和3.0Hz(P=0.049),在频率2.1Hz时的[Hb O]均值显著大于频率为2.4Hz时(P=0.041)。对其行为结果即PLV进行2(任务模式)x6(任务频率)的重复测量方差分析,结果发现存在显著的相位主效应(F(1,15)=53.55,P=0.000,η2P=0.78)以及显著的相位×频率交互作用(F(5,75)=7.26,P=0.000,ηP=0.33)。对相位和频率交互作用的简单效应分析揭示出,一方面,频率×相位的交互作用表示如下:对称模式PLV在所有频率下均显著大于交替模式。另一方面相位×频率的交互作用表示如下:对称模式下,在频率1.8Hz时PLV显著大于3.3Hz(P=0.006),在频率2.1Hz时PLV显著大于3.0Hz(P=0.030)和3.3Hz(P=0.005);交替模式下,在频率3.3HZ时的PLV均大于其他5个频率(3.3Hz和1.8Hz的比较:P=0.010,3.3Hz和2.1Hz的比较:P=0.014,3.3Hz和2.4Hz的比较:P=0.000,3.3Hz和2.7Hz的比较:P=0.008,3.3Hz和3.0Hz比较:P=0.040),另外在频率2.7Hz时的PLV显著大于2.4Hz(P=0.049)。研究结论:人际间的双手协调涉及到交替模式有可能向对称模式转变的频段为2.4Hz-2.7Hz间,其神经激活涉及到运动前区(PM)、辅助运动区(SMA)以及额叶眼区(FEF)。此外,与之前研究相一致的是,交替模式动作相较于对称模式动作的稳定性更难维持。

关键词：人际间双手协调前运动皮层下顶叶功能性近红外成像技术(Hyperscanning)

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不同动作频率及相位下的人际间双手协调 ——行为和近红外研究

不同动作频率及相位下的人际间双手协调 ...

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作者：李亚楠上海体育学院

学位级别：硕士

背景:人际间的动作协调是日常生活中不可或缺的重要方面。个体内及人际间的行为研究均发现周期性双手协调动作的难易程度主要受到两个因素的影响,其一是肢体动作的时空关系（如对称模式,交替模式）,其二是动作频率,这两个影响因素之间... 详细信息

背景:人际间的动作协调是日常生活中不可或缺的重要方面。个体内及人际间的行为研究均发现周期性双手协调动作的难易程度主要受到两个因素的影响,其一是肢体动作的时空关系（如对称模式,交替模式）,其二是动作频率,这两个影响因素之间也存在着复杂的交互作用。当动作协调涉及到两个分割的神经系统时,低级的控制因素（频率）,高级的控制因素（时空特征/对称交替）各自涉及到哪些神经活动,以及当他们发生交互作用时又对应于哪些脑区?对于这些问题的回答也许都将与单个神经系统控制下的个体内动作协调表现出一些明显的不同。已有的一些功能成像研究发现,个体在不同运动模式（对称,交替）下的双手动作协调与辅助运动区（SMA）的活动有紧密的联系,涉及到个体间动作协调时,必须借助视觉将两个独立的神经系统联系起来的独特性,使得镜像神经系统的活动成为了个体间动作协调的关键机制。方法:采用修正的人际间双手协调动作实验范式,16对参与者完成6个频率下的对称模式及交替模式的双人动作协调任务,并使用采样频率为7.81Hz的功能性近红外光谱成像技术（f NIRS）监测个体完成不同条件协调任务时的血流动力学指标。结果:（1）在行为层面,对相位同步（PLV）采用2（相位）×6（频率）重复测量方差分析进行分析发现:对称模式的PLV在各频率下都显著大于交替模式,这表明被试在对称模式下的动作比在交替模式下更加稳定且被试在交替模式下,2.7Hz的PLV显著大于2.4Hz,3.3Hz时的PLV显著大于其它5个频率下的PLV值。（2）在脑神经层面,对[Hb O]进行2（相位）×6（频率）重复测量方差分析发现:ROI-3在对称模式的[Hb O]均值在频率2.4Hz,2.7Hz和3.3Hz下显著大于交替模式。同时,在交替模式下,2.4Hz时的[Hb O]均值显著小于在1.8Hz和2.1Hz,2.7Hz时也显著小于1.8Hz时,而对称模式下,各频率间没有发现显著差异。（3）在脑间同步层面,对IBS进行2（相位）×6（频率）重复测量方差分析发现在ROI-1的频率主效应显著频率2.7Hz时的IBS值显著小于其他频率。（4）神经和行为的相关分析:ROI-1的IBS和PLV均为负相关,未达到显著水平;ROI-3的[Hb O],场依存个体和对称、交替模式下的个体激活均为正相关,而场独立个体和两个动作模式下的给体激活则均为负相关,均未到显著水平。结论:人际间的双手协调涉及到运动前区（PM）、辅助运动区（SMA）以及额叶眼区（FEF）的活动,交替模式下这些区域有更高的氧耗且这些区域还与较高频率下的相变有关。此外,脑间同步的结果表明下顶叶在两个个体共同完成关键频率下相变的动作协调任务中也起到了重要作用。

关键词：人际间双手协调前运动皮层下顶叶功能性近红外成像技术超扫描

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