运动员认知能力优势的间接证据

　　Gardner提出的多元智力理论中,把“身体—动觉智力”作为人类的八种智力之一,强调了控制身体的能力的重要性。而竞技体育运动中的运动员身手矫健,反应敏捷,其表现往往让普通人叹为观止,体现了非凡的“身体”智能。随着研究者对运动员能力研究的深入,越来越多的证据表明,运动员的“非凡”能力似乎并不仅仅局限在身体运动功能上,也体现在脑认知功能上。这些证据大致来源于三个研究领域:第一个领域主要在模拟运动场景的条件下评估专家运动员与新手之间在认知能力和特点上的差异;第二个领域则集中考察专家运动员和新手在非运动背景下的认知能力上的差异;第三个领域主要探索健身运动对脑认知功能的积极作用。本文旨在依据这三个领域的研究成果来梳理有关运动员比一般人更具认知能力优势的观点,为更好地认识运动员的心理特征提供有价值的新信息。

　　1、运动背景下的认知能力优势

　　Chase和Simon最早使用专家—新手的研究范式来观察棋类项目中的专家和新手(基本等同于普通人)在认知能力上的差异,他们发现,如果对于按照规则摆放的棋局,专家比新手的记忆效果更好,但对于不按规则摆放棋子而形成的杂乱棋局,专家和新手的记忆效果就没有区别。他们的研究说明相关经验的丰富程度对于即时的记忆有着显著的影响。这种专家-新手的研究范式影响深远,运动心理学家研究运动员的认知特点时,也常常采用这种方式。

　　1.1基本研究模式

　　有的运动心理学家尽可能地模拟真实的运动场景来设置认知任务,然后记录专家运动员和初学者完成任务的成绩,比较两者的差异。例如,研究者让专家级的足球运动员和初学者观看关于足球比赛的影片(影片上的人和场景都和真的一般大小,投射在3.0m×3.5m的大屏幕上),将影片定格在对方球员一个传球上,同时要求运动员假想自己是一个中卫,要阻止对方球员向传出的球逼近。每个运动员脚下都有几个脚踏板,分别位于他们的左、右、前和后。一旦他们决定好拦截对方球员的时机和方向,就可以踩上相应的踏板。研究者可以记录这些运动员的反应时和视线移动情况来考察其认知特点。总的来说,专家运动员在很多这类的认知测试(陈述性记忆、注意和注意分配、视觉搜索、预期和决策等)中都要优于非专家选手。

　　1.2视觉搜索上的优势

　　Mann等人指出:专家运动员在这类认知任务中总是比一般人更快更准确。而且,专家运动员在对画面上的信息进行视觉搜索时的凝视(fixations)数量比非专家选手更少,而且每次凝视(fixation)的时间也更长。在搜索给定的画面时,凝视的数量实际上反映了选手在画面上搜索到的有助于决策的线索的数量,而凝视某个线索的时间越长,所能获得的有关这一线索的细节信息就越多。两个凝视之间的视线移动过程(即扫视过程)是无法从环境中获取视觉信息的,凝视的数量多意味着扫视过程也比较多,那么在给定的时间里每次凝视的时间也必然要减少,这是一种走马观花式的视觉搜索模式,很不利于竞技体育运动这种需要在动态背景下获取足够信息的场合。而专家运动员则可以迅速锁定最关键的少量线索进行集中关注,线索少,意味着扫视过程也比较少,那么分配给每个线索的凝视时间就会比较多,足以获得有关这些线索的充分信息,进而凭借这些信息做出合理预期和正确决策。

　　这些研究的结果显示,专家运动员知道应该看哪些线索,不需要看哪些线索,这可能得益于他们长期的专业训练和积累下来的比赛经验。

　　1.3 长时记忆内容(经验)上的优势还有研究

　　发现:专家级的足球运动员比新手起脚更迅速,同时,视线移动情况和运动员的口头报告说明这两组运动员从环境中获取的信息种类也不一样。

　　在对方只有一名进攻球员和一名防守球员的场景下,经验老到的球员常常看在对方进攻球员的臀部上,同时视线在对方臀部和小腿之间频繁地转换;经验较少的球员则喜欢盯着对方进攻球员的脚和足球。而在三名进攻球员和三名防守球员的场景下,经验老到的球员不仅盯着带球的对手,而且经常在三名对手之间转换视线,这说明他们不仅盯着带球的人,同时也在留意着另外两个进攻球员的一举一动;经验浅的球员则主要被球的位置牵引着,他们的视线似乎不敢从带球者的身上移开。从这些结果我们可以看出,经验老到的球员的长时记忆中贮存着有效的专项知识,这些知识引导着他们的信息加工,使他们关注更有意义的线索(对手臀部的运动、不带球对手的活动与方位等),因此他们能够更快更准地对不同的情形做出恰当的判断和预测。而经验较浅的球员只能被显而易见的环境信息(对手的脚、球等)牵着鼻子走,看不到有助于先一步预测对方举动的环境线索。

　　这些研究充分说明在运动场景下,专家运动员具有明显的认知优势。他们懂得识别更有价值的环境线索,能够合理地分配注意(凝视),进而更有效率地从环境中获得有助于快速决策的清晰信息。但是,这些研究在认知任务中有意设置运动员熟悉的运动背景,会让人以为专家运动员所具有的认知优势是得益于长期的运动实践中积累下来的经验,因此也只能局限在他所熟悉的运动领域。换句话说,专家运动员的认知优势可能只体现在与他的运动专项有关的认知领域,而不是人的基本认知技能上的优势。

　　2、实验室认知任务中的认知能力优势

　　如果脱离了运动情景,专家运动员在认知能力上的优势还会存在吗?也就是说,运动员获得的认知技能是否能够迁移到运动情景之外的场合。针对这一问题,Voss等人对20篇探索运动水平与认知技能关系的实证研究文献进行了元分析,在这些研究中,研究者所设置的认知任务并不需要模拟运动场景,而是考察运动员的基本认知特点。元分析的结果显示:专家运动员在实验室的这类与体育场景无关的认知任务中均比新手要优胜,这种优胜不仅体现在加工速度上,而且体现在注意品质(抗干扰的水平)上。

　　2.1 加工速度上的优势

　　加工速度反映了人的信息加工效率,一般以人在完成认知任务的反应时(即刺激呈现和个体产生反应之间的时间间隔)来体现。例如,百米赛跑前,从裁判员枪声响起(刺激呈现)到运动员立刻起身奔跑(反应)之间,总有非常短暂的延迟。这一延迟时间基本等于运动员识别听觉信息(枪声)并发起运动程序指令等一系列信息加工过程所需要的时间。认知活动越复杂,反应时就会越长。

　　Donders的减法反应时实验充分地说明了这一现象:“见灯亮就用右手按键”这一简单任务所需要的反应时(RT1)就比“见红灯亮就用右手按键,看见绿灯亮时不按键”这一任务所需要的反应时(RT2)要短,因为第二个任务所涉及的心理过程比第一任务复杂,多一个辨别颜色的认知加工。

　　而在认知活动复杂程度一定的情况下,认知加工的过程越有效率,反应时就会越短,反应就越快。因此,在诸如排球、网球和曲棍球等需要快速反应的运动中,加工速度的意义不言而喻。研究者发现,在人的一生中,加工速度随着年龄的增长会先飞速变快(从幼年到青年),然后随着衰老而逐渐迟钝起来,这种变化趋势与人的智力的发展趋势比较类似,可见,加工速度是认知功能的一项基础指标。

　　Voss等人的元分析发现,专家运动员的认知功能优势比较明显地体现在加工速度上,也就是说这些运动员在任何认知任务中的反应都比一般人要快。这一结果让我们有理由相信,专家运动员在运动训练和竞技场上所获得的加工速度优势可以迁移到与运动场景无关的实验室任务中,是一种基本认知水平上的优势。

　　2.2注意品质上的优势

　　考察注意品质的任务有很多,其中一种叫做箭头flanker任务。在这种任务中,电脑屏幕上会出现连续的5个符号,最中间的那个符号一定是一个箭头,箭头可能朝向左边,也可能朝向右边,被试的任务就是要尽可能快而准确地判断这个箭头的朝向。如果中间箭头方向朝左,那么被试就应该按键盘上预先设置的“左方向”键,中间箭头方向朝右时则要按相应的“右方向”键。中间的箭头两边各有两个符号,被称为flank-ers,即侧面的东西或侧卫。这些符号也是箭头,也有两种情况:侧面的箭头可能与中间的箭头方向一致,比如:→ → → → →或← ← ← ← ←,也可能与中间箭头的方向相反,比如:→ → ← → →或← ← → ← ←。

　　前一种情况叫做和谐型flankers,它们不会对判断中间箭头方向的任务产生干扰,而后一种情况即干扰型flankers,他们会诱使人产生完全相反的反应倾向,与正确的反应产生竞争。通过这种任务可以同时了解人的信息加工的速度和注意的抗干扰程度,当然主要考察目标在于后者。

　　注意抗干扰的品质是指对目标保持专注,忽视“分心物”的能力水平。这一水平可以用上述flankers任务中的反应时来计算,即用一个人在干扰型flankers任务中的反应时减去和谐型flankers任务的反应时,所得之差即可代表其抗干扰水平的强弱,这个差值叫做flanker代价。正常情况下,被试在干扰型flankers任务中的反应总会比在和谐型flankers任务中反应要慢,因此flanker代价总是个正值,这个值越小,说明被试的抗干扰水平越高。这种品质对运动员而言甚为重要,运动场上的情况瞬息万变,运动员必须学会对有价值的线索保持专注,同时要无视“意外事件”的诱惑。Voss等人的分析发现,专家运动员在flankers任务中的flanker代价要明显小于一般人。这一结果也说明,专家运动员在运动生涯中获得的抗干扰的注意品质,也能够迁移到运动场景之外。

　　总而言之,上述研究结果说明,运动员的认知能力优势不仅体现在体育运动环境中,也体现在与运动环境无关的实验室认知任务中。专家运动员具有更有效率地信息加工过程,同时对“分心干扰”具有更强的抵抗力,这些均属于在基本认知能力上的优势。这些结论对“专家运动员的认知优势是否能够超越与自己专项有关的认知活动范围?”这一问题给出了肯定的回答,进一步拓展了我们对运动员认知优势的认识范围。

　　3、运动员认知能力优势的间接证据

　　上述的研究说明,同新手相比,专家运动员具有明显的认知能力优势。在与运动情景有关的认知任务中,他们反应快速,善于捕捉关键线索,合理分配注意;在运动情景无关的认知任务中,他们也能快速加工信息,并且更加专注,能够在很大程度上对抗“分心刺激”的干扰。那么,这种优势是如何建立的?健身领域的一些研究可以为回答这一问题提供一些间接的启示。

　　Kramer和Erickson通过综述三个领域的实证研究得出结论:坚持健身运动可以维持和加强认知能力和脑功能,甚至可以减少罹患与衰老有关的疾病的风险。第一个领域是流行病学或前瞻性观察研究,这种研究通过问卷调查追踪个体(主要是老年人)的数年间的运动参与情况,并实时地让他们完成认知任务来评估其痴呆水平。例如,Larson等人对1 740名超过60岁的老年人进行了跟踪调查,考察他们参与各种锻炼活动(包括散布、远足、骑自行车和游泳等)的频次。

　　6年以后,这批被试中有158人得了老年痴呆。研究者通过严密地分析后发现,每周锻炼超过3次的老人痴呆的可能性要比每周锻炼少于3次的人要低34%。Abbott和他的同事则对2 257男性老年人的日常行走锻炼的状况进行了为期5年的追踪调查,发现行走速度较快和距离较长的老年人罹患老年痴呆症的可能性也更低。这些研究结果有力地说明运动与认知功能衰变的减缓有着明显的关系。第二个领域是随机化的人类临床干预领域,这种研究把不爱活动的老年人分成两组,一组是干预组,接受实施有氧运动(如跑步、游泳和骑自行车等)训练的治疗干预;另一组是控制组,不接受任何干预,然后比较两组人在认知功能上的变化和差异。

　　Colcombe等人对一组老年人被试实施了6个月的运动干预治疗,干预前后都会对参与者的认知功能(如flankers任务)和脑功能(fMRI)进行评估。研究结果显示:对于参加有氧运动干预的老年人,干预后在flankers任务中比干预前更加能够抵抗干扰,而且在fMRI中显示的大脑激活模式也变得和年轻人的激活模式(例如,增强的右中额叶回上激活和占优势的顶叶激活)相类似;而控制组的老人却没有显示出这样的变化。这种实验研究提供了运动与认知功能改善的因果关系的证据,使“运动能够改善认知和脑功能”的观点更加具有说服力。

　　第三个领域的动物研究则从细胞和分子水平,为运动对脑组织的积极影响提供了很有说服力的证据。Vaynman等人发现改善运动训练的动物会伴随着体内神经营养分子的增加,其中一种分子叫做脑源性神经营养因子,即BDNF;而BDNF对神经保护、细胞存活、神经突的生长以及突出的可塑性都有着积极的作用。此外,Ding等人发现运动可以减少中风引起的皮质损伤;而Swain等人则发现运动还可以促进成年大鼠的海马体、小脑和运动皮质中新毛细血管的生长。新生的毛细血管可以为现存的或新分裂的细胞输送营养。与之相应,Van Praag等人发现运动可以促进大鼠脑细胞的增生以及保持细胞的存活,而这些细胞增生与存活率的增加也与大鼠在迷津任务中的学习率增加相互印证。这些研究的结果说明,运动可以在细胞水平上改善大脑的功能。

　　上述三个领域的研究充分说明了健身运动对认知功能的积极作用以及可能的作用机制(包括脑机制和细胞分子层面的机制),为“生命在于运动”这句名言提供了新的注解。实际上,这些作用机制同样存在于,甚至更加适用于竞技体育领域中的运动员身上。因为这个领域的运动训练比健身运动要更充分,除此之外,运动员还要额外地进行专门的认知训练。也就是说,他们不仅要通过系统的身体锻炼来强健自己的体魄和磨练运动技能,同时也要学习如何提高专注,无视干扰的能力,还要琢磨对手的策略和风格,在头脑中演练,从而在实战中提高正确应对的可能性。已有证据表明这类针对认知技术本身的适应性训练能够有效改善认知能力。竞技体育运动训练是将身体训练和认知训练结合使用的实践领域,这使运动员的头脑得到常人无法获得的双重促进。

　　4、总结与展望

　　一般而言,如果说运动员身手比一般人矫健,大多数人都不会反对。但如果说他们的头脑也比一般人灵活,就不太容易被人接受了。我们通过对三个领域的研究进行阐释,为后一种观点提供了充分的证据:首先,在模拟真实的运动场景设置的认知任务中,专业运动员比新手要更快更准确,这得益于他们快速的信息加工速度和经济有效的注意(凝视)分配方式;再者,在诸如flankers任务之类的与运动无关的实验室认知任务中,专业运动员也比新手反应更快,也更专注(更能抵抗无关刺激的干扰);其三,来自流行病学研究、临床干预研究和动物研究的证据都说明:健身运动有助于改善脑认知功能。此外,有研究表明针对认知技术本身的适应性训练也有助于改善认知功能。

　　上述这些直接和间接的证据都肯定了运动员的认知功能优势,同时也暗示:体育运动不仅锻炼人的体魄,而且改善人的心智。尽管如此,对于这一问题的探索还不能划上句号,在研究过程中,还有许多新的问题涌现。第一个问题是:专家运动员相对于新手(普通人)的认知优势是来自于运动训练本身,还是因为运动员的淘汰机制?这个问题类似于“先有鸡还是先有蛋”:即“使一个人成为专家运动员的运动实践造就了他超越一般人的认知功能水平”,还是“本身具有超越一般人的认知功能水平的人才能在运动实践中成为专家运动员”。研究者倾向于前一种假设,因为已经有了大量的间接证据。但是后一种假设在现实中也是可能的,即专家运动员本身在认知功能上就比一般人优胜,因此才能在层层的选拔过程中脱颖而出,继续运动生涯;而有些认知功能水平较弱的人则会在这一过程中被淘汰。我们要想进一步证明专家运动员的认知优势实际上是由运动实践造就的,就要进行长期追踪研究:锁定一批运动员为被试,在他们整个运动生涯里定期考察他们的认知功能指标(包括在认知任务上的成绩和脑成像的指标),以判断他们在从菜鸟到专家的成长过程中,基本的脑认知功能是否也得到了相应的提高。这种研究范式能够为上述问题提供一个令人信服的答案。

　　将来我们还需要搞清楚的是:如果在运动领域里获得的认知优势可以迁移到实验室的设置的非运动型认知任务上,那么这种优势能够迁移到日常的学习和生活任务中吗?比方说在课堂上更加专注,更加能够抵抗嘈杂的环境而正常工作,或在拥堵的路况也更能保证安全行驶等等。在这些日常任务中检验专家运动员与新手之间的表现差异,也可以为运动员对普通人的认知优势提供有说服力的证据,是非常值得开展的研究方向。