基于特定领域场景的模拟训练对定向越野运动员地图记忆能力的影响:来自行为学和功能性近红外光谱(fNIRS)研究结果的证据

时间:2026年5月29日
来源:Behavioural Brain Research

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林娜·葛 | 赵明生 | 刘阳 | 徐波 西安建筑科技大学体育学院,西安 摘要 目的 本研究旨在探讨基于特定领域的情景模拟训练对定向越野运动员地图记忆能力的影响。 方法 本研究进行了为期6周的干预实验,将接受情景模拟训练的参与者(实验组)与接受传统定向越野指导的参与者(对

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林娜·葛 | 赵明生 | 刘阳 | 徐波
西安建筑科技大学体育学院,西安

摘要

目的

本研究旨在探讨基于特定领域的情景模拟训练对定向越野运动员地图记忆能力的影响。

方法

本研究进行了为期6周的干预实验,将接受情景模拟训练的参与者(实验组)与接受传统定向越野指导的参与者(对照组)进行比较。使用功能性近红外光谱(fNIRS)技术评估了他们在地图记忆任务中的行为表现和大脑皮层激活情况。

结果

两种训练方法均显著提高了地图记忆能力,实验组在干预后的地图记忆准确性和完整性得分明显高于对照组。fNIRS数据显示,情景模拟训练显著增强了前极区(FPA)和眶额区(OFA)的血流动力学激活;具体而言,实验组在这些区域的激活程度在干预后比干预前有显著提升。而体感关联皮层(SAC)虽然随时间表现出显著变化,但其激活模式在两组间没有显著差异。主要运动皮层(PMC)在时间、组别或交互作用方面均未发现显著差异。

结论

本研究表明,与传统的训练方法相比,基于特定领域的情景模拟训练能够更有效地提升定向越野运动员的地图记忆表现。此外,接受情景模拟训练的运动员在地图记忆任务中,前极区(FPA)和眶额区(OFA)的氧合血红蛋白(Oxy-Hb)水平也高于对照组。这项研究为定向越野运动的空间认知训练程序设计提供了实证参考。

引言

定向越野是一项结合了体能竞赛和智力策略的运动[1]。运动员需要利用地图和指南针在陌生地形中导航,识别地形特征,规划最佳路线,并高效完成比赛。地图记忆能力对于这项运动的成功至关重要[2]。地图记忆涉及在地图信息与现实世界环境之间建立牢固的关联,包括快速视觉搜索地图元素、准确编码图形信息,以及记忆和规划路线和场景等核心认知过程[3],[4]。
现有研究表明,不同技能水平的定向越野运动员在地图记忆能力上存在显著差异。精英运动员通常具备更强的空间认知能力和专门的认知策略,使他们能够在复杂环境中快速提取关键信息并做出高效决策[5],[6],[7]。这些优势是通过长期的专业训练和积累经验发展起来的。然而,当前主流的定向越野训练模式主要集中在体能训练和基础地图阅读技能上,往往缺乏针对特定认知能力(如地图记忆效率和路线规划策略)的系统性训练。随着认知心理学与运动科学之间的跨学科研究进展,研究发现定向越野运动员的空间记忆能力具有很大的可塑性[8],[9],这为专门认知训练的发展提供了理论基础。由此引发了一个关键研究问题:基于特定领域的情景模拟训练是否能够通过重构运动员的认知处理路径来有效提升他们的地图记忆能力?
基于情景的模拟训练是指复制真实比赛环境,帮助运动员在接近真实的条件下提高目标技能和认知能力[10]。作为一种基于证据的认知训练方法,它已被证明能够提升多种运动中的预测能力、决策能力等核心认知技能。例如,孙等人发现,2周的视频模拟训练显著提高了新手散打运动员的预测准确性[11];莫恩等人报告称,3D动态视觉跟踪训练提高了精英运动员在复杂环境中的操作效率[12]。系统评价进一步表明,视频模拟训练对足球运动员的决策能力和预测表现有积极影响[13],网球运动员的研究也得出了类似结果[14]。总体而言,这些发现表明视频模拟技术对运动员的认知表现有显著益处。
然而,在定向越野领域,现有研究仅发现了不同技能水平运动员在地图记忆能力上的差异[15],[16],并表明将地图规划与视频模拟结合使用可以提高定向越野运动员的地图识别和路线规划能力[17]。但专门针对定向越野运动员的情景模拟训练在提高地图记忆能力方面的具体效果及其潜在机制仍需进一步研究。
近年来,从神经科学的角度探索运动员行为差异的神经机制引起了越来越多的兴趣,目的是揭示专门训练对大脑认知功能的潜在影响。越来越多的证据表明,运动训练可以通过增强大脑激活和抑制控制机制来积极调节认知功能[18]。例如,不同的定向越野任务(如地图识别、路线规划)会在大脑不同区域引发不同的血红蛋白浓度激活模式[19],表明定向越野具有特定的认知处理需求。此外,经过长期专业训练的精英运动员在空间记忆任务中表现出更加集中和高效的大脑血红蛋白激活模式[20],这突显了专门训练对大脑认知功能的优化作用。然而,关于基于视频的情景模拟训练对定向越野运动员地图记忆影响的神经相关性研究仍然较少,其潜在的神经机制需要进一步系统研究。
基于这一研究背景,本研究结合行为实验和fNIRS技术,探讨了专门基于情景的模拟训练对定向越野运动员地图记忆能力的影响,以及训练对特定大脑区域血流动力学激活的变化。研究聚焦于两个核心问题:(1)专门基于情景的模拟训练能否有效提升定向越野运动员的地图记忆能力?(2)这种训练对定向越野运动员特定大脑区域的血流动力学激活有何影响?我们的研究结果有望为定向越野教练提供基于证据的实用训练建议,并为提升空间认知能力开辟新的途径,具有广泛的应用前景。

章节片段

参与者

使用G*Power 3.1软件[21]计算所需样本量。在中等效应量f = 0.25、I类错误概率α = 0.05[22]的条件下,计算结果显示至少需要38名参与者才能达到0.85的统计功效。本研究共招募了44名定向越野运动员(表1)。两组在年龄或训练年限上没有显著差异(P > 0.05)。所有参与者均为专业定向越野运动员。

行为结果

采用2×2重复测量方差分析(ANOVA)来检验基于情景的模拟训练对定向越野运动员地图记忆能力的影响。结果显示,组别因素具有显著的主效应(F(1, 42) = 5.62, P < 0.05, η²p = 0.18, 95% CI [0.02, 0.36]),实验组的整体地图记忆准确性和完整性得分显著高于对照组。时间因素也具有显著的主效应(F(1, 42) = 90.82, P < 0.01, η²p = 0.68, 95% CI)

基于情景的模拟训练对定向越野运动员地图记忆能力的影响

研究发现,6周的基于情景的模拟训练和传统定向越野训练均显著提高了定向越野运动员的地图记忆能力,表现为干预后的地图记忆得分显著高于干预前。特别是,实验组在地图记忆表现上的提升幅度明显大于对照组,表明基于特定领域的情景模拟训练具有更显著的效果

结论

本研究表明,与传统的定向越野训练方法相比,基于特定领域的情景模拟训练能够更有效地提升定向越野运动员的地图记忆表现。神经影像学观察显示,接受情景模拟训练的运动员在地图记忆任务中,前极区(FPA)和眶额区(OFA)的血氧合血红蛋白(Oxy-Hb)激活水平升高——这些区域与高级认知控制和工作记忆过程相关

利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

未引用的参考文献

[35], [40], [41], [42], [46]

CRediT作者贡献声明

林娜·葛:撰写——初稿,概念构思。赵明生:可视化,软件设计。刘阳:撰写——审稿与编辑,监督,方法学。徐波:数据分析,数据管理。

致谢

本研究由岛津公司资助。

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