频闪视觉训练是如何影响手眼协调的?
在运动科学领域,如何提升运动员的视觉运动技能一直是备受关注的课题。本文将聚焦于“频闪视觉训练(Stroboscopic visual training,SVT)对运动员眼手协调(Eye–hand coordination,EHC)能力的影响”这一选题进行讨论。
前言
研究背景
SVT通过减少视觉样本,促使参与者更有效利用剩余样本和其他感官,被认为可改善视觉感知与动作机制间联系,提升技能表现。 此前研究已在多领域对SVT进行探索,包括预防运动病、提升运动表现等,但对SVT在EHC及相关机制的研究仍有待深入。
研究目的与假设
主要目的是确定即刻SVT训练对练习任务(通过即时、10分钟和10天后的三次保留测试测量)中EHC表现的影响。使用Sport Vision Trainer™测量反应时间和EHC能力,以手眼同时使用为测试和练习机制。 次要目的是探究这些益处能否迁移到依赖不同(但相似)认知机制的非训练视觉搜索(visual search,VS)任务中的测量速度和准确性,进而明确SVT训练对运动表现的实际作用及潜在机制。 两个目的结合可以更全面地评估 SVT 训练的有效性和实用性。如果 SVT 训练仅能提高训练任务中的 EHC 表现,但不能迁移到其他类似任务,其应用价值可能受限;反之,若能在不同任务中展现积极影响,则证明训练效果具有更广泛的意义,有助于深入理解训练对运动员视觉 - 运动能力提升的整体作用机制。例如如果VS任务表现能因SVT训练得到提升,可进一步开发针对运动员视觉搜索能力提升的训练方案,从而全面提高运动员在复杂运动情境中的视觉信息处理和运动决策能力。
研究方法
参与者
共招募62名男性运动参与者。根据先验计算确定样本量,以提供足够统计功效(0.8;p≤.05)评估主要结果指标的主效应。 参与者运动能力多样,来自不同团队和个人运动项目,随机分为频闪组(SG,n = 31,年龄20.82±1.54岁)和对照组(CG,n = 31,年龄21.34±4.27岁),记录运动经验和训练时长,排除1名癫痫患者,所有参与者对EHC任务均不熟悉。
研究设计
采用组间重复测量(SG×CG)设计,参与者在五个测量点进行EHC测试:预测试、基线(预训练)、训练后立即、训练后10分钟和10天保留期后。在各时间点完成6×20次灯光测试(共120次),前两次试验用于熟悉,数据不分析。 使用Sport Vision Trainer™ 80传感器板测试和训练EHC,同一实验者进行所有测试和训练。SG在基线测试后佩戴频闪眼镜进行即刻SVT训练(4×6次试验,共480次灯光刺激),CG在无视觉障碍情况下进行相同训练。计算主要结果指标为从预训练到后续各训练后测量(即时、10分钟和10天)的EHC性能差异,次要结果指标为非训练VS迁移测试。
视光测试
在测试前进行静态视力、优势眼和色觉等一般视光测试,以确定参与者眼部护理水平和研究适用性,测试约需10分钟。
频闪训练
SG组实验步骤和训练内容
前期准备
进行5分钟的适应期,佩戴 Nike Vapor stroboscopic-eyewear®(耐克公司,美国比弗顿),每隔1分钟站起来15秒,使视觉系统适应频闪眼镜和环境,降低潜在癫痫发作风险。
训练设备与环境设置
使用 Sport Vision Trainer™ 80 传感器板进行测试和训练,该设备固定在墙上。频闪眼镜镜片液晶从透明到不透明交替,设置为 100 毫秒透明、150毫秒不透明(第3级),减少视觉样本,增加视觉信息获取难度。
训练任务执行
完成20个目标灯光的眼手协调(EHC)任务,灯光随机亮起,需尽快触摸熄灭,成功触摸后下一个更快亮起,记录完成20个灯光熄灭序列的平均时间。
训练时佩戴频闪眼镜,进行六次二十个灯光随机刺激的试验,共四次(24次试验,480个灯光)。
训练后测试与评估
在Sport Vision Trainer™上进行保留测试,内容为6×20个灯光熄灭任务,分别在训练后立即、10分钟后和10天后进行,前两次试验熟悉练习不纳入分析,取后四次平均值。 参与训练前和10天后的视觉搜索(VS)非训练转移测试,用装有e-Prime2.0程序的笔记本电脑,评估训练效果迁移到非训练任务的情况,测量VS速度(ms)和准确性(%)。
注:CG组不佩戴频闪眼睛进行与SG组相同的训练和测试内容。
研究结果
描述性分析
提供训练效果背景的平均性能得分,包括SG和CG在各测量点(基线、训练、训练后即刻、10分钟、10天)的EHC时间、VS准确性和VS速度的均值与标准差。
统计分析
主要结果指标:
观察到两组在训练期间存在显著差异(F=48.172,p=.001),频闪组(SG)从基线开始完成时间减少,而对照组(CG)完成时间有所改善(表2)。在训练后立即(F=9.793,p=.003)、训练后10分钟(F=12.069,p=.001)和训练后10天(F=10.908,p=.002),与对照组相比,频闪组的表现有显著提高。
次要结果指标:
训练后10天,SG和CG在VS时间(F=2.007,p=.162)和VS准确性(F=1.296,p=.260)的运动表现变化无显著差异。
研究讨论
SVT对EHC的影响
本研究发现急性SVT训练在三个保留测试点均使SG在EHC表现上有显著提升,与之前研究中SVT对视觉响应、视觉认知和预期时机等方面的改善结果相符,但本研究采用的是顺序感知-动作耦合的EHC任务,与其他简单任务不同,表明SVT对复杂协调运动的EHC也有积极作用。训练期间SG虽因视觉样本减少表现受影响,但最终在保留测试中表现更快,说明SVT虽干扰任务执行,但无永久不良影响。不过,研究在训练时间、动作类型和频率等方面的探索有限,未来需进一步研究。
与其他研究的比较
与Smith和Mitroff的研究相比,虽刺激或“练习”类型不同,但本研究采用相似设计和保留测试时间尺度,发现暴露于频闪训练的量不一定是关键变量,调整频闪时间也可能非关键因素,这与Wilkins和Gray的观察一致。同时,本研究中训练任务和真实运动场景在功能性和动作保真度上存在差异,未来训练环境设计应考虑这些因素。
VS任务结果分析
VS任务测试结果显示,训练前后无显著性能变化,表明可能对其他基本视知觉机制无长期改变,但因本研究SVT训练期短,需谨慎对待该结果。训练期间SG视觉样本减少影响表现,而CG表现更稳定,未来需研究更长训练期对EHC等动态技能的影响。
研究局限性
本研究存在方法设计上的局限性,如难以纳入合适安慰剂条件,虽采用ANCOVA控制基线差异,但仍可能存在非SVT干预导致的训练增益,结果分析通过调整基线性能协变量报告干预效果而非绝对值。
研究结论
SVT训练在所有保留测试点对SG产生有统计意义的影响,表明急性SVT暴露可干扰任务执行但无永久影响,对简单和协调响应不确定刺激的任务均有益,这有助于加深对EHC的理解,未来应确定训练的最有效时长或不同时长安排。 SVT为提高EHC提供了训练途径,其效果可能因任务而异,影响空间-时间整合、中央注意力和外周准确性等,但不影响持续空间注意力能力。未来研究应进一步探索不同暴露方式、频率和训练任务,作为个体或团队运动的补充干预措施。
参考文献
[1] ELLISON P, JONES C, SPARKS S A, 等.频闪视觉训练对眼手协调的影响[J/OL].健康运动科学, 2020, 16(3): 401-410.DOI:10.1007/s11332-019-00615-4