脑科学告诉你苏炳添跑出好成绩的秘密！

成功更换起跑脚之后，在随后的2015 年国际田联钻石联赛美国尤金站比赛中苏炳添以 9.99 s 的成绩打破全国纪录，这是亚洲本土运动员首次突破10 s¹（图1）。

苏炳添在纪录片《百年百冠》中谈到此次改变时表示：“太难了，改变之前已经问了很多的专家，不做出一些改变的话可能很难突破10秒，（所以）下决心做出了这个改变。

“就像你刚开始是用右手吃饭，突然间变左手，你夹都夹不到，我记得当时连起跑怎么发力我都完全不会。”

然而，事实证明，“添”神通过训练，在不断的试错过程中他成功做到了更换起跑脚，适应新节奏，取得了成绩的突破。这一通过错误驱动的学习过程获取和恢复运动模式，以便在变化的环境中做出准确动作的过程称为“运动适应”（motor adaptation）—运动学习的一种形式。

运动适应的过程存在个体差异，且跟大脑活性息息相关。东伦敦大学运动、健康与生命科学学院的Myriam Taga以及东伦敦大学和伦敦国王学院的Cynthia H.Y. Fu教授的最新研究（发表于《精神影像学》第二期）揭示了运动适应中的神经机制，以及运动适应发生前后大脑活性的可塑性变化！

背景知识

通过脑电图（EEG）记录的事件相关电位（ERP）发现，人类大脑在错误动作产生的时间点前后会产生一个负向脑电波，称为错误相关负性成分（即ERN）。ERN被认为参与运动适应内部模型的修正。

皮层可塑性是人类能够对不断变化的环境进行持续适应性的重要机制，它也参与了基于错误的学习。皮质兴奋性的调节反映了短期的大脑功能可塑性改变，这可能是运动适应的基础。

经颅磁刺激（TMS）可以通过外部时变磁场诱导的电流触发和调节神经活动。结合TMS和EEG，可以识别运动控制的大脑皮层生物标志物。在初级运动皮层（M1区）上施加单脉冲TMS后100 ms左右会产生一个特征性的负性脑电波，称为TEP N100，为行为抑制过程的生物标志物，反映抑制性神经递质GABA的受体活性，N100振幅越大反映抑制程度越高。

本研究利用机器人介导的力场干扰迫使被试重新学习正确动作的任务，结合经颅磁刺激（TMS）诱发电位（TEP）和脑电记录（EEG），探究了大脑皮层活性与运动适应能力的关系。力场干扰由高度标准化的机器人实施，确保在完成任务过程中对运动系统的评估具有极高的测量可靠性和可控性。结果表明，TEP可以良好的预测个体运动适应的能力，并且大脑皮层活性在发生运动适应后产生了可塑性改变。

本研究纳入15名健康成人进行操作操控杆完成触及任务，即将中心的黄色圆点向西北方向移动，抵达目标位置（红色圆点）后完成任务。并依次在任务熟悉（FAM），运动适应和洗脱三种条件下完成任务。运动适应条件中，机器人施加外加力场对被试完成任务进行干扰，以观察被试完成运动适应的情况和脑电的变化情况；在熟悉和洗脱条件时，完成任务无外加力场干扰（见图2）。为了评估运动适应前后的皮质兴奋性，在1）熟悉任务后运动适应前和2）运动适应后洗脱条件前，分别对被试左侧初级运动皮层（M1区）施加50次单脉冲TMS。

记录每一试次的运动轨迹和施加力作为运动测量数据，同时记录脑电活动。根据动力学测量，将误差量化为运动的实际轨迹和理想轨迹（即直线）之间的垂直距离（路径偏移）的总和，并计算了每个被试的运动学习指数 (MLI)，即在运动适应条件下前五个试次（T1）和最后五个试次（T2）的平均总误差相对T1的百分比变化，公式如下：MLI = [(T1−T2)/T1]×100%。MLI值为正，表示运动适应过程中有运动学习的发生，且值越大表明学习过程中表现越好。

结论

个体成功地在力场环境中形成一种内部预测模型，使他们能够在受干扰的环境中做出准确的运动。运动适应引起大脑皮层兴奋性的显著变化，表明大脑神经可塑性变化参与了运动适应机制。抑制性生物标志物TEP N100振幅可作为对预测运动学习能力的生物标志物；此外，根据TEP N100振幅，可以在运动学习之前应用抑制性或兴奋性无创脑刺激，以达到在运动适应过程中改变大脑活性的目的，从而提高运动表现。

大胆推测一下，“添”神强大的运动学习能力应该与其N300振幅异于常人有关，且其更换起跑脚前后的TEP N100应该也出现了显著变化呢！

 • 研究者简介