第三節 研究問題
本研究問題如下：
一、 實驗組與控制組在各階段之推桿準備期 SMR 功率與 Mu 波功率是否有所差 異？
二、 實驗組參與者推桿作業以及撥拉棒作業在各階段之 SMR 功率與 Mu 波功率 是否有所差異？
第四節 研究假設
本研究假設如下：
一、 相較於控制組，實驗組經過練習後推桿準備期之 SMR 功率上升而 Mu 波 功率會下降。
二、 經過練習後，相較於波拉棒準備期，實驗組參與者在推桿準備期時會有
較大的 SMR 功率與較小的 Mu 波功率。
第五節 研究限制
本研究所採用之高爾夫球作業為精準性運動，因此本研究結果可能可以提供相關 訊息至其他精準性運動，如射箭和射擊等。但可能較無法推論至其他種類之運動。
第六節 操作性名詞定義
一、感覺動作頻率 (sensorimotor rhythm, SMR)
5
SMR 是由感覺動作區所發出來的腦波，期頻率段為 12-15Hz。過去神經回饋 的研究發現 SMR 的大小與持續性注意力(Egner & Gruzelier, 2001, 2004)、記憶力 (Barnea, Rassis, & Zaidel, 2005)、精細動作(Ros et al., 2009)的表現有關。而 SMR 之功 率與感覺動作區的活化程度呈現負相關(Howe & Sterman, 1972)。
二、Mu 波 (Mu-rhythm)
Mu 波是一種與動作執行有關的腦波指標，其頻率段為 8-12Hz，主要的位置是在 主要感覺動作區 (Cz) 。研究顯示 Mu 波的振幅大小與動作區的活化程度呈現負相關。
而最容易觀察到 Mu 波的腦區為主要感覺動作區(Pfurtscheller & Neuper, 1997)。
6
第二章 文獻探討
第一節 動作學習與大腦
在日常生活中我們總是不斷地面對新的事物與挑戰。例如學習開車，騎腳踏車等。
而我們是如何學習這些新的動作讓這些動作成為我們生活的一部分，是個有趣的問題。
Schmidt and Lee (1988) 將動作學習定義為「可以讓動作能力永久改變的練習或經驗歷 程」。此外，Magill and Anderson (2007) 認為動作學習是探討人類是如何獲得或是再獲 得動作技能，或是探討動作技能是如何進步的學科。而在學習歷程中，人的行為與神 經系統都會隨之改變。而動作學習是一種連續性的改變，從一開始的口語認知階段慢 慢的進步到自動化階段 (autonomous) (Anderson, 1996; Fitts & Posner, 1967)
動作技巧的表現會受到三個因素的影響：1. 個人動作技巧的水準。2. 環境因素。
3. 個 人 的 生 理 或 心 理 狀 態 。 過 去 的 研 究 將 動 作 技 巧 分 成 兩 大 類 ： 複 雜 性 技 巧 (complexity) 和組織性技巧 (organization)。由越多動作 (movement) 所組成的動作技 巧，其複雜性就越高。而動作的流程越固定表示其組織性越高 (Magill & Anderson,
2007)。
Fitts and Posner (1967) 會認為動作的學習會先從認知期 (cognitive stage) 慢慢變 成聯合期 (associative stage)，最後會達到所謂的自動期 (autonomous stage)。在口語認 知階段，學習會投入較高的自我意識來處理訊息並且從中選擇較好的動作方式。此外，
在認知期的時候個體的動作表現會有較大變異性，以及較多的錯誤。在練習的過程中，
個體會從認知期進入到下一個階段：聯合期。在這個階段個體會將環境的訊息與動作 整合來達成較好的表現。而跟認知期比較起來，聯合期的動作變異程度較低而且錯誤 較少。個體往往也開始有能力偵測與校正自己的錯誤。經過大量的練習，學習者會達 到最後的自主期。在這個階段個體在執行動作時不需要太多的意識來思考自己的動作，
7
而是以一種趨近於自動化的方式來執行動作。自主期的動作變異程度相當低，而且可 以同時進行任務以外的工作，例如可以邊走路邊講話等等。然而，並不是所有的人都 可以達到自主期，除了大量的練習外，指導語和個體的差異也會影響到個體是否能達 到自主期的階段。根據以上的推論，口語認知的涉入會慢慢減少最終達到趨近於自動 化的階段。當達到自動化的動作階段時，個體可以用較少的注意力資源來達成相同的 動作 (Abernethy & Russell, 1987)。而 Shadmehr and Wise (2005) 認為動作學習有兩種 經常被使用的典範：技巧獲得 (skill acquisition) 和適應 (adaptation)。獲得一種新的動 作表示個體獲得了一種新的動作能力或是一種肌肉協動 (synergies) 使個體可以執行 之前所不能做的動作 (Krakauer, 2009)。而我們可以用反應時間、錯誤率與肌肉的協同 來測量個體是否習得了一個新的動作 (Doyon et al., 2009)。適應則不用學習新的肌肉 型態 (pattern) 但可以讓我們的動作的空間目標更加精準 (Krakauer, 2009)。
研究發現經過練習後，會造成個體許多面向的改變，包括了肌肉的使用方式、能 量消耗的改變、視覺選擇性注意力 (visual selective attention) (Savelsbergh, Williams, Kamp, & Ward, 2002)、執行動作時的注意力導向 (Myer et al., 2013) 以及大腦活化的 改變 (Zhu et al., 2010)。
先前的研究發現經過動作的學習與練習後，大腦的構造會有所改變 (Classen, Liepert, Wise, Hallett, & Cohen, 1998; Kober et al., 2015)。探討動作學習大腦機轉的研 究發現，與動作學習比較有關的腦區有：主要動作區 (primary motor cortex)、前動作 區 (premotor cortex)、輔助動作區 (supplementary motor area)、體感皮質 (somatosensory cortex)、背外側額葉區 (DLPFC)、後枕葉區 (posterior parietal cortex)、小腦、丘腦核 (thalamic nuclei) 與紋狀體 (striatum) 等腦區 (Doyon et al., 2009; Shadmehr & Krakauer, 2008)。另外有研究發現當我們執行動作，想像動作或是觀察動作時，我們的鏡像神經 系統會有活化的情形。而鏡像神經系統包含了前動作區、輔助動作區 (Cattaneo &
Rizzolatti, 2009)。
8
Zhu et al. (2010) 使用了SFTT作業 (間單的手指作業) 來比較練習前與練習後額 中線、左顳葉和右顳葉三個腦區的個頻率段功率與相干性。額中線的腦波變化其實代 表著前動作區 (premotor cortex) 的活化程度，其最主要的功能是在於動作的計畫而且 與顳葉是直接連結的 (Kaufer & Lewis, 1999)。而左顳葉區是負責語言認知處理，而右 顳葉是負責視覺空間的處理 (Kerick et al., 2001)。Fz-T3和Fz-T4兩個相干性分別可以 推論為在動作計畫時語言認知的處理與視覺空間的處理 (Deeny, Haufler, Saffer, &
Hatfield, 2009)。研究結果發現額中葉θ (Fmθ) 功率與Fz-T4相干性在練習後有顯著的 增加，其他的腦波指標沒有差異。Fmθ是由前扣帶迴皮質 (anterior cingulate cortex) 所 產生，被認為是注意力系統中的重要部分 (Gevins, Smith, McEvoy, & Yu, 1997)。而練 習後Fmθ功率的增加可以反應出參與者的注意力漸漸窄化而且只專注於與成功表現 有關的線索。
Hardwick et al. (2013) 針對與動作學習有關的皮質區域包含以下幾個腦區：1. 前 額 葉皮 質區 (frontal cortex) 2. 前運動皮質 (premotor cortex) 和輔助運動皮質區 (supplementary cortex) 3.原級運動皮質區 4.後感覺動作區。前額葉皮質區注要的功能 是在動作計畫，而前運動與輔助運動區則是動作的”倉庫”，藉由收取前額葉的動作計 畫，來編排動作的序列。而原級運動皮質區則是比較執行自動化動作的腦區。因此藉 由測量動作皮質區的活化程度可以了解動作學習的歷程。
過去有些研究利用腦電波功率 (EEG power) 還有大腦相干性 (coherence) 來探 討在不同的學習階段大腦的活化程度有何異同 (Baumeister, Reinecke, Liesen, & Weiss, 2008; Deeny et al., 2009; Haufler, Spalding, Santa Maria, & Hatfield, 2000)。舉例來說，
Haufler et al. (2000) 在比較射擊專家與新手的研究中發現：在準備階段，專家的左顳 葉區會比新手有更大的α波功率然而在右顳葉區則沒有差異。而比較專家好表現與壞 表現的研究發現，好的表現在動作準備期往往伴隨著較低的額中葉θ波功率 (Chuang, Huang, & Hung, 2013; Kao, Huang, & Hung, 2013)。根據以上研究，以腦波是一種可以 探討大腦活化與運動表現之間關係的有效工具。此外，高時間解析度也是腦波工具的
9
優勢之一 (Hatfield, Landers, & Ray, 1984)，因此利用腦波我們可以更進一步了解動作 學習的歷程對於大腦的改變。
感覺動作皮質區 (sensorimotor cortex, SMC) 與感知覺訊息整合有密切的關係 (Fitts & Posner, 1967)。從知覺–動作運作的觀點，包含: (一) 將傳入的感官刺激與過 去或已存儲的知覺訊息作組織； (二) 基於感官 (當前) 和知覺 (過去) 訊息的組合做 動作 (內部) 決策；(三) 執行實際動作 (可觀察到的行為) 本身。換句話說，動作執行 前，在 SMC 會先組織和整合當前的感官刺激與已儲存的知覺訊息，作出動作編碼後 再產生動作。Cheyne (2013) 認為 SMC 收到動作與體感訊息出入後會有不同頻率的大 腦活動。由此可知，SMC 與動作執行的品質息息相關，而動作執行的品質會隨著不段 的練習而提升，因此 SMC 的活化可能與動作學習有關。
Mu 波與 SMR 皆是由感覺動作皮質區所發出的腦波指標，因此其功率大小可以 直接測量感覺動作區的活化程度 (Pineda, 2008; Sterman & Friar, 1972)。然而，過去的 文現並未以 Mu 波與 SMR 當作依變項來探討動作學習的歷程。
第二節 Mu 波及 SMR 與動作學習之關係
Mu 波被認為是一種與執行動作有關的腦波指標。一般來說其頻率段為 8-13Hz。
Mu 波的振幅大小與動作區的活化程度有關，其主要的腦區是在左右半腦的感覺動作 皮質區、前動作皮質區和輔助動作皮質區 (Sabate, Llanos, Enriquez, & Rodriguez, 2012)。
過去的研究發現在執行動作時，主要感覺動作皮質 (primary sensorimotor cortex ) 會 有較大的活化，此時 Mu 波的振幅會降低 (Pfurtscheller & Neuper, 1997)。而在休息狀 態時，主要動作區會出現短暫 (0.5 秒~2 秒) 的 Mu 波震盪 (Muthukumaraswamy &
Johnson, 2004; Pfurtscheller & Lopes da Silva, 1999; Pineda, 2005)。目前的研究對於 Mu 波的功能還沒有一個確定的答案。有學者提出了怠速假說 (idling hypotheses) 來說明 Mu 波的功能。因為 Mu 波會因為自發性的動作和體感的刺激 (Salenius, Schnitzler,
10
Salmelin, Jousmäki, & Hari, 1997) 而減少，因此研究者認為 Mu 波是一種怠速或是無 工作的指標，而 Mu 波升高代表著感覺動皮質是被抑制的 (Kuhlman, 1978; Pfurtscheller et al., 1996)。除此之外，Ritter, Moosmann, and Villringer (2009) 也發現 Mu 波的功率 與血氧濃度相依對比 (blood oxygen-level dependent, BOLD) 是呈現負相關的情形，因 此 Mu 波與 α 波這兩種腦波指標似乎有著類似的功能。
另外一方面，有研究發現在執行工作記憶 (working memory) 與短期記憶 (short-term memory) 時 Mu 波會有較大的震幅，這表示 Mu 波是可以促進訊息處理的，因此 有學者提出了處 理假 說 (processing hypothesis) 的概念 (Erol Başar, Başar-Eroglu, Karakaş, & Schürmann, 2001; E Başar, Başar-Eroğlu, Karakaş, & Schürmann, 2000;
Linkenkaer-Hansen, Nikulin, Palva, Ilmoniemi, & Palva, 2004; Palva & Palva, 2007)。
因為 Mu 波的振幅會因為體感與視覺的刺激而改變 (Koshino & Niedermeyer, 1975;
Muthukumaraswamy & Johnson, 2004; Pfurtscheller, 1992; Pfurtscheller & Lopes da Silva, 1999)，而 Mu 波在動作計畫時也會有所改變，因此 Mu 波被認為是一種將視覺的刺激 轉化成動作的一種指標 (Pineda, 2005)。
除了 Mu 波以外，SMR (sensorimotor rhythm) 是位於感覺動作區 12-15 Hz 的腦 波頻率段，其功率大小與 SMC 之活動呈負相關 (Sterman, 1996)，亦即產生動作越 小，SMR 功率越大；動作越大，則 SMR 功率越小。在睜眼的休息狀態時會有最大 的 SMR 功率，SMR 最主要是由腹側基底丘腦神經核 (ventrobasal thalamic nuclei, VB) 與 SMC 交互作用所產生的腦波指標。Sterman 與 Friar (1972) 在實驗中發現以 下現象： (一) VB 與 SMC 的鏈結被切斷時，SMR 就會消失； (二) 當 SMR 功率上 升時，VB 周邊的神經元會從本來雜亂無章的放電轉變成為有規律的放電，同時輸入 VB 的體感動作訊息會減少 (三) SMR 功率上升與肌肉張力的降低和增加牽張反射的
除了 Mu 波以外，SMR (sensorimotor rhythm) 是位於感覺動作區 12-15 Hz 的腦 波頻率段，其功率大小與 SMC 之活動呈負相關 (Sterman, 1996)，亦即產生動作越 小，SMR 功率越大；動作越大，則 SMR 功率越小。在睜眼的休息狀態時會有最大 的 SMR 功率，SMR 最主要是由腹側基底丘腦神經核 (ventrobasal thalamic nuclei, VB) 與 SMC 交互作用所產生的腦波指標。Sterman 與 Friar (1972) 在實驗中發現以 下現象： (一) VB 與 SMC 的鏈結被切斷時，SMR 就會消失； (二) 當 SMR 功率上 升時，VB 周邊的神經元會從本來雜亂無章的放電轉變成為有規律的放電，同時輸入 VB 的體感動作訊息會減少 (三) SMR 功率上升與肌肉張力的降低和增加牽張反射的