空氣槍射擊選手感覺動作節律與射擊表現之關係

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(1)國立臺灣師範大學運動與休閒學院體育學系碩士學位論文. 空氣槍射擊選手感覺動作節律與射擊表現之關係. 研究生：杜雨龍指導教授：洪聰敏. 中華民國 104 年 8 月中華民國臺北市.

(2) i.

(3) ii.

(4) 空氣槍射擊選手感覺動作節律與射擊表現之關係 2015 年 8 月研究生：杜雨龍指導教授：洪聰敏摘要感覺動作節律 (sensorimotor rhythm, SMR) 為感覺動作區 Cz 位置 12-15Hz 的頻率，其功率與感覺動作區之活動呈負相關，先前研究指出 SMR 在動作準備期間會反應出最適當認知動作的調整歷程，因此，可應用於研究自我配速運動執行前之準備歷程。本研究目的為探討好、壞表現間 SMR 之差異。本研究分析 18 位（平均年齡 18.28 ± 2.32 歲）空氣手槍射擊選手，選手練習經驗約 1 年到 10 年（平均運動年資 4.67 ± 2.25 年），國內比賽層級為 A 級專家射擊選手。實驗進行時，每位選手會有 40 發之射擊次數，依據選手個別差異在好、壞表現各挑選（每個人最少到最多發）射擊之腦波資料來進行 2 (表現：好與壞) x 3 (時間：-3000ms ~ -2000ms、-2000ms ~ -1000ms、-1000ms ~0ms) 之重複量數二因子變異數分析。結果顯示，表現與時間的交互作用達顯著，單純主要效果事後比較發現好表現在扣板機前一秒的 SMR 顯著高於其它時間視窗；而好、壞表現在三個時間視窗並無差異。專家射擊選手在好表現時，在扣板機前一秒的時候減少體感訊息傳入，代表其在動作執行上可能趨近於自動化而有較佳成績。建議未來研究可以探討學習對 SMR 之影響，甚至透過神經回饋操弄 SMR 腦波功率來提升選手專注力，進而幫助選手運動表現之提升。. 關鍵詞：注意力、EEG、自動化. iii.

(5) The relationship between sensory motor rhythm and performance in expert air pistol shooters August, 2015 Author: Tu, Yu-Long Adviser: Hung, Tsung-Min Abstract. The sensorimotor rhythm (SMR) is a special frequency band of 12-15 Hz mainly in sensorimotor area. The power of SMR is inversely related to the activation of this area. Higher SMR might represent an adaptive regulation of cognitive-motor processing, which is useful for the understanding of the preparatory processes in precision sports. Therefore, this study compared SMR power between the best and the worst shots in 18 expert shooters (aged 18.28 ± 2.32 yr) with 4.67 ± 2.25 years of shooting experience. Shooters were recruited to shoot for 40 trials while EEG was collected. A 2 x 3 ANOVA showed significant interaction between performance and time. Post hoc analysis revealed that the first epoch was significantly higher than the second and the third epochs for the good performance whereas no differences were observed on the 3 epochs between the best and the worst shots. The results suggested that expert shooters reduced the somatosensory input prior shooting, which may imply an automatic process before the best performance. Future study may explore the effects of learning on SMR as well as effects of SMR neurofeedback training on performance.. Key word: attention, EEG, automaticity. iv.

(6) 謝誌謝謝口試委員洪聰敏教授、黃崇儒教授及張育愷教授的指導與建議，讓我可以完成碩士論文。經過三年的努力，終於嘗到甜美的果實，這一路走來須要感謝的人非常多，首先要感謝的是研究所的指導老師，洪聰敏教授，謝謝你願意讓我進入這個實驗室，讓我有機會跟著實驗室的夥伴一起學習與努力。過程中曾經帶著我到國外進行發表，走訪了義大利、荷蘭、法國，讓我在生命的旅途中增添了不少色彩。在學術研究的路上能體諒我的不認真，一再地包容我犯的錯，讓我知道其實自己有許多需要改進的地方，很多能去進步、突破的地方。從你身上我學到相當多寶貴生活經驗、態度及人生價值觀。另外，要感謝實驗室另一個精神領袖，黃崇儒教授，謝謝你總是以一個好爸爸的形象指導著我，以親身經歷告訴我們求學路程的艱辛，以及適當的給予我意見讓我知道該如何去面對未來的藍天。人生沒有對錯只有選擇，進入 HTML 坦白說，有開心、有難過、有感動、有悲傷、有歡笑、有憤怒、有驚喜也有失落，可以說是五味雜陳的一個仙境。在這裡需要感謝實驗室每一位夥伴，巧菱、漱石、沈震、阿英、怡潔、廷宇、芯綺、雅筑、泰廷、侑蓉、小花、志達、嵐雅、士竣、名揚、芃君、冠甫、靖雯、伶君、國鑌、禕霆、志謙、陳豪、建霖、婷玉，謝謝你們在實驗室對我的照顧，不斷的以火力掩護我，讓我能完成攻擊任務。另外，也要感謝在 NTNU 認識的每一位夥伴，因為有你們讓我更有動力的向前進、讓我知道自己是多麼的渺小，需要充實更多的知識，以彌補自己在能力上的不足。成長歷程中需要感謝非常多人的照顧，感謝每一位曾經指導過我的恩師，謝磊、王明松、蔡志宏、劉聰達、邱共鉦、張燦庭教練，及郭周蓉、楊聖智、鄭歷田老師，謝謝你們不論在術科 (跆拳道) 或者學科方面都給予我最完善的照顧，讓我得到最好的資源，同時也不斷地教導我做人處事的道理，讓我能更容易適應整個大環境。另外，還要感謝我國小、國中、高中、大學的朋友，與你們相處是我成長過程中最棒的回憶。最後，要感謝的是我愛的人、愛我的人、爸爸、媽媽及家人謝謝你們包容我的任性、我的不懂事，無微不至的照顧我，讓我一直以來都無後顧之憂，期許自己的未來可以成為你們的驕傲，並且用自己的能力照顧好每一個人。 v.

(7) 目次. 口試委員與系主任簽字之論文通過簽名表………….….……………………………………i 論文授權書…………….……………………………………….…..…………………………ii 中文摘要…………………………………..…………………….……………………………iii 英文摘要……………………………………………………………..………………………..iv 謝誌………………………………………………………………………….…………………v 目次………………………………………………………………….…………...……………vi 表次…………………………………………………………………………………..……viii 圖次…………………………………………………………………................……….……ix. 第壹章. 緒論…...………………………………………………………………1. 第一節問題背景……………………………………….………………………………1 第二節. 研究目的…...…………………………………………………………….…….6. 第三節. 研究假設…...……………………………………………………………….….6. 第四節. 操作性名詞定義解釋…...……………………………………………………..6. 第五節. 研究範圍與限制…...…………………………………………………………..7. 第貳章. 文獻探討…...…………………………………..……………………8. 第一節. 注意力與表現之關係…...……………………………………………………8. 第二節精準運動好、壞表現與腦波.........................…………………………..……..9. vi.

(8) 第三節感覺動作節律與表現之關係…………………………………………..…….13 第四節. 文獻總結…...…………………………………………………………………15. 第參章研究方法…...…………………………………..……………………16 第一節實驗參與者...…………....……………………………………………………16 第二節研究架構.........................................................…………………………..……17 第三節實驗時間與地點.......…………………………………………………………18 第四節. 實驗工具………………………………………………………………..…….18. 第五節. 實驗程序…...…………………………………………………………………20. 第六節資料處理…...…………………………………………………………………22. 第肆章. 結果…...…………………………………..……………………26. 第一節資料信度分析..……….....……………………………………………………26 第二節主要分析-感覺動作區 SMR…………………………………………………29 第三節控制分析-不同腦區與功率之檢驗………………………………………….30. 第伍章討論…...………………………………………..……………………32 參考文獻……………………………………………………………………….36 附件一………………………………………………………………………….43 附件二………………………………………………………………………….44. vii.

(9) 表次. 3-1. 參與者背景資料……………………………………………………………………….16. 4-1. 實彈射擊與紅外線射擊成績………………………………………………………….26. 4-2. 實彈射擊、紅外線射擊表現之腦波功率……………………………………………...27. 4-3. 參與者表現之發數、平均數、標準差………………………………………………….28. 4-4. 表現在三個時間視窗之 SMR (Cz) 腦波功率………………………………………..29. viii.

(10) 圖次. 3-1. 研究架構……………………………………………………………………………….17. 3-2 10-20 系統腦波電極位置………………………………………………………………18 3-3. 射擊流程……………………………………………………………………………….20. 3-4. 實驗進行流程………….………………………………………………………………21. 4-1. SMR 時間與表現關係圖………………………………………………………………30. ix.

(11) 第壹章. 緒論. 本研究將透過腦波感覺動作節律 (Sensory motor rhythms, SMR) 之觀察指標，探討空氣槍射擊選手其較佳、較差射擊表現與感覺動作節律之關係。本章內容依序為第一節、問題背景；第二節、研究目的；第三節、研究假設；第四節、操作性名詞定義、解釋。. 第一節問題背景頂尖競技運動場上決定臨場表現與勝負的關鍵大部分取決於心理因素，擁有較高心理技能的運動員在比賽中往往會有較大的機會可以脫穎而出。網球名將 Jimmy Connors 曾說比賽的勝負有 95% 是受到心智狀態所影響 (Weinberg, 1988)。高球名將 Jack Nicklaus 認為心理因素大概有 90% 會影響到運動表現，心理準備工作是影響選手巔峰表現之關鍵因素 (Nicklaus, 2007)。高爾夫球大滿貫得主 Padraig Harrington 認為比賽中的表現有 95%是取決於心理的狀態 (Burke, 2007)。國內高球名將曾雅妮過去曾在揮桿表現出狀況時表示其主要影響競賽表現的原因為心理因素。旅美棒球投手陳偉殷、王建民也曾在賽後訪問中提到心理因素為影響比賽的成敗之關鍵所在。由此可見，心理因素對於運動表現相當重要，而過去在閉鎖性的運動情境當中，像是射箭、射擊、飛鏢投擲、籃球罰球甚至是高爾夫球，當運動員面臨關鍵性的比賽情境而感受到壓力時，心理狀態易受到影響，導致表現失常 (Beilock & Carr, 2001; Beilock & Gray, 2007)。因此，運動員比賽當下的心智技能調整對表現將扮演著相當重要的角色。心理狀態在運動表現中扮演著關鍵性的指標，而過去洪巧菱與洪聰敏 (2009) 亦建議影響運動表現的心理因素主要有四個：覺醒水準、專注、自信心及動機。覺醒是生理與心理活動的綜合狀態，強度由低覺醒到高覺醒水準 (Gould, Greenleaf, & Krane, 2002)。專注是對感覺或心智事件所投入的心智努力程度 (Solso, 1995)，也就是個人將心智努力投注於情境重要事件的能力 (Morgan, 2004)。自信心是一個人對自己能夠成功完成一個行為的信念程度，當信念程度越高，在競技運動場上也會帶來比較多的正面情緒。動機 1.

(12) 是指一個人努力的方向和強度。而其他影響因素像是壓力下的失常表現、甚至是心理韌性，這些都是影響著運動員表現很重要的因素。在運動表現中，不受外在干擾訊息所影響的心理狀態最常與較佳運動表現有關的心理特徵做連結，表示個體有較佳的注意力狀態來執行動作技能 (Gould, Dieffenbach, & Moffett, 2002; Gould, Eklund, & Jackson, 1992; Williams & Krane, 1993)。因此，運動員應該要有較佳的注意力，在執行動作技能前可以維持最佳的準備狀態 (Rogers, Rousseau, & Fisk, 1999)。在閉鎖式運動中，精準性運動項目在動作執行前之心理狀態扮演著重要角色，其技能表現取決高度的協調與精確能力，而在眾多項目中射擊是其中之一 (洪聰敏，2005)。射擊屬於一種自我配速的動作技能，為了讓射擊目標更精確，經常需要使用高度的注意力來維持動作準備期之心理狀態的穩定 (Druckman & Bjork, 1992)。由於射擊項目在扣板機前需要穩定的心理狀態來維持其專注力及高度的動作協調，我們非常有興趣探究射擊執行前的心理運作歷程是如何變化，進而影響選手在競賽表現中有成績的落差。過去研究主要著重在以自陳式量表的方式，探究運動員在競賽情境時的心理狀態，但是自陳式資料對於表現當下瞬間變動的心理狀態之測量，可能有其限制。近年來由於科技整合的進步，腦電波 (electroencephalogram, EEG) 為研究人類行為與心智歷程的重要工具 (Crews & Landers, 1993; Hatfield, Haufler, Hung, & Spalding, 2004; Hatfield, Landers, & Ray, 1984; Salazar et al., 1990)。大腦造影技術如電腦斷層掃描 (CT scan)、核磁共振造影掃描 (MRI scan) 以及正子幅射攝影掃描 (PET scan) 雖然較具精密性及擁有較佳的空間解析度，但其時間解析度卻不如腦電波清晰。因此，使用腦波來測量射擊執行前的心智運作歷程，讓我們能更清楚地知道運動員當下的腦波特徵，其特徵能與選手的行為心智歷程做連結，進一步了解選手在專注時的腦波狀態。若能清楚得知其在專注時的腦波狀態，對於選手想必有相當大之助益。高士竣、洪聰敏與黃崇儒 (2009) 的回顧性文章指出，自 20 年前 Hatfield, Ray 及 Landers 發現顳葉區 α 功率的增加和較佳的射擊表現有關後，研究陸續發現其它和較佳精準性運動表現有關的 EEG 特徵，像是枕葉中央視覺皮質區 α 波的增加、左顳葉區和額葉中央區的相干性下降、前額區中線 θ 波增加、Cz、C4、Fz 的 α 波事件關聯去同步 2.

(13) 化 (event-related-desynchronization, ERD) 的增加。左、右顳葉區側化的研究發現，精準性運動中高技能水準的選手在動作執行前負責語言分析的左腦如果可以降低其活動對於選手的表現會有正面幫助 (Crews & Landers, 1993; Hatfield, Landers, & Ray, 1984; Salazar et al., 1990)，此現象或許表示高技能層級的選手較能有效地抑制與動作執行無關的語言分析歷程，並將注意力資源有效地投注在主司視覺空間的右腦。在比較高技能空氣手槍選手扣板機前的表現差異時，發現較佳表現時枕葉區 Oz 電極點在扣板機前的 α 波逐漸上升，較差表現時 α 則逐漸的下降 (Loze, Collins, & Holmes, 2001)，可能是較佳表現時選手減少有意識的視覺注意力，以動作程式來取代視覺注意力來執行動作，代表自動化的動作導引及減少與視覺相關的枕葉活動。腦波相干性 (coherence) 的研究發現過去不論是在不同層級 (專家、熟手) 的組間比較或相同層級 (最佳表現、最差表現) 的組內比較，左顳葉區與額葉中央區的相干性在專家層級或表現較佳的時候較低，可能表示在動作執行時能抑制無關的皮質活動，因此能有效率地使用注意力資源 (Deeny, Hillman, Janelle, & Hatfield, 2003; 吳建霆、羅麗娟、林榮輝、石恆星、洪聰敏，2007)。前額區中線 theta (frontal mindline , Fm θ) 功率是與持續性注意力及認知資源分配有關的指標，Doppelmayr, Finkenzeller 及 Sauseng (2008) 比較專家和生手來福槍射擊選手在表現上的差異，發現在扣板機前的準備動作階段專家的腦波功率高於生手，且隨著扣板機的時間點愈近專家功率穩定上升，而生手功率則先上升後逐漸下降，可能是生手在射擊準備動作前已將專注力聚焦在目標上以試圖減少來福槍移動，因此專注力無法持續到最後；專家則專注在射擊當下，故能夠將無關線索排除並在射擊擊發前將注意力調整到最佳的狀態。 Babiloni et al. (2008) 發現高爾夫球選手在成功推桿表現前的中線 (Fz, Cz)及左手感覺動作區 (C4) 高頻 α 波 (10-12Hz) 的 ERD 振幅大於表現失敗時，而在失敗推桿表現時，較大 α ERD 的失誤距離較小，而這表示當高爾夫球推桿表現成績較優異的時候其會有較大之 α ERD；高爾夫球推桿作業的特殊性在中線 (Fz, Cz) 投入較多努力來執行動 3.

(14) 作計畫的選擇、動作程序的調整，以及投入右大腦感覺動作區皮質活動以控制左手在推桿作業時的精細動作。透過較為精細的動作控制、較佳的動作計畫選擇和調整，以一個較佳的動作準備狀態進入動作執行的階段，使得執行動作時注意力能夠有效地投入相關作業，促使注意力干擾的可能來源減少以致於提升運動表現，導致有成功地推桿表現。整理上述的研究發現精準性運動在動作執行前的注意力準備狀態以及動作計畫、調整上與運動表現的提升是息息相關的，而我們在高爾夫推桿作業上得以看到在感覺動作區的位置執行推桿前的準備動作在大腦皮質的活動上能看到明顯之差異存在，也因此，此區域在精準性運動項目有其探討之必要性存在。感覺動作節律 (Sensory motor rhythm, SMR) 是由感覺動作區與注意力有關的腦波指標。SMR 為感覺動作區 12-15Hz 的腦波頻率段，過去在 SMR 的腦波研究主要為位於感覺動作區 C3、C4 與 Cz (Blankertz et al., 2010; Gruzelier, Foks, Steffert, Chen, & Ros, 2014) 電極位置，而活動與動作意象、動作抑制、放鬆注意力的聚焦、較大的工作記憶以及較佳的動作準備歷程有關係 (Gruzelier, Egner, & Vernon, 2006; Blankertz et al., 2010)，其活動程度與感覺動作區的皮質活動程度呈負相關 (Sterman, 1996)。 Vernon et al. (2003) 藉由比較不同神經回饋頻率段對認知功能表現的影響後發現學習自主控制 SMR 能幫助個體以減低動作介入的方式進行訊息處理歷程，同時能維持注意力與知覺的準備狀態。Gruzelier, Egner, & Vernon (2006) 進一步地發現 SMR 活動與放鬆的注意力聚焦歷程、較大的工作記憶、動作的抑制以及較佳的動作準備歷程有關聯。過去在 SMR 的腦波研究中，大多運用神經回饋訓練操弄 SMR 指標，意圖改善 ADHD、癲癇等病患，鮮少在精準性運動項目上使用 (Tinius and Tinius, 2000; Egner and Gruzelier, 2001; Vernon et al., 2003; Egner and Gruzelier, 2004; Vernon, 2005; Hoedlmoser et al., 2008; Gruzelier et al., 2006, 2010; Doppelmayr and Weber, 2011; Kober et al, 2015)。因為 SMR 指標與注意力、放鬆的注意力聚焦、知覺的準備狀態及較佳的動作準備歷程息息相關，而這些歷程與精準性運動在動作執行時的準備歷程相似，過去幾乎沒有應用在競技運動場上，也因此 Cheng et al. (2015) 以 SMR 當作指標比較高技能飛鏢選手與生手在成績表現上之腦波差異，發現執行動作前兩秒鐘專家的 SMR 功率會顯著高於 4.

(15) 生手，且維持較高的穩定狀態。此發現表示專家在動作執行前的準備歷程可能抑制了非相關的訊息傳入而以一種動作趨近於自動化的方式來執行飛鏢投擲的動作，進而導致專家選手在飛鏢投擲的過程中有較佳的表現；相反地，生手在動作準備執行前的準備歷程可能處在依賴外在訊息的階段，藉由外在訊息來決定其飛鏢投擲的出手時間，造成注意力資源無法有效的分配。鄭名揚 (2012) 進一步的探討 SMR 神經回饋訓練與高爾夫球推桿表現之關係，在訓練後的推桿表現發現有明顯進步，且伴隨著相對 SMR 腦波功率的升高，表示在經過 SMR 訓練後注意力資源有效的分配在相關線索上，進而有效的提升推桿表現。此兩篇 SMR 腦波活動與表現有高度的正向相關，杜雨龍與沈震 (2014) 從 8 位高技能空氣槍射擊選手的射擊表現去探究其較佳及較差表現之腦波功率差異，發現在時間視窗上有達到顯著差異，其在靠近扣板機的前一秒的時間 SMR 腦波功率會顯著上升，但由於樣本數的缺乏導致統計考驗力不足，因而無法從表現或者是時間與表現的交互作用中看到顯著效果。總結來說，SMR 相關研究可發現較佳的 SMR 準備歷程可能因為注意力資源的分配而造成表現之差異，因此 SMR 功率與精準性運動之關係有進一步研究之必要性。過去已經有 SMR 的研究在探討精準性運動與表現有關的議題，主要是在專家和生手的運動表現上，看到腦波功率在表現上呈現顯著性的差異，SMR 神經回饋訓練的議題上，已經有相關研究指出其訓練 SMR 腦波功率導致運動表現提升之現象，因此，從過去研究中看到 SMR 在運動表現中有其重要之地位。Loze, Collins, & Holmes (2001) 比較專家選手在最佳表現及最差表現時大腦 α 功率的反應，結果顯示最佳表現的功率隨著扣板機的時間點愈接近，枕葉 α 會逐漸升高，最差表現則會逐漸下降，證實專家空氣槍射擊選手在最佳表現前一秒，會分配較少的注意力資源在視覺訊息上。由以上的研究結果，我們能推論專家射擊選手在扣板機前的動作準備狀態，對於運動表現來說是相當的重要的。而過去的針對高技能選手在精準性運動表現的研究礙於招募人數不足導致統計考驗力不夠而尚未詳盡的去探討，但本研究為了彌補知識上的缺口，認為 SMR 在高技能選手之運動表現仍有持續去探討之必要性。因此，本研究將延續過去的精隨，探討空氣槍射擊選手 SMR 與射擊表現之間的關係。 5.

(16) 第二節研究目的本研究目的為比較空氣槍射擊選手射擊表現好、壞與感覺動動作區之腦波 SMR 之關係。. 第三節研究假設一、好的射擊表現相較於壞的射擊表現有較高的 SMR 功率二、隨著扣板機的時間愈近，好的射擊表現的 SMR 功率會逐漸升高。. 第四節操作性名詞定義解釋一、精準性運動 (precision sport) 精準性運動 (precision sport) 是指射擊、射箭、高爾夫推桿、籃球罰球、網球發球以及撞球之類的運動。其特色在於執行動作的過程中自我配速 (self-speed) 的方式執行。在技能執行前心理狀態的穩定程度往往是表現好、壞的關鍵因素。精準性運動需要精細的動作控制來執行動作技能，由於動作技能的穩定程度相較於其它運動來的好，不會有過多的肌電訊號而影響腦波資料的品質，也因此其為心生理學腦波測量的研究中，具有潛在發展價值的一個新議題 (洪聰敏，1988; 高士竣、洪聰敏、黃崇儒，2009)，而本研究之精準運動項目為 10 公尺空氣手槍射擊。二、感覺動作節律 (Sensory motor rhythm, SMR) SMR 為感覺動作區 12-15Hz 的腦波頻率段，是一種與注意力有關的腦波指標。過去在 SMR 的腦波研究主要為位於感覺動作區 C3、Cz、C4 電極位置，而 SMR 活動與動作意象、動作抑制、放鬆注意力的聚焦、較大的工作記憶以及較佳的動作準備歷程有關係 (Gruzelier, Egner, & Vernon, 2006)，其活動程度與感覺動作區的皮質活動程度呈負相關 (Sterman, 1996)。 6.

(17) 第五節研究範圍與限制本研究之研究對象為 A 級之空氣手槍選手，選手層級依據中華民國射擊協會所提供之選手分級資料為 A 級，男子組 A 級分數為 555 分以上、B 級為 530 到 554 分、C 級為 529 分以下；女子組 A 級分數為 360 以上、B 級為 359 分以下。在腦波資料方面主要分析之區域及電極點為感覺動作區的 C3、Cz、C4 電極。而主要分析之腦波頻率段為 1215Hz 之 SMR 頻率波段，因此在研究限制上，分以下幾點陳述: 一、由於本研究所採用之競技運動項目為空氣手槍，依運動屬性來區分，空氣手槍屬閉鎖性之運動項目，因此所發現之結果可能無法推論至開放性運動，如:籃球、排球、跆拳道等運動。二、本研究所招募之空氣手槍選手為國內 A 級選手，皆經過一年以上之技能訓練，成績分別為男子組 555 分以上，女子組成績 360 分以上，因此本研究之結果可能無法推論至初學者。三、男子組為 60 發射擊總分 600 分，女子組為 40 發射擊總分 400 分，為求實驗擊發數一致，因此皆以女子組 40 發射擊為主，分別將表現好、壞區分出來。這可能會導致男子選手無法依據過往射擊經驗將最好的成績展現出來，而影響研究收集之資料。. 7.

(18) 第貳章. 文獻探討. 本章文獻探討分為三小節，依序為:第一節、注意力與運動表現之關係；第二節、精準運動好、壞表現與腦波；第三節、感覺動作節律與表現之關係；第四節、文獻總結。. 第一節注意力與表現之關係 Krane 與 Williams (2006) 回顧探討頂尖運動選手心理狀態之研究，發現眾多心理特徵中，正向期待、完全專注、高自信、作業相關的聚焦、高覺醒、高意圖、高努力以及高的承諾感與最佳運動表現有關。Wulf 與 Su (2007) 針對專家、生手高爾夫選手擊球的研究認為運動中的注意力聚焦對運動表現有關鍵影響。如果運動員在動作執行前的準備狀態有較佳的注意力投入，減少外在非必要訊息的干擾並維持自我配速的穩定狀態，對其表現可能有所幫助 (Rogers, Rosseu, & Fisk, 1999)。Cohn (1991) 在精準性運動的相關研究發現，運動表現的巔峰狀態與自動化、較低的努力和完全專注於當下等心理特徵有關。而過去 Schneider, Dumais 與 Shiffrin (1984) 認為許多動作技能可能都是以少量的注意力資源來執行，其歷程類似於自動化。由此可見，一個專注、穩定且趨近於自動化的準備狀態對運動表現是相當重要的。根據 Fitts 與 Posner (1967) 的技能學習三階段假說，第一階段是認知階段，其特徵為需要使用較多的資源來因應特定的知覺線索以及需要用意識控制動作，表示在技能學習時我們需先瞭解動作的細節。第二階段是調整期，特徵是較精化地因應有關的環境線索以及有效率、系統性的執行動作，表示當瞭解動作的細節後，我們需進一步的將所學的細節進行組織，並能一致地操控動作技能減少其變異性。最後一個階段是自動期，特徵是感官線索處理與動作執行的自動化，表示當有一定程度的熟悉經驗且經過反覆練習，動作技能的執行並非經由意識控制，而是本能地反射出來。在精準性運動中，生手在技能學習上主要為認知階段，而高技能、專家層級的選手則在調整期甚至自動化階段。對於技能水準較高的選手而言，能在特定環境線索中啟用自動化運作是相當重要的，在運動表現中選手若能排除外在干擾、專心投注在目標 8.

(19) 物、使用自動化的歷程執行動作，勢必有利於運動表現。近年來科學儀器能測量出運動員在技能執行當下的心生理狀態，而腦波 (electroencephalogram, EEG) 能直接測量大腦認知功能，像是動作意象、動作協調、記憶力、專注力等。腦波因為具有高時間解析度，可以立即性地得知大腦皮質電位活動。在精準性運動項目中，腦波技術主要運用在動作技能執行前的準備歷程，而透過不同頻率面的分析，我們能了解不同頻率之腦波所對應的心智狀態，進而推論運動表現當下之心智狀態 (洪聰敏、豐東洋，2004)。從過去注意力與表現相關的研究中得知，精準性運動在動作準備的歷程中注意力及動作穩定程度是相當重要的，一個專家選手在執行動作技能時，其動作技能會因為精熟而產生自動化現象。為了瞭解運動員在動作準備階段的心理歷程，我們能透過 EEG 探討選手在運動表現當下之生理反應，進而推測其心理狀態。. 第二節. 精準運動好、壞表現與腦波. Loze, Collins 與 Holmes (2001) 招募 6 位空氣槍射擊專家分別進行 60 發射擊試驗，探討扣板機前枕葉 α 功率是否與射擊表現具有因果關係。時間視窗為扣板機前六秒切成三段，腦波收集枕葉到前顳葉的電極點 (T3、T4、Oz)，挑選好、壞表現各五發進行比較，結果發現枕葉腦波 α 功率在好表現功率有增加的情形，但壞表現功率有減少的趨勢，且在扣板機前一秒有發現顯著性的差異。這些發現表示視覺注意力在好表現瞄準目標的時候會漸漸的被抑制。此外，T3 較 T4 有顯著性的腦波 α 功率，與先前的研究相同。結論表示參與者能夠有較好的射擊表現是因為沒有在瞄準的時候將最大的視覺注意力投入，且在最後一秒抑制了視覺注意力是執行自動化射擊的必要條件。 Babiloni et al. (2008) 發現在動作準備期的時候，空間性的增強在皮質活動 alpha (8– 12 Hz) 及 beta (13–30 Hz) 的功率會減少。在成功和不成功的推桿表現發現身體搖晃區會有相似的地方。對照之下，前額中線與右邊主要感覺動作區的高頻 alpha (10-12 Hz) 功率在成功推桿表現下相較於不成功推桿表現有較顯小的振幅；減少不成功的推桿表現的. 9.

(20) 錯誤將強烈的減少 alpha 功率。結果表示高頻 alpha 節律可以與動作前以及非主要感覺動作區做連結，這對於動作控制及預測高爾夫選手的推桿表現有極大的幫助。 Del Percio et al. (2009) 招募 28 名空氣手槍射擊選手，其中 18 名為菁英選手、10 名為生手，探究兩種假設，第一種假設是在視覺動作準備期間藉由減少皮質活動，比較生手與菁英運動員之間的差異；第二種假設想去探討菁英運動員在最佳的視覺動作表現與低的皮質活動之關聯。所有參與者執行 120 發射擊，在一個參照的基準點上，觀察 α 節律在射擊準備期間功率增加或減少，表示皮質的活化或不活化 (event-related desynchronization / synchronization, ERD / ERS)。而根據研究假設一的結果發現，相較於生手，菁英選手在整個大腦皮質上有較低的低頻 alpha (8-10 Hz) 及高頻 alpha (10-12 Hz) ERD 振幅；研究假設二的結果發現在右頂葉及左側中央區的高頻 alpha ERS，菁英選手在高分時有較大的振幅。而控制分析證實了這些結果與其它皮質活動的指標有關係 (beta ERD, 20 Hz)。控制分析也顯示在比較生手高分與低分的情境下無法觀察到 alpha ERD 的減少。研究發現建議菁英運動員 (專家) 視覺動作表現與整腦皮質活動的減少是有關聯的，作為空間選擇皮質歷程的一個指標 (神經效率化)。過去在精準性運動表現與腦波相關的研究，莊嵐雅等人 (2010) 招募 20 位男性飛鏢投擲的初學者，其慣用手皆為右手，欲比較飛鏢投擲動作執行前表現好、壞之間的腦波功率和相干性差異，參與者投擲 60 支的飛鏢，收集投擲前 1 秒腦波資料 (頻率段：α1 (8-10 Hz)、α2 (10-13 Hz)、β1 (13-20 Hz)、β2 (20-30 Hz))，進而分析比較參與者最好、最壞 25%的表現所對應的腦波功率，以及左前額-額中葉 (F3-Fz)、右前額-額中葉 (F4-Fz)、左顳葉-額中葉 (T3-Fz) 和右顳葉-額中葉 (T4-Fz) 等電極點之間的腦波相干性，分析發現最佳、最壞表現之間在各電極點的頻譜功率皆沒有顯著差異；T3-Fz 和 T4-Fz 在 α2 頻率段的腦波相干性，較佳成績低於較差成績，而結論表示，初學者的動作變異性可能較心理因素更容易的去影響動作表現；同時，生手在較佳成績的動作準備期，負責動作計畫的額葉區與負責語文邏輯分析的左顳葉區之間溝通較少，表示大腦能適當分配資源以利完成動作，而這些發現對初學者來說，表示在較佳的運動表現下，大腦資源可以較有效率的運用。 10.

(21) 黃至寬、黃崇儒、張智傑與洪聰敏 (2011) 招募 16 位男性空氣手槍射擊選手，將其分成兩組 (實驗組及控制組)，探討心跳生物回饋訓練對空氣手槍射擊選手運動表現、心跳減速及左顳葉區 α 波功率的影響和保留效果。此研究進行 10 週的生物回饋讓參與者學習控制心跳減速的訓練，實驗組進行每週 3 次、每次 30 分鐘的訓練，在訓練前、中、後的階段，分別對實驗組及控制組進行 40 發空氣手槍射擊測驗，且同時記錄心跳率的變化，在後測結束後的兩週將進行保留測驗，腦波資料收集只有在前、後測有進行施測。結果發現，與控制組比較下，實驗組的心跳減速顯著性的加大，心跳減速斜率顯著增加，且射擊表現比較好。保留測驗時實驗組的心跳減速和射擊表現與後測相比較之下，並沒有顯著性的差異。生物回饋的介入對左顳葉區的 α 波功率並沒有產生影響。藉此可知，生物回饋訓練確實能擴大運動員的心跳減速現象，且提升運動表現，在 10 週的訓練效果能維持至訓練結束後 2 週，但心跳生物回饋訓練並不會影響左顳葉區的 α 波。劉倩、林韋儒、黃崇儒與洪聰敏 (2011) 招募 24 位專家空氣槍射擊選手，探討射擊選手在扣板機前，執行射擊與放棄執行射擊時，大腦額葉皮質的變化，參與者共射擊 30 發，有 6 位參與者扣板機前放棄射擊的次數達 6 次以上，而被列為資料分析的對象。射擊表現 (執行、放棄) 前 3 秒的腦波資料，將其切成 3 段每段時間為 1 秒鐘，在 theta (θ， 4-7 Hz) 的腦波頻率段，比較射擊表現在額葉電極位置 (F7, F3, Fz, F4, F8) 之差異。結果發現在射擊表現前 3 秒 θ 的腦波變化，右前額區 (F4) 在執行射擊時的腦波功率顯著高於放棄射擊的時候。其表示專家射擊選手在執行動作時右額葉會有較多的 θ 活動，推測其對於目標距離和動作執行較為熟練，而執行射擊時將投入較多的注意力資源在視覺空間協調。 Chuang, Huang 與 Hung (2013) 表示在動作技能準備期間，注意力被認為是運動表現最重要的一個因素。過去研究在枕葉 alpha 已被用來探討菁英運動員動作準備期間的心理狀態，而此研究想知道前額中線 theta 功率在投籃瞄準期間成功表現與不成功表現的差異是怎樣。招募 15 位男性高技能籃球選手，進行投籃作業。腦波資料收集出手前 2 秒，分成四段，每段為 0.5 秒。從成功和不成功的投籃表現中去瞭解低頻 theta (4-6 Hz) 及高頻 theta (6-8 Hz) 的功率。使用三因子重複量數變異數分析，分別比較在低頻 theta 11.

(22) 功率和高頻頻 theta 功率，表現、時間及電極點之間的關係。結果表示當與成功的投籃表現比較，不成功的投籃表現在準備期間，Fz 電極點低、高頻 theta 功率及 F4 電極點高頻 theta 功率有顯著性的變化。此外，在成功的投籃表現開始瞄準的時間，觀察到有較高的前額中線高頻 theta 功率。本研究建議在執行動作前有一個穩定的覺醒及一個持續性的注意力關注可能會幫助運動員的表現。 Kao, Huang 與 Hung (2013) 招募 18 高爾夫球選手，執行 100 次推桿模擬作業，探究 Fmθ 活動，其是一個由上而下的持續性注意力歷程指標，而藉由此指標從推桿前的準備歷程中，探究其個人在推桿表現 (最好、最壞) 腦波之變化情形，挑選最佳及最差表現各 15 球，進行統計之分析，結果發現 Fmθ 功率在表現上相較於其它中線電極點有顯著性的增加。然而 Fmθ 功率在最佳表現上顯著的小於最差表現。這些發現表示 Fmθ 是一個在熟練技能和最佳注意力投入下的一種持續性注意力的展現，而藉由低的 Fmθ 功率將有利於成功的技能表現，相較於高的 Fmθ 功率則是反映過多的注意力資源控制。洪巧菱、陳衣帆、黃崇儒、張育愷與洪聰敏 (2014) 招募 8 位空氣手槍射擊選手，比較射擊及動作控制情境射擊準備期腦波活動之差異。記錄射擊與動作控制情境之腦波活動，腦波主要收集額葉、中央、頂葉、顳葉及枕葉區，資料分析取出手前 8 秒的腦波資料，並擷取 α1 (8-10 Hz)、α2 (11-13 Hz) 及 β1 (14-20 Hz) 之平均功率。其發現射擊情境之 α1 與 α2 趨近於顯著，頻率段之功率皆高於動作控制情境，尤其射擊情境比起動作控制情境在右半腦的額葉 (F4)、中央 (C4)、頂葉 (P4) 及枕葉區 (O2) 有較高之 β1 功率。這些發現支持射擊準備期誘發視覺空間功能之外，且擴大以往的研究發現，證實射擊準備是需要涉及到注意力、動作控制、姿勢穩定等過程，以達到好的成績表現之準備歷程。自我配速運動像是射擊、籃球罰球、飛鏢投擲或高爾夫推桿，在動作執行前一段準備歷程可說是相當的重要，藉由腦波這個研究工具我們能得知在準備歷程當下其注意力、注意力資源的分配、空間協調，甚至其它腦認知功能是如何去運作的，透過文獻的回顧我們同時發現在不同的腦區、不同腦波頻率段甚至是不同的半腦，其代表的意義都不一樣，藉由精準性運動相關的研究，能讓我們更了解當我們在執行動作技能的時候，其腦 12.

(23) 波運作之狀況，進而去調整運動參與者在執行動作技能之方法，更有效率的去幫助其在競賽表現中的成績。. 第三節. 感覺動作節律與表現之關係. 過去 SMR 研究已經與不同的認知功能作連結，像是注意力 (attention)、短期記憶 (short-term memory) 以及記憶鞏固 (memory consolidation) 作連結 (Egner and Gruzelier, 2004; Hoedlmoser et al., 2008; Vernon et al., 2003; Vernon, 2005; Tinius and Tinius, 2000; Gruzelier et al., 2006, 2010; Doppelmayr and Weber, 2011)。SMR 位於中央皮質區域，其在感覺動作皮質 12-15Hz 的頻率段。過去第一次發現是從動物身上發現的，從一隻貓的動作皮質區觀察到當警覺靜止不動、專注的時候，由於體感輸入的減少將會促使腹側基底丘腦神經核 (Ventrobasal thalamic nuclei) 放電，進而誘發出 SMR (Sterman et al., 1970； Howe & Sterman, 1972；Howe & Sterman, 1973)。而在人類方面，SMR 產生是在一個抑制動作的情形下，靜止不動的維持注意力，進而產生 SMR (Pfurtscheller, 1981)。這些證據都表示 SMR 是從體感區傳達到丘腦的神經核，而我們一般也都稱之為腹側基底丘腦神經核 (Sterman, 1996, 2000)。在動物及人類研究提供了證據說明 SMR 產生的生理機制，第一，在警覺注意力的情境脈絡下減少運動，會減少動作輸出到丘腦及腦幹，而導致紅核、牽張反射以及肌張力活動的減少，這些原因導致體感傳入活動的減少以及在丘腦的腹側-後側-外側細胞核及網狀細胞和之間的迴路振盪活動的增加，最後從丘腦傳入神經通路到感覺動作皮質。因此，SMR 活動是體感訊息傳入皮質區被減少或抑制的一種現象，基於這些發現，第一個有關於神經回饋訓練的研究，針對癲癇病人使用意志控制增加 SMR 活動及發現過度刺激大腦會有正面的影響 (Sterman, 1996)。也因為這樣 Sterman (1996) 認為這些節律與內在的抑制有關聯是從 SMR 神經回饋訓練所得到的，似乎會幫助丘腦抑制的機轉 (Sterman, 1996, 2000; Egner and Gruzelier, 2004)。 SMR 腦波活動與許多認知功能有關連，像是注意力、協調能力、動作的抑制、放鬆注意力的聚焦、較大的工作記憶以及較佳的動作準備歷程有關聯 (Gruzelier, Egner, &. 13.

(24) Vernon, 2006)，其活動與感覺動作區的活動呈負相關，換言之，當 SMR 腦波活動愈大，功率越強，表示在動作區的運作愈小，同時也有較少的動作干擾，獲得較佳的心智準備狀態 (杜雨龍、沈震，2014)。SMR 的產生同時與動作的抑制及視丘皮質網絡的活動有關係 (Kober et al., 2015)。過去神經回饋訓練藉由操作制約的方式讓參與者學習使用意志的方式去調整自主的大腦電位活動 (Skinner, 1945 ; Hammer et al., 2012)，而自從有證據支持用意志控制 SMR 活動與認知改善有關聯之後，SMR 經常被拿來做回饋的操弄使用 (Kober et al., 2015)。過去雖然有證據支持 SMR 活動與認知功能的改善有關，但似乎尚未完全的被探索及瞭解。因此，有待更進一步地去瞭解其在大腦認知神經科學上所扮演的角色。體感訊息的抑制增加 SMR 活動可以讓認知表現進步 (Kober et al., 2015)，Sterman (1996) 指出動作活動可能干擾知覺以及訊息歷程的整合。Vernon 等人 (2003) 神經回饋訓練研究發現學習自主控制 SMR，個體會使用較低的動作知覺介入訊息處理歷程，同時維持較佳的知覺與注意力狀態。Egner (2004) 比較 SMR 及 β1 神經回饋訓練效果，發現 SMR 訓練與改善注意力有關，β1 與增加覺醒有關。Gruzelier, Egner, & Vernon (2006) 發現較高的 SMR 活動與動作抑制、放鬆的注意力聚焦、較大的工作記憶以及較佳動作準備有關。表示較高的 SMR 功率代表個體在動作執行時以一種減少動作知覺介入的方式來完成動作，並與維持放鬆的注意力聚焦有關。 Cheng et al. (2015) 比較專家與生手在飛鏢投擲的 SMR 腦波活動，發現專家選手出手前 2 秒其整體 SMR 功率明顯高於生手，並維持穩定較高的趨勢；然而，生手則無顯著變化，此發現說明在準備期間 SMR 可能反映出最適當認知動作的調整歷程。這樣的發現意謂著專家選手在投擲飛鏢前其注意力不會被外在視覺或動作知覺干擾，進而影響其運動表現，而是以一種自動化的方式執行動作技能。整理上述 SMR 研究，我們知道 SMR 位於感覺動作區 12-15 Hz 的腦波頻率段，腦波功率活動與感覺動作區的活動呈負相關，當 SMR 腦波功率越高表示正在執行靜止、動作抑制且專注的動作，同時與相當多的認知功能有關聯，過去在貓、癲癇病人、藝術學院的學生等做一些實證性的研究，甚至不少研究有在探討藉由神經回饋的操弄去改善 14.

(25) 一般人、病人的認知功能，近年來也有幾篇跟競技運動有關的文獻在介紹 SMR 如何透過神經回饋訓練提升表現、或者是探討 SMR 腦波功率在不同層級表現上的差異，這表示 SMR 在競技運動表現上扮演著相當重要的一個腦波指標，值得持續的探索與發展。. 第四節文獻總結根據過去研究我們知道在高技能水準的運動員身上，影響運動表現最關鍵的因素在於心理狀態，射擊運動中專注力扮演著相當重要之指標，經常影響著選手表現。先前在精準性運動表現上，已有研究探討枕葉 α、前額中線 θ 在專家選手好、壞表現的研究，亦有研究在瞭解 SMR 腦波功率在專家及生手飛鏢投擲運動表現之差異，但尚無相關研究在探討專家選手在 SMR 表現好與壞的研究。由於 SMR 腦波功率在近年透過神經回饋訓練發現其可能是與注意力有關之指標，在射擊運動中注意力影響其射擊表現甚大，藉由過去已經有文獻探討 SMR 在專家及生手表現上有差異之相關文獻及專家在其它腦區組內比較之研究，因此，我們必須進一步地在精準性運動上探究專家表現之研究議題，故專家 SMR 與射擊表現之關係有必要持續地在此加以探討。. 15.

(26) 第參章. 研究方法. 本章節為研究方法之探討，依序分別為，第一節、實驗參與者；第二節、研究架構；第三節、實驗時間及地點；第四節、實驗工具；第五節、實驗程序；第六節、資料處理。. 第一節實驗參與者實驗參與者為招募國內空氣手槍射擊選手共 18 名，選手層級皆為 A 級專家射擊選手，年齡範圍在 14 到 22 歲參與者，選手運動年資範圍為 1 年到 10 年，所有參與者須符合下列標準：1. 慣用手皆為右手扣板機及慣用右眼瞄準目標。2. 參與者沒有任何腦神經相關的疾病，如癲癇。3. 頭部未曾受過重大撞擊導致昏迷或者嚴重腦震盪等情況。實驗經過人體試驗委員會審查，所有參與者經由招募自願參與此研究，並於參與實驗前皆已填寫實驗同意書，經實驗人員協助了解本研究之實驗程序、實驗目的後，簽署參與者實驗同意書並進行本次實驗。參與者背景資料整理如表 3-1。18 名空氣手槍射擊選手，其選手層級皆為 A 級，13 名男性、5 名女性，年齡範圍在 14 到 22 歲參與者 (平均年齡 18.28±2.32 歲)，選手運動年資範圍為 1 年到 10 年 (平均運動年資 4.67±2.25 年)。. 表 3-1 參與者背景資料參與者 (N=18 人) 男生 (n=13 人) 平均數標準差年齡 (年) 運動年資 (年) 最佳分數 (分). 18.23 4.23 565.46. ±2.13 ±1.69 ±9.26. 16. 女生 (n=5 人) 平均數標準差 17.8 4.8 370.8. ±3.63 ±3.56 ±9.76.

(27) 第二節研究架構本研究設計欲了解專家空氣槍射擊選手在競賽場上的射擊表現，探討其表現差異與腦波之感覺動作區 (Cz)、頻率段 (12-15 Hz) 之關係。自變項為空氣槍射擊選手之射擊成績之好、壞，依變項為與扣板機前三秒之準備期 (瞄準期之時間) 之 SMR 腦波功率，研究架構如圖 3-1。. 自變項：射擊成績 (好、壞). 依變項：SMR (Cz) 在扣板機前三秒之腦波功率。. 圖 3-1.. 研究架構. 17.

(28) 第三節實驗時間與地點本實驗的施測期間為中華民國 99~102 年。實驗時間約兩小時至三小時，實驗工具配置、練習及彈著點校正約一小時，隨後一小時為正式實驗。實驗地點分別在警察大學、萬芳高中、南崁高中以及大崗國中射擊靶場進行實驗。. 第四節實驗工具一、多頻道腦波儀本研究採用 32 頻道可攜式腦波儀 (NeuroScan NuAmps, NeuroScan Inc., USA) 記錄參與者在空氣手槍射擊過程中腦波的變化。腦波紀錄之電極位置乃採國際 10-20 標準系統 (International 10-20 system) 之標準安裝，系統之腦波位置如圖 3-2 所示。. 圖 3-2. 10-20 系統腦波電極點位置. 在國際 10-20 標準規格中，不同英文字母代表不同之大腦部位區域。F (frontal region) 代表額葉區、C (central region) 代表中央區、T (temporal region) 代表顳葉區、P (parietal region) 代表頂葉區，而 O (occipital region) 代表枕葉區、Z 表示各區域中線的位置。電 18.

(29) 極收集位置採 FP1、FP2、F7、F8、F3、F4、FZ、FT7、FT8、FC3、FC4、FCz、C3、C4、 Cz、T3、T4、T5、T6、TP7、TP8、CP3、CP4、CPz、A1、A2、P3、P4、PZ、O1、O2、 Oz、HEOL、HEOR、VEOU、VEOL 共 36 個頭皮電極點收集腦波資料、其中有兩個參照電極點以及四個電極點紀錄眼電之訊號。雙耳耳後乳突 (A1、A2) 作為參照點，FPz 作為接地點 (Ground)，以雙極誘導之 EOG 安置於參與者慣用眼睛。所接受的腦波頻率設定為 1Hz 至 100Hz 之間，取樣頻率為 500 點/秒。所有電極點之電阻皆保持在 10 KΩ 以下，並以聲音收集器輔以手動按鍵方式紀錄扣板機 (trigger) 時間點。. 二、紅外線感應器使用國際公認標準之空氣射擊手槍、靶紙、彈夾，在實驗進行過程中，若沒有實驗用之彈夾及靶紙時，由於科技日益進步，我們將使用紅外線感應的方式做射擊實驗，一方面紀錄上較為方便且經濟實惠，二方面與實際靶紙在準確度上差異性不大。. 三、聲音收集器本研究以聲音收集器輔以手動按鍵方式紀錄扣板機時間點。以利於蒐集射擊執行前準備過程至擊發時之腦波狀態。. 19.

(30) 第五節實驗程序參與者在實驗前幾天先以電話告知參與實驗相關訊息及注意事項，實驗開始進行前 24 小時內要求避免飲用含有酒精或咖啡因的飲料。在警察大學、萬芳高中、南崁高中以及大崗國中射擊靶場內進行實驗，實驗者向參與者詳細的說明實驗方法與流程並讓參與者簽屬實驗知情同意書後，即依照國際心生理學會之標準程序進行腦波及各生理電極點之配置 (Pivik et al., 1993)。參與者會配戴合適的電極帽 (NeuroScan Quik-cap)，並檢查電阻及訊號是否正常，所有電極點之電阻皆保持在 10 KΩ 以下，在確認訊號無過多雜訊干擾後，隨即開始讓參與者進行射擊熱身並檢驗射擊時各電生理訊號之品質，待熱身完畢之後，即進行正式施測。正式施測前將會提醒參與者依平時射擊練習或比賽的習慣動作做準備，且盡最大的努力去完成 40 發的空氣手槍射擊，參與者在射擊時要盡可能保持身體固定，在擊發前三秒眼睛必須睜開，以避免身體的晃動或者是眨眼影響腦波訊號。參與者有 10 發射擊練習機會，同時進行彈著點之校正作業。實驗正式開始時，請參與者試著瞄準目標物，收集睜、閉眼之安靜腦波，時間為一分鐘，接著開始進行正式射擊，總共 40 發射擊，每 10 發中間會休息 1 分鐘，結束射擊試驗後即完成實驗，如圖 3-3。. 練習前置作業. 10. 10 發. 10 發. 10 發 1. 1. 圖 3-3. 射擊流程. 20. 10 發 1.

(31) 實驗結束後，卸下參與者身上實驗器材並協助參與者清潔頭髮。離開實驗室前須將實驗器材檢整歸位，本實驗流程如圖 3-4。. 實驗告知. 填寫實驗參與同意書配置實驗裝置及檢查電阻實驗正式進行 40發射擊每10發休息 1分鐘實驗結束. 資料處理與統計分析. 圖 3-4. 實驗進行流程. 21.

(32) 第六節資料處理一、射擊成績與射擊表現為將射擊成績區分出選手個人內成績之好、壞表現，本研究依據自動化概念 (Fitts & Posner, 1967; Williams & Krane, 2006)，將好的表現定義為選手出現頻率最多之分數，因此，每一位參與者 40 發射擊成績中，依照其分數的次數為統計依據，將次數最多之分數歸類為好表現，而低於好表現之分數歸類為壞表現，作為好、壞的射擊表現之成績範圍；另外，每一位參與者將好、壞表現挑出來之後，為了使參與者之射擊發數一致，因此，我們將以次數最低之好、壞表現分數作為挑選之發數，並以隨機之方式挑選重複出現之分數以進行行為與腦波資料分析。二、腦波資料為了探究射擊前心智狀態，腦波取樣時間為扣板機前三秒的時間間隔，以扣扳機的時間點為基點擷取前三秒之腦波資料，每一秒為一時間視窗，分段時間為：3 (-3000 ~ 2000 毫秒)、2 (-2000 ~-1000 毫秒)、1 (-1000 ~0 毫秒)。自動視覺檢索將腦波訊號超過 100μV 的訊號排除。接著以人工視覺檢索方式排除不必要之訊號。經去除偽訊後之腦波分段以 Hanning window 及快速傅立葉 (fast fourior transformation, FFT) 轉換，取得 α (8-12 Hz)、SMR. (12-15 Hz) 及 β1 (15-18 Hz) 之平均功率。腦波頻率面之功率值 (μV 2). 以自然對數 (natural logarithm, LN) 轉換使腦波功率值呈常態分配以進行統計分析 (Davidson, 1988)。腦波分析步驟如下： (一) 行為資料選取：以人工檢索的方式核對所需腦波記錄點，目的在於挑出感興趣之推桿表現的腦波資料。 (二) 眼電合併 (Linear Derivation)：將眼動頻道合併為垂直眼動頻道 (VEOG) 與水平眼動頻道 (HEOG)，之後便可利用這些頻道來做眨眼校正。 (三) 濾波 (Filter)：以 Band pass 的過濾方式將 1-30 Hz 以外的訊號排除，目的在於排除肌肉電流活動 (EMG) 以及極低頻的腦波訊號。. 22.

(33) (四) 眼動校正 (Ocular Correction)：以垂直眼動頻道的訊號作為參照指標，計算垂直眼動影響其它腦波頻道的相關係數，並給予權重，經過每個頻道與垂直眼動頻道的權重關係減去受到眼動干擾的部分訊號，如此便能將非大腦神經元活動的訊號以數學計算的方式排除。由於空氣槍射擊選手射擊時不僅止於眨眼之眼球活動，亦存在瞄準目標物之水平眼球活動，需另以水平眼動頻道調整訊號，方法同於垂直眼動頻道校正。 (五) 切段 (Epoch)：將選取到的射擊表現的腦波資料以射擊前 3 秒為一切段，目的在於定義選手射擊表現前 SMR 腦波之取樣時間段，以利於後來針對此時間段的腦波分析。 (六) 基準值校正 (Baseline Correction)：以整段 (Entire Sweep) 作為參考區段，將每一筆 3 秒的腦波資料以各頻道之基準拉回功率基準線以方便比較與觀察。 (七) 拒絕偽訊 (Artifact Rejection)：將腦波訊號超過±100μV 的訊號排除，隨後使用人工視覺檢索。 (八) 視覺檢索 (Visual inspection)：以人工視覺檢索的方式排除掉差異較為極端及明顯受到肌電影響之腦波資料。 (九) 插點 (Spline fit)：將腦波頻率段之資料點轉換成最接近取樣頻率之對數，以便進行快速扶立葉轉換。 (十) 快速扶立葉轉換 (Fast Fourier Transformation, FFT)：目的在於將時間面的腦波資料轉換成頻率面之功率值，將同一類別的訊號加以平均後得到的頻譜功率圖，計算出位於 Cz 電極位置 12-15Hz 之腦波功率，此功率值即為 SMR 腦波功率值。. 三、統計分析 (一) 資料信度分析為檢驗本研究資料之可信度，在進行統計分析前，本研究先分別進行下列分析:. 23.

(34) 1. 資料蒐集方式差異檢驗由於本研究之選手招募不易以及場地上之限制，因此在分次蒐集資料過程中，分別採用實彈射擊及紅外線感應兩種方式，因採用計分方式不同，為確定本研究之結果並非此差異所造成之影響，以獨立樣本 t 檢定檢驗兩筆資料之射擊表現與腦波功率是否有差異。 2. 射擊表現為確定所挑選出之選手個人內成績的好壞有差異，以成對樣本 t 考驗來檢驗所選取的好、壞射擊表現分數間是否達統計上的顯著差異。. (二) 主要分析-感覺動作區 SMR 為了解好壞射擊表現時感覺動作區 SMR 功率之差異，本研究以 Cz 電極位置之 SMR 功率值進行 2 （表現：好、壞） X 3 （時間視窗：視窗 3、2、1）重複量數二因子變異數分析。. (三) 控制分析-不同腦區與功率之檢驗若上述之主要分析於表現因子呈現差異，將進行研究之控制分析，以了解本研究主要分析之感覺動作區 SMR 功率所發現之結果，是否特定於感覺動作區 (Cz)，抑或是不同區域 (Fz、Pz) 及不同頻率段 (α、β1) 也能觀察到好、壞表現之差異，進行下列區域及頻段特定性分析: 1. 區域特定性分析為檢驗本研究主要分析之感覺動作區 SMR 功率所發現之結果，是否特定於感覺動作區 (Cz) 抑或是在額葉區及頂業區 (Fz、Pz) 也能觀察到好、壞表現之差異，以 2 (電極點：Fz、Pz) x 2 (表現：好、壞) x3 (時間視窗：3、2、1) 重複量數三因子變異數分析來比較 Fz、Pz 在 12-15 Hz 頻率段的射擊表現上腦波功率之差異。由於本分析感興趣的因子為表現，因此當與表現有關之因子達顯著水準，才進行單純主要效果及事後比較。顯著水準定為 α = .05。 24.

(35) 2. 頻率特定性為檢驗本研究主要分析之感覺動作區 SMR 功率所發現之結果，是否其他頻率段 (α、β1) 也能觀察到好、壞表現之差異，以 2 (表現：好、壞) x 3 (時間視窗：3、2、1) 重複量數二因子變異數分析分別比較 Cz 電極點在 α (8-12 Hz) 及 β1 (15-18 Hz) 兩個頻率段的射擊表現與時間上腦波功率之差異。. (四) 本研究所有統計以 SPSS 22 版進行，所有統計之顯著水準定為 α = .05。. 25.

(36) 第肆章. 結果. 本研究主要目的在探討 SMR 與表現 (好、壞) 之間的關係，依序分為，第一節、資料信度分析；第二節、主要分析-感覺動作區 SMR；第三節、控制分析-不同腦區與功率之檢驗。. 第一節資料信度分析一、資料蒐集方式差異檢驗為確定本研究之結果並非因分次蒐集資料過程中採用實彈射擊及紅外線感應兩種方式所造成之影響，以獨立樣本 t 檢定比較兩次所蒐集資料之成績表現與腦波功率之差異，結果顯示兩筆資料之成績表現無顯著差異 (t(16) = 2.445，p > .05) 如表 4-1。腦波功率亦顯示兩筆資料在好表現 (t(16) = -1.08，p > .05) 及壞表現無顯著差異 (t(16) = -0.874，p > .05) 。顯示不同資料蒐集方式並未對後續資料造成差異如表 4-2。. 表 4-1 實彈射擊與紅外線射擊成績個數 (人). 平均數 (分). 標準差 (分). 實彈射擊. 9. 368.89. ±7.98. 紅外線射擊. 9. 359.56. ±8.22. 26.

(37) 表 4-2 實彈射擊、紅外線射擊表現之腦波功率個數 (人). 平均數 (μV 2). 標準差 (μV 2). 實彈射擊好表現. 9. 2. ±1.54. 紅外線射擊好表現. 9. 2.69. ±1.16. 實彈射擊壞表現. 9. 2.08. ±1.5. 紅外線射擊壞表現. 9. 2.63. ±1.13. 二、射擊表現為確定所挑選出之選手個人內成績的好壞有差異，以成對樣本 t 考驗來檢驗所選取的好、壞射擊表現分數間是否達統計上的顯著差異 (t(189)=33.034, p < .05)，結果顯示 18 名射擊選手 190 發好表現平均分數（平均數 = 9.42 ± 0.49 分）顯著高於壞表現 190 發平均分數（平均數 = 8.18 ± 0.73 分）。顯示好表現與壞表現的射擊表現上具區辨力如表 4-3。. 27.

(38) 表 4-3 參與者表現之發數、平均數、標準差參與者. 擊發數. 表現好 (分). 表現壞 (分). 平均數. 標準差. 平均數. 標準差. BA. 11. 9. 0.00. 7.91. 0.30. AB. 12. 9. 0.00. 7.33. 0.98. AC. 8. 9. 0.00. 7.88. 0.35. BE. 5. 9. 0.00. 8.00. 0.00. BF. 11. 9. 0.00. 7.64. 0.67. AG. 17. 10. 0.00. 8.65. 0.49. BH. 12. 9. 0.00. 7.83. 0.39. BI. 12. 9. 0.00. 7.83. 0.39. BJ. 6. 9. 0.00. 7.83. 0.41. AE. 4. 9. 0.00. 8.00. 0.00. BC. 9. 9. 0.00. 7.67. 0.50. EB. 15. 10. 0.00. 9.00. 0.00. HK. 19. 10. 0.00. 8.84. 0.50. LQ. 18. 10. 0.00. 8.78. 0.43. MQ. 10. 10. 0.00. 8.70. 0.48. OR. 6. 9. 0.00. 7.83. 0.41. QL. 8. 9. 0.00. 7.50. 0.93. VT. 7. 9. 0.00. 7.71. 0.49. 28.

(39) 第二節. 主要分析-感覺動作區 SMR. 為檢驗好、壞射擊表現在感覺動作區 SMR 腦波功率之差異，以表現×時間二因子重複量數變異數分析進行考驗，結果顯示二因子交互作用達顯著水準(F(2, 34) = 10.46, p <. 05, partial η2 = 0.38 )，進一步進行單純主要效果，就表現因子來說；好表現在不同時間視窗達顯著性差異 (F(2, 34) = 30.28, p < .05, partial η2 = 0.64 )，事後比較發現時間視窗一 (2.61 μV 2) 之 SMR 功率大於時間視窗二 (2.28 μV 2) 及時間視窗三 (2.21 μV 2) 。壞表現在不同時間視窗上之差異則未達顯著水準(F(2, 34) = 1.55, p > .05, partial η2 = 0.08 )。就時間視窗因子來說；結果顯示第二與第三的時間視窗再好、壞表現上無差異，而時間視窗一好、壞表現達顯著水準 (t(17) = 4.76，p < .05)，檢視平均數顯示好表現 (2.61 μV 2. ) SMR 功率大於壞表現 (2.4 μV 2)。如表 4-4，圖 4-1。. 表 4-4 表現在三個時間視窗之 SMR (Cz) 腦波功率表現表現好 (μV 2) 標準誤差 (μV 2) 表現壞 (μV 2) 標準誤差 (μV 2) 時間視窗一. 2.61. 0.31. 2.40. 0.31. 時間視窗二. 2.28. 0.32. 2.32. 0.32. 時間視窗三. 2.21. 0.32. 2.27. 0.32. 29.

(40) 好表現. 壞表現. 2.70 2.60. 功率 (μV 2). 2.50 2.40 2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 三 (-3000~-2000). 二 (-2000~-1000). 一 (-1000~0). 時間視窗. 圖 4-1.. 第三節. SMR 時間與表現關係圖. 控制分析-不同腦區與功率之檢驗. 為了解本研究主要分析之 SMR 功率所發現之結果，是否特定於感覺動作區 (Cz)，抑或是不同區域及不同頻率段也能觀察到好、壞表現之差異，採取下列兩種方式驗證：一、區域特定性區域特定性比較好壞表現在不同電極點三個時間視窗上 SMR 功率是否有差異，結果顯示三因子重複量數變異數分析之交互作用未達顯著差異 ( F(2, 34) = 1.59, p > .05, partial η2 = 0.09 )，表現與電極在二因子未達顯著 ( F(1, 17) = 3.43, p > .05, partial η2 = 0.17 )；表現與時間二因子交互作用達顯著差異 ( F(2, 34) = 6.08, p < .05, partial η2 = 0.26 )，進一步進行單純主要效果，就表現因子來說；好表現在不同時間視窗上表現之差異顯著水準 ( F(2, 34) = 25.43, p < .05, partial η2 = 0.6 )，事後比較顯示時間視窗一 (2.61 μV 2) 之 SMR 功率顯著大於時間視窗二 (2.32 μV 2) 及時間視窗三 (2.26 μV 2) 。壞表現在不同時間視窗上之差異未達顯著水準 ( F(2, 34) = 1.78, p > .05,. 30.

(41) partial η2 = 0.09 )。就時間視窗因子來說；第二與第三時間視窗在好、壞表現上沒有顯著性之差異，時間視窗一好、壞表現達顯著性之差異 (t(17) = 3.45，p < .05)，檢視平均數顯示好表現 (2.61 μV 2) 的 SMR 功率大於壞表現 (2.43 μV 2)。. 二、頻率特定性頻率特定性比較感覺動作區 (Cz) 的 α (8-12 Hz)及 β1 (15-18 Hz)在表現與時間視窗之差異，在 α 頻率段結果顯示時間與表現二因子重複量數變異數分析交互作用未達顯著差異 ( F(2, 34) = 1.52, p > .05, partial η2 = 0.08 )，時間主要效果沒有顯著差異 ( F(2, 34) = 1.86, p > .05, partial η2 = 0.1 )，表現主要效果也沒有達顯著性之差異 ( F(1, 17) = 0.77, p > .05, partial η2 = 0.04 )。β1 頻率段結果顯示時間與表現二因子重複量數變異數分析交互作用未達顯著差異 ( F(2, 34) = 0.08, p > .05, partial η2 = 0.01 )，時間主要效果達顯著差異 ( F(2, 34) = 4.97, p < .05, partial η2 = 0.23 )，表現主要效果也沒有達顯著性之差異 (F(1, 17) = 3.6, p > .05, partial η2 = 0.18 )。. 31.

(42) 第伍章. 討論. 本研究目的為比較空氣槍射擊選手射擊表現好、壞與感覺動動作區腦波 SMR 之關係，研究假定好的射擊表現相較於壞的射擊表現有較高的 SMR 功率，且隨著扣板機的時間愈近，好的射擊表現的 SMR 功率會逐漸升高。研究結果發現好表現時 SMR 腦波功率越接近扣扳機時腦波功率越高，而壞表現未顯現這樣趨勢，另外；研究結果亦發現好、壞表現在越靠近扣板機時間點 (時間視窗一)，好表現之 SMR 功率較壞表現高。。本研究第一個研究發現為只有好的射擊表現 SMR 功率會隨著扣板機時間點而增加，而壞的表現則未觀察到這樣的趨勢。以射擊運動的項目特徵來說；在動作執行前的準備歷程需要一段時間試著調整其心智狀況至最佳及穩定的狀態才會執行擊發動作，而準備歷程中需要相當的專注，因此過去的研究發現動作執行前幾秒，是決定表現好與壞的關鍵 (Rogers, Rosseu, & Fisk, 1999)。另外；過去以空氣手槍選手好、壞表現的研究亦發現到在較佳表現的時候隨著扣板機時間點枕葉區 (Oz) α 功率會逐漸上升，而較差表現的 α 則會逐漸的下降 (Loze, Collins, & Holmes, 2001)，推測選手在較佳表現時，將減少有意識的視覺注意力，進而以動作程式來取代視覺注意力而執行射擊動作，與自動化的動作導引有關而減少與視覺相關的枕葉的活動。本研究結果發現好表現時 SMR 腦波功率在越接近出手的時機點的時候，SMR 腦波功率會越高，與研究假設相符，動作技能的學習 Willingham (1999) 提出四個動作控制歷程，其有助於動作技能的學習，需先選擇一個動作的目標，僅接著透過知覺-動作的整合，選擇有助於達到動作目的的空間目標，再來透過序列 (sequencing) 的整合，讓空間目標能有順序的呈現，最後動態的概念是將空間目標轉化成肌肉活化的模式。而此歷程皆與不同腦區有關，像是知覺-動作的整合與前動作皮質及後頂葉皮質 (premoter cortex, posterior parietal cortex)、序列與基底核及輔助動做皮質 (basal ganglia, supplementary motor cortex) 有關 (洪巧菱，等人，2014)。空氣手槍射擊選手在扣板機前的準備歷程在瞄準的動態過程中將有效率的整合視覺-空間、本體感覺及相關聯的動作歷程 (Deeny, Haufler, Saffer, & Hatfield, 2009)。Gola, Magnuski,. 32.

(43) Szumska and Wróbel (2013) 執行視覺空間區辨的作業發現較好的表現，枕葉區的 β (1719 Hz) 功率增加，研究結果支持 β 在視覺注意力中扮演著重要的角色。Mann, Sterman and Kaiser (1996) 提出 SMR 功率與感覺動作皮質呈負相關，這表示在 SMR 活動的時候體感訊息會減少。神經回饋的研究也證實增加 SMR (sensorimotor rhythms, 12-14 Hz) 及 β1 (15-18 Hz) 功率可顯著的提升行為及電生理表現之注意力 (Egner & Gruzelier, 2004)。這表示在一個注意力需求的作業上增加 SMR 功率會讓體感及動作干擾減少 (Egner & Gruzelier, 2001, 2004)。研究發現專家射擊選手在好表現的時候 SMR 腦波功率會逐漸往上升，在扣板機前一秒鐘的 SMR 腦波功率會顯著高於後兩秒的腦波功率，我們知道射擊運動在動作控制上需要相當大的穩定水準，在扣板機的瞄準過程中需要投入注意力資源，因此本研究觀察到好表現 SMR 功率會隨著扣板機時間點的接近而顯著性的提升 SMR 功率，推測可能是因為專家選手在扣板機前一秒投入較多的注意力資源，並且排除外在不相干訊息，讓體感及動作干擾減少有關。本研究結果另一個重要發現為好表現在時間視窗一 SMR 功率較壞表現高，也就是接近扣板機點好表現會有較高之 SMR 功率，由此結果顯示在越靠近扣板機時間點的狀態對表現好壞越關鍵。由於；本研究之選手層級皆為專家等級之選手，其技能水平可能已達自動化階段，以自動化的概念來說，自動化是一種平行和省力的概念 (Schneider & Shiffrin, 1977)。Poldrack 等人 (2005) 在神經生理學的研究即指出自動化的路徑涵蓋雙側腹前運動區 (bilateral ventral premotor region)、右中前額上回 (right middle frontal gyrus)、右側尾狀體 (right caudate body) 及基底結側部 (lateral parts of the basal ganglia)。還有從功能性核磁共振造影 (functional magnetic resonance imaging, fMRI) 證據指出雙側小腦有較弱的活動、前運動輔助區 (presupplementary motor area)、前扣帶迴 (cingulate cortex)、左側尾狀核 (caudate nucleus)、前運動皮質 (premotor cortex)、頂葉皮質 (parietal cortex) 以及前額葉皮質 (prefrontal cortex) 都有自動化歷程的特徵。這些發現在主要運動網絡中發現自動化的歷程且在執行動作的時候會減少動作區的活動，可能與自動化歷程有關係。因此本研究觀察到好表現 SMR 功率在扣板機前一秒的時候顯著的高於壞表現在扣板機前一秒的現象，可能是因為專家選手的準備過程中，因其動作穩定程度較高，動作 33.