科技助力奥运 ——新科技与挑战

来源:体育科技 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2020-11-03
作者:网站采编
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摘要:1 前言 如今国与国之间的竞争已经成为科技上的角力,竞技体育同样如此。谁能领先一步占领体育科技的制高点,谁就有更多机会拔得头筹。回顾竞技体育的历史,科技创新推动着运动

1 前言

如今国与国之间的竞争已经成为科技上的角力,竞技体育同样如此。谁能领先一步占领体育科技的制高点,谁就有更多机会拔得头筹。回顾竞技体育的历史,科技创新推动着运动装备上的巨大变革,例如:撑杆跳中撑杆所用复合材料的发展、克莱普冰刀的发明、“鲨鱼皮”材质泳衣的应用,哪一项技术创新不曾大幅刷新该项运动的世界纪录?这些体育器材上的革新,有些成为新的“标准”被保留下来,有些则成为了历史,毕竟体育竞技倡导的是人与人之间运动竞技能力的比拼。

然而科技在竞技体育上的应用并不局限于运动装备上,在训练科学发展了几十年之后,各个国家在运动员选材和训练上的差距已经越来越小,而通过新兴体育科技则可能使运动员变得更快、更强、恢复更迅速、心理状态更稳定。原本许多只能在实验室环境内实现的技术已经被应用在竞技场上,正在悄悄改变着赛场格局以及场上参赛运动员的竞争优势和潜能。诸如此类的运动能力增强技术正受到越来越广泛的关注。

2 大脑训练或神经启动技术

在这些运动能力增强技术中,尤其是大脑训练,也被称为神经启动技术,可以增强大脑与肌肉的连接,提高运动员在体育运动中肌肉协调的效率。事实上,这是“经颅直流电刺激”技术在运动能力增强上的应用。经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)是一种无创的脑刺激技术,它使用微弱的直流电,通过电极贴片作用于头颅和大脑皮层,以此来调节特定脑区的兴奋性。该技术在实验室环境下用于动物和人体实验有近50年的历史。此前已有大量实验表明,对于有认知障碍的病人(如脑卒中病人),使用tDCS技术有助其认知及运动能力的康复。

图1Nature近年来多次关注神经启动技术及其应用 (Bourzac,2016;Reardon,2016a)Figure Neuropriming Technology and Its Applications Into Focus in Recent Years

早在2001年,tDCS技术应用于运动训练的潜在可能性就已经引起了科学家的兴趣。德国的Nitsche团队发现,经5~30 min的tDCS阳极刺激后,大脑运动皮层的兴奋性提高了约150%,并且该兴奋性的提高持续时间长达90 min(Nitsche et al.,2001)。Banissy等在回顾了一系列相关研究后总结道,如果刺激实施得当,tDCS将有助于提高运动学习能力或者训练的有效性(Banissy et al.,2013)。

针对此前研究多集中于单关节肌肉力量的局限性,Angius团队围绕tDCS是否会影响自行车骑行耐力做了研究,该研究发现,经过10 min,2 mA强度的tDCS阳极刺激后,受试者骑行自行车至力竭的时间(time till exhaustion,TTE)显著增加,同时自觉疲劳程度(rating of perceived exertion,RPE)显著下降(图2)(Angius et al.,2016)。无独有偶,美国滑雪与雪板协会(USSA)于2016年率先开始尝试将tDCS技术运用于冬奥选手的训练中,以加速提高这些运动员的专项技能(Reardon,2016b),标志着该项技术的应用开始从实验室走向竞技场。2017年,Nature上“Smarter,not harder”一文引起了广泛关注,文中指出,大脑训练是运动训练的未来,并且报道了美国职业橄榄球运动员在使用“神经启动(neuropriming)”训练辅助装置Halo Sport耳机进行训练后,原地弹跳高度提高了18 cm(Hornyak,2017),而Halo Sport耳机正是使用了tDCS技术从而达到运动能力增强的效果。

图2 10 min 2 mA的tDCS刺激后,自行车骑行至力竭的时间显著增加,自觉疲劳程度显著下降 (Angius et al.,2016)Figure 2. After 10 min Anodal tDCS Stimulation at 2 mA Intensity,the TTE Increased Significantly while the RPE Decreased

上海体育学院的刘宇团队也正在开展关于tDCS技术及其在提升运动表现中的应用的相关研究(卞秀玲 等,2018),且针对中国运动员的训练需求,进行设计、开发和研制了基于tDCS技术的智能可穿戴训练设备,并已申请国家发明专利2项。刘宇团队前期的预实验发现,强度为2 mA的tDCS阳极刺激20 min后即刻,大脑运动皮层的兴奋性提高为基准值的190%,刺激后30 min时,大脑运动皮层的兴奋性仍维持在基准值的150%。这一结果与国外类似研究一致( Nitsche et al.,2000,2001,2008)。在肯定了tDCS的积极效果之后,刘宇团队将进一步关注刺激方案的优化,例如刺激的形式、强度、时长,电极贴片的放置位置等,以期在实际运动训练中获得更佳的增强效果。

3 神经肌肉系统功能监测与增强技术

除tDCS技术外,还有大量其他体育科技正在转变角色,从研究试验阶段走向实战。例如:测力台在运动训练监控和评价方面的应用、正电子发射计算机断层扫描(positron emission computed tomography,PET)成像技术、高速双平面荧光透视系统以及血流限制训练技术等。

文章来源:《体育科技》 网址: http://www.tykjzz.cn/qikandaodu/2020/1103/345.html



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