Оcобенности мозговой активности хоккеистов и борцов вольного стиля в задаче по отбиванию шайб в условиях виртуальной реальности

Аннотация

Актуальность. Изучению мозговой активности атлетов в динамичных видах спорта, в частности в хоккее, посвящено крайне мало работ. Это связано со сложностью регистрации электрофизиологических параметров во время движений: много артефактов, технические трудности с оборудованием, невозможность воссоздания одинаковых экспериментальных условий для разных испытуемых.

Цель. Целью работы было исследовать электроэнцефалографические маркеры (мощность в альфа-, бета- и тета-диапазонах ЭЭГ, а также индивидуальный альфа-ритм (ИАР)) во время выполнения задачи по отбиванию шайб различной сложности в условиях виртуальной реальности у хоккеистов в сравнении с контрольной группой борцов вольного стиля.

Выборка. 22 спортсмена мужского пола, из них 12 — хоккеисты (М возраст = = 20 лет, SD = 2,4 года).

Методы. Использовалась разработанная ранее технология VR-PACE, которая позволяет отрабатывать навыки отражения шайб в хоккее в условиях виртуальной реальности (ВР). Шайбы предъявлялись блоками (всего пять блоков), сложность увеличивалась от 1-го к 4-му блоку, в блоке 5 испытуемые только наблюдали за шайбами. Запись ЭЭГ проводилась с использованием беспроводного электроэнцефалографа BrainScanner V3.1 (research edition) фирмы «NeuroDrive» на протяжении всего задания, анализ проводился по 20-секундным отрезкам в каждом блоке и в каждом из фонов (до и после).

Результаты. Выявлены межгрупповые различия и различия между условиями «до» и «после» эксперимента по показателям ИАР, а также по мощности тета-, альфа- и бета-ритмов. Обе группы демонстрируют схожий тренд после эксперимента: снижение ИАР, увеличение мощности альфа-ритма в центральных и теменных отведениях, а также снижение в затылочных; снижение мощности тета-ритма в лобных и затылочных отведениях; снижение бета-ритма. У хоккеистов наблюдалось больше значимых изменений, указывающих на бдительность и внимание (тета-, альфа-, бета-ритмы) и на расслабление (мю-ритм).

Выводы. В исследовании были изучены электроэнцефалографические корреляты (ИАР, мощность в альфа-, бета- и тета-диапазонах ЭЭГ) у хоккеистов и борцов вольного стиля во время выполнения задачи по отбиванию шайбы в ВР. Динамика показателей ЭЭГ говорит о более эффективной работе мозга у хоккеистов при выполнении задачи по отбиванию шайбы в условиях виртуальной реальности, подтверждая гипотезу нейронной эффективности.

Литература

Леонов, С.В., Кручинина, А.П., Бугрий, Г.С., Булаева, Н.И., Поликанова, И.С. (2022). Основные характеристики постурального баланса стойки профессиональных хоккеистов и новичков. Национальный психологический журнал, 46(2), 65–79. https://doi.org/10.11621/NPJ.2022.0207

Напалков, Д.А., Ратманова, П.О., Коликов, М.Б. (2009). Аппаратные методы диагностики и коррекции функционального состояния стрелка: Методические рекомендации. Москва: Изд-во «Макс Пресс».

Поликанова, И.С., Леонов, С.В., Якушина, А.А., Бугрий, Г.С., Кручинина, А.П., Чертополохов, В.А., Люцко, Л.Н. (2022). Разработка технологии виртуальной реальности VR-PACE для диагностики и тренировки уровня мастерства хоккеистов. Вестник Московского университета. Серия 14. Психология, (1), 269297. http://doi.org/10.11621/vsp.2022.01.12

Angelakis, E., Lubar, J.F., Stathopoulou, S., Kounios, J. (2004). Peak Alpha Frequency: An electroencephalographic measure of cognitive preparedness. Clinical Neurophysiology, 115(4), 887–897. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2003.11.034

Babiloni, C., Del Percio, C., Iacoboni, M., Infarinato, F., Lizio, R., Marzano, N., Crespi, G., Dassù, F., Pirritano, M., Gallamini, M., Eusebi, F. (2008). Golf Putt Outcomes are Predicted by Sensorimotor Cerebral EEG Rhythms: Brain rhythms and successful golf putts. The Journal of Physiology, 586(1), 131–139. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2007.141630

Babiloni, C., Marzano, N., Iacoboni, M., Infarinato, F., Aschieri, P., Buffo, P., Cibelli, G., Soricelli, A., Eusebi, F., Del Percio, С. (2010). Resting State Cortical Rhythms in Athletes: A high-resolution EEG study. Brain Research Bulletin, 81(1), 149–156. https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2009.10.014

Baumeister, J., Reinecke, K., Liesen, H., Weiss, M. (2008). Cortical Activity of Skilled Performance in a Complex Sports Related Motor Task. European Journal of Applied Physiology, 104(4), 625–631. https://doi.org/10.1007/s00421-008-0811-x

Bishop, D., Lawrence, S., Spencer, M. (2003). Predictors of Repeated-Sprint Ability in Elite Female Hockey Players. Journal of Science and Medicine in Sport, 6(2), 199–209. https://doi.org/10.1016/S1440-2440(03)80255-4

Betti, V., Della Penna, S., de Pasquale, F., Corbetta, M. (2021). Spontaneous Beta Band Rhythms in the Predictive Coding of Natural Stimuli. The Neuroscientist, 27(2), 184201. https://doi.org/10.1177/1073858420928988

Buns, M. (2020). Impact of Virtual RealityTraining on Real-World Hockey Skill: An Intervention Trial. Journal of Sports Science, 8(1). https://doi.org/10.17265/2332-7839/2020.01.002

Cavanagh, J.F., Frank, M.J. (2014). Frontal Theta as a Mechanism for Cognitive Control. Trends in Cognitive Sciences, 18(8), 414–421. https://doi.org/10.1016/j.tics.2014.04.012

Cheng, M.Y., Hung, C.L., Huang, C.J., Chang, Y.K., Lo, L.C., Shen, C., Hung, T.M. (2015). Expert-Novice Differences in SMR Activity during Dart Throwing. Biological Psychology, 110, 212–218. https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2015.08.003

Cheng, M.Y., Wang, K.P., Hung, C.L., Tu, Y.L., Huang, C.J., Koester, D., Schack, T., Hung, T.M. (2017). Higher Power of Sensorimotor Rhythm is Associated with Better Performance in Skilled Air-Pistol Shooters. Psychology of Sport and Exercise, 32, 47–53. https://doi.org/10.1016/j.psychsport.2017.05.007

Christie, S. (2017). Individual Alpha Peak Frequency in Ice Hockey Shooting Performance. Frontiers in Psychology, 8. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2017.00762

Christie, S., Werthner, P., Bertollo, M. (2019). Exploration of Event-Related Dynamics of Brain Oscillations in Ice Hockey Shooting. Sport, Exercise, and Performance Psychology, 8(1), 38–52. https://doi.org/10.1037/spy0000134

Cooke, A., Kavussanu, M., Gallicchio, G., Willoughby, A., McIntyre, D., Ring, C. (2014). Preparation For Action: Psychophysiological activity preceding a motor skill as a function of expertise, performance outcome, and psychological pressure. Psychophysiology, 51(4), 374–384. https://doi.org/10.1111/psyp.12182

Crews, D.J., Landers, D.M. (1993). Electroencephalographic Measures of Attentional Patterns Prior to the Golf Putt. Medicine, Science in Sports, Exercise, 25(1), 116–126. https://doi.org/10.1249/00005768-199301000-00016

Del Percio, C., Iacoboni, M., Lizio, R., Marzano, N., Infarinato, F., Vecchio, F., Bertollo, M., Robazza, C., Comani, S., Limatola, C., Babiloni, C. (2011a). Functional Coupling of Parietal Alpha Rhythms is Enhanced in Athletes Before Visuomotor Performance: A coherence electroencephalographic study. Neuroscience, 175, 198–211. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2010.11.031

Del Percio, C., Infarinato, F., Marzano, N., Iacoboni, M., Aschieri, P., Lizio, R., Soricelli, A., Limatola, C., Rossini, P.M., Babiloni, C. (2011b). Reactivity of Alpha Rhythms to Eyes Opening is Lower in Athletes than Non-Athletes: A high-resolution EEG study. International Journal of Psychophysiology, 82(3), 240–247. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2011.09.005

di Fronso, S., Robazza, C., Filho, E., Bortoli, L., Comani, S., Bertollo, M. (2016). Neural Markers of Performance States in an Olympic Athlete: An EEG case study in air-pistol shooting. Journal of Sports Science and Medicine, 15, 214–222.

Doppelmayr, M., Finkenzeller, T., Sauseng, P. (2008). Frontal Midline Theta in the Pre-Shot Phase of Rifle Shooting: Differences between experts and novices. Neuropsychologia, 46(5), 1463–1467. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2007.12.026

Egner, T., Gruzelier, J.H. (2001). Learned Self-Regulation of EEG Frequency Components Affects Attention and Event-Related Brain Potentials in Humans. Neuroreport, 12(18), 41554159. https://doi.org/10.1097/00001756-200112210-00058

Egner, T., Gruzelier, J.H. (2004). EEG Biofeedback of Low Beta Band Components: Frequency-specific effects on variables of attention and event-related brain potentials. Clinical neurophysiology, 115(1), 131139. https://doi.org/10.1016/s1388-2457(03)00353-5

Goljahani, A., D’Avanzo, C., Schiff, S., Amodio, P., Bisiacchi, P., Sparacino, G. (2012). A Novel Method for the Determination of the EEG Individual Alpha Frequency. NeuroImage, 60(1), 774–786. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2011.12.001

Gong, A., Liu, J., Li, F., Liu, F., Jiang, C., Fu, Y. (2017). Correlation Between Resting-state Electroencephalographic Characteristics and Shooting Performance. Neuroscience, 366, 172–183. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2017.10.016

Grandy, T.H., Werkle‐Bergner, M., Chicherio, C., Schmiedek, F., Lövdén, M., Lindenberger, U. (2013). Peak Individual Alpha Frequency Qualifies as a Stable Neurophysiological Trait Marker in Healthy Younger and Older Adults. Psychophysiology, 50(6), 570582.

Gruzelier, J.H. (2014). Differential Effects on Mood of 12–15 (SMR) and 15–18 (beta1) Hz Neurofeedback. International Journal of Psychophysiology, 93(1), 112115. https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2012.11.007

Gruzelier, J., Egner, T., Vernon, D. (2006). Validating the Efficacy of Neurofeedback for Optimising Performance. Book Series: Progress in Brain Research. Amsterdam, 159, 421431. https://doi.org/10.1016/S0079-6123(06)59027-2

Guo, Z., Li, A., Yu, L. (2017). “Neural Efficiency” of Athletes’ Brain during Visuo-Spatial Task: An fMRI Study on Table Tennis Players. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 11, 72. https://doi.org/10.3389/fnbeh.2017.00072

Hatfield, B.D., Landers, D.M., Ray, W.J., Daniels, F.S. (1982). An Electroencephalographic Study of Elite Rifle Shooters. American Marksman, 7, 6–8.

Hatfield, B.D., Kerick, S.E. (2007). The Psychology of Superior Sport Performance: A Cognitive and Affective Neuroscience Perspective. In: G. Tenenbaum, R.C. Eklund, (eds.). Handbook of Sport Psychology. 1st ed. (pp. 84–109). Hoboken: Wiley Publ. https://doi.org/10.1002/9781118270011.ch4

Haufler, A.J., Spalding, T.W., Santa Maria, D.L., Hatfield, B.D. (2000). Neuro-Cognitive Activity during a Self-Paced Visuospatial Task: Comparative EEG profiles in marksmen and novice shooters. Biological Psychology, 53(2–3), 131–160. https://doi.org/10.1016/S0301-0511(00)00047-8

Hoedlmoser, K., Pecherstorfer, T., Gruber, G., Anderer, P., Doppelmayr, M., Klimesch, W., Schabus, M. (2008). Instrumental Conditioning of Human Sensorimotor Rhythm (12-15 Hz) and its Impact on Sleep as Well as Declarative Learning. Sleep, 31(10), 14011408.

Hunt, C.A., Rietschel, J.C., Hatfield, B.D., Iso-Ahola, S.E. (2013). A Psychophysiological Profile of Winners and Losers in Sport Competition. Sport, Exercise, and Performance Psychology, 2(3), 220–231. https://doi.org/10.1037/a0031957

Kao, S.C., Huang, C.J., Hung, T.M. (2013). Frontal Midline Theta Is a Specific Indicator of Optimal Attentional Engagement During Skilled Putting Performance. Journal of Sport and Exercise Psychology, 35(5), 470–478. https://doi.org/10.1123/jsep.35.5.470

Katz, L., Parker, J.P., Tyreman, H., Kopp, G., Levy, R.M., Chang, E. (2006). Virtual Reality in Sport and Wellness: Promise and Reality. International Journal of Computer Science in Sport, 4(1), 46.

Kerick, S.E., McDowell, K., Hung, T.M., Santa Maria, D.L., Spalding, T.W., Hatfield, B.D. (2001). The Role of the Left Temporal Region under the Cognitive Motor Demands of Shooting in Skilled Marksmen. Biological Psychology, 58(3), 263–277. https://doi.org/10.1016/S0301-0511(01)00116-8

Klimesch, W. (1999). EEG Alpha and Theta Oscillations Reflect Cognitive and Memory Performance: A review and analysis. Brain Research Reviews, 29(2–3), 169–195. https://doi.org/10.1016/S0165-0173(98)00056-3

Klimesch, W., Doppelmayr, M., Russegger, H., Pachinger, T. (1996). Encoding of New. Neuroreport, 7, 12351240.

Klimesch, W., Doppelmayr, M., Schimke, H., Ripper, B. (1997). Theta Synchronization and Alpha Desynchronization in a Memory Task. Psychophysiology, 34(2), 169176.

Klimesch, W., Sauseng, P., Hanslmayr, S. (2007). EEG Alpha Oscillations: The inhibition–timing hypothesis. Brain Research Reviews, 53(1), 63–88. https://doi.org/10.1016/j.brainresrev.2006.06.003

Klimesch, W., Shimke, H., Pfurtscheller, G. (1993). Alpha Frequency, Cognitive Load and Memory Performance. Brain topography, 5(3), 241251.

Ludyga, S., Gronwald, T., Hottenrott, K. (2016). The Athlete’s Brain: Cross-Sectional Evidence for Neural Efficiency during Cycling Exercise. Neural Plasticity, 2016(1), 1–7. https://doi.org/10.1155/2016/4583674

Mann, C.A., Sterman, M.B., Kaiser, D.A. (1996). Suppression of EEG Rhythmic Frequencies during Somato-Motor and Visuo-Motor Behavior. International Journal of Psychophysiology, 23(1-2), 17. https://doi.org/10.1016/0167-8760(96)00036-0

Milton, J., Solodkin, A., Hluštík, P., Small, S.L. (2007). The Mind of Expert Motor Performance is Cool and Focused. NeuroImage, 35(2), 804–813. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2007.01.003

Neuper, C., Pfurtscheller, G. (2001). Event-Related Dynamics of Cortical Rhythms: Frequency-Specific Features and Functional Correlates. International Journal of Psychophysiology, 43(1), 41–58. https://doi.org/10.1016/S0167-8760(01)00178-7

Pfurtscheller, G. (2001). Functional Brain Imaging Based on ERD/ERS. Vision Research, 41, 10–11. https://doi.org/10.1016/S0042-6989(00)00235-2

Pfurtscheller, G., Lopes Da Silva, F.H. (1999). Event-Related EEG/MEG Synchronization and Desynchronization: Basic principles. Clinical Neurophysiology, 110(11), 1842–1857. https://doi.org/10.1016/S1388-2457(99)00141-8

Polikanova, I., Yakushina, A., Leonov, S., Kruchinina, A., Chertopolokhov, V., Liutsko, L. (2022). What Differences Exist in Professional Ice Hockey Performance Using Virtual Reality (VR) Technology between Professional Hockey Players and Freestyle Wrestlers? (A Pilot Study). Sports, 10, 8. https://doi.org/10.3390/sports10080116

Salazar, W., Landers, D.M., Petruzzello, S.J., Han, M., Crews, D.J., Kubitz, K.A. (1990). Hemispheric Asymmetry, Cardiac Response, and Performance in Elite Archers. Research Quarterly for Exercise and Sport, 61(4), 351–359. https://doi.org/10.1080/02701367.1990.10607499

Sauseng, P., Hoppe, J., Klimesch, W., Gerloff, C., Hummel, F.C. (2007). Dissociation of Sustained Attention from Central Executive Functions: Local activity and interregional connectivity in the theta range. European Journal of Neuroscience, 25(2), 587–593. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2006.05286.x

Sauseng, P., Klimesch, W., Freunberger, R., Pecherstorfer, T., Hanslmayr, S., Doppelmayr, M. (2006). Relevance of EEG Alpha and Theta Oscillations during Task Switching. Experimental Brain Research, 170(3), 295–301. https://doi.org/10.1007/s00221-005-0211-y

Singer, R.N., Hausenblas, H.A., Janelle, C. (eds.). (2001). Handbook of sport psychology. 2nd ed. Hoboken: Wiley Publ.

Tyreman, H., Parker, J.R., Katz, L. (2008). Ice Hockey Goaltenders’ Strategies, Reaction Times and Anticipation Times in Two- and Three-Dimensional Virtual Environments. In the Proceedings of First Joint International Pre-Olympic Conference of Sports Science and Sports Engineering (August, 4-7, 2008). (pp. 6872). Liverpool: World Academic Union Publ.

Vernon, D., Egner, T., Cooper, N., Compton, T., Neilands, C., Sheri, A., Gruzelier, J. (2003). The Effect of Training Distinct Neurofeedback Protocols on Aspects of Cognitive Performance. International Journal of Psychophysiology, 47(1), 7585. https://doi.org/10.1016/S0167-8760(02)00091-0

Vogt, F., Klimesch, W., Doppelmayr, M. (1998). High-Frequency Components in the Alpha Band and Memory Performance. Journal of Clinical Neurophysiology, 15(2), 167172.

Wilson, K., Snydmiller, G., Game, A., Quinney, A., Bell, G. (2010). The Development and Reliability of a Repeated Anaerobic Cycling Test in Female Ice Hockey Players. Journal of Strength and Conditioning Research, 24(2), 580–584. https://doi.org/10.1519/JSC.0b013e3181ccb1a1

Zhang, Y., Lu, Y., Wang, D., Zhou, C., Xu, C. (2021). Relationship between Individual Alpha Peak Frequency and Attentional Performance in a Multiple Object Tracking Task among Ice-Hockey Players. Plos One, 16(5), e0251443.

Zhuang, P., Toro, C., Grafman, J., Manganotti, P., Leocani, L., Hallett, M. (1997). Event-Related Desynchronization (ERD) in the Alpha Frequency during Development of Implicit and Explicit Learning. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 102(4), 374–381. https://doi.org/10.1016/S0013-4694(96)96030-7