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方法文章

负性情绪下自我损耗对感知预期影响的事件相关电位研究

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DOI：

10.3791/69055

⸱

2025年11月14日

 ,  ,  , 
1College of Education and Sports Sciences, Yangtze University, 2Department of Psychology, School of Sports Medicine, Wuhan Sports University

本文内容

摘要

本研究提出采用事件相关电位（ERP）方法，探究自我损耗在负性情绪下影响受过网球训练的大学生感知预期的潜在机制。

摘要

本研究结合行为学和事件相关电位（ERP）测量方法，探讨自我损耗对网球专项大学生在负性情绪下知觉预判能力的影响。研究结果将为提高该特定人群的训练效果提供理论依据。负性情绪通过电影片段诱发，自我损耗则通过斯特鲁普任务（Stroop task）引发。知觉预判能力采用时间阻断法的网球视频进行评估。在负性情绪条件下，参与者在低自我损耗状态或击球后160 ms时表现出更短的反应时间及更高的准确性。此外，击球后160 ms时N2波峰潜伏期短于击球瞬间。N2、P3及LNC平均波幅在低自我损耗状态下的峰值显著低于高自我损耗状态（p < 0.05）。N2和P3波峰振幅在击球瞬间高于击球后160 ms。在负性情绪下，网球专项大学生在低自我损耗状态下表现出更快的知觉预判速度、更高的准确性以及更少的认知资源分配。与击球瞬间相比，击球后160 ms时网球专项大学生表现出更优的速度-准确性权衡、更早的注意控制以及更少的注意和认知资源分配。研究结果提示，网球教练应加强运动员的情绪自我调节能力，优化训练环境，并减少自我损耗，以提升其运动表现。

引言

网球是一项以球路不可预测、球速快以及击球落点范围广为特征的运动，要求运动员具备较强的感知预判能力。感知预判是指通过感官通道获取的先行信息来预测即将发生事件结果的能力1。越来越多的证据表明，与非运动员相比，运动员在预测速度和准确性方面表现出领域特异性的优势2。网球运动员在信息受限条件下展现出更优的动作预判能力3,4。研究表明，网球运动员的这种感知预判优势可能受到情绪状态5和自我损耗6等因素的影响。长时间的自我控制会消耗有限的心理资源，导致一种被称为自我损耗的状态6。本研究旨在探讨以下问题：在不同自我损耗水平和时间遮蔽条件下，负性情绪对感知预判行为表现及事件相关电位（ERP）的影响如何？这一问题尚未得到探索，亟需进一步研究。

实证研究表明，情绪效价（即情绪体验的积极或消极倾向）对预期表现具有双向影响：积极情绪状态通过促进注意力投入和优化感觉运动整合，提高信息处理速度（反应时间缩短）和决策准确性7，而消极情绪状态则会干扰不同运动项目中运动员的认知加工过程。例如，篮球运动员在消极情绪条件下处理冲突性刺激时，表现出反应潜伏期延长和运动速度下降8。因此，对消极情绪的加工占用了更多的认知资源，显著干扰了对运动速度的预期9。自我损耗也会影响运动员在运动情境中的知觉决策和视觉搜索行为。例如，篮球运动员在低自我损耗状态下表现出更优的决策表现6。相比之下，高自我损耗会对运动员的持续注意力10、工作记忆11以及运动中的决策能力产生不利影响12。元分析显示，自我损耗对运动表现具有中等程度的效应量13,14。具体而言，个体在完成自我控制任务后会进入自我损耗状态，进而损害其在后续运动任务中的操作表现。最后，情绪效价与自我损耗之间存在内在关联：消极情绪会导致自我控制资源的更大程度损耗15，从而在随后的自我控制任务中表现更差16。处于高自我损耗状态的个体对负性情绪信息表现出更明显的注意偏向17。尽管消极情绪和自我损耗均会影响知觉预期能力，但目前极少有电生理研究探讨二者的联合效应。

与网球运动中知觉预期相关的主要事件相关电位成分包括N2、P3以及晚期负性成分（LNC）。先前研究表明，N2和P3成分均与运动相关知觉预期所依赖的认知功能密切相关。18,19,20例如，Zhang 和 Zhou 的研究发现，网球专家在动态攻防转换过程中识别目标刺激特征的表现更为优异，这体现在 N2 和 P3 成分的潜伏期更早。21研究发现，羽毛球专家在刺激识别与编码速度上更快，且心理资源分配更多，表现为P3波峰潜伏期更短、P3波幅更高。22此外，该研究显示，网球专家在进行感知预判任务时，在场景表征上投入了更多的认知努力，这由更高的LNC平均波幅所证实。19与网球初学者相比，网球专家表现出更高的N2波幅23，更短的P3b潜伏期和更高的P3b波幅24 在感知预期任务期间。在关于感知预期的事件相关电位（ERP）研究中，研究人员通常采用空间遮挡技术3,23 以及时间遮挡技术21,25 作为研究范式。在这些方法中，时间遮蔽技术可用于揭示早期视觉信息在运动员对接发球进行预判时的重要性26，具有较强的客观性和良好的生态效度。因此，本研究采用时间阻断法作为实验范式，探究网球训练大学生在知觉预判过程中的事件相关电位（ERP）特征，并选取N2、P3和LNC作为评估预判表现的ERP成分。

负性情绪与自我损耗共同调节专家优势的电生理机制仍不清楚。事件相关电位（ERP）方法具有毫秒级的时间分辨率，能够精确检测知觉预期过程中的皮层电生理活动27。本研究采用时间阻断技术，以网球比赛中的回合阶段视频作为知觉预期刺激。我们利用事件相关电位（ERP）指标，考察在负性情绪条件下，自我损耗对受过网球训练的大学生知觉预期行为和电生理效应的影响。本研究将为拓展影响受过网球训练大学生知觉预期因素的理论范畴提供见解。此外，本研究还将为优化训练方法和提升竞技表现提供科学依据。基于该理论框架，我们假设在负性情绪条件下，当受过网球训练的大学生处于低自我损耗状态且时间阻断条件较长时，其知觉预测表现更优，表现为反应时更短、准确率更高，以及N2和P3波峰振幅降低。

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方案

本实验方案已获第一作者所属大学人体实验伦理委员会批准（项目识别编号：2024010）。所有参与者均已签署本研究的知情同意书。

1. 实验对象

  1. 使用 G*Power 3.1.9 软件在实验前进行样本量估算28。设定参数为 α = 0.05（双尾），检验效能 = 0.80，效应量 f = 0.25。采用 2（自我损耗：高 vs. 低；被试间因素）× 2 [时间点：T1（击球瞬间）vs. T2（击球后 160 ms）；被试内因素] 的混合设计方差分析对数据进行分析。目标最小样本量为 N = 24，以检测假设效应。
  2. 招募 30 名专攻网球的男性大学生，平均年龄为 21.73 ± 1.048 岁，平均训练经验为 2.967 ± 0.507 年。将参与者随机分配至高自我损耗组和低自我损耗组，每组 15 人。
  3. 确保所有参与者均满足以下纳入标准：（1）身体健康，无精神或神经系统疾病史；（2）睡眠充足，情绪状态中性；（3）熟悉网球技术战术，且至少有两年网球训练经历；（4）色觉正常，视力正常或矫正至正常水平；（5）右利手；（6）未曾参与过类似实验。不符合上述标准的参与者予以排除。
  4. 向参与者充分说明实验流程，使其适应实验室环境，并获取书面知情同意书。

2. 实验材料

  1. 从中国情感视频系统中选择视频片段29 以引发目标情绪状态，鉴于其在直接情绪诱导中已证实的有效性30使用夹子 NUAN CHUN 作为经过验证的负性情绪诱导刺激（Cronbach's α） > 0.79).
  2. 使用声级计在实验前将听觉刺激校准至65 dB SPL，声级计应置于受试者头部位置。将每段情感性音频片段的持续时间设定为约100 s。在数据采集前，须获得机构人体研究伦理委员会的批准。
  3. 采用改编自积极与消极情绪量表（Positive and Negative Affect Schedule, PANAS）的9点情绪评分量表31,32将较高分数解读为更强烈的负面情绪。验证自我报告状态与生理测量指标之间的聚合效度32.
  4. 采用斯特鲁普范式33 通过使用四个汉字“红”、“黄”、“蓝”、“绿”构建刺激材料，以诱发高自我控制和低自我控制的耗竭状态。每次试验中，将每个汉字随机配对于一种不一致的墨水颜色（红色、黄色、蓝色、绿色）。通过E-Prime 2.0呈现试验，并随机化呈现顺序。
  5. 将刺激-颜色不一致解释为引发认知冲突并调动更高的执行资源；将刺激-颜色一致视为未引发冲突且所需执行资源较低11为高自我损耗组分配包含80个一致试次和80个不一致试次的斯特鲁普任务。为低自我损耗组分配仅包含160个一致试次的对照斯特鲁普任务。
  6. 实施一项包含3个条目的验证问卷34 用于评估Stroop任务引发的自我控制资源耗竭状态。测量以下维度：在颜色命名过程中抑制词语意义干扰所需的主观努力程度；感知到的疲劳水平；自我报告的能量耗竭程度。采用正向计分法，总分越高表示耗竭程度越高。
  7. 从2019年美国网球公开赛男子单打高清比赛录像中提取视频刺激材料。选取对抗相持阶段最后三拍击球，终止时间点分别为：对手击球触球瞬间（T1）；触球后160毫秒（T2）。生成460个初始视频片段（230个左区回球/230个右区回球），每个片段时长为2000毫秒，格式为AVI，帧率为25帧/秒。
  8. 采用张的方法，对10名经认证的网球专项本科生和3名职业教练进行专家效度验证21选择最终刺激材料（58个左侧场地/58个右侧场地视频片段，共116个）。在E-Prime 2.0中编写刺激呈现程序，并随机化呈现顺序。

3. 实验步骤

  1. 在参与者到达后，获取其书面知情同意书，并施测PANAS量表。根据MAS结果对参与者进行筛选。
  2. 为参与者佩戴64通道EasyCap脑电图（EEG）系统。使用导电凝胶，并确保所有电极阻抗均低于10 kΩ。提供标准化的任务指导语，强调以下要求：保持直立坐姿；尽量减少头部运动；视线始终固定于屏幕中心前方70 cm处。
  3. 进行练习阶段：完成Stroop任务练习区块（8次试验，提供表现反馈）；完成知觉预期训练区块（16次试验，提供反馈）。
  4. 按顺序实施正式实验阶段：首先诱发情绪（持续100秒的程序），随后进行情绪状态的自我评估，接着执行Stroop任务，然后验证自我耗竭状态，最后完成知觉预期任务。
  5. 试验参数设置如下。Stroop任务：每个试验开始时呈现500 ms的注视十字；随后呈现Stroop刺激，持续2000 ms或直至参与者做出反应（以先发生者为准）。仅当反应发生在刺激呈现后2000 ms时间窗内时，才视为有效反应。设定试次间间隔（ITI）为500 ms。确保所有视觉刺激在70 cm观看距离下所占视角约为3° × 1.5°。
  6. 知觉预期任务：包括50次左侧场地回球试验和50次右侧场地回球试验。每个试验开始时，先呈现500 ms的红色注视十字（+），随后播放2000 ms的知觉预期视频刺激。接着显示2000 ms的反应界面，指示参与者预测前一段视频中球的运动方向。设定试次间间隔（ITI）为500 ms。所有试验顺序均随机化。将显示器连接至Windows 10控制系统。
    注：实验范式的示意图参见图1。刺激材料由Windows 10系统控制，在一台19英寸LCD显示器（分辨率为1920 × 1080像素，刷新率为100 Hz）上呈现。

4. 反应方案

  1. 在Stroop任务中，指导参与者通过按键反应来指示字体颜色，使用标准化的按键映射：红色 - D键；黄色 - F键；蓝色 - J键；绿色 - K键。
  2. 在知觉预判任务中，要求对球的运动轨迹进行快速的迫选反应：左侧场地回球按F键；右侧场地回球按J键。以准确率和反应时（RT）为主要测量指标。
  3. 在视频开始后2000毫秒（t = 0）启动反应窗口，保持窗口激活状态持续2000毫秒（2000–4000毫秒时段）。反应时以视频起始帧为参考基准进行测量。将窗口期内未作出反应的情况编码为遗漏错误。

情绪诱导实验流程图，包含斯特鲁普任务、自我损耗和感知预测。
图 1：实验流程示意图。 请点击此处查看此图的放大版本。

5. 数据处理

  1. 在 Stroop 任务和知觉预期任务期间，使用 E-Prime 2.0 记录反应时间和准确率。
  2. 使用 SPSS 22.0 按照以下协议分析行为数据：识别并剔除异常值，即个体反应时间或准确率超出群体均值 ±3 倍标准差（SD）的数据点。采用独立样本 t 检验评估负性情绪与自我损耗操纵的有效性。对反应时（RT）和准确率进行 2 × 2 重复测量方差分析（ANOVA）。对于事后比较，采用 Tukey 的最小显著性差异（LSD）检验。当球形假设被违反时，应用 Greenhouse-Geisser 校正。
  3. 使用按照国际 10-10 系统定位的 64 导 actiCAP 系统采集 EEG 信号35，以 AFz 作为接地电极。以刺激呈现为时间零点，提取 -200 ms 至 2000 ms 的片段，并以 -200 至 0 ms 作为基线。每种条件下保留平均 36 个无伪迹的试次用于 ERP 平均。确认各条件间的试次数无显著差异（p > 0.05）。
    注：在在线采集过程中，参考电极设为 FCz，随后在离线处理中转换为平均参考。信号采集采用 1000 Hz 的采样率，并进行模拟带通滤波（0.01–100 Hz）。ERP 信号经滤波（0.01–35 Hz）后，使用基于独立成分分析（ICA）的伪迹去除方法进行清理（阈值为 ±80 µV）。
  4. 根据研究目标和现有文献21,36，预先选择额区（F1、F2、Fz、F3、F4、Fp1、Fp2、Fpz）和顶区（Pz、P3、P4）的电极进行分析。选择这些电极位点，因其可稳定产生对认知控制过程和感觉整合相关的 ERP 成分（如 N2、P3、LNC），适用于预期性判断的研究。同时纳入枕区电极（POz）以控制早期视觉加工的影响。
  5. 根据总平均波形和差异波地形图确定 ERP 分析的时间窗口与电极位点：
    N2：150–300 ms 时间窗口 | 电极 F3、F4、Fz、Fpz → 提取峰值潜伏期/振幅
    P3：250–450 ms 时间窗口 | 电极 P3、P4、POz、Pz → 提取峰值潜伏期/振幅
    LNC：600–1200 ms 时间窗口 | 电极 Fp1、Fp2、Fz、F1、F2 → 计算平均振幅
  6. 使用 SPSS 22.0 对所有 ERP 指标进行重复测量方差分析（RM-ANOVA）。当球形假设不成立时，应用 Greenhouse-Geisser 校正。对显著的主效应进行 Bonferroni 校正的事后检验。结合各成分特异的理论框架解释显著效应（p < 0.05）。

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结果

负性情绪与自我耗竭诱导的影响

在负性情绪诱导阶段，参与者自我报告的情绪评分在诱导后显著高于诱导前基线水平（6.93 ± 1.26 对比 4.43 ± 1.19），t = -9.40，p < 0.001。结果表明，NUAN CHUN 影片片段能有效在参与者中诱发负性情绪状态。在自我损耗操纵量表上，高自我损耗组在全部三个子维度上的得分均高于中点值4，而低自我损耗组在所有子维度上的得分均低于中点值。针对自我损耗诱导效果，独立样本 t 检验显示，高损耗组在所有操纵检验指标上的得分均显著高于低损耗组，包括感知疲劳、自我报告的努力付出以及主观能量耗竭（详见表1）。这些结果表明，自我损耗的实验操纵是有效的37。

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讨论

本研究采用事件相关电位（ERP）技术，探讨在负面情绪下，自我损耗对网球专项大学生知觉预判的神经机制影响。处于低自我损耗状态的网球专项大学生在负面情绪下表现出显著更短的知觉预判反应时间、更高的准确率，以及更低的N2/P3波峰振幅和LNC平均振幅，相较于高自我损耗状态。与击球瞬间相比，处于负面情绪下的网球专项大学生在击球后160 ms时表现出显著更短的反应时、更高的准确率、缩短的N2波峰潜伏期以及降低的N2/P3波峰振幅。

行为结果表明，在负性情绪下，处于高自我损耗状态的网球训练大学生在知觉预判反应时显著延长，且准确性低于低自我损耗状态。这些发现表明，在高自我损耗状态下，网球运动中的知觉预判优势减弱，这与先前研究发现自我损耗对后续任务表现具有负面影响的结果一致38,39。元分析证据进一步证实，自我损耗对运动表现具有中等程度的损害作用（中等效应量）13,14

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披露

作者声明无与本稿件相关的利益冲突。

致谢

感谢参与者们的配合与参与。作者衷心感谢教育部人文社会科学研究项目（项目编号：23YJCZH206）、湖北省自然科学基金联合项目（项目编号：JCZRLH202500697）对本研究提供的经费支持，以及湖北省教学改革研究项目（项目编号：2023282）的支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
研磨凝胶Beijing Flying Star Electronic Technology Co., Ltd.4oz去除头皮表面的角质、死皮细胞和油脂，进一步降低皮肤-电极阻抗。
BrainAmp SNBrain ProductsAMP12081737 Standard脑电图（EEG）信号采集
电解质凝胶 Beijing Flying Star Electronic Technology Co., Ltd.Easy Gel 32oz降低阻抗，确保高质量信号传输。
E-prime ProfessionalPsychology Software Tools2.0.10.92心理学实验软件

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