钢丝表演过程中的脑电动力学和“心流”的神经发生器

2022-01-14 17:23:00 发布者: 查看:
伴随着时间的变化,最常发生在从事高技能运动练习的人,冠军运动员、音乐家。心流,也可被认为是一种特殊的意识状态,需要参与意识神经相关的皮层区域。

1. 研究背景

“心流”(Psychoogical flow):伴随非凡表现的一种独特的心理状态,后来普遍被定义为“处于状态”中。人们普遍认为,这种特殊状态产生于一种清楚的目标,这种目标需要行动和在专业技能和挑战之间的完美匹配。这是一种独特的感觉,伴随着时间的变化,最常发生在从事高技能运动练习的人,冠军运动员、音乐家。心流,也可被认为是一种特殊的意识状态,需要参与意识神经相关的皮层区域。

我们假设,群体认同可能是一种突现的意识体验,涉及NCC神经网络中的特定招募。它的观点是由这样一种观点支持的:大脑某些功能需要一个有效的连接网络,一旦达到这种协调的复杂性,意识的突现特性就会发生,产生心流感觉。当这种感觉伴随着或跟随运动时,外在力和内在力之间的功能“交易”必须被持续地控制。心流感觉会在一种特定的生理状态下出现:(1)适当的中枢静息状态,包括记忆项目和动机,(2)最初的意图必须通过下降的运动命令“翻译”到肌肉,以产生力量和位移,(3)上升的躯体信号必须产生理想的反馈感觉,关闭动作和感觉的回路。

我们进一步想要研究前额叶和中颞叶的外显系统与内隐系统之间的复杂对话,其中包括在线的自上而下的注意调节,以及基于皮质-基底节环的快速和直觉的内隐系统,促进基于技能的知识学习。由于对人类个体的独特性越来越感兴趣,我们最近开展了一项实验研究,以寻找与心理学上的“心流”相对应的单一状态的出现。尽管存在各种各样与执行全身动作有关的研究,但使用EEG记录代表一个新的兴趣领域。此外,高密度EEG加上源定位分析方法,用于检测神经皮层和皮层下的发生器,为电生理学探索人类经历的“心流”状态铺平了道路。

2. 研究方法

2.1、被试

被试是一名专业人士,他接受了参与这种独特的经验,在一个培训或重复会议的2天前,在公众面前进行最终陈述。为了避免对训练习惯的心理干扰,表演者在没有任何实验者的特别指示的情况下,以自己合适的节奏进行表演。在这种情况下,他可能会遇到像在公众面前经历的那种轰动。采用心流短量表(Flow Short Scale)进行心理测量,并通过视频说明其表现。

2.2、实验过程

 脑电实验场景

图1 . 实验场景

在室外条件下的进行走钢丝表演,并录制整个实验过程的视频。

a实验设置的时间表,包括交叉前(Pre-CR)和交叉后(Post-CR)休息时间。走钢索者配备了脑电帽,包括EKG、EOG和EMG电极,在正常工作条件下,在15米的高度穿过导线。在交叉(CR)中定义了四个不同的阶段:b心流期(FLOW)、c预期问题期(EP)、d意外问题期(UP)和e应激期(STRESS)。白色箭头表示钩环的变化(c),意外钩环堵塞(d),以及对这个问题的关注(e)。

2.4、数据采集和处理

EEG,EMG,EKG记录:在独特的钢丝绳表演过程中,使用一个包含64个头皮电极的弹性屏蔽帽(ANT的eegosports系统)持续监测脑电活动。采样频率为512 Hz,分辨率为22 bits(71.5 mV/bit)。EEG数据记录在放置在被试背包中的平板电脑上。所有电极均参照CPz电极。此外,还记录了水平眼电信号,肌电信号(用于检测与真实运动相关的任何活动[胫骨前(TA)左右]),以及双极型心电信号- II导联结构的心电图。使用EEGLAB软件70、ASA软件(ANT神经系统)和内部基于MATLAB的工具进行在线数据处理和统计分析。

分析方法:

根据视频观察和表演者的报告,将脑电数据分为六个时段:两个休息时段(交叉前和交叉后)和交叉期间的四个时段。穿越被分为预期的生命线改变之前,当表演者报告处于心流状态中(心流期穿越,FLOW);更换钩环的时间(预期问题,EP);锁扣卡住的时间段(意外问题,UP);以及当表演者报告仍有压力时(正念交叉期,压力)。心电分析结果证实了这些划分。

脑电数据的分析有:EEG分析,ERSP分析,swLORETA分析,EEG源分析。

3. 实验结果

心电信号分析结果图 

图2. 心不同条件下的心电信号分析结果图

图a-图d,显示的是心电信号,在整个实验过程中的不同阶段。图e,显示的是表演者在静止时,11Hz的alpha波,在四种状态下(心流期,预期问题期,意外问题,压力应急期)。

脑电swLORETA结果 

图3. 交叉前和交叉后休息期间的swLORETA结果

在delta,theta,alpha和beta频带的振荡。分别在交叉前和交叉后180s内的分析结果,白色箭头表示不同的布鲁德曼区。根据swLORETA,在交叉前休息时alpha振荡起源于双侧顶叶皮层(BA7),而在交叉后休息时仅识别出左侧顶叶上小叶(BA7)。它由包括右侧中央后和边缘回(BA40)和楔前叶(BA19)的网状结构。顶叶皮层(BA7)也被鉴定为交叉前休息期间delta和theta振荡的发生器。在此条件下,右侧角回(BA39)、边缘上回(BA40)和左侧顶叶下回(BA40)也被确认是 delta波发生器;中额回(BA8)和中央前回(BA9)被认为是theta波发生器。在交叉前休息期间,beta振荡主要由顶下回(BA40)、颞上横回(BA39)和中央后回(BA3)形成的右侧网络产生。相反,在交叉后休息期间,只有右侧顶叶回被识别为beta发生器.

脑电地形图 

图4

对FLOW和STRESS期间左TA肌肉长脉冲激活的第一秒进行了事件相关光谱扰动(ERSP)分析,结果显示,这两个周期之间存在显著差异。在TA激活后的前100 ms,观察到在“心流”过程中,额中央电极上的β振荡(14 25 Hz)与功率增加(被认为是事件相关同步(ERS))的对比动力学,以及在应激过程中出现的β能量下降[被认为是与事件相关的去同步(ERD)]。此外,在TA激活400-500 ms期间,观察到在“心流”期间的α (10 Hz) ERS,但在STRESS期间没有。

应用swLORETA进行脑电动力学分析,识别了两个时段的右侧左小脑丘、左副海马(BA28)、运动前区和运动皮层(BA4/BA6)。另一方面,右侧苍白球、左侧丘脑和右侧BA41仅在FLOW中被识别,右侧BA31仅在STRESS中被识别。

脑电swLORETA alpha振荡 

图5. 四个期间的swLORETA alpha振荡

在交叉前休息期间,alpha发生器主要位于顶叶皮层(BA7)。然而,在交叉期间,BA7的贡献是双侧的,在右侧额下皮层(BA46)也发现了一个新的区域。在 “心流”过程中,alpha发生器的网络被包括左额上回(BA8)、右中央后躯体感觉皮层(BA2)和右颞上回(BA22)的另一个网络所取代。在EP过程中,主要的alpha发生器是次级视觉皮层、左楔和右枕中皮层(BA19),这是根据改变扣钩的强烈视觉需求。在UP时,确定的alpha发生器包括右侧颞中回(BA37)、岛叶(BA13)和右侧梭状回(BA19)。在这一意外事件发生后,应激表现为左额上回(BA9)、右颞叶边缘上回(BA40)和右额下回(BA46)作为alpha发生器的“招募”。

4. 结论

本研究中使用swLORETA分析,一种是基于自我报告的心理状态,另一种是基于运动命令的。两种分析之间互补,能够识别参与走钢丝表演的运动控制的脑区,以及与表演相关的不同精神状态时期。

在TA期间识别的脑电信号发生器在在心流期和应激压力期间,同侧小脑和对侧感觉运动皮层施加的在线控制一致。

当脑电信号由TA活动触发时,可以识别右侧苍白球,只在心流期间开始,这加强了心流期相对于应激压力期的相同识别。

总的来说,这些发现支持了这样的观点,即“心流”状态伴随着额外的EEG发生器(白球)的“招募”,这与那些已经和技能运动的在线控制(小脑和副海马)相关的EEG发生器不同。

5、文献名称及DOI号

Leroy,A., & Cheron, G..(2020). EEG dynamics and neural generators of psychological flow during one tightrope performance. Scientific Reports, 10(1).

DOI:10.1038/s41598-020-69448-3