摘要：目的：探討早期聽覺信息在判斷乒乓球旋轉中的作用。方法：被試選取31名乒乓球運動員，采用單因素被試內設計，自變量為刺激類型(純視覺、純聽覺、視聽一致、視聽不一致)，要求被試在4種實驗條件下判斷發球旋轉方式。結果：純聽覺、純視覺和視聽一致3種條件下的正確率均超過隨機水平;視聽一致與純聽覺條件下的正確率均顯著高于純視覺，視聽一致與純聽覺條件下的正確率之間未見顯著差異;在視聽不一致的條件下，依靠聽覺信息進行決策的比率顯著高于依靠視覺信息。結論：在判斷乒乓球發球是否旋轉時，早期聽覺信息可以提供更多相關信息。
關鍵詞：早期聽覺信息;乒乓球;接發球旋轉
在體育競技領域，如果運動員能在短時間內恰當地、有效地捕捉到重要信息，并利用這些信息判斷對手行為，將提高比賽獲勝的可能。對于球類運動員這是十分重要的能力，可以幫助運動員在訓練或比賽時對運動環境中的信息作出正確判斷并迅速反應。在一項關于羽毛球運動員動作預測的腦機制研究中，Xu等(2016)使用羽毛球比賽視頻作為刺激材料，要求專業和新手羽毛球運動員預測視頻中球的落點位置，發現專業運動員的動作預測能力更好并且在內側額葉皮層顯示更強的激活能力。
徐立彬等(2013)使用3D效果的圖片作為刺激材料探討乒乓球運動員的知覺判斷能力，要求被試根據圖片中的拍型、乒乓球觸拍部位和球拍相對運動方向3個信息判斷球的旋轉方式，與專項大學生相比，專業運動員在發球旋轉判斷方面存在優勢。還有研究使用時間阻斷或空間阻斷技術研究乒乓球運動員的發球落點和旋轉判斷，均發現乒乓球運動員的判斷表現要優于新手(高艷敏等，2013;章建成等，2013;Zhaoetal.，2018)。
以上研究均表明，專業運動員擁有優秀的判斷能力。此外，這些研究還存在一個共同點，即研究均使用以視覺信息為主導的刺激材料，只考慮來自視覺的單通道信息，忽略聽覺、觸覺等來自其他感覺通道的信息。在人類獲得外界信息中，80%來自視覺，除視覺外，另一種人類最重要的感覺是聽覺(彭聃齡，2012)。
如一個低強度的聲音線索可以對隨之出現在同一位置目標聲音的識別起到促進作用(Buchteletal.，1996);一個突出的聲音還可以提高個體對視覺刺激的探測能力等(Vroomenetal.，2000)。由此可見，聲音不僅能夠給個體提供重要的感知信息，還能對視覺起到促進作用。
同時，在體育運動相關研究中也發現，聽覺反饋在運動情境中起積極作用(Konttinenetal.，2004;Murgiaetal.，2015;Schaffertetal.，2019)，聽覺信息已經成為指導運動行為的重要因素之一(Agostinietal.，2004)。所以，如果在研究中只關注視覺信息而不關注聽覺信息會使研究缺乏一定的生態效度，由此得到的結果也不適用于運動實踐當中。探討聽覺信息與運動的相關研究雖然沒有視覺相關研究廣泛，但是以往研究也對此有一定關注。首先，聽覺信息可以影響運動員的運動表現。
Takeuchi(1993)關于聽覺信息在運動執行中起重要作用的研究選取3名有經驗的網球運動員為被試，在比賽過程中使用耳塞對運動員進行聽覺剝奪，結果表明，聽覺剝奪會降低運動員在比賽中的表現，聽覺剝奪條件下運動員接球能力有所下降。這一結果表明，有經驗的運動員可以通過使用聽覺信息在比賽中調整自己的運動行為。Schaffert等(2020)也得出相似結果，發現自然運動聲音的缺失會降低賽艇運動員的運動表現。
其次，在聽覺信息與判斷的相關研究中，有研究發現，籃球運動員可以僅通過聲音來判斷對手的 行動意圖，并且這種能力可以通過訓練得到提高(Campo‐nogaraetal.，2017);在網球運動中，運動員在比賽場上發出的吶喊聲會干擾對手對球運動軌跡的預測(Mülleretal.，2019)。聲音信息對運動領域的貢獻也得到神經科學方面的支持。研究發現，與動作相關的聲音會激活大腦的運動區域(Pizzamiglioetal.，2005);Woods等(2014)在功能核磁共振(functionalmagneticresonanceimaging，fMRI)研究中發現，當運動員聽到與運動相關的聲音時，不僅能激活大腦內的聽覺區域，還能激活前運動區和運動區。
上述研究表明，不論視覺信息還是聽覺信息，對運動行為都有其獨特的貢獻，那么聽覺信息和視覺信息到底哪種更重要?Sors等(2017)的研究探討了早期聽覺和視覺信息在辨別足球罰球和排球扣球中擊球力量的作用，運動員在視覺、聽覺和視聽結合刺激3種條件下區分擊球力量，發現在3種條件下被試的準確率均超過隨機水平，而且在排球扣球實驗中發現，純聽覺條件下運動員辨別擊球力量的準確性更高，表明早期聽覺信息提供辨別擊球力量的相關感知線索比早期視覺信息更多，運動員的加工速度更快。
Allerdissen等(2017)調查聽覺和視覺信息對擊劍動作識別的影響發現，在僅提供聽覺信息的情況下，擊劍專業運動員相比新手可以更好地利用聽覺信息進行識別。以上研究都表明，對于專業運動員，在某些情況下聽覺信息提供的相關線索比視覺更多，甚至聽覺可能比視覺的作用更加重要。
因此，在體育運動相關研究中，重視聽覺信息和視聽信息結合的作用尤為重要。乒乓球運動相較于其他球類運動有其自身獨特的特點，如發球旋轉變化多、落點多變等。乒乓球運動中，對接發球旋轉進行判斷是一種決策過程(張玉慧等，2013)，在乒乓球運動中起至關重要的作用。有研究表明，在拍觸球時，由于對發球旋轉起關鍵作用的某個身體動作的相關信息幾乎都已經表現出來，所以在此時判斷乒乓球旋轉的準確性最高(李今亮，2005)。
盧永妍(2019)在研究塑料球和賽璐珞球的區別時提出，賽璐珞球與無縫塑料球在擊打聲音方面的變化對運動員通過擊球聲音判斷來球造成一定程度的干擾，由此可以推斷，聽覺信息對乒乓球運動員的運動表現有一定影響。但視覺和聽覺信息是否對判斷乒乓球發球旋轉有不同貢獻暫不明確。
因此，本研究同時考慮乒乓球運動員在接發球時所接收到的早期視覺和聽覺信息，即從發球者準備向上拋球到球接觸球拍的瞬間所產生的視聽信息為早期視聽信息，分別探討純聽覺、純視覺和視聽結合3種情況對乒乓球發球旋轉判斷準確性的影響，并將結果進行對比，進一步探討何種早期信息可以更好地幫助乒乓球運動員進行準確的判斷。本研究提出以下假設：1)乒乓球專業運動員在僅依靠聽覺信息和視聽一致信息時可以更好地進行發球旋轉判斷;2)在視聽不一致條件下，乒乓球運動員判斷發球旋轉時更傾向與聽覺信息一致。
1研究對象與方法
1.1研究對象
31名乒乓球運動員參加本次實驗，均為上海體育學院乒乓球運動訓練專業學生，運動等級為國家二級運動員及以上。其中，男生14名，女生17名，平均年齡(20.74±0.86)歲，平均訓練年限(13.74±1.61)年。所有被試均為右利手，視力或矯正視力正常且沒有聽力障礙。實驗開始前將任務充分告知被試且簽訂被試知情同意書。
1.2實驗設計
采用單因素被試內設計，組內變量為刺激類型(純視覺、純聽覺、視聽一致、視聽不一致)，因變量為發球旋轉判斷任務的反應時、正確率、辨別力指標d’和判斷標準β。
1.3實驗設備
SONYFDR-AX60攝像機記錄視覺刺激，視頻幀率為60fps，視頻分辨率為1080p;SONYPCM-M10專業級數字錄音筆記錄聽覺刺激;PhantomMiroR111超高速攝像機記錄并解析每一次乒乓球過網時的轉速，拍攝速率為3000幀/s。采用WavePad進行音頻剪輯，會聲會影2019進行視頻剪輯和音頻視頻組裝，E-prime2.0軟件進行編程和數據收集，SPSS22.0進行數據處理。實驗在戴爾In‐spiron7380筆記本電腦上進行，屏幕大小為13.3英寸。SO‐NYWH-1000XM3耳機進行聽覺刺激呈現。
1.4實驗材料的收集與制作
招募1名20歲男性國家一級乒乓球運動員收集實驗材料，運動經驗13年，按照實驗要求進行發球，用攝像機和錄音筆記錄發球過程，后期進行剪輯處理。
在錄制實驗材料時，攝像機架設于接球方球臺中央偏左10cm，攝像機高度為130cm。發球員按照既定旋轉和落點進行發球，包括下旋球和不轉球2種發球類型，落點為近網短球，均為比賽常用發球和落點，2種旋轉方式各發球40個，共收集80個發球視頻和音頻。根據高速攝像機所記錄的視頻計算乒乓球旋轉的速度，排除沒有過網或擦網的發球，選取其中26次發球，13個轉速為5～9轉/s的作為不轉球刺激，13個轉速為40～45轉/s的作為下旋球刺激，在不轉球與下旋球中各選取10個作為正式實驗刺激，剩余6個作為練習刺激。最終得到4種刺激類型：
1)一致性刺激，將同一發球的音視頻結合在一起;2)不一致刺激，發旋轉球的視頻與不轉球的音頻結合在一起，或將發不轉球的視頻與旋轉球的音頻結合在一起;3)純視頻，只有發球動作視頻，沒有音頻;4)純音頻，只有發球時的音頻，沒有視頻。在最終實驗程序中，每個刺激呈現1350ms，以發球者準備向上拋球為視頻起點，球與球拍接觸一瞬間視頻結束。 1.5實驗流程實驗在一個昏暗且安靜的房間內進行，被試抵達實驗室后進行短暫休息，休息結束后戴上耳機并以自己舒服的姿勢坐在椅子上，被試眼睛距離屏幕約40cm，聲音設置為最接近真實情景中的音量(45dB)，并在被試間保持恒定。
主試給被試講述指導語，進行練習后正式開始實驗。每個被試均進行4種實驗條件，將實驗順序進行平衡，收集被試的按鍵反應和反應時間。實驗開始前，先給被試呈現以下指導語：歡迎你參加本次實驗，下面將給你呈現一系列發球視頻(音頻)，你的任務是判斷該發球是否旋轉，旋轉按F鍵，不旋轉按J鍵，要求你又快又準確地進行反應。每組正式實驗前均有6個練習，每個練習均有1000ms反饋。
正式實驗階段，每個試次先給被試呈現1000ms注視點，然后呈現1350ms刺激，刺激結束后進入有黑色小圓圈的灰色屏幕要求被試盡快進行反應，直到被試反應該屏幕消失，每個試次之間有500ms的灰色空屏，然后進入下一試次。每組實驗條件各20試次，每組實驗結束后進行短暫休息，按照既定順序進行下一實驗。
1.6數據分析與統計
使用SPSS22.0軟件對數據進行統計處理。首先，根據反應時排除超過3個標準差的數據。依據信號檢測論計算4種條件下的辨別力指標d’和判斷標準β，d’=Z擊中Z虛驚，β=O擊中/O虛驚，Z值與O值需查詢PZO轉換表，O為概率值對應的標準正態分布函數值(郭秀艷，2004)。對4種條件下的反應時、辨別力指標d’和判斷標準β進行重復測量方差分析。
其次，進行4次單樣本t檢驗，檢驗4種條件下被試的正確率是否超過隨機水平。由于正確率為百分比數據，不符合方差分析正態分布的原則，因此將視聽一致、純聽和純視條件下反應的正確率進行平方根反正弦轉換，再將轉化后的正確率進行重復測量方差分析，并將正確率與反應時進行相關分析。在視聽不一致條件下，由于之前并沒有要求被試必須依據哪種信息作出反應，因此不能簡單地判斷被試的反應正確與否，因此需要計算被試進行反應的信息來源，并將依據信號檢測論所計算的d’以0為檢驗值進行單樣本t檢驗。
2實驗結果
根據反應時排除超過3個標準差的數據，共刪除1.83%的數據。以刺激類型為自變量，反應時為因變量進行重復測量方差分析顯示，刺激類型的主效應不顯著。
由于人的反應速度與準確性存在固有的權衡現象，本研究統計視聽一致、純視覺和純聽覺條件下被試反應時和準確率的相關性顯示，所有條件下的反應時與準確率相關系數均不顯著。因此，可以排除被試單方面追求速度(或準確性)而犧牲準確性(或速度)的反應傾向，提高單方面分析反應時指標或準確率指標的有效性。正確率結果顯示，視聽一致(M=81.55%±13.07%)、純聽覺(M=83.29%±12.63%)和純視覺(M=74.84%±15.10%)3種條件下正確率均超過隨機水平(50%)。
重復測量方差分析發現，刺激類型主效應顯著[F(2，60)=4.17，P<0.05，ηp2=0.122]。事后檢驗發現，視聽一致(P<0.05)與純聽覺(P<0.05)的正確率均顯著高于純視覺，視聽一致與純聽覺的正確率之間未見顯著差異。
視聽不一致條件下，依靠聽覺信息(M=61.39%±27.13%)進行決策的比率顯著高于依靠視覺信息(M=38.61%±27.13%，t=2.44，P<0.05)。 以上結果表明，刺激類型對被試的發球旋轉判斷正確性有顯著影響，其中，視聽一致和純聽覺條件下的正確率在統計學上顯著高于純視覺，視聽不一致條件下被試主要依靠聽覺信息進行決策判斷。
3討論
3.1聽覺信息在乒乓球發球旋轉判斷中的作用
結果表明，雖然在4種不同條件下被試的反應時未見顯著差異，但被試在純聽覺條件下的正確率最高、感受性最好，即當只給被試呈現發球的聽覺信息時，被試在判斷發球是否旋轉時的表現優于只呈現視覺信息，甚至比視聽一致條件下的表現更好。這一結果與以往研究結果一致(Allerdissenetal.，2017;Camponogaraetal.，2017;Sorsetal.，2017)。以上結果均表明，在某些特定運動情境下，單獨的聽覺信息在個體進行判斷或識別時的作用似乎比單獨視覺信息作用更大。這可能是因為：
1)運動員的發球動作相似，而且存在假動作等干擾行為，增加了運動員利用視覺信息進行判斷的困難;2)視覺通道輸入的信息過多增加了個體的認知負荷，使運動員無法抓住關鍵和正確信息而降低判斷的準確性;3)早期聽覺信息具有數量少、有效信息占比多等特點，使得運動員可以快速、準確地作出反應。因此，在判斷乒乓球發球是否旋轉時，早期聽覺信息在其中起到至關重要的作用，甚至對于具有長期運動經驗的專業運動員來說，只憑借聽覺信息就可以準確判斷發球旋轉。
3.2多感覺整合促進運動決策與反應
本研究中，視聽一致的刺激更加接近運動員在比賽和訓練中的真實情景，在這種條件下個體可以很好地完成任務。根據跨模態整合理論解釋個體在進行感知任務 時，大腦可以將來自不同感覺通道的信息進行整合以提高表現，即各種不同的感覺信息在大腦中通過跨模態整合可以提高個體感知環境并正確作出反應的能力(Desan‐tisetal.，2014)。
Park等(2016)以乒乓球發球視頻為實驗刺激材料，采用時間阻斷技術給乒乓球運動員呈現不同水平的發球視頻，要求被試基于視覺和聽覺信息判斷發球的方向和旋轉，結果表明，在復雜環境下，僅通過視覺信息無法準確判斷發球旋轉，而在視覺信息上增加聽覺信息時可以提高被試對發球旋轉的判斷能力。這一結果與本研究一致，在視覺信息加入聽覺信息后(即實驗中的視聽一致條件)被試的表現顯著提高，說明視覺信息和聽覺信息的結合在判斷乒乓球發球旋轉并進行決策的過程中起到促進作用。聽覺信息的加入，可以補充視覺信息的不足，運動員通過視聽信息整合提高判斷能力進而促進運動決策，表明多感覺信息同時存在時，聽覺信息在其中的關鍵作用。
3.3在視聽沖突時聽覺信息存在優勢
視聽不一致條件下，乒乓球專業運動員在判斷乒乓球旋轉時更多依靠聽覺信息而不是視覺信息。在一項關于網球的研究中也得出類似結論，網球運動員在不知道擊球聲音的大小是被控制的情況下，會根據擊球聲音大小預測球的軌跡，而不是根據擊球的視覺信息(CañalBrulandetal.，2018)。
Sors等(2018)對之前的研究進行改進，要求被試對排球發球落點進行預測，也得到在視聽不一致條件下被試預測發球落點時偏向依賴早期聽覺信息的結論。實驗結束后詢問被試在視聽不一致條件中的感受，多數被試并沒有意識到視覺和聽覺是有沖突的，也沒有意識到自己更多的是根據聲音作出反應。
實際實驗中，個體在不一致條件下反應的判斷標準表明，不一致刺激仍然引發認知沖突，因此被試在作反應時更加謹慎，表明被試在認知沖突的情況下仍更多地采用聽覺信息進行判斷。正如行動觀察的預測理論表明，人類處于需要預測他人行動的情境中時，大腦似乎是根據之前已經儲存的經驗對外界輸入的信息進行解釋(Arnaletal.，2012)。在長期的訓練中，專業運動員的大腦中已經儲存大量專業知識和運動經驗，在產生認知沖突的條件下，個體顯然會根據主觀上認為比較可靠的信息來作出判斷。
3.4對反應時指標的理解
被試在4種實驗條件下的反應時沒有顯著差異。一般來說，同時產生的聽覺刺激所攜帶的信息比視覺刺激少。Kemp(1973)發現，聽覺刺激到達大腦的速度比視覺刺激快。Thompson等(1992)發現，對視覺刺激的反應要比聽覺刺激的反應慢40ms左右，因此個體在處理聽覺刺激時所產生的認知負荷較小，對聽覺刺激的反應時間更短、反應速度更快。
考慮到前人研究所使用的刺激比較簡單，沒有與個體經驗相聯系，因此本研究要求被試依據長期運動經驗對刺激作出反應，更多的是決策而不是簡單的刺激反應，被試反應時沒有差異的原因是在接受刺激階段還是在決策階段需要進一步證實。而且在實驗設計上，并沒有要求被試在一接收到刺激就進行反應，所以反應時并不能真正代表被試對不同刺激的反應時間，后續研究可以進一步改善實驗設計。
3.5知覺訓練的重要性
乒乓球運動員對接發球旋轉的判斷在乒乓球項目中是一個典型的決策過程，優秀運動員在接發球判斷時最重要的思維活動特點是能在恰當的、短暫的時間內有效捕捉到重要信息。
研究發現，可以通過對早期信息的感知訓練提高運動員的判斷能力(Jackson，2003;Murgiaetal.，2014)。在比賽和訓練過程中，大量信息輸入運動員大腦，產生較高的認知負荷，不利于運動員瞬間有效地抓取關鍵信息，因此找到低負載、高精度的感知訓練方法以更好地提高成績是非常有必要的。以往研究多集中于驗證視覺信息對乒乓球運動的重要作用。在實際比賽中，高水平運動員經常使用極其相似的動作進行不同旋轉方式的發球。
因此，僅憑視覺信息可能不能對乒乓球的旋轉作出正確判斷，這時聽覺信息可能提供更多相關信息，有利于接發球運動員提前做好應對準備，由被動防守轉為主動進攻。比賽中，運動員并不總能得到完整一致的視聽信息，這時就需要借助準確率同樣很高的早期聽覺信息對發球進行判斷，以更好地作出應對。本研究發現，早期聽覺信息有利于乒乓球運動員判斷發球旋轉，可以為改善運動訓練提供更多的方法。
3.6本研究的不足與展望
1)本研究結果是在實驗室情境中得出的，排除了很多無關干擾，但在真實訓練和比賽情境中影響運動員表現的因素更多。2)本研究只考慮了2種發球方式，但乒乓球發球方式復雜多樣，后續研究可以進一步擴展實驗條件以完善相關研究。3)本研究只在行為層面進行了分析，今后可以利用事件相關電位技術、功能性核磁共振技術等，進一步探索乒乓球運動員在利用視覺和聽覺信息進行判斷時認知加工的神經活動特點，在神經科學層面提供更多證據。
4結論
乒乓球運動員判斷對手發球旋轉屬性依靠早期聽覺和視覺信息加工;在乒乓球運動員判斷發球旋轉時，聽覺信息比視覺信息提供更多的相關線索。
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作者：林立悅，王璐寧，任元師，任杰*
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