大脑反应研究颠覆了为什么练习会加快运动反应时间的想法

约翰霍普金斯大学医学院物理医学和康复系的研究人员报告说，一项对36名健康成年志愿者的计算机化研究要求他们反复重复相同的动作，当要求他们按需重复该动作时，他们的速度明显更快——之所以会出现这种结果，不是因为他们预料到了这个动作，而是因为一种未知的机制让他们的大脑准备重复相同的动作。

研究人员说，这些发现为越来越多的关于大脑最初是如何产生运动的研究提供了另一条线索，并最终可能帮助科学家理解在神经疾病或中风等损伤后，大脑控制的运动反应是如何出错的。

研究作者、约翰霍普金斯大学医学院神经学助理教授艾德里安·马克·海斯博士说，自20世纪50年代初以来，研究人员已经知道重复一个动作可以提高产生该动作所需的反应时间。长期以来，这种效应被归因于“预期”——根据对最有可能需要的动作的预期，在默认情况下准备重复一个动作。

然而，其他使用经颅磁刺激(一种使用磁脉冲刺激大脑并记录反应的技术)的实验表明，重复的运动实际上会使刺激大脑运动皮层时发生的运动产生偏差，使典型的随机运动更像练习的运动。

海斯说:“这些研究表明，重复可能会发生一些预期以外的事情。”

在一项旨在阐明重复运动如何影响运动反应的研究中，Haith和他的同事Pablo a . Celnik，医学博士，教授物理医学约翰霍普金斯大学医学院的康复、神经学和神经科学;Celnik实验室的前博士后Firas Mawase博士;约翰·霍普金斯大学医学院的研究助理丹尼尔·洛佩兹(Daniel Lopez)设计了一系列实验，以梳理练习是否会通过预期或其他机制影响运动。

研究人员招募了36名右撇子成年志愿者，其中22名是女性，年龄从19岁到30岁不等。每个志愿者都坐在大电脑屏幕前的桌子前。桌面上放着一个触摸式平板电脑。当一个目标出现在屏幕上，志愿者被要求用平板电脑上的触控笔移动光标，以尽可能快的速度触摸目标。

在最初的测试中，无论志愿者的手向哪个方向移动，他们都需要大约215毫秒(每毫秒是千分之一秒)来做出反应并到达变化的目标。然而，在练习在一个方向上移动光标数百次后，志愿者们的反应速度明显加快，并将光标朝该方向移动，尽管当目标出现在其他方向时，他们的反应时间保持不变。

“你得到的好处是20到30毫秒，”Celnik说。“这听起来很小，但当你考虑到在体育运动和其他需要快速运动的领域产生影响的表现时，时间增量可能意味着赢家和输家之间的差距。”

科学家们推断，受试者反应时间缩短有两种可能:一种想法是，他们已经学会了预测运动，并根据习惯猜测目标会出现在优先(通常)的方向。另一个原因是，重复练习以某种方式训练了他们的大脑，使他们在未来更快地选择练习过的动作，同时仍然允许受试者在选择其他目标时具有与练习前相同的灵活性。

为了梳理出这些可能性，研究人员尝试了另一个实验，与之前的实验非常相似。在之前的实验中，研究对象被要求将他们的手移向屏幕上出现的一个目标，但有一个不同之处:他们被要求在节拍器的每四个节拍上移动他们的手，无论目标是否出现。当目标出现时，它会在第四拍之前的不同时间间隔出现，有效地对每次试验施加反应时间。

如果像之前的理论一样，受试者预期的是练习方向的运动，那么研究人员推断，当目标没有出现时，或者当反应时间很短，以至于他们没有时间准确地击中目标时，他们会优先向那个方向移动他们的手。然而，事实并非如此，费拉斯说。

他说:“当受试者不得不猜测时，他们确实更喜欢移动手的方向，但大多数方向对右撇子来说是舒服的。”“他们要么选择向上和向右，要么选择向下和向左，而不是在方向他们会练习。”

研究人员表示，这些结果共同发表在2018年7月24日的《美国科学》杂志上细胞的报道的研究表明，多次重复一个动作会让大脑在未来更有效地做出这个动作。

塞尔尼克说，他和他的团队计划调查大脑本身发生了什么，以更好地理解这种影响。他补充说，深入了解这一现象背后的神经机制，可能会为中风和其他影响大脑对身体控制的疾病提供更有效的治疗方法运动。