1 前言

如今国与国之间的竞争已经成为科技上的角力，竞技体育同样如此。谁能领先一步占领体育科技的制高点，谁就有更多机会拔得头筹。回顾竞技体育的历史，科技创新推动着运动装备上的巨大变革，例如：撑杆跳中撑杆所用复合材料的发展、克莱普冰刀的发明、“鲨鱼皮”材质泳衣的应用，哪一项技术创新不曾大幅刷新该项运动的世界纪录？这些体育器材上的革新，有些成为新的“标准”被保留下来，有些则成为了历史，毕竟体育竞技倡导的是人与人之间运动竞技能力的比拼。

然而科技在竞技体育上的应用并不局限于运动装备上，在训练科学发展了几十年之后，各个国家在运动员选材和训练上的差距已经越来越小，而通过新兴体育科技则可能使运动员变得更快、更强、恢复更迅速、心理状态更稳定。原本许多只能在实验室环境内实现的技术已经被应用在竞技场上，正在悄悄改变着赛场格局以及场上参赛运动员的竞争优势和潜能。诸如此类的运动能力增强技术正受到越来越广泛的关注。

2 大脑训练或神经启动技术

在这些运动能力增强技术中，尤其是大脑训练，也被称为神经启动技术，可以增强大脑与肌肉的连接，提高运动员在体育运动中肌肉协调的效率。事实上，这是“经颅直流电刺激”技术在运动能力增强上的应用。经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）是一种无创的脑刺激技术，它使用微弱的直流电，通过电极贴片作用于头颅和大脑皮层，以此来调节特定脑区的兴奋性。该技术在实验室环境下用于动物和人体实验有近50年的历史。此前已有大量实验表明，对于有认知障碍的病人（如脑卒中病人），使用tDCS技术有助其认知及运动能力的康复。

图1Nature近年来多次关注神经启动技术及其应用 （Bourzac，2016；Reardon，2016a）Figure Neuropriming Technology and Its Applications Into Focus in Recent Years

早在2001年，tDCS技术应用于运动训练的潜在可能性就已经引起了科学家的兴趣。德国的Nitsche团队发现，经5～30 min的tDCS阳极刺激后，大脑运动皮层的兴奋性提高了约150%，并且该兴奋性的提高持续时间长达90 min（Nitsche et al.，2001）。Banissy等在回顾了一系列相关研究后总结道，如果刺激实施得当，tDCS将有助于提高运动学习能力或者训练的有效性（Banissy et al.，2013）。

针对此前研究多集中于单关节肌肉力量的局限性，Angius团队围绕tDCS是否会影响自行车骑行耐力做了研究，该研究发现，经过10 min，2 mA强度的tDCS阳极刺激后，受试者骑行自行车至力竭的时间（time till exhaustion，TTE）显著增加，同时自觉疲劳程度（rating of perceived exertion，RPE）显著下降（图2）（Angius et al.，2016）。无独有偶，美国滑雪与雪板协会（USSA）于2016年率先开始尝试将tDCS技术运用于冬奥选手的训练中，以加速提高这些运动员的专项技能（Reardon，2016b），标志着该项技术的应用开始从实验室走向竞技场。2017年，Nature上“Smarter，not harder”一文引起了广泛关注，文中指出，大脑训练是运动训练的未来，并且报道了美国职业橄榄球运动员在使用“神经启动（neuropriming）”训练辅助装置Halo Sport耳机进行训练后，原地弹跳高度提高了18 cm（Hornyak，2017），而Halo Sport耳机正是使用了tDCS技术从而达到运动能力增强的效果。

图2 10 min 2 mA的tDCS刺激后，自行车骑行至力竭的时间显著增加，自觉疲劳程度显著下降 （Angius et al.，2016）Figure 2. After 10 min Anodal tDCS Stimulation at 2 mA Intensity，the TTE Increased Significantly while the RPE Decreased

上海体育学院的刘宇团队也正在开展关于tDCS技术及其在提升运动表现中的应用的相关研究（卞秀玲 等，2018），且针对中国运动员的训练需求，进行设计、开发和研制了基于tDCS技术的智能可穿戴训练设备，并已申请国家发明专利2项。刘宇团队前期的预实验发现，强度为2 mA的tDCS阳极刺激20 min后即刻，大脑运动皮层的兴奋性提高为基准值的190%，刺激后30 min时，大脑运动皮层的兴奋性仍维持在基准值的150%。这一结果与国外类似研究一致（ Nitsche et al.，2000，2001，2008）。在肯定了tDCS的积极效果之后，刘宇团队将进一步关注刺激方案的优化，例如刺激的形式、强度、时长，电极贴片的放置位置等，以期在实际运动训练中获得更佳的增强效果。

3 神经肌肉系统功能监测与增强技术

除tDCS技术外，还有大量其他体育科技正在转变角色，从研究试验阶段走向实战。例如：测力台在运动训练监控和评价方面的应用、正电子发射计算机断层扫描（positron emission computed tomography，PET）成像技术、高速双平面荧光透视系统以及血流限制训练技术等。

文章来源：《体育科技文献通报》 网址: http://www.tykjwxtbzz.cn/qikandaodu/2020/0724/387.html