经颅直流电刺激对纵跳生物力学特征的影响

奥鹏网院作业

经颅直流电刺激对纵跳生物力学特征的影响
王玮,朱志强,殷可意,宋林杰,姜祎凡,刘 宇*

（上海体育学院，上海 200438）

摘 要:目的：通过观察经颅直流电刺激前后，纵跳生物力学曲线和瞬时特征的变化，探究其对纵跳运动表现的影响。方法：15位跳跃类国家二级运动员接受随机交叉设计的阳极刺激（电流2 mA，持续20 min）和假刺激两种实验条件。分别在刺激前，刺激后即刻和刺激后30 min完成纵跳测试。通过双因素重复测量方差分析（刺激条件×时间）比较两种实验条件前后纵跳生物力学指标的差异。结果：1）瞬时特征：纵跳高度在阳极刺激后即刻和刺激后30 min显著高于刺激前；质心最低点地面反作用力在阳极刺激后即刻和刺激后30 min显著高于刺激前；峰值蹬地功率、发力率和下肢刚度在阳极刺激后即刻显著高于刺激前，阳极刺激组峰值蹬地功率在刺激后即刻和刺激后30 min显著高于假刺激组（P＜0.05）；2）曲线特征：垂直冲量在阳极刺激后即刻和刺激后30 min显著大于刺激前；释放能量和肌肉主动做功在阳极刺激后即刻显著高于刺激前（P＜0.05）。结论：阳极经颅直流电刺激可以提高纵跳运动表现，不仅能够促进瞬时特征的变化，而且可以调节整个动作周期生物力学曲线特征，增强下肢力量及神经肌肉系统功能。

关键词:非侵入性脑刺激；力量-时间曲线；垂直冲量；肌肉主动做功；下肢刚度

纵跳(countermovement jump, CMJ)能力是影响运动能力的关键因素之一(Laffaye et al., 2014)。提高CMJ能力的传统方法主要通过抗阻训练和神经肌肉系统的拉长-缩短周期（stretch-shortening cycle, SSC）训练改变肌肉形态和功能提高肌肉的最大力量和爆发力，促进CMJ能力(卢志泉等, 2019；Parejablanco et al., 2017)。但传统的训练方法主要关注肌肉功能的改变对CMJ能力的影响，却忽视了神经系统对肌肉收缩的支配作用及其对CMJ能力的影响。因此，如何通过调节神经-肌肉功能提高运动能力成为亟待突破的问题。

近年，由于经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation, tDCS）技术可调节神经功能，促进运动能力而受到了体育领域的关注(卞秀玲等, 2018；王开元等, 2019；殷可意等, 2019)。《自然》（Nature）近年多次刊发关注tDCS技术应用于提高人体运动能力的文章(Hornyak, 2017；Reardon, 2016)。该技术可经颅形成弱电场，并作用于特定脑区，通过调节大脑皮层兴奋性，加强突触可塑性和促进两半球间连接，增强人体运动能力(Alonzo et al., 2012；Frazer et al., 2016；Liu et al., 2019)。有研究证实，tDCS可有效提高人体肌肉力量(Krishnan et al., 2014)、延缓运动疲劳(Abdelmoula et al., 2016)和促进运动学习能力(Reis et al., 2009)。虽然tDCS技术不是传统的体能训练方法，是否符合体育精神还有待国际体育组织的认可，但研究tDCS技术对人体运动的影响有助于理解人体运动控制和生物力学机制以及该技术在竞技体育之外的应用。

当前，tDCS对CMJ影响的研究尚不多见，且未通过生物力学方法深入分析tDCS对CMJ动作曲线特征的影响(Lattari et al., 2017)。在研究CMJ的生物力学特征时，结合关键瞬时特征和动作曲线特征将有助于深入理解影响CMJ能力的生物力学机制(McMahon et al., 2017；Struzik et al., 2019)。

因此，本研究拟使用tDCS技术对运动员特定皮质进行刺激，分析tDCS刺激前后CMJ动作过程中生物力学曲线特征和瞬时特征的变化，探究tDCS对神经-肌肉系统功能影响的生物力学机制。研究假设：阳极tDCS刺激运动皮层可提高CMJ瞬时特征（CMJ高度、峰值蹬地功率和下肢刚度等）和调节曲线特征（垂直冲量、释放能量和肌肉主动做功等）。

1 研究对象与方法
1.1 研究对象　
本研究共招募15名在校男大学生作为研究对象，均为跳高、跳远、撑杆跳等跳跃项目国家二级运动员，年龄19.47±1.60岁，身高182.67±5.63 cm，体重69.20±8.22 kg，训练年限5.36±3.13年。受试者在参加本实验前的6个月内，无下肢损伤，无神经、精神类疾病或者服用精神类、镇静剂等药物，在参加实验前2天未摄入酒精、咖啡等刺激性物质。实验前所有受试者均知晓本研究的目的，了解实验流程和注意事项，均自愿参加本研究并签署知情同意书。

1.2 实验仪器　
1.2.1 经颅直流电刺激仪　

刺激干预采用DC-STIMULATOR多通道经颅直流电刺激仪（德国，Neuroconn公司)，电极片5×7 cm，直流模式电流强度调节范围0～4.5 mA，最大电压20 V。

1.2.2 运动捕捉系统　

Vicon红外运动捕捉系统（英国，Vicon公司）和10个摄像头（T40），本研究采样频率为100 Hz，所用红外反光标志点直径为14 mm。运动学和动力学数据通过Vicon Nexus 2.6.1（英国，Vicon公司）同步采集，通过此软件建立人体球棍刚体模型，进行标志点的命名、删补标志点的运动轨迹等前期处理。

1.2.3 测力台　

Kistler三维测力台（瑞士，Kistler公司，型号9287C）2块（长×宽×高：900 mm×600 mm×100 mm），外置信号放大器，通过数模转换器与运动捕捉系统连接并同步。最大侧向力和垂直力分别为10 kN和20 kN，采样频率为1 000 Hz。

1.3 刺激方案　
15位受试者随机接受2种刺激条件：阳极刺激（A-tDCS）和假刺激（S-tDCS），每位受试者参与2次实验，间隔48～72 h，并在2天的同一个时间段完成刺激和相关测试。刺激使用4个生理盐水浸泡过，且表面为海绵的电极，其连接于直流电刺激装置，电流2 mA，刺激持续时间20 min(Lattari et al., 2017)，在刺激过程中，要求受试者保持静坐，避免外界的干扰和无关刺激。对于阳极刺激，根据国际10-20脑电图系统，2个阳极水平放置以覆盖双侧初级运动皮层（primary motor cortex, M1)。2个阴极放置在两侧肩膀，用医用胶带固定电极。假刺激放置位置与阳极刺激相同，但刺激在30 s后关掉。所有tDCS操作均由同一实验人员完成。

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图1　测试流程图

Figure 1.　The Protocol of Experiments

1.4 实验流程　
每名受试者测试前更换运动装备（背心、短裤和鞋），在跑台上以10 km/h的速度进行5 min热身，并进行动态拉伸，激活肌肉，增加关节活动度。热身后根据Visual 3D骨骼模型粘贴反光标志点，确定骨盆和下肢各环节。进行2次练习，完成静态拍摄后开始正式测试。

受试者按照动作要求，在测力台上尽最大努力，以最快速度完成CMJ动作。采集5次有效数据（将所有数据的平均值进行分析），排除在测力台区域外进行的跳跃，或在落地时和腾空阶段不符合运动姿态要求的跳跃。前测完成后接受tDCS刺激，刺激后即刻和30 min分别进行与前测相同的热身与测试。

1.5 数据处理　
采用Visual 3D三维运动分析软件（美国，C-Motion公司）对预处理后的数据进行建模、计算和分析，对运动学和动力学信号进行低通滤波，标志点的截止频率为10 Hz，地面反作用力信号的截止频率为50 Hz。使用Origin 9.0（美国，Originlab公司）对地面反作用力和质心位移等数据进行插值，并绘制平均曲线。

1.5.1 动作阶段划分　

以整个动作时间为周期，根据相对地面反作用力在整个周期内的变化，为CMJ动作分期（图2）。

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图2　CMJ动作阶段划分示意图

Figure 2.　The Temporal Phases of CMJ

注：ta：动作起始点，此时地面反作用力等于重力，加速度和速度为0；tb：离心阶段力峰值时刻，此时向下的加速度达到最大；tc：地面反作用力与重力相等的时刻，此时合外力为0，加速度为0，向下的速度达到最大值；td：向下运动的最低点时刻，此时正负冲量相等，重心运动速度为0，此刻为原地CMJ离心阶段与向心阶段的过度点；te：地面反作用力与重力再次相等的时刻，此时加速度为0，向上的速度达到最大值；tf：起跳时刻，此时地面反作用力为0，加速度为重力加速度，即离地瞬间。

1.5.2 关键指标　

1)瞬时特征：

质心速度（m/s）：

其中，GRF(t)为地面反作用力，m为人体质量，W为人体重力。

CMJ高度（m）：

其中，vtake off为起跳速度。

发力率（N/kg/s）-力量-时间曲线斜率：


其中，GRF(t)为地面反作用力，v(t)为时间。

蹬地功率（W/kg）：

其中，GRF(t)为地面反作用力，v(t)为质心速度。

下肢刚度（N/kg/m）(Liu et al., 2006)：


其中，GRFd为质心最低点地面反作用力，Δs为质心最低点垂直位移。

2)曲线特征：垂直冲量（N/kg·s）-力量-时间曲线面积：

其中，t为地面接触时间，F(t)为合外力。

根据Liu等（2006）的研究，针对力量-位移曲线，由于功=力量×位移，因此可以计算出离心下蹲阶段的能量储存及向心蹬伸阶段的能量释放，对能量储存（energy stored）、能量释放（energy returned）和肌肉主动做功（active work done）的变化进行计算(图3)。

能量储存（J/kg）-力量-位移曲线阴影面积（图4）：


其中，GRF(t)为地面反作用力，v(t)为身体质心速度，ta为CMJ开始的时刻，td为质心最低点时刻。

能量释放（J/kg）-力量-位移曲线td-tf面积（图4）：


其中，GRF(t)为地面反作用力，v(t)为身体质心的速度，td为质心离心阶段最大位移/最低点时刻，tf为离地时刻。

肌肉主动做功/能量变化（J/kg）-力量-位移曲线白色面积（图4）：

1.6 统计分析　
所得参数值均采用平均值±标准差（M±SD）表示。采用双因素（刺激模式×时间）重复测量方差分析（two-way repeated measures ANOVA，SPSS 20.0）比较tDCS对CMJ生物力学瞬时特征和周期曲线各指标的影响，并用LSD检验进行事后两两比较，显著性水平α设为0.05。

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图3　CMJ过程力量-位移曲线

Figure 3.　The Force-displacement Curve during CMJ

注：动作的起点为X轴的0值；ta：CMJ的起始时间；td：人体COM的最低位置；tf为离地时刻。离心阶段的能量储存（阴影部分）及向心阶段的能量释放使用曲线下的面积积分计算。两者之间的差异表示肌肉主动做功，表示为图示的白色区域。

2 研究结果
2.1 动作瞬时特征　
组内统计发现：1）阳极刺激组：与刺激前相比，CMJ高度、质心最低点地面反作用力在阳极刺激后即刻和刺激后30 min均显著提高；RFD、向心阶段峰值蹬地功率和下肢刚度在阳极刺激后即刻显著提升；2）假刺激组：与刺激前相比，CMJ高度、峰值蹬地功率在假极刺激后即刻和刺激后30 min均显著降低。组间分析显示：刺激后即刻和刺激后30 min，阳极刺激组质心峰值速度和峰值蹬地功率显著高于假刺激组（表1）。

2.1.1 CMJ高度　

对于CMJ高度，刺激条件和时间有交互作用[F(2,28) = 16.20, P＝0.0001]，统计学检验结果表明，阳极刺激后即刻（P = 0.001）和刺激后30 min（P = 0.044）CMJ高度显著高于刺激前，假刺激后即刻（P = 0.045）和刺激后30 min（P = 0.002）显著低于刺激前（表1）。

2.1.2 向心阶段质心峰值速度　

对于向心阶段质心峰值速度，刺激条件和时间有交互作用[F(2,28) = 5.23，P = 0.012]，统计学检验结果表明，阳极刺激组刺激后即刻（P = 0.049）和刺激后30 min（P = 0.014）显著高于假刺激组（表1）。

2.1.3 发力率　

对于RFD，刺激条件和时间有交互作用[F(2,28)=3.70，P = 0.038]，统计学检验结果表明，阳极刺激后即刻显著高于刺激前（P = 0.023，表1）。

表1　tDCS对CMJ瞬时特征的影响

Table 1　The Effect of tDCS on Instantaneous Characteristics during CMJ


注：*表示刺激前后有显著差异（P＜0.05），#表示刺激条件间有显著差异（P＜0.05），下同。

2.1.4 峰值蹬地功率　

对于向心阶段峰值蹬地功率，刺激条件和时间有交互作用[F(2,28)=12.652，P = 0.025]，统计学检验结果表明，阳极刺激后即刻显著高于刺激前（P = 0.038），假刺激后即刻（P = 0.004）和刺激后30 min（P = 0.001）显著低于刺激前；阳极刺激组刺激后即刻（P = 0.045）和刺激后30 min（P = 0.046）显著高于假刺激组（P＜0.05，表1）。

2.1.5 下肢刚度　

对于下肢刚度，刺激条件和时间有交互作用[F(2,28)=12.50, P = 0.024]，统计学检验结果表明，阳极刺激后即刻显著高于刺激前（P=0.03，表1）。

2.2 动作曲线特征　
组内统计发现，与刺激前相比，垂直冲量在阳极刺激后即刻和刺激后30 min均显著提高；释放能量和肌肉主动做功在阳极刺激后即刻显著提升（表2）。

表2　tDCS对CMJ曲线特征的影响

Table 2　The Effect of tDCS on Temporal Characteristics during CMJ


2.2.1 力量-时间曲线　

对于地面反作用力垂直冲量，刺激条件和时间有交互作用[F(2,28)=3.726, P = 0.037]，统计学检验结果表明，阳极刺激后即刻（P = 0.025）和刺激后30 min（P = 0.042）显著大于刺激前（图4）。

2.2.2 力量-位移曲线　

对于释放能量和肌肉主动做功，刺激条件和时间有交互作用，统计学检验结果表明，阳极刺激条件下，刺激后即刻释放能量（P=0.001）和肌肉主动做功（P=0.042）显著高于刺激前（图5）。

3 讨论
目前，tDCS对CMJ能力影响的研究尚不多见，且存在争议，特别是tDCS对下肢生物力学特征影响的研究鲜有报道。本研究通过tDCS刺激双侧初级运动皮层，比较刺激前与刺激后（刺激后即刻和刺激后30 min）运动员CMJ动作瞬时特征和曲线特征的变化，探究tDCS对CMJ能力的影响。本研究主要发现为：1）瞬时特征：与刺激前相比，CMJ高度、质心最低点地面反作用力在阳极刺激后即刻和刺激后30 min均显著提高，RFD、向心阶段峰值蹬地功率和下肢刚度在阳极刺激后即刻显著提升；2）曲线特征：与刺激前相比，垂直冲量在阳极刺激后即刻和刺激后30 min均显著提高，释放能量和肌肉主动做功在阳极刺激后即刻显著提升。

3.1 tDCS对动作瞬时特征的影响　
阳极刺激条件下，刺激后即刻和刺激后30 min CMJ高度、质心最低点地面反作用力均显著提高，刺激后即刻RFD和向心阶段峰值蹬地功率显著提高。提示阳极刺激可以提高CMJ能力，且刺激效应随时间下降。

tDCS刺激后，质心最低点地面反作用力、向心阶段峰值蹬地功率和CMJ高度显著提升可能主要归因于tDCS刺激后肌肉力量提高。研究显示，阳极刺激12 min（电流为2 mA）后，下肢膝关节伸肌力矩和最大随意收缩力量大于假刺激，且刺激后持续25 min仍有积极效果(Washabaugh et al., 2016)。tDCS刺激后肌肉爆发力增强使CMJ过程中的地面反作用力和峰值功率显著提高，并最终体现为CMJ高度显著提升。该现象在研究中也得到了验证，对大脑双侧运动皮层区进行阳极刺激后（阳极放置运动皮层，阴极放置两侧肩部，电流强度2 mA，持续时间20 min），发现CMJ高度和峰值功率均有显著提高，研究认为该结果是因为刺激双侧初级运动皮层提高了下肢肌肉爆发力(Lattari et al., 2017)。但也有研究表明，tDCS刺激背外侧前额叶（强度2 mA，持续时间15 min）对CMJ峰值功率无积极影响，尽管对背外侧前额叶刺激能够对运动产生机能增进效应(Lattari et al., 2016)，但存在运动特异性，无法对CMJ这样的飞行运动（ballistic action）产生积极作用(Romero et al., 2019)，这进一步说明，刺激双侧初级运动皮层能够有效增强CMJ表现。

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图4　阳极刺激对力量-时间曲线的影响

Figure 4.　The Effect of A-tDCS on Force-time Curve

阳极刺激使RFD显著增加，提示阳极刺激可促进RFD增长。运动能力的提高可以增进在短时间内产生力量的能力，从而增加跳跃能力(Rice et al., 2017)。大负荷阻力训练通过增加肌纤维横截面积和神经肌肉活动提升跳跃能力，导致RFD增长(Jakobsen et al., 2012)。功率输出取决于神经和肌肉两个因素，运动单位募集和同步对最大功率起到关键作用(Cormie et al., 2011)，而阳极刺激对其有调节作用(Dutta et al., 2015)。关于峰值RFD研究显示，对初级运动皮层进行15 min（电流2 mA）刺激，阳极刺激后拇指峰值RFD显著高于假刺激(Cates et al., 2019)。而且，使用由tDCS原理制成的便携式Halo Sport耳机，通过刺激初级运动皮层20 min，重复骑行冲刺运动中的输出功率显著增加，这是由于刺激调节中枢神经系统功能，促进运动皮层神经元之间的连接，进而提高输出功率(Huang et al., 2019)。这意味着阳极刺激可以调节神经系统功能，提高力量和功率输出。

本研究阳极刺激后即刻下肢垂直刚度显著高于刺激前，这与动作控制能力有关。下肢刚度是下肢弹性特征的量化指标，适宜的刚度可以释放储存在肌骨系统中的弹性能，有效增强动作表现。下肢刚度和跳跃表现有极强的相关性，跳跃运动表现的提高伴随着下肢刚度的增加和力量的提升(Kalkhoven et al., 2018)。相比没有训练经验的普通人，运动员在快速跳跃过程中呈现出较高的下肢垂直刚度，而且超等长训练将增加快速跳跃过程中的下肢垂直刚度(Struzik et al., 2016)。有研究显示，相比老年人，年轻人有更大的下肢主动刚度，储存并释放利用更多的能量，从而增加肌肉主动做功，并达到较高的CMJ高度(Liu et al., 2006)。下肢刚度由质心最低点的地面反作用力和位移决定，随着疲劳程度的增加，下肢刚度会降低，这是由于尽管地面反作用力在增加，而增长程度却低于下肢压缩的程度(Fourchet et al., 2015)，但本研究中的刚度变化是由作用力引起的。在阳极刺激后主动刚度提高说明主动控制能力增强。

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图5　阳极刺激对力量-位移曲线的影响

Figure 5.　The Effect of A-tDCS on Force-displacement Curve

注：力量-位移曲线阴影面积：能量储存；力量-位移曲线-面积：能量释放；力量-位移曲线白色面积：肌肉主动做功/能量变化。

通过对运动皮层进行阳极刺激不仅能够改变大脑皮质的兴奋性，而且可以改变脊髓神经通路(Roche et al., 2011)，从而改变运动单位放电策略（如同步程度）(Dutta et al., 2015)，增强力量表现。因此，阳极刺激对肌肉力量和CMJ表现有积极影响。而tDCS的刺激效应会随着时间变弱，有关tDCS刺激后效应研究发现，随着刺激后时间的延长，刺激的效应不断减弱(Mashal et al.,2019)，这与本研究结果一致。此外，本研究假刺激组，CMJ高度和峰值功率在刺激后即刻和刺激后30 min都出现了显著下降。该现象可能是由于中枢疲劳引起的，重复进行最大强度全身运动将引起中枢疲劳，从而使运动能力下降(Gandevia,2001；Noakes et al.,2005)。连续完成SCC特征的动作会导致持续的神经肌肉疲劳，同时，离心收缩可能导致肌肉组织被破坏，反射敏感性和脊髓通路减弱(Gandevia,2001；Komi,2000)。因此，刺激前重复进行最大强度全身运动有可能会导致中枢疲劳，影响随后的运动能力，而阳极刺激不仅抵消了疲劳效应，还可以产生一定的增益。但在假刺激后即刻和假刺激后30 min并未产生增进效应(Fonteneau et al., 2019)，所以运动表现出现显著降低。该现象也可从侧面证明了tDCS可提高CMJ能力。

3.2 tDCS对动作周期曲线特征的影响　
3.2.1 tDCS对力量-时间曲线特征的影响　

CMJ高度取决于垂直起跳速度，而垂直起跳速度由垂直冲量（力量-时间曲线面积）决定。影响垂直冲量的因素主要是力量的大小、RFD和动作技术。

阳极刺激条件下，刺激后即刻和刺激后30 min与刺激前相比，单峰曲线变为陡峭的双峰曲线（图4），这是运动技术和协调能力提高的体现(刘宇, 2010)，使运动效率提升(Cormie et al., 2009)。因此，经过高效转化，反向下蹲运动至质心最低点时（从离心至向心的转化时刻），在向心阶段初始时刻呈现较高的力量（图4），改变了发力模式，提高了力量水平(Sole, 2015)。本研究结果得到前人的支持，tDCS可以增强足踝肌肉力量和控制能力(肖松林等, 2020)。甚至在12周力量训练后也出现相似的结果，不仅由单峰曲线变为双峰曲线，而且伴随有力量和RFD的提升，这种动作技术的改善是运动表现提高的积极因素(Cormie et al., 2009)。本研究发现，阳极刺激后即刻RFD显著增加，即在较短时间内可以产生较大的力量，表明阳极刺激促进爆发力的增长，这也是向心初始阶段出现较高力量的原因，这可能是由于运动单位的募集数量增加所致(Krishnan et al., 2014)。发力模式的改变和运动效率的提高有利于力量的累积，导致垂直冲量提高，使其达到的最大速度增加，进而提升CMJ高度。这表明阳极刺激可以增强力量，促进神经肌肉协调能力。

3.2.2 tDCS对力量-位移曲线特征的影响　

力量-位移曲线反应了CMJ动作过程的能量变化，本研究发现，阳极刺激条件下，刺激后即刻释放能量和肌肉主动做功显著高于刺激前，提示阳极刺激对肌肉主动做功能力有积极影响。

CMJ为涉及慢速SSC的动作，会引起神经肌肉系统的牵张反射，促使机体能量产生变化。本研究中，阳极刺激后即刻释放的能量和肌肉主动做功分别增长，能量变化增加了跳跃动作的效率(Struzik et al., 2016)。肌骨系统由主动成分（激活的肌肉）和被动成分（跟腱、韧带、骨、皮肤和未激活的肌肉）组成，而激活的肌肉可以在没有外力的条件下改变长度。在CMJ这种特定的运动中，主动肌所产生的力量决定于肌肉拉长的速度、拉长后的消失时间和拮抗肌的共收缩(Zatsiorsky et al., 2002)。若将下肢完全视为被动弹性体，则释放的能量将低于储存的能量，这是由于一部分能量转化为内能或损失(Struzik et al., 2019)。而人体既包含主动成分也包含被动成分，主动成分可以主动做功，而下肢刚度与肌肉主动做功呈正相关(Liu et al., 2006)，下肢刚度增加，使释放能量高于储存的能量。这可以解释刺激后肌肉主动做功能力增强，释放的能量增加。

本研究通过同时刺激双侧初级运动皮层增强CMJ运动表现，可能是因为阳极刺激可调节大脑皮层的兴奋性和神经功能连接(卞秀玲等, 2018)。tDCS被认为是一种神经调节性干预，通过静息膜电位去极化或超极化来调节自发神经元的兴奋性(George et al., 2010；Nitsche et al., 2008)。也有研究报道，在阳极刺激运动皮层之后，经颅磁刺激诱导的运动诱发电位（motor-evoked potentials, MEP）振幅增加(Alonzo et al., 2012)。此外，对运动皮层进行阳极刺激不仅可以增加该区域的功能性连接，而且能够调节左右半球的连接变化(Meinzer et al., 2012；Polanía et al., 2011)。因此，该技术可以作为大脑训练，有效调节大脑功能，进而增强运动表现。

本研究首次结合生物力学曲线特征和瞬时特征评估tDCS对CMJ运动表现的影响。而本研究的刺激方案与Lattari等（2017）相同，同时刺激双侧初级运动皮层，受试人群为有长期训练经验的跳跃类运动员，得到了相似的结果，进一步探究了刺激对整个动作周期的生物力学曲线的影响。本研究的实验对象并非高水平运动员，而美国自由式和单板滑雪协会利用tDCS原理制成的运动耳机辅助高水平滑雪运动员训练研究结果显示，与假刺激组相比，运动皮层接受阳极刺激的4位精英运动员跳跃力量提高70%，协调性提高80%(Reardon, 2016)。该研究结果可能是个案，但tDCS对跳跃能力的影响是明确的，而本研究采用双侧运动皮层刺激方案，受试者为大学生，效果可能和运动水平有关，这也是本研究的关注内容之一。结果表明，该刺激方法能够增强下肢力量、功率输出和能量输出，同时，在阳极刺激后即刻有较显著的影响，而且运动表现优于假刺激，而在刺激后30 min的效应逊色于刺激后即刻。

4 研究结论与展望
tDCS可以提高CMJ运动表现，不仅可以促进瞬时特征的改变，还可以调节整个动作周期生物力学曲线特征，该技术可以作为增强下肢力量及神经肌肉控制系统功能，提高运动效率的有效工具。

研究局限与展望：本研究未能纳入更多的受试者实现大样本量，探究不同特征人群对刺激的敏感性，此外，本研究刺激方案为一次性刺激，长期干预的效果尚不明确。未来研究可纳入更多的研究对象，进一步探讨刺激方案对不同人群的作用以及长期刺激的效应，制定更加科学严谨的刺激方案。

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Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Biomechanical Characteristics during Countermovement Jump
WANG Wei,ZHU Zhiqiang,YIN Keyi,SONG Linjie,JIANG Yifan,LIU Yu*

Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China

Abstract:Objective: To investigate the effects of transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) on Countermovement Jump (CMJ) performance according to the changes of instantaneous and temporal characteristics during CMJ before and after tDCS. Methods: With a random and crossover experimental design, fifteen jumpers (national second-level athlete) received either Anodal tDCS (A-tDCS) (2 mA, 20 minutes) or Sham tDCS (S-tDCS) stimulation. Subjects completed CMJ tests before and after stimulation immediately (post-0) and 30 minutes (post-30). Two-way ANOVA with repeated measures (condition×time) were performed for all the variables. Results: 1) Instantaneous characteristics: The CMJ height at post-0 and post-30 were significantly higher than that of pre-stimulation. The ground reaction force at the lowest of the center of mass (COM) was increased significantly after A-tDCS (post-0 and post-30). The peak propulsion power was larger than that of pre-stimulation after A-tDCS, and there was a significant difference between A-tDCS and S-tDCS after stimulation (post-0 and post-30) (P＜0.05). For A-tDCS (post-0), rate of force development and leg stiffness were increased significantly than pre-stimulation. 2) Temporal characteristics: The vertical impulse at post-0 and post-30 were significantly higher than that of pre-stimulation in A-tDCS. For A-tDCS, the energy returned and active work done by muscle were increased significantly at post-0 than pre-stimulation (P＜0.05). Conclusion: It is showed that the Anodal tDCS could enhance sports performance during CMJ. The tDCS shows positive effects on both instantaneous and temporal characteristics, which result in an improvement in explosive capacity and neuromuscular performance.

Keywords: non-invasive brain stimulation (NIBS); force-time curve; vertical impulse; active work done by muscle; leg stiffness