与棒球相关的运动视觉研究

朱晶晶，王 犁

(1.杭州医学院，浙江 杭州 310058；2.温州医科大学 附属眼视光医院杭州院区，浙江 杭州 310020)

0 前 言

初次接触球类运动时，我们常会听到教练说“保持视线，盯着球”。传奇足球教练布兰顿科利尔(Blanton Collier)曾提出眼睛指挥身体的理论(The eyes lead the body.)[1]。视觉(Vision)在体育运动中所起的作用不言而喻，它就如同指挥肌肉运动的信号器。视力强调视网膜上的图像清晰度，视觉包含了一个更广泛的含义，它还包括对所看到的信息进行处理的心理过程，及视觉影像的输出[2]。当面对大量的信息时,我们的视觉注意系统只能对其中少部分进行选择性加工[3]，并且熟练者与新手在视觉信息选择方面可能存在差异。那么，运动员与非运动员(以及优秀运动员和普通运动员)在视觉方面的差异，是否是其成绩不一致的重要原因，通过视觉训练等运动方式能否提高体育成绩，也是许多研究想要解决的关键点。本文就棒球运动相关视觉特点展开探讨。

1 运动视觉的特性及生物机制

1.1 运动视觉的特性

早在1921年，就有研究显示传奇棒球运动员Babe Ruth的感官和运动天赋异于常人，他的视觉技能要更优秀，反应时间也比普通人更快[4]。之后也有进一步的文献研究视觉在体育运动中的作用。但直到上世纪70、80年代，才正式进展到对运动相关的视觉技能，即运动视觉(Sports Vision)等进行实证研究阶段。而在过去的几十年里，运动相关视觉问题领域的研究发展迅速[5]。

视觉活动的类型是多种多样的，如：动态视力、静态视力、眼球运动、立体视、手一眼/脚一眼协动、调节、视野等[6]。有关体育运动中的视觉研究，可分为视觉硬件(Vision hardware)和视觉软件(Vison software)两部分。硬件更倾向于机械和物理方面的一般特性，比如视力、视野大小、深度知觉、对比敏感度等；软件则倾向于认知方面的特性，比如视觉注意力和记忆力、视觉反应时间等。根据不同的体育运动项目，与之相关的视觉技能也不一致。Starks[7]的跨领域研究提供了支持视觉知觉和视觉认知能力在专业运动员中有所增强的理论。比如排球运动员有较好的处理速度和探测速度运动方向能力，水球运动员则有更好的视觉反应时间，棒球运动员则更倾向于有更好的立体视觉，同时能进行大量同步判断。根据相关研究总结，列出表1展示部分运动与视觉的关系[8]。

表1 不同运动项目所需具备的主要视觉技能

1.2 运动视觉的生物机制

生物视觉的脑机制极其复杂,运动感知是生物视觉脑机制的重要组成部分之一。在这类大脑活动中，通过眼睛进行知觉输入，再以手或其他部位动作输出。运动中的手/脚眼技能从根本上依赖于一系列视觉运动的整合功能，从而形成视觉输入和生物力学输出之间的联系。视觉并不是停留在眼睛上，而是需要一套协调的大脑机制，将视觉输入转化为行动的快速决策。近年来对大脑的解剖结构，即基底神经节的研究，发现基底神经节在环境分析和对智能行为的规划和执行的适应性使用中，扮演了一个意想不到的角色，Davis[9]等的研究将视觉信息处理过程总结如图1。有研究认为，人视觉对物体的知觉与对行为的控制分属于两个不同的系统，即知觉的视觉和控制行为的视觉依赖于独立的中枢机制[10]。Ungerleider 和Mishkin 最先提出了该理论的解释，认为 “腹侧知觉系统”负责目标的视觉辨认， “背侧视觉运动系统”则与物体的空间定位有关[11]。

表2 背侧与腹侧系统特性

人类对知视觉学习的研究已经进展了很久，近几十年来的大量研究结果提示即使是在感觉信息处理的早期阶段，处理基本感知表征的神经细胞在成人后依然具有相当的可塑性。知视觉学习包含多个大脑皮层，是一种自下而上和自上而下的信号的汇聚，包含了多层的神经操作链，这些神经操作需要有效地引导基于多通道感官体验的行为。这个周期以视觉运动整合的形式表现出来，是视觉系统的多个层面的计算，它提供了在顶叶和额叶的动作实时感觉更新[12]。具体的运动视觉对于信息处理的著名模型如图2-3所示。

2 棒球对运动视觉的需求

棒球是一种需要高水平技能和准确性的运动，它需要拥有速度、敏捷性和力量等体能，攻守分明、竞赛规律复杂、场面多变，同时是一项产生大量的击球率、打击率、击球次数等定量击球数据的运动，对视觉技能要求非常高。人们常说棒球运动员比“正常人”有更好的视力，棒球被称为运动中最具视觉要求的运动。Hoffman等[15-19]多人的研究提示职业和大学棒球运动员比普通人有更好的视力、对比敏感度、视觉追踪能力。由于棒球运动中运动员所处位置的不同，其视觉能力及相关要求可能也不一样。比如击球是一种眼手协调要求非常高的运动，需要高度集中的注意力和良好的视力，从而准确地判断投手的投球意图并掌握挥棒的恰当时机，这取决于运动员对视觉信息的快速提取与处理能力。根据棒球运动的特点，棒球运动中着重考虑以下几个方面的视觉技能。

2.1 视力(VISUAL ACUITY)

静态和动态视力对棒球运动员来说很重要。良好的动态视力有助于提高反应时间和追踪能力。

2.2 周边视力(PERIPHERAL VISION)

投手从良好的外周视野中获益，进行快速决策。周边视力也给与运动员更好的空间定位感。

图1 视觉信息处理模型[9]

图2 运动视觉金字塔模型[13]

图3 Welford处理模型[14]

2.3 深度知觉(DEPTH PERCEPTION)

对于经常判断飞球的外野手来说，这是一项必不可少的技能。尤其当球在空中而不是地面上被击中时，对这项技能的要求更高。

2.4 眼球运动(EYE MOTILITY)

追踪能力对击球手而言至关重要。良好的眼睛运动能力则是成为优秀击球手的第一步。

2.5 聚焦速度(SPEED OF FOCUSING)

不管运动员处于进攻或防守位置，良好的聚焦速度使其注意力可以快速变化，以便更准确地追踪棒球的位置。

2.6 手/脚眼协调(EYE/HAND/BODY/FOOT COORDINATION)

为了获得场上的最佳位置，并做出最准确的判断，获得视觉信息的同时，可以保证身体做出最准确的判断。

2.7 眩光恢复速度(GLARE RECOVERY SPEED)

与运动员在不同环境的光照条件下减少眩光，提高视觉舒适性，增强视功能的能力相关。

2.8 颜色知觉(COLOR PERCEPTION)

主要是识别对手和考虑地面因素等能力。当对比增加时，棒球运动员将棒球与背景区分开来的能力就会增强。

2.9 视觉记忆(VISUAL MEMORY)

对投手和外野手的记忆有一定的帮助。同样的，对于那些曾经面对过投手并且看到过其投掷的击球手来说也是如此。

3 棒球相关的视觉训练

3.1 运动视觉训练

对于棒球运动而言，运动技能的发展是很重要的。重复是运动的关键。但是，如果只是重复，那么最终就会限制运动者的潜力。是否可以通过视觉训练等其他方式提高运动员的成绩，也是不少研究希望解决的关键点。视觉训练是一种眼睛和大脑的训练方式，是一种大脑视觉神经认知系统的刺激与训练。某些种类的视觉训练已经被使用了相当长的一段时间。从上世纪上半叶的改善双眼功能到后期着重于治疗由不良视力引起的较差的阅读能力或学习成绩等，还有的被运用到改善视力从而提高运动成绩等的研究中。

“运动视觉训练”(Sports Vision Training)即针对视觉感知和视觉运动的训练，可以改善视力，提高感官处理速度，最终提高运动成绩，并尽可能减少运动伤害。运动视觉训练的理论中蕴含三个方面的主要思想：①视觉的某些方面对特定的运动来说是很重要的；②这些方面的视觉功能可以通过训练改善；③视觉功能的改善可以转化为体育成绩的提高等。

鉴于体育运动的重要性，运动视觉训练其实已经运用了相当长的一段时间，致力于提高运动员的视觉技能，包括对比敏感度、深度知觉、眼手协调、视觉反应时间、动态视力、追踪、聚焦和周边视觉等。有些训练方法只侧重于视觉的一个方面，有些则侧重于视觉多个方面的集合。在过去的几十年间，越来越多的电子检测手段也运用到了该领域中来[19，20]，并衍生出许多视觉运动的训练方法，针对不同的运动类别，所对应的训练方法也各具特色。视觉训练的方法分类如图4所示。

图4 视觉训练的方法分类

3.2 运动视觉训练在棒球中的具体运用

具体到视觉训练在棒球运动中的运用，比如有训练两只眼睛一起运动的速度和效率，以期帮助球员们增强眼睛的关注力，因为视觉信息会影响场上的决定，球员们会首先用他们的眼睛来做出反应，为了击球，球员必须清楚地看到球的位置、运动和旋转；有的训练方式，则通过电脑或者视力专家等对运动员独特的视觉系统进行彻底的评估,并训练其深度知觉、视觉定位、对比敏感度、周边视觉、识别、跟踪和反应时间等，然后通过数据监测和评估运动员的表现和改进情况；还有的训练比如多目标跟踪和感官认知训练可以提高视觉信息处理速度，提高注意力等；有的视觉训练甚至还可以细化到为棒球运动员提供更合适的运动产品颜色，当颜色对比增加时，棒球运动员将棒球与背景区分开来的能力就会增强；有的则会推荐合适的眼镜或隐形眼镜，或者设计一个视觉治疗方案，以最大限度地提高视觉技能。不过，在棒球运动视觉训练中，其他因素，比如运动者及研究者的年龄、性别、以及参与者数量等也可能影响研究结果及训练效果。

3.3 棒球运动的视觉伤害及预防

每年，参与棒球等运动都会导致许多参加者的眼睛受伤，其中许多伤害通过提前预防可以避免。根据损伤风险的大小，可以分为低、高、极高风险。低风险的运动不使用球、球棒或网拍，一般不涉及身体接触。高风险运动经常使用其他设备，可能涉及身体接触，极高风险运动则包括直接面对面接触的运动。棒球属于极高风险运动，了解其风险和常见的伤害，以及如何帮助预防，就至关重要。棒球中最常见的眼部损伤包括：角膜擦伤、眶周水肿、骨折、结膜下出血、前房积血、外伤性白内障、玻璃体出血、视网膜出血等。对于在棒球训练中的常见损伤，应及时冰敷、绑带缝合，并进行专业眼科检查，将运动视觉训练结合到损伤恢复的训练中，也可以事半功倍。

4 结论及建议

对于棒球运动而言，良好的视觉技能是必须的，通过运动视觉训练提高眼球运动的速度和准确性，使其更好的聚焦，以期改善手眼协调能力，以及当身体疲劳时仍然具有较好的保持双眼协同工作的能力；在训练中，还可以结合传统的技术方法训练棒球运动员的眼睛，提高击球率，并把视觉训练作为训练或伤害预防的一部分等。视觉不仅仅是看得清楚，许多相互关联的视觉技能会影响运动能力。对于棒球运动而言，正如运动练习可以提高速度和力量一样，它们也能提高运动员的视觉健康和准确性。开展视力筛查、视力保护咨询、眼部外伤管理、视觉训练项目等，在棒球运动的过程中，也应提倡进行的。

但对于视觉相关运动而言，有更好的视力是否必然能提高运动成绩有待进一步的讨论，因为认证这个概念的客观和量化评估还相对缺乏，运动的脑神经机制尚未彻底清楚，而运动视觉大多又不易直接测量，运动的不同类型以及运动员在运动场上的站位等都可能影响视觉技能的发挥，甚至可能对运动视觉的研究结论产生不同的影响，结论不一而足。

专业的运动视觉领域还有很大的成长空间。不少高水平的运动员也并没有接受过复杂的视觉检查项目，并且没有意识到视觉能力在运动技能中可能发挥的重要作用。同时，运动视觉研究也需要更多相关研究项目的实验室及临床数据实证，从而增加其接受度。当然，有关运动的研究不可能独立进行，视觉训练研究等也需要结合其他影响因素，比如力量训练、速度训练、灵活训练等进行分析。总之，我们的棒球训练还应该结合神经外科学、心理学以及体育运动等相关学科的成果，借鉴先进经验，在相关眼科专家的指导下，根据自身客观及训练条件等，为运动员进行视力检测和检测结果分析，帮助运动员提升视力保健意识，通过必要的视力矫正和视觉训练等，帮助运动员发挥最佳的视觉潜能，尽可能为运动成绩的提高提供相应的帮助。

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