北京时间7月12日03:00，万众瞩目的欧洲杯决赛在伦敦温布利大球场展开巅峰对决。
经过120分钟的激烈厮杀，主场作战的英格兰和意大利战成1-1平，将以点球大战决出胜负，在点球大战中，英格兰队三名年轻球员拉什福德、桑乔和萨卡连丢三粒点球，最终英格兰队总比分3-4不敌意大利队，无缘在家门口夺得欧洲杯冠军。
这也是英格兰第七次在大赛的点球之战中失利。那么，对球控制近乎完美的顶级足球运动员怎么可能在只有11米的距离上踢不进点球呢？
显然，巨大的心理压力产生了一些负面影响。当整个国家的希望和恐惧都寄托在球员的肩上时，本应轻松的射门可能成为一项考验内心的艰巨的任务。
了解这些压力背后的大脑活动是开放性期刊《计算机科学前沿》上一项新研究的驱动力。荷兰特文特大学电子工程、数学和计算机科学学院的硕士生Max Slutter试图通过测量足球运动员在罚点球过程中的大脑活动来解释为什么过大的压力会导致点球失误。
研究方法
Slutter及其同事招募了22名志愿者来踢点球，分别有10名经验丰富的参加过比赛的足球运动员和12名没有参赛经历的足球爱好者，并使用功能性近红外光谱成像技术（fNIRS）来监测他们的大脑活动。
fNIRS成像原理
fNIRS是一种光学的、非侵入性的神经成像技术，可以测量神经元激活后大脑组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化。这是通过将近红外光（650-950nm）照射到头部来实现的，通过生物组织的相对透明度到达脑组织。
Oxy-Hb和Deoxy-Hb在不同波长下的吸收系数
志愿者们将在不同的环境压力条件下进行点球，测试分为三轮，第一轮面对的是没有守门员的空门，第二轮面对的是和蔼的守门员（即不允许守门员分散球员的注意力），最后一轮面对的是经验丰富的门将且允许守门员分散球员的注意力。
该研究是第一项在真实的足球场环境中测量罚点球时的大脑活动，在这项研究中，研究人员除了使用fNIRS探索点球情况下的大脑活动以外，还试图在压力窒息（即使是使用熟悉的技能来完成一项熟悉的任务时，也会因为压力多大而表现较差，称为压力窒息）期间检查左颞叶皮层、运动皮层、PFC （前额叶皮层）的激活情况以及 DLPFC（背侧PFC）和运动皮层之间的功能连接，以表征涉及焦虑和影响表现的大脑活动。
具体来说，该研究围绕以下几个研究问题展开：
1.罚点球时成功和失败之间的大脑活动有什么区别？
2.在点球情况下，大脑活动与压力表现的关系？
3.有经验和没有经验的足球运动员在踢点球时大脑活动的一般差异是什么？
4.有经验的足球运动员在罚点球时经历的焦虑与哪些大脑活动有关？
5.无经验的足球运动员在罚点球时经历的焦虑与哪些大脑活动有关？
数据采集和分析
关于对大脑氧合的监测使用的是便携式近红外脑成像系统Artinis Brite，以10Hz的采样率记录每个通道中的氧合血红蛋白 (O2Hb) 和脱氧血红蛋白 (HHb)。Brite是一种便携式无线设备，可以灵活地放置 fNIRS 光极，共有 10 个发射器光极和 8 个接收器光极。
便携式近红外脑成像系统Artinis Brite
其总重量不到300克，具有耐磨性并结合柔软氯丁橡胶头盖，在监测脑氧活动时舒适且轻松，因此可以用于自然真实的运动情况下的脑氧记录。
OxySoft 是 Artinis 开发的近红外光谱成像记录和分析软件专有软件，用于记录和转换 fNIRS 信号，除了记录近红外数据NIRS，它还有同步记录多台硬件设备的数据，涵盖了Artinis的全部产品线。并且软件还支持同步第三方的数据，如脑电EEG,眼动Eyetracking数据等。
近红外光谱成像记录和分析软件OxySoft
每对Brite光极之间使用的最大距离为 30 毫米，所有参与者使用的差分路径长度系数为 6。分别覆盖了左 PFC（前额叶皮层）、右 PFC、左侧颞叶皮层、运动皮层、左侧 DLPFC（背外侧 PFC ） 和右侧 DLPFC，因为在相关文献中发现这些区域与压力下窒息有关。
为了测量以上区域，使用了 Artinis 的标准“4 × 4 + 2”模板1其中相应的光极放置如下图所示。四个通道用于记录左侧 PFC、右侧 PFC、左侧颞叶皮层和运动皮层的每个区域，两个通道用于覆盖左右 DLPFC。
头皮上所有 fNIRS 通道的布局。黄色圆圈代表发射器光极，蓝色圆圈代表接收器光极。每个发射器-接收器之间有一个通道。通道 1-4 对应于运动皮层，通道 5-8 对应于右侧 PFC，通道 9-12 对应于左侧 PFC，通道 13-16 对应于左侧颞叶皮层，通道 17 和 18 分别对应于右 DLPFC 和左 DLPFC。
统计分析
由于 O2Hb 浓度与大脑区域的激活直接相关，研究人员只关注了 O2Hb 浓度与每轮前 15 秒基线期的对比，并在分析中舍弃 HHb 数据。
下图来是所有参与者的所有试验的平均特征，其中特定研究中的两个条件之间的差异即关于经验/焦虑和成功/失败，在p < 0.05（未校正）上是显着的，特征显示在 5 秒等待期内的变化中，左侧颞叶皮层的焦虑和成功/失败的相关性研究是由有经验的被试单独完成的，FDR 校正后在p < 0.05处保持统计显着性的结果带有灰色背景。
来自所有参与者的所有试验的平均特征
结论
结果表明，当玩家没有经历表现焦虑时，与任务相关的大脑区域，即运动皮层，会更加活跃。而对于那些倾向于经历更多焦虑并罚丢点球的球员来说，大脑的另一个区域——PFC（前额叶皮层）更加活跃。
PFC 的激活可以推断出球员分心，这种分心可能是由 PFC 的长期思考能力造成的，因为球员可能会担心得分或错过点球的后果，从而影响了自身的表现。
在这项研究中，设置了现场点球实验，并成功诱导了压力，这个结果为神经效率理论提供了支持性证据，即激活大脑的正确区域可以产生积极地精神压力下以成功执行运动任务。同时也证明了在点球情况下的压力窒息的大脑活动可以通过fNIRS反映。
令人震惊的是，研究人员还认为fNIRS技术可以帮助球员在压力下表现得更好，因为当他们知道自己的大脑是如何表现时，可能通过训练自己在高压情况下激活有益的大脑区域，从而在关键比赛中取胜。
近年来，体育运动科学领域的fNIRS研究不断增加。
早前，日本电视节目《Miracle Body》便利用近红外光谱成像揭示了世界顶级运动员如何利用自己的身体技能取得出色的成绩。
在这项研究中，俄罗斯和西班牙的奥林匹克运动队穿戴Artinis Medical Systems的便携式近红外脑成像系统PortaLite和无线近红外肌氧测试系统PortaMon设备同步测量运动员在游泳时大脑和肌肉的氧合变化。
便携式近红外脑成像系统portalite
无线近红外肌氧测试系统PortaMon
相关的研究还有许多，总体而言，借助近红外脑功能成像技术，考察运动中大脑皮层的血液动力学特征，有助于揭示运动中大脑皮层的功能性激活与运动的关系及其机制，为运动人群脑功能的检测、评价和调控提供客观性指标，为科学地制定运动 （或训练）计划、合理评估康复疗效提供实证依据。
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