Тренировка с использованием биологической обратной связи (БОС)

Источник: «Теория спортивной тренировки».
Учеб. для ВУЗов. Авт.: проф. В.Б. Иссурин, 2016

Тренировка с использованием биологической обратной связи (БОС)

Термин «биологическая обратная связь» относится к внешней обратной связи, которая передает соответствующую физиологическую, биомеханическую или психофизиологическую информацию тренирующимся и позволяет им выполнять определённую двигательную задачу с более высокой эффективностью. Такой биотехнологический подход широко используется для приобретения новых двигательных навыков и совершенствования техники движений квалифицированных спортсменов. Современная спортивная практика включает использование технологий биологической обратной связи и в лабораторных, и в полевых условиях. Возможно, первые попытки изменить схему движения с использованием биологической обратной связи были выполнены доктором Basmajian (1977), который использовал электромиографическую (ЭМГ) обратную связь, чтобы научить испытуемых произвольно контролировать напряжение отдельных двигательных единиц своего тела. Многогранные и перспективные результаты этих исследований вызвали особый интерес ученых в области спорта, которые применили эту новую технологию к различным специфическим по виду спорта условиям. В результате было выполнено большое количество научно-исследовательских работ с различными вариантами биологической обратной связи. Основными направлениями таких инновационных подходов были следующие два:

• совершенствование техники движений и двигательного контроля непосредственно во время выполнения упражнения с помощью обратной связи в реальном времени и внесения произвольных корректировок;

• повышение спортивных результатов за счёт применения тренировки с биологической обратной связью в лаборатории и/или в полевых условиях, изменяющей реакцию и поведение спортсменов в соответствующих соревновательных ситуациях.

Рассмотрим оба упомянутых выше направления с акцентом на результаты тех исследований, которые способствовали росту спортивного результата квалифицированных спортсменов.

Использование метода БОС для совершенствования техники движений

Этот экспериментальный подход был реализован в основном в индивидуальных видах спорта и часто приводил к значительному улучшению схем движений. Несколько научно-исследовательских проектов были выполнены с использованием обратной связи в реальном времени для координации мышечной деятельности с помощью ЭМГ-измерительных приборов. В этих случаях спортсменов просили соответствующим образом управлять своими движениями в ответ на визуальные или акустические сигналы, возникающие при соответствии техники движения заданным параметрам. Такой подход был успешно реализован в лабораторных условиях, когда гребцы на байдарках и каноэ выполняли упражнения на гребном эргометре (Tokuhara et al, 1987; Krueger et al., 1988). Аналогичный подход был использован в исследовании баллистических бросковых движений, при выполнении которых взаимодействие агонистов/антагонистов визуализировалось, контролировалось и оптимизировалось (Aggelousis et al., 2001). В исследовании на квалифицированных велосипедистах применялась биомеханическая обратная связь, призванная обеспечить более эффективные динамические реакции во время педалирования (McLean, Lafortune, 1988). Оригинально была применена биомеханическая обратная связь в плавании, где информация о величине пропульсивной силы, генерированной руками пловцов, передавалась пловцам в реальном времени через наушники и использовалась для увеличения мощности гребка (Chollet et al., 1986). Ещё один пример распространения систем обратной связи может быть найден в мировой практике подготовки в гребле на байдарках и каноэ (Васа et al., 2006). Портативные устройства, которые обеспечивают спортсменов информацией о темпе гребли и скорости хода лодки, стали основой для составления различных тренировочных режимов для надлежащего контроля за нагрузками. Практика подготовки в других видах спорта на выносливость, таких как велоспорт, лыжные гонки, конькобежный спорт и бег, показывает примеры похожего применения портативных устройств обратной связи.

Пример практического использования обратной связи. Группа гребцов-академистов вы сокой квалификации выполняла серию повторных упражнений на гребном тренажере Соп-cept-2, позволяющем фиксировать темп гребли, скорость хода на каждом 500-метровом отрезке и мощность, визуализируемые при каждом гребке. Целью тренировки было достижение максимальной мощности гребка в 2-минутных рабочих интервалах. Протокол исследования предполагал выполнение 5 повторений по 2 мин с 3-минутным интервалом отдыха со скоростью, соответствовавшей индивидуальному уровню анаэробного порога. Обратная связь обеспечивала гребцов информацией о средней скорости и темпе гребли. В соответствии с протоколом их просили выполнять первый подход в удобном среднем темпе. Второй подход - в темпе на 2 гребка в минуту ниже предыдущего, но с поддержанием той же скорости. В третьем подходе нужно было снизить темп ещё на 1 гребок в минуту, в четвёртом - попытаться ещё на один. Спортсмены были проинструктированы увеличивать эффективность каждого гребка за счёт повышения его мощности и длины, а также изменения ритма дыхания. Участвовавшим в исследовании гребцам удалось выполнить всю программу, увеличив мощность гребка на 15-18%.

Реализация методов БОС в лабораторных и полевых условиях

В последние десятилетия тренировка с использованием биологической обратной связи стала популярным и эффективным инструментом для достижения осознанного контроля над непроизвольными физиологическими реакциями. Такой инновационный подход изначально был реализован в клинической практике для лечения различных заболеваний и реабилитации. Дальнейшее его применение в спортивной практике было реализовано в лабораторных условиях и специально организованных занятиях в полевых условиях с использованием оригинальных портативных устройств обратной связи (Tenenbaum et al., 2005). Целью такого подхода было регулирование психофизиологических реакций спортсменов в стрессовых ситуациях и изменение их поведения во время подготовки, спортивных выступлений и восстановления после них. Кроме того, различные виды биологической обратной связи использовались для организации соответствующих тренировочных условий (табл. 1).

Таблица 1. Виды биологической обратной связи, реализованные в исследованиях на подготовленных спортсменах (по Blumenstein, 2002)

Виды биологической обратной связи	Описание	Комментарии
Мышечная или электро-миографическая (ЭМГ)	Спортсмена просили регулировать мышечное напряжение, наблюдая за ЭМГ-сигналом от контролируемой мышцы	Обычно для мониторинга используются мышцы лба и верхней области шеи
Температурная	Спортсмен получает визуальные или звуковые сигналы, которые отражают изменения температуры кожи соответствующих участков тела	Как правило, измеряются колебания температуры кожи пальцев или кисти
Электродермальная (КГР)	Кожно-гальваническая реакция (КГР) связана с потоотделением в ответ на эмоциональное напряжение и отражает изменения в эмоциональном состоянии спортсмена	Мониторинг КГР позволяет управлять эмоциональным состоянием спортсменов
Электроэнцефало-графическая (ЭЭГ)	Электрическая активность мозга, регистрируемая на волосистой части головы спортсмена, может преобразовываться в акустические или визуальные сигналы для мониторинга	ЭЭГ обратная связь широко используется в таких видах спорта, как гольф, стрельба из лука, стрельба из пневматического оружия и т.д.
Сердечно-сосудистая (ЧСС)	Мониторинг частоты сердечных сокращений (ЧСС) может использоваться для регулирования уровня нагрузки, степени восстановления и эмоционального напряжения	Мониторы ЧСС широко используются среди любителей, профессионалов и занимающихся оздоровительными программами

Учитывая данные, приведённые в таблице 1, стоит отметить, что все перечисленные выше методы биологической обратной связи могут быть использованы в сочетании с различными психофизиологическими техниками, такими как идеомоторное представление, психическая и физическая релаксация, контроль уровня возбуждения и т.д. В качестве объективного показателя общего уровня возбуждения и напряжения служит именно электрическая активность мышц в области лба и верхнего отдела шеи. Используя соответствующую психологическую технику, спортсмен может научиться эффективной саморегуляции своего общего состояния, добиваясь более полного расслабления. Такой психологический навык может быть разумно использован в стрессовых ситуациях, когда спортсмен страдает от чрезмерной тревоги или охвачен страхом. Аналогично, используя температурную обратную связь, спортсмен в состоянии освоить регулирование периферического кровотока, локальное увеличение которого позволит ему вызвать ощущение тепла в определённой части тела. Это может быть частью процесса настройки на выполнение соревновательного упражнения, при этом ощущение приятного тепла в мышцах может помочь в достижении более благоприятного эмоционального состояния.

При использовании КГР (кожно-гальванической реакции) обратная связь стала очень популярной в исследованиях, когда психологи пытались уменьшить негативные последствия тревожности, страха и раздражения спортсмена (Blumenstein, 2002). КГР является признанным в мире показателем эмоциональной напряжённости, а её мониторинг в значительной степени помогает при применении различных психологических методик, таких как аутогенная тренировка. В итоге спортсмены могут развить такие психологические навыки и стиль поведения, которые помогут им справляться с вредными эмоциями.

Обратная связь посредством контроля ЧСС может считаться самой популярной и широко используемой техникой, которая пришла в мировую спортивную практику из лабораторий. Действительно, мониторы ЧСС, например устройства фирмы Polar, на самом деле являются наиболее широко применяемыми инструментами, позволяющими регулировать интенсивность упражнений, полноту восстановления после выполнения упражнений и даже уровень эмоциональной напряжённости в стрессовых ситуациях.

Рис. 1. Схематическое представление лабораторной системы биологической обратной связи для повышения уровня спортивного мастерства элитных борцов (по данным Blumenstein, 1996; с разрешения автора)

Рисунок 1 представляет типичную схему исследования, в котором образы визуализируются с целью мысленного моделирования деятельности спортсмена, а целью такой тренировки с биологической обратной связью является коррекция технико-тактических навыков и реакций спортсмена для дальнейшего применения их на практике. Эта схема также иллюстрирует взаимодействие между психологом, тренером и спортсменом в ходе реализации такой программы.

Положительное влияние различных вариантов применения биологической обратной связи неоднократно показано в исследованиях и в спортивной практике. Были получены перспективные результаты при улучшении двигательных действий в различных видах спорта, таких как гимнастика (Zaichkowsky, 1983), стрельба (Landers, 1985), гребля на байдарках и каноэ (Blumenstein, Bar-Eli, 1998) и плавание (Bar-Eli et al., 2002).

Комплексный подход при использовании БОС: опыт практического применения

Безусловно, каждая попытка рационализировать процедуру спортивной подготовки с помощью современных технологий вызывает научный и практический интерес. Тем не менее научно-исследовательские проекты, которые используют сочетание различных инструментов и инновационных технологий, имеют особое значение. Один из таких проектов в области биологической обратной связи был реализован; он называется «5-ступенчатая программа психорегулирующей тренировки, разработанная в институте Уингейта». Этот разносторонний проект реализовал комплексный подход, при котором на пяти последовательных этапах постепенно достигается психологическая готовность справиться с разнообразными стресс-факторами во время предстоящих соревнований (табл. 2).

Таблица 2. Уингейтская 5-ступенчатая программа психорегулирующей тренировки как основа для тренировки с использованием биологической обратной связи (Blumenstein, Bar-Eli, Collins, 2002)

Ступень	Цель	Содержание	Продолжительность
Введение	Овладение техникой глубокой релаксации и возбуждения	Аудио ЭМГ, аудиовизуальная КГР и аудио ЧСС обратная связь для релаксации-возбуждения и психологической концентрации	10-15 занятий, 2-3 раза в неделю
Идентификация	Определение наиболее эффективной техники биологической обратной связи и индивидуальной реакции спортсмена	Тренировки с ЭМГ, КГР, ЧСС биологической обратной связью выборочно с созданием образов для релаксации-возбуждения в течение 1, 2, 3, 5 и 7 мин	Около 15 занятий, 2-3 раза в неделю
Моделирование	Приобретение навыков саморегуляции в моделируемых специфических по виду спорта условиях	Упражнения по саморегулированию с ЭМГ-КГР обратной связью с использованием видеоклипов, демонстрирующих специфические по виду спорта соревновательные ситуации	Около 15 занятий, 2-3 раза в неделю
Трансформация	Адаптация имеющихся психологических навыков к реальным условиям спортивной практики	Упражнения с ЭМГ-КГР обратной связью для релаксации-возбуждения и концентрации непосредственно во время специфических по виду спорта тренировочных занятий	Около 15 занятий, 2-3 раза в неделю
Реализация	Использование освоенных психологических навыков во время участия в целевом соревновании	Упражнения с ЭМГ, КГР или ЧСС обратной связью для релаксации-возбуждения с созданием образов исполнения тактических вариантов перед соревнованием и для релаксации после него	3-5 мин до, 5-10 мин после соревнования

5-ступенчатая программа психорегулирующей тренировки, разработанная в институте Уингейта, неоднократно опробована в различных видах спорта, таких как парусный спорт, дзюдо, борьба, различные виды стрельбы и т.д. Конечно, специфические условия и требования каждого вида спорта должны тщательно учитываться. Преимущества этого подхода базируются на рациональной взаимосвязи методов биологической обратной связи и различных техник психологического тренинга. Более того, расширенные возможности саморегуляции спортсменов позволяют им более эффективно справляться с соревновательным стрессом и лучше восстанавливаться в перерывах между боями, матчами и другими спортивными событиями.

Ещё одно объяснение предполагает связь этого разностороннего подхода с периодизацией спортивной тренировки (Blumenstein, Weinstein, 2011). Авторы указали, что первые две ступени должны соответствовать подготовительному периоду, в то время как три последующие представляются весьма совместимыми со структурой соревновательного периода.

В целом применение биологической обратной связи в лабораторных и полевых условиях расширяет возможности научно обоснованных методов, связанных с осознанным контролем техники движения и достижением психологической готовности к стрессовым соревновательным ситуациям. Дополнительные перспективы заключаются в применении портативных устройств биологической обратной связи и ноу-хау, которые позволяют рационализировать непосредственную подготовку к предстоящим соревнованиям и собственно тренировочный процесс.

Читайте также

• Одновременная и предварительная преактивация
• Психологическая подготовка спортсмена
  • Методы аутогенной тренировки
  • Тренировка в условиях искусственной среды и виртуальной реальности

Литература

• Aggelousis, N., Mavromatis, G., Gourgolis, V. et al. (2001). Modifications of neuromuscular activity in performance of a novel motor skill. Perceptual and Motor Skills; 93: 239-248.

• Amemlya, K., Ishizu, T., Ayabe, T. et al. (2010). Effects of motor imagery on intermanual transfer: a near-infrared spectroscopy and behavioral study. Brain Res; 1343: 93-103.

• Baca, A., Kornfeind, P., Heller, M. (2006). Feedback systems in rowing. The Engineering in Sport; 10: 407-412.

• Bar-Eli, M., Dreshman, R., Blumenstein, B. et al. (2002). The effect of mental training with biofeedback on the performance of young swimmers. Appl Psychology: An International Review; 51: 567-581.

• Basmajian, D. (1977). Motor learning and control: A working hypothesis. Arch Physical Med Rehabilitation; 58: 8-41.

• Blumenstein, B., Bar-Eli, M. (1998). Self-regulation training with biofeedback training in elite earners and kayakers. In: Issurin, V., editor. Science and practice of canoe/kayak high performance training. Netanya: Wingate Institute, pp. 124-132.

• Blumenstein, B. (1996). Psychological aspects of Olympic preparations. In: Davidov, H., editor. The process of training and competition in view of the 96 Atlanta games. Netanya, Wingate Institute, pp. 97-105.

• Blumenstein, B. (2002). Biofeedback applications in sport and exercise: Research Findings. In: Blumenstein, B., Bar-Eli, M., Tenenbaum, G., editors. Brain and Body in sport and Exercise. John Wiley & Sons, Ltd., pp. 36-54.

• Blumenstein, B., Bar-Eli, M., Collins, D. (2002). Biofeedback training in sport. In: Blumenstein, B., Bar-Eli, M., Tenenbaum, G., editors. Brain and Body in sport and Exercise. John Wiley & Sons, Ltd., pp. 55-76.

• Blumenstein, B., Weinstein, Y. (2011). Biofeedback training: enhancing athletic performance. Biofeedback; 39: 3, 101-104.

• Blumenstein, B., Orbach, I. (2012). Mental practice in sport. New York: Nova Science Publishers.

• Brault, S., Bideau, B., Kulpa., R. et al. (2009). Detecting deceptive movement in 1 vs. 1 based on global body displacement of a rugby player. The International Journal of Viitual Reality; 8: 31-36.

• Chollet, D., Micallef, J.P., Rabischong, Р. (1986). Biomechanical signals for external biofeedback to improve swimming technique. Swimming Science V: Proceedings of the Vth International Symposium of Biomechanics and Medicine in Swimming. Champaign: Human Kinetics, pp. 389-396.

• Deng ChunYan, (2008). Computer aided motion design system for rhythmic gymnastics. Master’s thesis, Zhejiang University.

• Cunnington, R., Iansek, R., Bradshaw, J.L. et al. (1996). Movement-related potentials associated with movement preparation and motor imagery. Exp Brain Res; 111: 429-436.

• Dal Monte, A. (1983). La valutazione funzionale dell’ atleta. Roma, Sansoni.

• Dal Monte, A. (1988). Exercise testing and ergometers. In: Dirix, A., Knuttgen, H.G., Tittel, K. editors. The Olympic Book of Sport Medicine. Oxford: Blackwell Scientific Publications, pp. 121-150.

• Driediger, M., Hall, G., Callow, N. (2006). Imagery use by injured athletes: A qualitative analysis. J Sports Sci; 24: 261-271.

• Fetz, D.L., Landers, D.M. (1983). The effect of mental practice on motor-skill learning and performance: A meta-analysis. J Sport Psychol; 2: 211-220.

• Frisoli, A., Ruffaldi, E., Filippeschi, A. et al. (2010). In-door skill training in rowing practice with a VR based simulator. Int J Sport Psychol; 10: 14-17.

• Craig, C.M., Berton, E., Rao, G. et al. (2006). Judging where a ball will go: the case of curved free kicks in football. Naturwissenschaften; 93(2): 97-101.

• Groslambert, A., Candau, R., Grappe, F.(2003). Effects of autogenic and imagery training on the shooting performance in biathlon. Res Quart Exerc Sport; 74(3): 337-41.

• Hale, B.D. (1998). Imagery training: A guide for sport coaches and performers. Leeds, UK: National Coaching Foundation.

• Holmes, P., Caimels, C. (2008). A neyroscientific review of imagery and observation use in sport. J Motor Behav; 40: 433-445.

• Hue, P., Delannay, B., Beuland, J-C. (1997). Virtual reality training simulator for longtime flight. In: Seidel, R.J., Chantelier, P.R., editors. Virtual Reality, Training’s Future? New York: Plenum, pp. 69-76.

• Ida, H., Fukuhara, K., Ishi, M. et al. (2007). Examination of anticipatory performance with computationally simulated tennis serve motion. J Sport Exer Psychol; 29: 172-76.

• Issurin, V. (2013). Training transfer: scientific background and insights for practical application. Sports Med; 43: 675-694.

• Jeannerod, M. (1994). The representing brain: Neural correlates of motor intention and imagery. Behav Brain Sciences; 17: 187-202.

• Kelly, A., Hubbard, M. (2000). Design and construction of a bobsled driver training simulator. Sports Engineering; 3: 13-25.

• Kohl, R.M, Roenker, D.L. (1983). Mechanism involvement during skill imagery. J Mot Behav; 15: 179-190.

• Landers, D.M. (1985). Psychophysiological assessment and biofeedback.. In: Sanweiss, J. and Wolf, S., editors. Biofeedback and sport science. New-York: Plenum, pp. 63-105.

• Lebon, F., Collet, C., Guillot, A. (2010). Benefits of motor imagery training on muscle strength. J Strength Cond Res; 24(6): 1680-7.

• Liu, X., Sun, J., He, Y. et al. (2011). Overview of virtual reality apply to sports. Journal of Convergence Information Technology; 6(12): 1-7.

• Mahoney, D.P. (1997). Defensive driving. Computer Graphics World; 20: 71-73.

• McLean, B., Lafortune, M. (1988). Improving pedaling technique with “real time” biomechanical feedback. Exel; 5: 5-18.

• Morris, T„ Spittle, M., Watt, A. (2005). Imagery in sport. Champaign: Human Kinetics.

• Ратов И.П. (1994). Двигательные возможности человека и нетрадиционные методы их развития и восстановления. Минск: Издательство Минтиппроэкт.

• Satava, R.M. (1995). Medical applications of virtual reality. J Med Systems; 19: 275-280.

• Tokuhara, Y., Hashimoto, F., Kameyama, O. et al. (1987). EMG biofeedback training for kayak pad-dlers: an application to the arm pull movement. In: Johnson, I., editor. Biomechanics X-A. Champaign: Human Kinetics, pp. 319-323.

• Tenenbaum, G., Corbett, М., Kisantas, А. (2002). Biofeedback: applications and methodological concerns. In: Blumenstein, B., Bar-Eli., M, Tenenbaum, G., editors. Brain and Body in Sport and Exercise. John Wiley & Sons Ltd., pp. 101-123.

• Vealey, R.S., Greenleaf, C.A. (2001). Seeing is believing: understanding and using imagery in sport. In: Williams J.M., editor. Applied sport psychology: Personal growth to peak performance. 4th edition. Mountain View, CA: Mayfield; pp. 247-288.

• Van Gyn, G.H., Wenger, H.A., Gaul, C.A. (1990). Imagery as a method of enhancing transfer from training to performance.] Sport Exer Psychol; 12:366-375.

• Vignais, N., Kulpa, R., Craig, C. et al.(2010). Virtual thrower vs. real goalkeeper: influence of different visual conditions on performance. Presence: Teleoperators and Virtual Environments; 19(4): 281-290.

• Walls, J., Bertrand, L., Gale, T.J. et al. (1998). Assessment of upwind dinghy sailing performance using a virtual reality dinghy simulator. J Science Med Sport; 1: 61-72.

• Wang, Z., Xia, S., Qiu, X. et al. (2008). Digital 3-D trampoline simulating system: VH trampoline. Chinese Journal of Computers; 3: 498-504.

• Wang, T. (2012). Research on application of virtual reality technology in competitive sports. Procedia Engineering; 29: 3659-3662.

• Waskiewicz, Z., Zajac, A. (2001). The imagery and motor skills acquisition. Biology of Sport; 18: 71-83. Wei Ying, L., Koh, M. (2006). E-leaming: new opportunities for teaching and learning in gymnastics. Br J Teaching Phys Education; 37: 22-25.

• Zaichkowsky, L.D. (1983). The use of biofeedback for self-regulation of performance states. In: Un-estal, L.E., editor. The mental aspects of gymnastics. Orebro: Sweden: Veje, pp. 95-105.