スポーツパフォーマンス研究における実践的精神生理学と生態学的検証：バイオフィードバックにおける介入プロトコルの為の論点と意味

Roland A. Carlstedt, PhD, ABSP, New York, N.Y.

要約

2つの公式試合におけるトップクラスのプロテニスプレーヤーの試合中の心拍変化を全てモニタリングし、ラボにおいてより動きの少ないスポーツで観察された心拍数の減少傾向が動きの激しいスポーツでも同様に観察されるかどうかを検証した。前回の調査で検証されたと同様、今回の2つの試合でも行動を起す前の心拍数の減少が明らかであった。勝った試合における心拍数の減少傾向は、負けた試合より大きかった。今回の調査は前回の調査に較べて、現実的でより生態学的な状況下（実際のマッチプレーの全期間を通して）での心拍変化を評価し、時間に依存した長時間でのパフォーマンス測定（試合結果に関連した）をした点が異なる。

心拍減少は、注意力、認知活動、および生理的反応に関係しているところから、筆者は、心拍変化がアスリートの心理的および行動的状態評価に使える可能性があると共に、ニューロフィードバックも含めた、実際の試合におけるパフォーマンス向上の為の介入効果の評価測定に使える可能性、例えばスポーツ心理学およびパフォーマンス心理学におけるバイオフィードバックの信頼性や長時間検証に重要な意味を持つ可能性がある事を提起する。

実践的精神生理学

実践精神生理学は、自然な環境下（フィールドリサーチ；Fahrenberg,1996）での行動的および生理的インターアクションの研究と評価をするものである。方法論としては、日常生活における個人の自由な動きを連続して生理学的モニタリングし（携帯型モニタリング）、観察をする（Fahrenberg,1996）。その適用の対象としては、アスリートおよびその他のパーフォーマー（例として、パイロット、ミュージシャン、講演者など）の研究において、調査に基づく発見や介入が高いレベルの生態学的検証になる場合（すなわち、データは特定の状況下において直面した時の反応時のコンディションを示すものでなければならない；Fahrenberg & Myrtek、1996）、特に重要であるかも知れない。

これまで、実践的精神生理学に基づく評価の有用性が、スポーツ心理学者、パフォーマンス心理学者、コーチによって認められ、スポーツ心理学およびパフォーマンス心理学の中心的構成の多くが精神生理学に基礎を置き、強調もされているにも関わらず（Heil & Henschen,1996；Taylor,1996）、詳細な議論が余りなされていず、活用も十分にされていない。例えば、運動強度（反応動作）の概念に関する初期の理論的説明は全て、YerkesとDodson(1908)のInverted-U(逆Ｕ字仮説)、Zone of Optimal Functioning(ZOF=最適パフォーマンスゾーン)、Hardy and Fazey(1987)のCatastrophe theoies(破局理論) も含めて、全て生理学的および精神生理学的要素で構成されている。

残念な事に、スポーツ心理学およびパフォーマンス心理学におけるこれらの、そして他の多くの概念や介入がこれまで十分に研究されておらず、それは、試合中の相対する競技者の間で観察されるパフォーマンスに関係する概念と介入に関して特にそうである。基本的に、身体的変化を引き起こすであろうメンタル訓練に関して、これらの理論的基礎となっている精神生理学についてほとんど知られていない。運動強度（反応動作・活性化）について、Taylor（1996）の見解が以下のように説明されている：

競争的パフォーマンスの前段階で最も重要な要素は、アスリートがその実行においてどんなに自信、やる気があろうと、もしくは技術的、肉体的に準備ができていようと、もし、（試合中の）生理的、心理的変化に付随する身体の運動強度が最適レベルでなければ、ベストのパフォーマンスは期待できない

は、スポーツにおける生理学と介入があいまいな態度で論議されている例である。運動強度に関するTaylorの見方を分析するには、「自信」の役割と「やる気」とは何か？について問わなければならない。又、「運動強度の最適レベル」とは何か、および運動強度に「付随する生理的、心理的変化」とは何か？についても問われなければならない。

同様に、スポーツ心理学専門家はバイオフィードバックを使う時、競技者が「集中力高揚」の実現、もしくは反応動作（運動強度）を引き出した事をどのようにして知り得るのか？何故なら実際のスポーツ競技中のこれらの精神生理的状態が十分に説明されるか、もしくは測定結果が明白な説得力を持つているか、でなければならないからである（すなわち、従属変数もしくは目的変数）。運動強度に関して「実際の試合」において考えられるパフォーマンスもしくは活性化状態とアスリートに対する介入効果についての生理学的、精神生理学的プロセスの要素と影響に関する研究無しには、これらは推論でしかない。

私の修士論文（Carlstedt,1998）で、私は上記の幾つかの問題点と、実際の設定条件の中での精神生理的側面とパフォーマンスの関係をよりよく説明する為、全て「公式」の試合でのスポーツパフォーマンス（計画的、あるいは練習でのそれと対照的に）の調査に基づく生態学的検証の概念を提示したかった。私の最終の目的は、私の前回のスポーツ調査と今日スポーツで使われているほとんどのニューロフィードバック介入プロトコルと調査パラダイム（方法論）に代表されるものも含めて、精神生理とパフォーマンスの関係についてのより高い次元の検証を確立、説明する事であった。スポーツにおける介入とパフォーマンス心理学の信頼性を確立するには、それが最初の必要なステップである（しかしながらしばしばその事が見逃されている）。

心拍減少再考：心理的パフォーマンスの理想的測定

この目的を追求する為に、私は予備調査の中心であった実際のテニストーナメントにおける競技中の心臓の働きに注目する事にした。スポーツパフォーマンスにおいて重要だと考えられる心理的要素としての心臓の働きを示す特定の指標から非常に多くの証拠が得られるであろうし、実際のスポーツ競技中の全期間にわたって非侵襲で生理学的測定ができる唯一の方法であるかも知れないにも関わらず、驚く事にこの方法はこれまでほとんど使われていない。

心臓の活動はこれまで、感情および他の心理的状態（例えば、やる気、運動強度）を反映する事に加えて、集中力と認知活動の重要な指標であり（Sandman,Walker&Berka,1982）、スポーツパフォーマンスに影響を与える要素である事が知られている（Carlstedt,1998,2001）。Sandman等（1982）の論文を調べると、認知的知覚的プロセスを識別する上で心拍と血圧の方がEEGより優れていた、と結論している。Gallin(1974)も又、認知プロセスにおいて、EEGは脳の背凸面の活動のみを反映し、海馬や扁桃体のような深部内側脳における活動を反映していないところから、心臓の働きの方がEEGより有用であるとしている。PribramとMcGuiness（1975）は、海馬と扁桃体が認知プロセスにおいて重要な役割を果たす事を明らかにした。

心血管系、中枢神経、肉体の間に重要なインターアクションがある事も、実験による証拠(Andreassi,1995)が示唆している。Lacey and Lacey(1964)による研究論文の中で、アクション前の反応時間中の心拍減少（HRD）に関する報告もある。又、より大きな心拍減少がより早い反応時間に関係している事も明らかにされている（Lacey,1967）。これらの報告から、心拍減少は、来るべき非常に大きなアクション（鼓舞）に反応する準備を現している。である事を示唆している。早い選択反応は又、最高のスポーツパフォーマンスに関係している（Carlstedt,1995）。

スポーツにおける調査報告書でも又、心拍減少が証明されている。トップクラスと初心者のゴルファーのパット中の比較において、Boutcher and Zinsser（1990）は上手なゴルファー程心拍減少が大きいと報告している。他の調査では、Hatfield,Landers, and Ray(1984)が、トップクラスのライフル射撃手は射撃の直前に心拍減少を示したと報告しており、これまでの心理的調節に関する電気生理学的、神経心臓学的説明を裏付けるものである（例えば、Lacey & Lacey,1978; Sandman等、1982）。例として、射撃直前の右脳EEG活動の増加は心拍変動に付随して起こる事が明らかにされており、トップクラスの射撃の名手は、無意識に射撃直前に左脳の認知活動を抑制する能力があるように思える。

左脳の認知活動は運動筋肉（神経）パフォーマンス低下に関係している事が知られている（Hatfield等、1984；Langer & Langer,1979）。

上記の調査は、自己調整スポーツの競技中の心拍減少の度合いが、選手の技術レベルと集中力に関係していた事が明確に証明された点で重要である。加えて、Hartfield等（1984）の調査では、EEGの代わりに心拍測定からでも、集中力と反応動作に関する情報が得られる事を示唆している。

しかしながら、これらの調査はスポーツにおけるほとんどの精神生理学的調査がそうであるように、実際の競技期間中の試合結果を左右する有意義な関係（例、異なる日の試合結果）について、パフォーマンス機能としての競技者内部（心理的）の生理学的測定に関しての分析がなかった（例、心拍減少）。従って、私の研究のもうひとつの目的は、スポーツ心理学の研究論文におけるこれらの情報不足を少しでも埋める事であった。

仮説

前回の調査で観察されたテニスの試合中の心拍減少傾向が、公式試合中の2つの試合（第1試合と第3試合）でも同じパターンで観察されるかどうか、簡易型心拍測定器を使って、２つの試合中の全てにわたって競技者の心拍を測定した。私は、心拍間隔はアクションに先立って（サービスボールを打ち返す前）長くなる（すなわち、心拍数は減少する）という仮説を立てた。又、試合におけるアクション前の心拍減少は、成功する場合は失敗する場合に較べてより大きい割合で減少する（勝った試合　対　負けた試合）との予測を立てた。

結果

試合結果

第1試合は、6-4、6-1で勝った。第3試合は、6-0、6-1で負けた（第3試合のスコアは、3セットマッチの試合で2番目に悪かった）。

心拍減少期間

第1試合は51回のアクション期間があり、第3セットは27回のアクション期間があった。それらは試合を記録したビデオテープを使って確認した。これらの期間は、データから読み取った心拍活動記録と一致していた。第1試合は、51のアクション期間に対し283の心拍減少が見られた（アクション前の1期間当たりの平均心拍間隔は5.55秒）。第3試合は、27のアクション期間に対し112の心拍減少が見られた（アクション前の1期間当たりの平均心拍間隔が4.15秒）。

第1試合と第3試合における全てのアクション前の心拍間隔を見ると、アクション前全ての期間において心拍減少が見られた。アクション前の心拍間隔測定により心拍減少が見られた事は、テニストーナメント中の心拍減少傾向が、前回の実験的フィールドで観察された心拍減少に近似しているという仮説を立証した事になる。

図1.　第1試合のアクション前、アクション中、アクション後の心拍間隔サンプル。心拍間隔が、アクション準備に向かう反応心拍間隔として次第に長くなっている事に注意。アクション中は次第に心拍間隔が短くなっている。アクション後は、アクション後の回復期における心拍間隔が再び長くなっている。心拍間隔が長い事は低い心拍数を意味し、短い心拍間隔は高い心拍数を意味している。

トーナメントにおける勝った試合と負けた試合を較べ、勝った試合の場合に心拍減少の度合いが大きかったかどうかを見る為、以下の心拍間隔を調べてみた；1)第1試合と第3試合におけるアクション前の全ての心拍減少数の比較；2)第1試合と第3試合におけるアクション直前の心拍減少率の比較。

結果は、1)第1試合におけるアクション前の全ての心拍間隔を第3試合のそれと較べると、第1試合における心拍減少数が第3セットより多かった。

図2．1)アクション前の全ての心拍間隔において、心拍減少数の平均は、第1試合の方が第3試合より多かった(p=.045)。

2)アクション直前の心拍間隔をその前の心拍間隔と較べると、第1試合ではアクション直前の心拍間隔がよりかなり長かったが（より遅い心拍数）、第3試合ではそれほどではなかった。

図3．第1試合におけるアクション直前の心拍間隔とその前の心拍間隔を較べた時の心拍減少の平均(p<.008)、および第3試合におけるアクション直前の心拍間隔とその前の心拍間隔を較べた時の心拍減少の平均(p<.079)。

検討

この調査結果は、テニストーナメントにおける2つの試合において、アクション前に心拍減少が起こっている事を証明した。更に重要な事は、調査の全体的仮説であった、勝った試合におけるアクション前の心拍減少が、負けた試合のそれよりも大きいとの予測が証明された事である。両方の試合で共にアクション前の心拍減少が認められたものの、勝った試合の方が負けた試合よりも心拍減少が大きかった。特に注目すべき事は、アクション直前の心拍間隔とその前の心拍間隔の比較において、第1試合の方が第3試合より長かった（より大きい心拍減少）との発見である。この発見は、Lacey & Lacey(1978)およびJennings & Woods(1977)による調査報告書の、アクション（鼓舞）実行（例、テニスの場合のサーブ）に先立つて起こる最大の心拍減少、と一致している。これらのデータは、最終的行為（アクション）前に、反応動作のタイミングが近づくにつれ、それに先立つ心拍が次第に遅くなっていく(Jenings & Woods(1977); Lacey & Lacey,1978)という報告も又、再現している。

この調査において、心拍減少が競技中および競技と競技の間の両方で起こった事と、始めて競技者に内在する心拍減少とパフォーマンスの間の統計的に重要な関係が、試合結果が明らかになるまでの長時間測定（異なる試合日）により観察された事、とが共に注目されるべきである。

この調査では又、心拍減少がより高い心拍レベルで起こった事が始めて観察された。以前の調査では、心拍数70-90の間で心拍減少が観察されたが(Boutcher & Zinsser,1990)、この調査では、心拍が150という高い心拍数でも心拍減少が起こった。この事は、アスリートが高い心拍でも心拍減少を誘導できる事（バスケットボールにおけるフリースロー前、もしくはテニスにおける長いラリーの後）、バイオフィードバックにより安静時のベースライン心拍より低いか、あるいはそれより僅かに高い低い心拍に誘導しようとする、「心拍のオペラント（学習）コンディション」(McCanne & Sandman,1976)として注目に値する。

この調査結果は、パフォーマンスと試合結果が全く異なる2つの試合のセットである事を考える時、より大きな意味を持つ。この極端な違いは、パフォーマンスの量的データ(例えば、試合のスコアと統計)と試合への量的影響（すなわち、心理的パフォーマンス）を反映している。更に、プレーヤーの自己申告によると、2つの試合を較べた時に、集中力、感情、自信、認知活動、反応動作に大きな違いがあった、としており、それは、心拍減少とフィードバックに関する理論的、仮説的説明（集中力の増加と認知活動の減少、反応動作）とも整合している。

2つの試合の間のパフォーマンスと結果の大きな違いから、心拍減少が、単に突出した刺激に対する全体的な生理的反応だけではなく、特定の任務遂行機能、求められるパフォーマンスと生理的要素によって変化するように思われるところから、実際の競技中の集中力、反応動作、認知活動の異なる状態を示すグローバルな長時間測定マーカーになり得る事を示唆してる。

結果と論点

実際の試合中のアスリートの調査を行う上で、EEGおよびその他の生理学的測定を使うには極めて大きな制約がある為、リサーチャーとその分野の専門家は、試合中の生理学的、行動学的状態と介入効果の説明と評価を行うには、心拍活動を使う事を考慮すべきである。加えて、心拍活動からは集中力、認知、反応動作に関する特有の情報が得られるだけでなく、これまでのニューロフィードバックに関する理論と仮説の検証に使う事ができる可能性がある。例として、ニューロフィードバックセッションの後、実際の試合中のアスリートの心拍活動をモニターし、集中力、認知活動、反応動作を測定し、これまでに経験的に例証されたニューロフィードバックによる同調化( entrainment)による行動又は反応であるかどうかを判定する、等である。以前に指摘したように、Hatfield等（1984）の調査で、この事の可能性が示唆されている。

もし、うまく同調化ができた場合、心拍減少傾向はそれに対する反応であろうと考える事ができる。自己申告や論拠に乏しい結果依存性もしくはパフォーマンス測定に頼るよりは、リサーチャーやその分野の専門家は（スポーツにおける）、ニューロフィードバックに関係する多くの主張に対し、新しい、より生態学的に妥当な方法を使って積極的な検証を試みるべきである。そういった意味で、アスリートのパフォーマンス改善の為の操作対象となる心理的状態を反映する生理学的測定（心臓活動）を使った検証が図られるべきである。

バイオフィードバックプロトコルの信頼性と確実性は、最終的にはスポーツにおけるニューロフィードバックのような方法を使ったデータの生態学的検証に依存している。リサーチャー、専門家、コーチ、アスリートは、競技中の特定の瞬間に起こる（例えば、テニスのブレイクポイントもしくはゴルフにおける重要なパット）同調化（EEG活動の特定のレベル）の為の活動レベル目標についてはっきりとさせなければならない。試合中の重要な瞬間における同調化の為の生理的活動が明らかにされなければならないだけでなく、それがパフォーマンスの改善に関係している事が証明されなければならない（例、特定の範囲の脳波活動がゴルフにおいて重要なパットを沈めるような、より高いパフォーマンスの測定結果に関係していなければならない）。

私は、スポーツ心理学とパフォーマンス心理学におけるバイオフィードバックとニューロフィードバックの将来は、実際の競技中の精神生理的活動を正確に説明でき得るか、そして特定の反応同期化の試みがスポーツパフォーマンスに効果があるかどうかを識別できるかどうかにかかっていると予測した。今日では、心拍（のモニタリング）が、それを実現する為の最も期待できる方法かも知れない。心拍は、数多くの実証研究に裏づけされた生理学的測定であり、これまでのニューロフィードバックを含む他の生理学的システムやモダリティーを使っては証明できなかった、実際の競技中の集中力、認知活動、反応動作、に応答する理想的な独立指標と思われる。

心拍を使う場合、調査の始めるにあたって、その（測定）方法を工夫する上で多くの苦労があるが、実際の競技におけるアスリートの長時間にわたる生理学的モニタリングを可能にする唯一の方法である事から、スポーツ精神生理学とバイオフィードバックにおける全ての専門家は、利用方法が限定されている脳波およびその他のモダリティーの代替として、あるいは補助としての利用を考えるべきである。

制約と将来の方向

これらの予備調査結果は、以前の実験的および静的スポーツにおける調査結果である心拍減少で一致していた。心拍減少がパフォーマンスに関わる重要な要素であり、従って心拍が実際のスポーツ競技中の様々なパフォーマンス指標の理想的な精神生理学的測定となる事を期待し、今後の研究で、多くのアクションスポーツに関して、より大きな規模でこれらの結果の再現が試みられるべきであると考える。

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i This article is based in part on my Master’s thesis

at Saybrook Graduate School in San Francisco.

Special thanks go out to my Master’s thesis chair

Dr. Eugene Taylor of Saybrook and Harvard

Medical School and committee member Dr. Arne

Collen of Saybrook. Correspondence: via

www.americanboardofsportpsychology or

DrRCarlstedt@aol.com.