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定向越野运动正在成为一种训练身体和大脑的有效方式,因为它将体育活动与空间导航相结合。目前的手稿提供了有关如何在研究中实施定向越野运动的指南。
定向越野运动将体育活动与空间导航相结合。仅使用地图和指南针,定向运动员必须使用他们选择的任何导航路线在不熟悉的地形上找到一系列检查点,同时尽可能快地移动。尽管专业的定向运动者具有卓越的空间记忆和导航能力,但即使是一次定向越野也可以有益于认知,这表明定向越野可能是一种很有前途的大脑训练方式。涉及定向越野的研究干预措施可能特别有利于避免阿尔茨海默病和相关痴呆症,这些痴呆症受到早期寻路和空间认知障碍的困扰。尽管定向越野在最近的文献中越来越受欢迎,但对于不熟悉这项运动并希望实施干预的研究人员来说,存在一定的障碍。具体来说,缺乏用于创建定向越野地图和课程的基于研究的资源可能会阻止那些希望学习定向越野的人设计干预措施。因此,本报告提供了开发定向越野地图和课程所需的基本信息,以及如何在研究环境中实施定向越野干预。
定向越野将空间导航与锻炼相结合,主要以跑步的形式出现。这项运动的目标是使用地图和指南针尽快导航到不熟悉区域的众多检查站1。定向运动者可以选择他们希望找到的任何导航路线,包括一系列检查点,称为定向越野课程。定向越野课程的导航难度各不相同;挑战级别是根据参与者的技能水平量身定制的,确保获得适当且引人入胜的导航体验。
定位检查点的能力需要空间处理和寻路技能,所有年龄段的定向越野专家都报告说,与非定向越野控制相比,导航时的空间策略更有效,空间处理效果更好 2,3,4。当新手以剧烈的运动强度进行定向运动时,即使是一次训练也可以改善空间记忆并增加脑源性神经营养因子 (BDNF),这是一种支持脑细胞最佳功能的生长因子5。中等强度的定向越野也可以提高记忆力,但可能需要持续的训练。Bao 及其同事观察到,当初学者每周参加两次中等强度定向运动,持续 12 周(即 24 节课)时,空间记忆有所改善6。
虽然单独跑步可以增强海马体等大脑区域的结构和功能,改善空间 7,8,9 和情景记忆 10,11,12,但研究表明,当跑步与认知挑战性任务相结合时,这些影响可能会被放大 13,14,15,16,17,18.此外,定向越野通常涉及剧烈运动,并在检查站短暂休息,类似于高强度间歇训练 (HIIT)。这种形式的运动已被证明比持续的中等强度运动更有效地显着提高认知功能19、20 和增加 BDNF21、22、23。剧烈运动可能对认知特别有益,因为它会导致乳酸积累,乳酸可以作为大脑的燃料来源24 以及 BDNF 的激活剂以支持认知功能 25,26,27,但在人类中检查这条途径的研究有限 28,29,30。
多种理论可以解释为什么定向越野有益于认知。一方面,定向越野依赖于类似于狩猎采集活动的过程,根据适应性能力模型31,大脑和身体可能更容易接受具有进化外观的训练活动。此外,定向越野需要空间导航,由于无处不在的全球定位系统 (GPS) 技术,这在很大程度上是从现代生活中设计的32,因此也可能是"要么使用,要么失去" 的情况 33。
鉴于定向越野增强人类认知的新颖性和前景,开发资源并建立指南以帮助不熟悉这项运动的研究人员实施定向越野干预非常重要。因此,当前协议旨在为研究人员提供在研究环境中开发定向越野地图、课程和干预措施的必要步骤。
本手稿中概述的数据来自之前的一项研究,该研究获得了汉密尔顿综合研究伦理委员会 (#14560) 的伦理许可。
1. 选择位置
2. 创建定向地图
注意:如果所选位置不存在定向地图,请创建一个。
图 1:使用 OpenOriententeeringMap 的定向越野底图示例。 突出显示了创建简化地图所需的按钮和地图元素。 请单击此处查看此图的较大版本。
3. 设计定向越野课程
注意:定向越野课程是一系列检查点,参与者必须按数字顺序找到,选择参与者喜欢的任何路线。该路线的物理和导航难度可以通过改变覆盖的距离和检查点的位置来调整(参见第 3.2 节)。该课程的难度根据参与者的经验和技能而有所不同。课程长度(以公里为单位)取决于参与者的技能水平(即,在相同的时间内,高级定向运动员将能够比初学者完成更长的时间)、所选地形的可跑性以及参与者的体能水平。对于大多数地形的新手定向者,假设平均移动速度为每公里 7-10 分钟,并相应地调整路线距离。
图 2:在 OpenOrienteeringMap 中创建的初学者定向越野课程示例。 在此图的地图中,控制位置(提示数字)的描述已包含在地图中,但可以按照步骤 3.2.1.8 打印。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 3:在 OpenOrienteeringMap 中创建的中级定向越野课程示例。 在此图的地图中,控制位置(提示数字)的描述已包含在地图中,但可以按照步骤 3.2.1.8 打印。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 4:在 OpenOrienteeringMap 中创建的高级定向越野课程示例。 在此图的地图中,控制位置(提示数字)的描述已包含在地图中,但可以按照步骤 3.2.1.8 打印。 请单击此处查看此图的较大版本。
4. 实施定向越野干预
注意:实施定向越野干预的方法可能会有所不同,具体取决于参与者的定向越野经验、可用材料、锻炼参数和感兴趣的研究变量。以下协议概述了在研究环境中实施定向越野干预的基本步骤。
5. 实施长期定向越野干预
表 1.6 周慢性定向越野计划进展样本。 下表概述了在 6 周内进行慢性定向越野干预的示例课程计划,每周进行两次定向越野训练。每节课概述了课程难度级别和要教授的不同技能、目的和目标。 请点击此处下载此表格。
6. 评估定向运动的表现
图 5:定向运动参与者使用 Google MyMaps 拍摄的 GPS 路线样本分析。 该图像包括多个参与者所走的路线,以不同颜色突出显示,可用于可视化整个定向路线的导航能力,如步骤 6.1.2 中所述。 请单击此处查看此图的较大版本。
定向越野性能
我们之前的工作分析了 41 名参加定向越野的参与者的导航表现5.有关研究方法的全面理解,请参阅 Waddington et al.5。
在这项研究中,19 名参与者以剧烈(跑步)强度进行定向越野,而 22 名参与者以中等强度进行定向越野(步行)。通过计算参与者行驶的距离与定向越野课程最佳路线的比率来确定导航表现。该分析假设参与者的行驶距离超过最有效路线,则会出现导航错误,从而延长了他们完成定向越野课程的距离。因此,比率为 1 表示参与者使用最有效的路线完成了定向越野干预课程,没有犯任何错误。
穿越定向越野路线的最佳路线由专家级定向运动员确定。不同的研究人员使用计数计在正向和反向上多次测量了这条路线,总共进行了六次测量。使用这些措施的平均值,确定定向越野干预路线的最有效路线为 1300 m。
以剧烈运动强度进行定向运动的参与者完成定向运动课程所需的平均距离为 1415.79 ± 162.25 m,中等强度定向运动参与者完成定向运动课程的平均距离为 1360 ± 149.83 m。就行进距离与最佳路线的比率而言,高强度定向运动组的平均比率为 1.09 ± 0.12(范围:0.95-1.35)和 1.05 ± 0.12(范围:0.96-1.48)中等强度定向运动组(图 6)。这些结果表明,以剧烈或中等强度为导向的参与者比最佳路线走得更远,这表明存在导航错误,这些错误对于新手来说是典型的,并且预计会随着训练而改善。将这些值与 GPS 运动手表捕获的可视化路线进行比较( 如图 5 所示),可以进一步表明导航性能。
图 6:不同定向运动强度下的导航效率比。 该图说明参与者在中等或剧烈运动强度下完成定向越野课程的导航效率比率的平均±标准差。该比率的计算方法是参与者行驶的距离(由 GPS 运动手表确定)除以最佳路线长度 1300 m,值为 1 表示路线完成且没有导航错误。数据之前已在 Waddington 等人中报道过5。 请单击此处查看此图的较大版本。
定向越野将运动与导航的认知挑战相结合,提供了一种独特的干预措施,有可能增强受年龄和痴呆严重影响的领域的认知功能 2,6。然而,缺乏标准化的协议和普遍缺乏定向越野知识破坏了这项运动的临床效用。本文解决了这些差距,并为那些定向越野知识最少的人提供了设计定向越野地图和材料的详细协议,以便在研究环境中实施定向越野。
尽管定向越野干预在地点和课程设置方面会有所不同,但该协议提供了全面的资源、材料、网站和计划来开发旨在测量其认知效果的定向越野干预。本指南仅供参考和教育目的,按"原样"提供,不提供任何明示或暗示的保证。作者不对所描述方法的应用承担任何责任,也不对因使用它们而造成的任何不良后果或损害承担任何责任。使用本指南制定自己的定向越野干预措施的研究人员全权负责评估其方法的相关风险,获得适当的机构批准,并确保遵守所有相关的道德准则和法规。
在步骤 2 中选择地图类型取决于可用时间、资源、制图技能和参与者的技能水平。通常建议使用在 OCAD 或 OpenOrienteeringMapper(步骤 2.2)等程序中创建的详细定向地图,因为它们可以显示更详细的内容和详细的海拔数据,而使用 OpenOrienteeringMap 制作的简化地图则无法显示。由于专家级定向运动员报告说在运行2 时能够有效地处理高级空间信息,因此建议此类参与者使用详细的地图,以匹配其技能可用的地图信息的复杂性。然而,创建详细的定向运动地图需要制图知识和更多时间,这对于没有定向运动知识的研究人员来说可能是一个障碍,这可能是实施定向运动干预的限制。在这种情况下,可以使用 OpenOrienteeringMap 为所有参与者制作简化的定向运动地图(步骤 2.1)。
在步骤 3 中,请务必按数字顺序添加检查点,从 start 位置开始,到 finish 位置结束。通过这样做,课程设置者能够更好地跟踪检查点之间的潜在路线选择,以有效地改变课程的难度。例如,当按顺序设置初级课程时,课程设置者可以确保参与者从一个检查点到下一个检查点只有一个决定。
在步骤 4.4 中教授基本的定向越野技能时,一些初级参与者可能需要比其他人更多的指导来理解定向越野概念。研究表明,与有定向越野经验的人相比,没有定向越野经验的人处理空间导航和处理方式不同,空间记忆能力也更差 2,3。这突出了空间记忆能力的个体差异及其对定向越野学习和表现的影响。因此,可能需要修改协议以包含更详细和详细的定向越野说明以适应这些差异。
建议选择参与者相对不熟悉的定向越野地点,因为个人的导航倾向可以在不熟悉和熟悉的地形之间变化34。然而,在实施定向越野干预时,安全考虑和适应至关重要,尤其是在不熟悉的区域。在创建任何定向越野课程之前,建议对使用的所有地形进行彻底的风险评估。鉴于定向越野通常在户外进行,并且某些课程需要广阔的空间,因此并非所有地点、气候或天气条件都是安全的。
为安全起见,应使用 GPS 运动手表或类似设备持续跟踪参与者的路线,并应由研究人员观察(不受干扰)以监控他们的时间和位置。在完成定向干预时,如步骤 4.5 所示,所使用的 GPS 运动手表或 MapRun 应用程序必须获取 GPS 信号并开始正确记录,以便在整个课程中跟踪参与者的路线。
当参与者参加较长的高级课程时,建议考虑额外的安全因素。这包括提供急救箱和参与者的紧急联系信息。参与者还可能需要随身携带通信设备,以备不时之需。由于定向运动可以高强度进行,因此在进行定向运动之前,应为所有参与者完成健康评估,以确保他们的身体状况能够完成定向运动课程而不会产生不必要的风险。最后,应在定向越野课程和运动参数期间提供足够的水分和营养。通过实施这些安全措施,可以显著降低事故和紧急情况的风险。提醒研究人员,他们有责任评估风险并为他们独特的干预获得必要的伦理批准
总之,随着定向越野研究领域的展开,该协议提供了信息,具有最少定向越野知识的研究人员可以使用这些信息在研究环境中设计和实施定向越野干预措施。通过使用该协议作为指导,未来的研究人员将能够创建标准化的定向地图和课程来研究他们想要的结果。
作者报告没有利益冲突。
我们要感谢 NeuroFit Lab 的成员在我们开始探索定向越野对大脑健康和功能的影响时给予的持续支持。这项研究得到了加拿大自然科学与工程研究委员会的支持,资助 RGPIN-2022-05298(授予 JJ)。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Chest heart rate monitor strap | Polar Electro | https://www.polar.com/ | Or any other device capable of recording heart rate continuously and that can pair with the chosen watch. |
Clipboard | Staples | https://www.staples.com/clipboards | To record any in-field measures. |
Colour printer | HP Laser Colour Printer | https://www.hp.com/ | To print maps. |
Computer | Lenovo IdeaPad | https://www.lenovo.com/in/en/c/laptops/ideapad/ | Ensure the device chosen is capable of running your chosen orienteering map and course making software. |
GPS Sports watch | Polar Electro | https://www.polar.com/ | Or any other GPS watch with a sampling rate of 1–3 s. |
OCAD for Orienteering | OCAD | https://www.ocad.com/en/ | |
OpenOrienteeringMapper | Open orienteering | https://www.openorienteering.org/apps/mapper/ | |
Orienteering Compass (for more advanced orienteers) | Suunto Oy | https://www.suunto.com/en-in/News/Suunto-introduces-stable-and-fast-AIM-compasses-for-competitive-orienteers/ | Or any other compass model capable of orienting to Magnetic North and setting a bearing angle. |
Orienteering control marker OR pin flag OR flagging tape OR pylon | Silva-USA (orienteering control markers) OR Amazon.com | n/a | Choose an item to mark each checkpoint location that is most feasible for your intervention. |
Pen | Staples | https://www.staples.com | To record any in-field measures. |
Plastic paper sleeve | Staples | https://www.staples.com/sheet-protectors/ | To protect maps from weather. |
Smartphone capable of running the MapRun Application | Apple, iPhone 12 | https://www.apple.com/iphone/ | Required if using the MapRun application as per step step 4.2.2. |
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