解密:為何奧運花樣滑冰運動員不會摔得四腳朝天

運動員透過練習重新塑造大腦,以抵抗反射並執行復雜的動作套路

2018年2月8日,加拿大選手克斯滕·摩爾-托爾斯和邁克爾·馬里納羅在江陵冰上競技場練習。

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觀看同類人類躍入空中,旋轉三週並落在薄薄的鋼片上——同時在溼滑的冰面上保持平衡——這是一種令人驚歎的體驗。

花樣滑冰運動員如此優雅地執行他們的動作套路,以至於看起來毫不費力——但當我們自己在冰場上邁出畏懼的第一步時,這種錯覺很快就消失了。初次滑冰的人緊緊抓住側牆以保命,雙腳因笨拙的冰上行走而刺痛,他們幾乎無法直線滑行,更不用說單腳平衡了。雖然奧林匹克花樣滑冰運動員似乎與冰神交好,並誘使物理定律為他們服務,但他們真正做的是重新塑造大腦以抑制他們的反射。

如果一個人向後仰頭足夠遠,身體的反射就會啟動。當大腦感知到身體失去平衡時,負責放電的神經元會引發從內耳到腦幹,再到脊髓,最後到肌肉的一連串訊號,告訴身體向前猛衝以進行挽救。在像花樣滑冰這樣的運動中,身體經常處於這種難以置信的位置。那麼,滑冰運動員如何說服他們的大腦,身體即將面朝下摔倒也沒關係呢?


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研究人員表示,練習可以導致小腦中神經元的新圖譜,小腦是大腦後部的一個區域。因此,當滑冰運動員移動到小腦預測的位置時,它會發射神經元以消除會干擾預期運動的反射訊號。約翰·霍普金斯大學的神經科學家凱瑟琳·庫倫說,如果有人在冰上滑倒,而另一個人在故意跳躍,“他們可能以完全相同的方式在世界中移動”,她在 2015 年用猴子進行的實驗中展示了這種大腦機制。在一種情況下,您希望您的反射發揮作用;在另一種情況下,您不希望。她說,當大腦的預期與實際發生的情況相符時,大腦就會學會抑制反射。

滑冰運動員也是避免眩暈的大師。同樣,他們的大腦也學會了抑制一種反射——這次是在眼睛中。當我們在世界中移動時,我們的眼睛會自動移動以補償輕微的頭部運動,以便我們可以凝視空間中的同一點。通常,如果我們在辦公椅上旋轉並突然停止,我們會感覺自己仍在移動。那是因為內耳中負責檢測運動的液體由於慣性而繼續旋轉,使您的大腦認為它仍在運動。由於您的眼睛繼續移動以糾正您的視線,您會感到頭暈。根據庫倫的說法,滑冰運動員的大腦學會做的是——透過小腦中類似的機制——忽略旋轉結束時的虛假運動感,並大大減少眼睛的反射。

訓練大腦需要時間,這就是為什麼哥倫比亞大學祖克曼研究所的神經科學家 Rui Costa 說“熟能生巧”的原因,他也在研究運動神經科學。當您看到這些動作套路中的大多數是多麼無縫時,他說,“我的意思是,這真是太神奇了。” 為了證明大腦在不斷工作和校準自身以幫助身體適應新的運動和環境,只需在滑冰一段時間後走出溜冰場。地面會感覺很奇怪,就好像您的大腦期望它是冰做成的。

Yasemin Saplakoglu 是 Live Science 的一名特約撰稿人,報道健康、神經科學和生物學。她的作品曾發表在《大眾科學》、《科學》和《聖何塞信使報》上。她擁有康涅狄格大學生物醫學工程學士學位和加州大學聖克魯斯分校科學傳播研究生證書。

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