解密:为何奥运花样滑冰运动员不会摔得四脚朝天

运动员通过练习重新塑造大脑,以抵抗反射并执行复杂的动作套路

2018年2月8日,加拿大选手克斯滕·摩尔-托尔斯和迈克尔·马里纳罗在江陵冰上竞技场练习。

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观看同类人类跃入空中,旋转三周并落在薄薄的钢片上——同时在湿滑的冰面上保持平衡——这是一种令人惊叹的体验。

花样滑冰运动员如此优雅地执行他们的动作套路,以至于看起来毫不费力——但当我们自己在冰场上迈出畏惧的第一步时,这种错觉很快就消失了。初次滑冰的人紧紧抓住侧墙以保命,双脚因笨拙的冰上行走而刺痛,他们几乎无法直线滑行,更不用说单脚平衡了。虽然奥林匹克花样滑冰运动员似乎与冰神交好,并诱使物理定律为他们服务,但他们真正做的是重新塑造大脑以抑制他们的反射。

如果一个人向后仰头足够远,身体的反射就会启动。当大脑感知到身体失去平衡时,负责放电的神经元会引发从内耳到脑干,再到脊髓,最后到肌肉的一连串信号,告诉身体向前猛冲以进行挽救。在像花样滑冰这样的运动中,身体经常处于这种难以置信的位置。那么,滑冰运动员如何说服他们的大脑,身体即将面朝下摔倒也没关系呢?


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研究人员表示,练习可以导致小脑中神经元的新图谱,小脑是大脑后部的一个区域。因此,当滑冰运动员移动到小脑预测的位置时,它会发射神经元以消除会干扰预期运动的反射信号。约翰·霍普金斯大学的神经科学家凯瑟琳·库伦说,如果有人在冰上滑倒,而另一个人在故意跳跃,“他们可能以完全相同的方式在世界中移动”,她在 2015 年用猴子进行的实验中展示了这种大脑机制。在一种情况下,您希望您的反射发挥作用;在另一种情况下,您不希望。她说,当大脑的预期与实际发生的情况相符时,大脑就会学会抑制反射。

滑冰运动员也是避免眩晕的大师。同样,他们的大脑也学会了抑制一种反射——这次是在眼睛中。当我们在世界中移动时,我们的眼睛会自动移动以补偿轻微的头部运动,以便我们可以凝视空间中的同一点。通常,如果我们在办公椅上旋转并突然停止,我们会感觉自己仍在移动。那是因为内耳中负责检测运动的液体由于惯性而继续旋转,使您的大脑认为它仍在运动。由于您的眼睛继续移动以纠正您的视线,您会感到头晕。根据库伦的说法,滑冰运动员的大脑学会做的是——通过小脑中类似的机制——忽略旋转结束时的虚假运动感,并大大减少眼睛的反射。

训练大脑需要时间,这就是为什么哥伦比亚大学祖克曼研究所的神经科学家 Rui Costa 说“熟能生巧”的原因,他也在研究运动神经科学。当您看到这些动作套路中的大多数是多么无缝时,他说,“我的意思是,这真是太神奇了。” 为了证明大脑在不断工作和校准自身以帮助身体适应新的运动和环境,只需在滑冰一段时间后走出溜冰场。地面会感觉很奇怪,就好像您的大脑期望它是冰做成的。

Yasemin Saplakoglu 是 Live Science 的一名特约撰稿人,报道健康、神经科学和生物学。她的作品曾发表在《大众科学》、《科学》和《圣何塞信使报》上。她拥有康涅狄格大学生物医学工程学士学位和加州大学圣克鲁斯分校科学传播研究生证书。

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