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花样滑冰一场比赛旋转上百圈,羽生结弦们为何转不晕?
版块:IT/互联网   类型:普通   作者:小羊羔links   查看:154   回复:0   获赞:0   时间:2022-02-11 20:40:44

  在昨天结束的北京冬奥会花样滑冰男单自由滑决赛中,美籍华裔选手陈巍完成了5个四周跳,并以总分 218.63 分的成绩获得冠军。

  

  花样滑冰,集艺术美感和体育动感于一身,又被称作“冰上芭蕾”。图为日本选手羽生结弦

  花样滑冰一场比赛旋转上百圈,羽生结弦们为何转不晕?

  在重大花滑比赛中,要取得好的名次,高品质的旋转和跳跃动作很重要。根据此前的统计,在时长4分半的比赛中,花滑运动员们平均要转近百圈。

  

  金博洋在开场的一个勾手四周跳,大多数裁判打出了满分

  

  不过,作为普通观众,我好奇的是:在冰面上开启超级陀螺模式转转转的时候……花样滑冰选手们是怎么做到不头晕的?

  

  前庭系统反应是关键

  

  花滑选手要优雅、连贯地完成滑行、起跳、旋转和落地等一系列动作,背后涉及复杂的生物力学、平衡控制和多个感觉运动系统的协调。

  

  其中,要在完成各项动作时的同时保持精妙的平衡,这需要内耳的前庭系统(Vestibular system)参与。

  

  前庭系统是负责人体自身平衡感和空间感的感知系统,也是保证人在复杂运动中维持协调与平衡能力的重要结构基础。从解剖结果看,它由内耳中三个大致相互垂直的半圆管和耳石器官组成,可以分别感受旋转和直线运动引发的相关刺激信号,进而触发人的前庭-眼动反射(vestibulo-ocular reflex,以下简称“ VOR”),进而保证人们运动时眼中景象保持相对稳定。

  

  比如,人在看东西时,VOR会发挥“自动防抖”作用,利用内耳中的感受器分辨运动方向和幅度,并把这些信息传递给眼睛周围的肌肉,让眼球与头部运动方向相反,抵消运动带来的晃动。

  

  头向一侧转动时,眼睛自动转向另一侧

  

  那些需要整合多种复杂动作的体育运动,比如花样滑冰、芭蕾,都会强烈刺激前庭系统。那研究者要如何评估与量化这些刺激呢?总不能让运动员比赛时,绑着各种检测设备去滑冰和跳跃吧……

  

  没关系,可以在实验环境中来模拟。具体来说,就是被试对象坐在一个有着特殊旋转功能的椅子上,同时戴上眼球运动捕捉装置。

  

  在黑暗环境中,椅子的突然旋转会诱发眼球震颤。通过量化椅子的旋转速度、眼球运动速度等参数,可以间接评估VOR的反应性。

  

  在多个评估指标中,最常用也最重要的当属VOR增益,也就是眼球转动速度和头部旋转速度的比值。比如,在有固定点的光线下进行测试时,VOR增益应接近于1,也就是说,在响应头部旋转时产生的相等和相反的眼球旋转,有利于稳定注视。

  

  一般来说,VOR增益越低,意味着前庭反应越不“灵敏”,换句话说,在同样的旋转刺激下,花滑选手的眼球转动幅度更小,也更不容易发生头晕。

  

  各种旋转时不头晕,可能在于前庭系统“变迟钝”……

  

  在模拟实验过程中,恰到好处地利用这个高科技的椅子评估VOR的功能,如何设置旋转的参数,也大有学问。

  

  旋转椅子示意图,垂直旋转(左)和倾斜后旋 转(右  参考文献[8]

  

  首先,椅子的不同放置方式,可刺激不同的平衡感受器。比如,椅子垂直放置时,旋转可刺激被试的半圆管;而先把椅子适度倾斜,然后再旋转,可以刺激耳石器。

  

  另外,椅子的旋转速度设置也非常巧妙,只有设置不同的旋转速度和旋转加速度,才能全方位评估VOR。

  

  最常见的旋转有两种方式,正弦旋转和梯形旋转:正弦旋转,就是先围绕一个方向先加速、后减速,再围绕反方向先加速后减速,根据旋转时间和旋转角速度的绘制图形,类似正弦波动曲线;同样,梯形旋转,则是先加速到既定速度,然后维持匀速旋转,这样得出的数据图形类似梯形。

  

  在正弦旋转实验和梯形旋转实验中,花滑选手VOR增益更低  参考文献[8]

  

  2008年,法国卡昂大学的研究人员,邀请了11名花滑选手和11名对照者,在正弦旋转实验和梯形旋转实验中,分别比较了两组间VOR增益的差异。

  

  结果发现,和对照组相比,花滑选手组的VOR增益均明显降低,也就是说,在同样的旋转刺激下,与那些有运动习惯、但不涉及强烈前庭刺激的对照者相比,花滑选手们的眼球转动幅度更小,也更不容易发生头晕。

  

  之后,研究者将椅子适度倾斜后,再旋转,可强烈刺激耳石器而诱发头晕。在这个“头晕”刺激实验中,花滑选手的头晕评分也明显低于对照组。

  

  花样滑冰一场比赛旋转上百圈,羽生结弦们为何转不晕?这些结果表明,长时间的花滑训练,让前庭系统逐渐习惯了头部的空间变化刺激(habituation),因此VOR对这些刺激变得“迟钝”,就更不容易头晕,进而顺利实现高水平的姿势和平衡控制。

  

  不头晕,训练技巧也重要

  

  花滑选手在研究中展示出的前庭功能可塑性,也适用于其他特殊的工作人群,比如航天员、海军,芭蕾舞演员。

  

  比如法国太空医学研究所的科研人员曾对航天员进行为期10次专业而系统的训练,即主要通过特制的椅子旋转来刺激前庭系统。结果发现,和训练前相比,这些航天员的眼球震颤幅度减少、VOR反应降低,也更不容易头晕。

  

  要做到完成精妙的动作时不头晕,除了训练的数量,一些特别的技巧也很重要。

  

  通常,最容易发生头晕的环节,出现在突然转动或突然停止时。所以,花滑选手通常会逐步加速或逐步减速,避免头部位置的瞬间、急剧变化。

  

  此外,当眼睛看到的事物和前庭系统的信息相互冲突时,容易诱发晕动现象。但大脑有强大的可塑性,前庭与知觉认知之间会相互影响。

  

  所以,在训练中,花滑选手头部旋转时,会刻意训练自己盯着一个固定点、或想象正前方有个固定视觉靶点,使头和眼的配程度得到调节,降低VOR反应性,并藉此来减缓头晕。

  

  一个示意图,当然,这只是其中一个技巧

  

  “庖丁解牛,久练而技近乎道。”顶尖花滑选手们固然都有着不错的天资,但他们长期的训练和技巧打磨,也可以帮助克服“转圈容易头晕”这一基础条件性反射,换句话说,转着转着……就习惯了。

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