花样滑冰一场比赛旋转上百圈，羽生结弦们为何转不晕？

　　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

　　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。