文｜蔡梦飞
封面来源｜人民日报
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。
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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丨cctv
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丨cctv
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？
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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 | solvelearningdisabilities.com
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。
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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。
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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。
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旋转椅子示意图，垂直旋转（左）和倾斜后旋 转（右丨参考文献[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增益更低丨参考文献[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。
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。
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丨https://earandbalance.co.uk/vor-exercise-gaze-stabilisation-exercises/
“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。
怎么样，多转+盯着固定点转，一些花滑训练的小技巧，您学会了吗？
参考文献
[1]Pfeiffer C, Serino A, Blanke O. The vestibular system: a spatial reference for bodily self-consciousness. Front Integr Neurosci. 2014;8. doi:10.3389/fnint.2014.00031
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[5]Clément G, Deguine O, Parant M, Costes-Salon MC, Vasseur-Clausen P, Pavy-LeTraon A. Effects of cosmonaut vestibular training on vestibular function prior to spaceflight. Eur J Appl Physiol. 2001;85(6):539-545. doi:10.1007/s004210100494
[6]Tanguy SG, Quarck GM, Etard OM, Gauthier AF, Denise P. Are otolithic inputs interpreted better in figure skaters? Neuroreport. 2008;19(5):565-568. doi:10.1097/WNR.0b013e3282f9427e
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[8]Brey RH, McPherson JH, Lynch RM (2008b) Technique, interpretation, and usefulness of whole body rotational testing. In: Jacobson GP, Shepard NT (eds) Balance function assessment and management. Plural, San Diego, pp 281–317
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