冬奧選手轉圈不暈，大腦抗暈系統全面進化

在電視鏡頭前，冬奧健兒的身姿看似輕盈自如，仿佛毫不費力。每一個跳躍、旋轉和沖刺，實際上都在挑戰人體極限的嚴酷條件下發生。

寒冷的空氣收緊血管，高速的旋轉擾亂平衡信號，激烈的競爭推高心理壓力——即便如此，精英冬季項目運動員依然能保持驚人的穩健。

研究人員正逐步揭示這背后的生物學機制。研究表明，長年累月的訓練不僅重塑了大腦的平衡系統，擴展了肌肉產生能量的能力，還強化了身體應對寒冷壓力的機能。

這些生理層面的改變共同解釋了為何受過訓練的運動員能在寒冷、極速與重壓交織的極端環境中，依然保持精準、耐力與掌控力。

在冬季運動項目中，平衡的喪失往往發生在毫秒之間，其伴隨的旋轉速度通常足以讓未受過訓練的神經系統徹底崩潰。

約翰霍普金斯醫學院的生物醫學工程師凱瑟琳·卡倫博士通過與精英滑冰運動員的合作，揭示了反復暴露在極端運動中是如何重組大腦平衡回路的。

一次完美的落地，早在冰刀觸及冰面之前便已開始醞釀；神經系統必須融合來自頭部運動和身體姿態的信號，以保持精準的時機把控。

多年的高速旋轉訓練，使得平衡回路對相互沖突的感官信息不再那么敏感，從而允許運動員即使在旋轉加劇時也能保持穩定。

這種神經系統的“重新校準”，解釋了為何受過訓練的運動員能在劇烈運動中保持穩健，而在那種時刻，身體幾乎沒有任何時間來修正錯誤。

高速旋轉迫使負責微調運動的小腦去解決“預期運動”與“感知運動”之間的沖突。

在冬奧會上，精英滑冰選手的旋轉速度可超過每分鐘300轉。此時，大腦中的“內部模型”——即指導運動的大腦預測機制——發揮著至關重要的作用，使反射保持冷靜。

“多年的訓練讓小腦這一大腦的運動與平衡中樞建立起內部模型，自動重新校準對運動相關感官信號的解讀。因此，那些會讓大多數人感到頭暈目眩的動作，已不再能讓精英滑冰者失去平衡，”卡倫說道。

這些模型可能會因生病或訓練中斷而減弱，因此一名重返賽場的運動員可能需要數周時間才能找回這種穩健感。

越野滑雪等長距離項目需要持續穩定的動力輸出，而肌肉通過將氧氣轉化為可用能量來滿足這一需求。

肌肉細胞依賴線粒體——這種細胞內的微型“發電廠”——將食物和氧氣轉化為能量，以確保每一次邁步都不會力竭。

耐力訓練能夠構建更大的線粒體網絡，使運動員在肌肉疲勞前消耗更多的燃料，盡管遺傳基因和恢復時間依然限定了耐力提升的上限。

但動力并非僅源于線粒體，氧氣必須迅速抵達這些“發電廠”，尤其是在沖刺階段。

工作中的肌肉依賴毛細血管這一微小的血管網絡來輸送氧氣，而訓練可以隨著時間的推移增加這一網絡的密度。

對超級馬拉松跑者的活檢顯示，其線粒體聚集在細胞表面附近，緊鄰毛細血管釋放氧氣的位置，從而縮短了輸送路徑。

即便如此，脫水或因寒冷收縮的血管仍可能限制氧氣供應，這提醒著運動員：耐力不僅取決于能量的生產，同樣取決于氧氣的輸送。

當氣溫驟降，皮膚傳感器會迅速向大腦報警，身體隨即便開始保存熱量。皮膚血管收縮，將溫暖的血液輸送至體內深處，從而減緩暴露在外的雙手和面部的熱量流失。

位于大腦深處的溫控中心——下丘腦，會在熱量不足時催動身體顫抖。

這些自動防御機制雖然保護了重要器官，卻也消耗了寶貴的能量，這對于在比賽開始前就已經感到寒冷的運動員來說，可能是一種巨大的消耗。

一些人的身體無需顫抖也能升溫，這得益于“非顫抖性產熱”機制；當寒冷威脅到運動表現時，這一機制能在肌肉不顫抖的情況下產生熱量。

這一途徑依賴于棕色脂肪，這是一種富含線粒體的產熱脂肪，它通過燃燒儲存的燃料來釋放溫暖。

在成年人體內，棕色脂肪的活性在寒冷天氣中會升高，研究人員已發現棕色脂肪含量較高與體重較低之間存在關聯。適應寒冷環境的人可能會儲存更多的棕色脂肪，但年齡、藥物和氣候因素仍會影響其提供幫助的程度。

參加冬奧會的運動員往往在肌肉真正衰竭之前就已經感到疲勞，這種感覺會影響他們繼續堅持的力度。

利用功能性磁共振成像（一種通過血流變化追蹤腦部活動的方法）進行的腦部掃描顯示，精神疲勞會改變決策過程。隨著人們精神疲勞加劇，即使付出更大的努力能帶來更高的回報，他們也開始更頻繁地選擇簡單的任務。

這種轉變雖不會直接導致表現崩盤，卻提高了努力的“感知成本”，而這在比賽的最后沖刺階段往往至關重要。

高壓時刻會放大這種效應。當一枚獎牌的歸屬取決于單次滑行時，大腦的獎賞系統可能會對賭注反應過度，將注意力從精準執行動作轉移到比賽結果上。

涉及高額激勵的實驗發現，在這些時刻大腦區域的價值信號會激增，而表現有時反而下降，這種模式與壓力下的“關鍵時刻失常”有關。

將目標重構為“避免損失”而非“追求收益”，有助于穩定表現，這表明當疲勞與壓力交織時，運動員如何在心理上構建高風險情境，可以塑造他們的決策。

一個錯刃或不穩的落地會向神經系統發送新的信息，精英運動員必須在恐慌襲來之前做出反應。

大腦將這種不匹配視為“預測誤差”——即你預期的與你感知到的之間存在差距。小腦中的神經元能夠即時調整運動計劃，確保下一次跳躍使用更新后的時機和力度。

這種快速更新的能力幫助單板滑雪或滑冰運動員在失誤后繼續比賽，盡管它無法瞬間消除恐懼。

跨越肌肉、大腦和熱量控制系統，冬奧訓練塑造了能在惡劣條件下進行預測、供給和保護的生理機制。

這些適應性變化需要數年時間養成，也會隨時間流逝而消退，未來的研究需要進一步追蹤運動員獲得或失去這些能力的速率。

埃里克·勞爾斯