核心概念神经科学和心理学发表:2022年4月7日

移动并不是如你所想的那样简单

作者

弗朗索瓦拥抱

凯莉•塔克

泰勒·j·m·迪克

年轻的评论家

丹尼尔

Maizy

文摘

一个跑步运动员。一个掌握的孩子一块糖。一个老师会谈。一个人吃。这些人有什么共同点呢?他们是生产运动,经常没想他们。似乎容易移动。然而,你可能不信,但仍有很多了解我们的生产方式运动。生产运动是一个复杂的过程,涉及很多身体的结构。你知道抓住一块糖需要你的大脑发送电脉冲对许多不同的肌肉吗? These impulses tell each of your muscles when and how hard to contract. Muscles need to contract in a coordinated way. If not, you will not grab your preferred piece of candy. Understanding how movement is produced will help doctors to assist people with movement disorders, and this understanding could also help to develop training strategies for athletes.

运动是很重要的,但我们仍然知之甚少

片刻思考行动,需要运动。也许你考虑体育运动,如跑步、感染或踢球。运动在许多体育确实是成功的关键。但是你也想嚼,写作,和说话吗?这些行为,也需要一个运动。动作如说让你的大脑来与世界交流。当运动被破坏时,一个人的健康可能会退化。了解产生运动很重要,因为它可以帮助运动员和教练制定培训策略可以帮助医生协助运动障碍的人。

你可能不信,但仍有很多对我们学习运动。例如,我们已经创建了计算机解决数学问题的能力比你快得多。但我们仍无法建立一个可以移动的机器人和一个孩子。在本文中,我们将讨论随意运动,这是有意的运动。无意识的动作,比如手撤出热物体的反射,涉及不同的流程,我们不会谈论。随意运动是一个复杂的过程,涉及到许多人体结构。你知道生产自愿运动要求你使用你的大脑,你的脊髓,你的神经,你的肌肉?

产生一个运动涉及许多结构和流程

让我们假设你决定步行或抓住一块糖从一碗放在桌子上。做这些事情时,大脑必须将消息发送到正确的肌肉,告诉他们的合同。一旦肌肉得到正确的信息,他们合同和拉肌腱连接他们的骨头,然后让我们的关节。图1显示了这个过程走。

图1 -行动的小腿肌肉在散步。

小腿肌肉收缩,把鞋跟,弯曲膝盖,允许向前运动的方向。(图片信贷从一个三维互动应用程序:http://brule.co/lab/Neuro-marche/englishTempVersion/)。这个交互式3 d应用程序还提供了一个详细的图不同的大脑区域参与运动的生产。

发送的消息从大脑到肌肉的电脉冲,调用动作电位。这些动作电位沿着神经细胞之间,在大脑和脊髓。脊髓神经细胞连接的肌肉被称为运动神经元。你知道吗,有,成千上万的脊髓运动神经元连接每一块肌肉?身体的每一块肌肉是由成千上万的肌肉纤维?每一个运动神经元与一小群肌肉内的肌肉纤维。在一起,被称为一个运动神经元和肌肉纤维运动单位。肌肉纤维的数量与每一个运动神经元可以有所不同。例如,肌肉用于精细运动,像闪烁,只有10 - 20在每个运动单位纤维。然而,肌肉需要生产高力量,比如那些需要踢球,可能超过1000纤维在每个运动单位(图2)。

图2 -主要结构参与志愿活动的生产。

大脑发送消息的肌肉动作电位,而沿着脊髓运动神经元。每一个运动神经元与一群肌肉纤维,这被称为运动单位。两个电机单元右侧面板所示。

当动作电位从大脑到肌肉,肌肉纤维的电脉冲传播。这导致肌肉纤维的合同。当肌肉纤维收缩,缩短,这可以改变我们的关节角。例如,一些在你的上臂肌肉纤维需要缩短手肘角度增加,允许你伸出你的手臂,拿块(图2)。

但是它变得更加复杂!如果你只需要激活肌肉掌握糖果,这个过程很简单。然而,正确的块,您需要创建运动在你的手指,手腕,手肘和肩膀的关节。所有这些运动都需要极其协调使用许多肌肉。想想划手在船上:如果他们不行以协调的方式,船不动。你的肌肉是相似的:你的神经系统需要决定使用哪一个肌肉,顺序,有多少肌肉是必要的。甚至更多的复杂的,因为我们有多个肌肉可以执行相同的操作。例如,做一个简单的运动像曲肘,我们有三个肌肉可供选择。我们可以只使用其中一个曲肘三个肌肉,或它们的任何组合。换句话说,有许多不同的方式使用你的肌肉来产生一个给定的运动。

我们研究人类如何运动?

有很多方法可以结合我们的肌肉的动作产生一个给定的运动。但是我们为什么要选择一个特定组合的肌肉很多可用的解决方案?要理解这一点,我们需要每一块肌肉产生的力信息。不幸的是,我们不能将传感器插入人类肌肉来衡量的力量。所以,我们必须依靠其他工具。

因为肌肉产生力量应对传播沿肌肉纤维动作电位,研究哪些肌肉一起工作的一个方法是测量这些动作电位产生的电活动。这可以通过使用技术肌电描记术(图3 a, B)。这种技术就是叫上安置传感器电极上面的皮肤肌肉(s)我们想要测量。通过记录肌肉活动,我们可以确定当肌肉活动和肌肉活动的数量。我们可以确定肌肉工作接近最高水平,当你的手指的肌肉紧紧抓住树枝,所以你不下降,轻快或操作在一个高频的层面上,当你的手指肌肉持有,而不是压扁,一个微妙的瓢虫。

图3 -两种技术来研究人类的运动。

**(一)**在肌电图,电极放置在皮肤表面的正上方我们想要测量的肌肉。**(B)**三个肌肉的电活动,用肌电图在骑车。从这些信号,可以确定当肌肉活动和他们的活动。**(C)**在动作捕捉,反光标记放置在皮肤上。**(D)**从跟踪这些标记作为一个人动作,一台计算机可以构造一个图像的下肢。

肌肉活动的信息并不足以提供一个完整的对运动的理解。同样重要的是要理解人们如何移动身体的不同部分。例如,多少你的膝盖和脚踝关节移动在你走路吗?我们可以记录这些信息使用技术动作捕捉(图3 c, D)。你知道动作捕捉也被运用于电影和视频游戏开发,动画人物吗?动画的运动真正的人类是首先测量使用动作捕捉。几十个反光标记放置在皮肤上。然后,这些标记的位置跟踪摄像机同时执行各种动作的人。所有这些运动信息用于动画数字字符,这样他们的动作看起来就像真人的动作。运动捕捉是研究用于一个非常相似的方式,来衡量和描述运动。

你有没有认识的一个朋友走吗?

运动需要很多肌肉一起工作在一个协调的方式。但是我们都在完全相同的方式吗?在最近的一次令人兴奋的发现,电脑能够识别人们完全由他们走路的方式(1]!研究人员招募了57个健康男性和女性的62反光标记放在每个人的皮肤。然后,他们使用动作捕捉测量志愿者行走时的身体动作。最后,研究人员使用机器学习软件,有点像软件能识别面临着新的手机或指纹。这机器学习软件被训练识别每个志愿者的行走方式。这个训练阶段后,研究人员发现该软件能够识别每个参与者只有他们走的方式。

然后研究人员想知道是否我们也有独特的方式使用我们的肌肉(2]。他们八个连上电极的右腿肌肉。他们发现机器学习软件程序可以识别每个人根据他们的肌肉活动模式。这表明我们协调我们的肌肉的方式走我们的指纹一样独特的我们!

为什么这个很重要?

为什么它是有用的知道我们每个人都有一个独特的运动签名吗?首先,它可以帮助教练和理疗师个性化的健身项目。独特的运动模式也可以用于识别目的。公司正在开发安全系统将识别一个人根据他或她走的方式。脸或指纹识别要求一个人停下来看看相机或扫描仪将一根手指。运动识别的优势是,人们不需要停止。因此,这种技术可能有助于加速通过机场安检。也许有一天你会在机场认出你走路的方式,而不需要停止并显示您的护照。但是不要担心,这种技术还不发达,所以没有人可以识别你当你抓住那块!