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我们的身体到底是怎么保持平衡的?

(译/ 陈锐路)平衡感是一种至关重要的感觉,它为我们直立行走、摇摇欲坠的身体提供了必须的稳定性。说到平衡感好通常会提到身形稳健,其实它与视觉稳定也有着莫大的关系。

平衡系统的重要性体现在它与大脑有着数量繁多的联系。通过这些联系可以看出,我们的运动、我们所遇到的环境会影响大脑的许多部分,包括那些控制视觉、听觉、睡眠、消化,甚至学习和记忆的部位。

平衡如何运作?

每个感觉系统都是通过大脑外的感受器(又称为“受体”)来收集环境信息的。比方说,视觉系统就是靠视网膜上的光敏感受器来探测可见光。平衡系统依靠的则是内耳中专门感应动作的感受器细胞。

字面上来看,内耳显然与听觉有关,但它其实也是平衡系统的收容所。内耳结构如同迷宫,由一系列充满液体的半规管和导管构成。内耳迷宫中有五个平衡感受器完美地各居其位,可以探测不同类型的运动——三个感受器用来感知头部转动,一个感知水平加速度,一个感知竖直加速度 (即重力)。

每个平衡感受器都是由成千上万个带长毛状突起的细胞构成。当头部运动时,一种叫内淋巴(endolymph)的液体会将长毛突起推向特定方向,引起毛细胞兴奋。

内耳中内淋巴的流动十分复杂。当你转动一个装着水的碗,得过上一会儿,水才会随着碗转动起来。所有的液体,包括我们的内淋巴液,都会由于惯性产生这样的延迟。

当你的头刚开始动时,内淋巴尚处于静止状态,这实际上会使内淋巴以一种相对较快的速度朝与头部运动相反的方向流动。这种相对运动让成列的毛细胞朝一个方向弯曲,产生兴奋,于是探测到了具体的头部运动。
内淋巴与毛细胞的合作简洁又精确,为大脑提供了关于头部运动的恒定信息流。

在探测头部运动上,不论运动幅度是大是小,速度或快或慢,也不论运动方向几何,内耳的平衡器官均表现出色。大脑将这些器官发来的信号精心编译成一套平衡反射系统,控制着上及头皮下至脚趾的肌肉,以达到身体平衡。

值得一提的是,这些反射不仅可控制肌肉做出平衡的姿势,还可以控制眼部肌肉。所以在这些反射系统的通力合作下,我们才能在这千变万化,不断运动的外界环境中保持身姿和视界的稳定。

为什么慢跑时看到的景物并没有上下晃动?

虽然我们精确敏感又负责的平衡系统主要是保持直立姿势的平衡,但其实它对控制眼球运动也有着深厚影响。而走路或慢跑形成的上下运动,对我们的视界稳定有着负面影响。

若是拿手持摄像机一路拍,就算是沿着笔直或平整的道路慢跑,最终的画面都摇晃不堪。所以看用手持摄像机拍摄的录像时,总是很不舒服,很难看清树一类的静物,因为它们动得太厉害了。

那我们的眼睛表现如何呢?万幸的是,当我们慢跑时,眼睛所看到的景象是非常稳定的。这要归功于一个大多数人都认为是理所当然的反射,即前庭—眼动反射 ( vestibulo-ocular reflex)。

前庭—眼动反射是人们体内最迅速、最活跃的反射之一。在内耳探测到头部运动后,前庭—眼动反射会控制眼球产生补偿性运动,使之匹配头部的动向 (但眼球运动与头部方向相反)。所以不管我们的头动得多么厉害,这种下意识的持续型眼部姿态调节都可以让我们保持视界稳定。

这是红外线摄像机追踪眼睛在完全黑暗的环境下慢跑时的动态。前庭—眼动反射运作时会激活眼外肌,让眼球运动补偿头部动作。视频开始时测试者Alan是站着不动的 (rest),然后开始慢跑 (jog),之后又站着不动 (rest)。尽管眼球运动幅度不大,但它们确实极其精准地反映了Alan的运动状态。

平衡感失调会怎样?

对许多人来说,突然失去如视觉或听觉这样的感觉是非常糟糕的 (那当然咯),而突然失去平衡也一样恐怖。

刚开始时,一次使人虚弱害怕的眩晕会让你跌跌撞撞,连简单的日常动作都做不完。随着时间的推移,当你慢慢开始更依赖如视觉等其他感觉时,那些严重的症状才会慢慢平息缓解。但仅是丧失部分前庭—眼动反射功能,都会让你每次想辨认人脸,或是读杂货店售价标签时不得不陷入停滞,站着一动不动。

这就是平衡系统,出色而又低调地为我们默默付出的幕后英雄,但我们平时几乎没人意识到这种精妙的反射。平衡系统不仅让我们走路不会摔跤,还让我们在面对美丽且变化万千的世界时拥有一个恒定可靠的视界。(编辑:游识猷)

The End

发布于2016-12-06, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Lauren Poppi

英国纽卡斯尔大学解剖学博士生

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    Alan Brichta

    英国纽卡斯尔大学生物医学与解剖学教授

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