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健康
2020-09-09 14:00:00

中大理大夥西悉尼大學:發現人體神經系統產生更高效跑步的機制

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右起:中大醫學院生物醫學學院助理教授張智鈞教授、中大醫學院內外全科醫學士畢業生張文斐醫生,以及理大康復治療科學系兒童物理治療師及助理教授陳昭縈博士。

右起:中大醫學院生物醫學學院助理教授張智鈞教授、中大醫學院內外全科醫學士畢業生張文斐醫生,以及理大康復治療科學系兒童物理治療師及助理教授陳昭縈博士。

跑步是與生俱來的技能,大家毋須多加思考便懂得怎樣奔跑。但原來簡單的跑步動作,內裡隱藏複雜的生物力學機制,通過協調控制大腦和脊髓內複雜的神經網絡來完成。最近中大醫學院生物醫學學院及蔡永業腦神經科學中心,便聯同理大與澳洲西悉尼大學的科研人員共同合作,發現人體神經系統配備了一種機制,可根據身體狀態和以往的跑步經驗,靈活地調節身體的運動指令,繼而作出不同的跑步方式。相關發現已於《自然通訊》上發表。

研究人員邀請不同人士,包括學齡前兒童、疏於運動的成年人、訓練中的成年跑手,以至精英馬拉松運動員,要求他們在平地或跑步機上跑步。過程中他們多組肌肉的電流活動及身體向地面施加的力量都會被記錄。團隊繼而使用一種複雜的機器學習演算法,於數據庫中找出會同步變得活躍的多組肌肉,亦即是「肌肉協同」,然後以這種神經運動的基礎,分析這些協同模式如何隨著不同的年齡群組和培訓模式而產生變化。

結果發現,例如兒童體格肌肉較弱,姿勢平衡的發展亦未夠成熟。他們原有的「肌肉協同」會分解,並逐漸重組成需要較少肌肉的新一套「肌肉協同」。除了發育,成年跑手亦可透過訓練造成「肌肉協同」的重組。而數月至數年的訓練或會令未受訓前的一些特定「肌肉協同」合併為包含更多肌肉的組合。值得注意的是,在成年人中,特定的協同合併模式與跑步效能的增強或減弱,有着密切關連。

研究主要作者,中大醫學院生物醫學學院助理教授張智鈞教授表示,「由於肌肉活動源自大腦和脊髓,『肌肉協同』可作為一個切入點,讓我們瞥見人類神經系統如何操控運動。」西悉尼大學健康科學學院教授張子熙教授補充,「我們注意到一些資深跑手表現失準,實際上是因為他們用了會降低效能的合併模式來跑。」團隊期望新發現可有助為跑手改善跑步訓練計劃,增加運動效益。

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西悉尼大學健康科學學院教授張子熙教授亦有參與這項研究。

西悉尼大學健康科學學院教授張子熙教授亦有參與這項研究。

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