做運動，你的身體擅長花樣偷懶（圖）

　　Alulull 發表於  昨天17:48

　　好不容易戰勝了內心的懶蟲，準備到健身房裡揮灑汗水，這時的你肯定希望自己的每一步都能最大限度地燃燒能量。而與此同時，你的身體卻已經打定主意要偷懶到底，而且它真的很擅長這樣做。

　　最近，來自加拿大西蒙弗雷澤大學（Simon Fraser University）的研究者發現，我們的身體在步行運動時會隨時調整邁步頻率，從而讓能量消耗維持在最低狀態，而同樣的「偷懶神技」可能對大多數運動都同樣適用，相關論文發表在《當代生物學》（Current Biology）期刊上[1]。

　　科學家很早就發現，儘管人類的腿部構造完全可以勝任各種五花八門的動作，但我們在日常移動時的步態卻相當保守，似乎只有「走」和「跑」這兩種選項。背後的原因似乎就與我們這副愛偷懶的身體相關。

　　

　　慢動作下的跑步姿態。原視頻來自：James Dunne

　　計算機模擬結果表明，需要低速運動時，膝蓋彎曲幅度較小的「走」是一種最節能的運動方式，而雙腳交替躍起的「跑」則是高速運動時的最優解[2]。可以說，通過漫長的進化歷程，我們已經學會了如何儘可能地節省力氣。

　　

　　兩腳前進其實有很多其他的形式，比如看起來很活潑的跑跳步。但這些高能耗的步法並不會被人們日常採用。原視頻來自：pleated-jeans

　　不過，我們的身體是否只有這兩種固定的「節能模式」呢？一些研究者認為，事情並沒有這麼簡單，或許人類能夠根據當下狀況實時調整動作姿態，從而讓耗能持續保持在最低狀態。

　　為了證明這一假說，本篇論文的研究們利用一種腿部的輕質機械外骨骼裝置展開了實驗。志願者穿上這種裝置后，他們的步態、步頻等信息就可以實時傳輸到計算機上。同時，這個裝置還會再膝蓋部位施加阻力，影響受試者的運動狀態，阻力的大小會隨著邁步頻率發生變化，當達到實驗者預設的某個頻率時，阻力會達到最小。與此同時，通過覆蓋在志願者口鼻處的氣體收集裝置，研究者們還可以測算受試者實際的運動能耗。

　　

　　一位穿著機械外骨骼和氣體收集裝置的女性志願者。圖片來自：Greg Ehlers

　　在實驗中，研究者會預設一個與志願者平時習慣不同的邁步頻率，並觀察志願者在「阻力懲罰」下會如何反應。結果發現，志願者並沒有立刻做出改變，而是暫時維持了原狀，只不過由於外骨骼施加阻力的原因，這個「原狀」顯得有些浪費體力。接下來，研究者請志願者們自由地嘗試了不同的邁步頻率。結果，在短短15分鐘的探索之後，志願者就迅速掌握了新的「偷懶訣竅」——他們的邁步頻率明顯向著預設的「最佳頻率」偏倚，並且在此後的一段時間內還會進行一系列微調。對呼出氣體的分析結果也顯示，志願者們的代謝能耗正在逐步接近個體的最低水平。

　　

　　志願者在不同條件下的邁步頻率變化。中間是沒有外加阻力的情況，左側設置為高步頻時阻力小，右側與之相反。原視頻來自：HANS GOKSOYR, DAVID BRIGDEN, SFU LOCOMOTION LAB

　　隨時調整姿態來「偷懶」對人體而言可能是非常自然的事情，但它背後其實有著相當複雜的變化。要知道，如果讓計算機程序來尋找最優解，大量的平均和迭代也是要花上不少時間的。人類的大腦是如何收集實時耗能數據，並在短時間內完成「優化運算」的呢？這個謎題還有待進一步的研究來解決。（編輯：窗敲雨）

　　題圖來自：Greg Ehlers參考資料：Selinger et al., Humans Can Continuously Optimize Energetic Cost during Walking, Current Biology (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.08.016Srinivasan, M., & Ruina, A. (2006). Computer optimization of a minimal biped model discovers walking and running. Nature, 439(7072), 72-75.