零距離科學:美7金殘奧選手「最強雙臂」,見證大腦「超級適應能力」

零距離科學:美7金殘奧選手「最強雙臂」,見證大腦「超級適應能力」
McFadden是著名的輪椅競賽運動員,於殘奧共獲取七面金牌。

我們想讓你知道的是

近年的研究讓我們知道人類的腦部是可變的。當人類失去了一些原有的機能,我們大腦能夠有所適應並發展出其他運作方式來補償失去的能力。

文:盧駿揚(香港中文大學通識教育基礎課程講師)
圖:香港電台

一雙手可以用來做甚麼?對平常人來說它固然是有著無數功用,但在Tatyana McFadden身上,她那雙強而有力的手助她在殘奧(Paralympic)中奪得七面金牌。

AP_16257054992584
Photo Credit: AP/ 達志影像
Tatyana McFadden在里約殘奧奪得4金2銀。

由半身不遂到7金得主

McFadden生於蘇聯時期的聖彼德堡。因患上先天性脊柱裂,她自出生以來便半身不遂。McFadden親生父母因無力照顧她而把她送往孤兒院,她的孩童時期便是在那裡渡過。不幸的是,那時孤兒院的物資短缺,無法為McFadden提供輪椅,於是她只能以雙手爬行來代步。到了六歲時,她被由美國衛生部派來的殘障專員Deborah McFadden所領養,到美國繼續生活,並在當地開展了她運動員的生涯。

最初McFadden主攻短距離輪椅競賽項目,並在各大比賽中屢獲獎牌。在2009年,她嘗試踏進馬拉松的範疇,並出奇地展現出短距離爆發以外的運動才能。此後她在紐約馬拉松輪椅賽中更多次奪得金牌。在本集《零距離科學》,紀錄片就是希望以科學角度探討McFadden的身體為何能發揮出如此強大的力量。

McFadden_3
McFadden一出生便患上脊柱裂,下半身無法活動。

雙手的完全同步

McFadden在短程長程的比賽均能發揮頂級表現,她雙臂上發達的肌肉固然是功不可沒。但在短途輪椅比賽中,除了肌肉爆發力外,雙手的協調也是分勝負的決定因素。

McFadden_2
McFadden的上身肌肉非常發達。不過這些肌肉需要跟大腦完美配合才能發揮最佳效果。

在推動輪椅時,運動員須以雙手高速轉動左右兩個輪子來產生向前的動力。輪子轉動越快,前行的速度便越快。不過需注意的是,假如左右兩邊輪子的轉動速度有異,輪椅便無法直線向前,而是以波浪形狀的路線前行。這樣子不單加長了行走的路徑長度,更是不斷拖慢了前行的速度。這些效果不利於輪椅運動員。要克服這問題,運動員的雙手必需完全同步,以同一力度同一角度同一時間來推動兩邊的輪子。

研究顯示出McFadden的左右手有著異常的同步能力。當她推動輪子時,每一下觸碰輪子的一刻相差不超過百分之一秒。這樣輪椅便能維持直線行駛,令McFadden省力且有效的加速向前。

McFadden_4
McFadden有異於常人的左右手協調。每一次轉動輪子時,她的左右手幾乎能同時觸碰輪子並施加力量。

獨特的腦部結構

但我們可繼續問:為何McFadden能如此精準的控制雙手呢?這便要談到她那獨特的腦部結構。大阪大學的内藤榮一教授以核磁共振來掃描McFadden的腦部,觀察她在使用雙手時的腦部反應。

教授所留意的是大腦中的運動皮層——它是負責掌控自主運動的區域。他發現McFadden的腦部運作跟常人不同。在常人的運動皮層中,控制雙手的部位跟控制雙腳的部位是涇渭分明的,兩者並不重疊。不過當McFadden在移動雙手時,這兩個部位在螢幕上同時亮起,代表著大腦於這兩處均有活動。

換句話說,McFadden使用了比常人更多的腦功能來操控雙手,因此那雙手能達到異常的同步率也絕非怪事。

McFadden_5
我們運動皮層的各部份負責操控身體不同部位的自主活動。然而McFadden因自小以雙手移動,在使用手部時,運動皮層中掌控腳部的部份也會有反應。

「超級適應能力」

那麼為何McFadden的腦部如此特別?内藤榮一教授指出這是大腦的超級適應能力(hyper-adaptability)。近年的研究讓我們知道人類的腦部是可變的。當人類失去了一些原有的機能,我們大腦能夠有所適應並發展出其他運作方式來補償失去的能力。

McFadden就是個好例子。她自出生便失去腳部的機能,取而代之的是以雙手來「步行」,而剛好孩童時期也是大腦發展最快速的時候,因此McFadden的大腦以超級適應能力讓她在世界中以另一方式自如地移動著。這種適應力賦與了McFadden更厲害的雙手,最終讓她在賽道上大放異彩。

紀錄中也有探索McFadden在長途比賽表演突出的箇中玄機。不過整體來說,除了身體機能上的優越,紀錄片更讓我欣賞McFadden那強大的內心——即使面對重重難關仍鍥而不捨勇敢面對的精神。沒有這份精神,大腦是無法產生出那獨特的超級適應能力的。

McFadden_6
McFadden除了具爆發力,她的耐力也是非比尋常。她能夠維持一小時最高的輪椅速度,這是其他馬拉松選手難以做到的。

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚10時在港台電視31播映。本集於8月13日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

推介文章:

責任編輯:Alvin
核稿編輯:Alex


猜你喜歡

Tags: