很多人誤以為只有身體才是運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，但若要進(jìn)行靈活的運(yùn)動(dòng)，腦中各個(gè)區(qū)域的運(yùn)轉(zhuǎn)是必不可少的。正是依靠作為司令塔的腦向肌肉發(fā)送適當(dāng)?shù)闹噶?，我們才能夠活?dòng)手腳。而且，相較于普通運(yùn)動(dòng)員，一流運(yùn)動(dòng)員的大腦使用更加高效。
靈巧的活動(dòng)
專業(yè)的足球運(yùn)動(dòng)員絕對(duì)可以說得上是腿部運(yùn)動(dòng)的高手，比如巴西國(guó)家隊(duì)的內(nèi)馬爾就以靈巧而精確的帶球過人而為人所贊嘆。通過研究，讓包括內(nèi)馬爾在內(nèi)的7名實(shí)驗(yàn)對(duì)象在腦中想象通過假動(dòng)作帶球過人的情景，并測(cè)定了他們的腦活動(dòng)。結(jié)果顯示，內(nèi)馬爾的腦中與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的多個(gè)區(qū)域都開始活動(dòng)。而對(duì)西班牙乙級(jí)聯(lián)賽的職業(yè)足球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)時(shí)，則看不到內(nèi)馬爾腦中那樣的活動(dòng)。
內(nèi)馬爾等人的腦活動(dòng)
圖中表現(xiàn)的是內(nèi)馬爾在腦中想象運(yùn)用不同假動(dòng)作帶球過人時(shí)測(cè)定出來的活動(dòng)區(qū)域，是以能夠?qū)⒛X活動(dòng)圖像化的MRI（磁共振成像）裝置的實(shí)驗(yàn)資料為基礎(chǔ)繪制的。與西班牙乙級(jí)聯(lián)賽的運(yùn)動(dòng)員的腦活動(dòng)相比，發(fā)現(xiàn)其范圍更廣，活動(dòng)更強(qiáng)。
內(nèi)馬爾的腦中，除了從記憶中提取運(yùn)動(dòng)并實(shí)行的網(wǎng)絡(luò)（紫色）外，還有在選擇與切換各種假動(dòng)作（運(yùn)動(dòng)的種類）時(shí)活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)（藍(lán)色）和準(zhǔn)備具體運(yùn)動(dòng)程序的區(qū)域（黃色）在進(jìn)行強(qiáng)烈的活動(dòng)。
研究認(rèn)為內(nèi)馬爾的腦中有各種各樣假動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)程序，從而能夠?yàn)檫m應(yīng)不同的狀況進(jìn)行選擇與切換，并有很強(qiáng)的將其實(shí)現(xiàn)的能力。在實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)，擅長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的人的腦就能高效工作，這樣才能進(jìn)行準(zhǔn)確而不拖泥帶水的動(dòng)作。
運(yùn)動(dòng)的指令
在實(shí)際跑動(dòng)的時(shí)候，沒有人會(huì)考慮先將大腿向前移動(dòng)，然后再放下膝蓋，使腳落地……這些細(xì)節(jié)，我們?cè)跓o意識(shí)間就會(huì)完成。
跑動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生基本節(jié)奏的中樞是腦干和脊髓。最初是從初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)等大腦皮層的運(yùn)動(dòng)區(qū)發(fā)送運(yùn)動(dòng)的指令，一旦跑動(dòng)起來，節(jié)奏的中樞就會(huì)發(fā)送信號(hào)，使跑動(dòng)得以持續(xù)下去。
運(yùn)動(dòng)的指令（電信號(hào)）會(huì)從初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)等處的神經(jīng)元出發(fā)，沿脊髓向下，傳遞給運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞）。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元從脊髓延伸至肌肉，分別向所負(fù)責(zé)的肌肉傳輸指令。坐骨神經(jīng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元能長(zhǎng)達(dá)1米，將指令一直傳達(dá)到腳尖。
運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元將來自腦的信號(hào)分發(fā)給肌肉
本圖描繪了運(yùn)動(dòng)指令（電信號(hào)）的傳輸路徑，同時(shí)也表現(xiàn)了“跑動(dòng)”的一連串動(dòng)作所涉及的肌肉（1～3）。
1.擺動(dòng)手臂與腿
跑動(dòng)時(shí)，我們會(huì)一邊將一側(cè)手臂向后（前）擺動(dòng)，一邊將另一側(cè)的腳向后踏地（同側(cè)的腿則向前伸出）。
2.在空中將大腿向前移動(dòng)
位于大腿前方的股直肌和從脊柱經(jīng)由骨盆與大腿骨相連的腰大肌會(huì)收縮，使大腿向前運(yùn)動(dòng)。此外，大腿內(nèi)側(cè)的內(nèi)收肌會(huì)使膝關(guān)節(jié)彎曲。
3.著地一側(cè)的大腿向后發(fā)力
位于臀部的臀大肌和大腿內(nèi)側(cè)的腘繩肌會(huì)收縮，在身體浮在空中時(shí)，使大腿向后運(yùn)動(dòng)，從而使身體向前推進(jìn)。
這些肌肉一旦接收到運(yùn)動(dòng)的指令后，就會(huì)根據(jù)腦干與脊髓的信號(hào)進(jìn)行周期性的收縮。
指令從初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)元（紫色）出發(fā)，通過作為電信號(hào)通道的軸突沿脊髓一路向下。初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)元會(huì)與將軸突延伸至肌肉的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（紅色）相連。電信號(hào)到達(dá)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元后，就會(huì)分別傳向不同肌肉，引發(fā)收縮。
運(yùn)動(dòng)的開始與停止
抑制不需要的活動(dòng)，完美地保持站或坐的姿勢(shì)，這并非是理所當(dāng)然的事情，而是人體出色運(yùn)動(dòng)機(jī)能的一部分。與這一機(jī)能相關(guān)的是大腦基底核。
圖像為大腦半球的截面，截面的大致位置如上圖左下插圖所示（左右圖像并非是完全相同位置的截面）。上圖展示的是進(jìn)行了防腐處理的標(biāo)本，其中大腦基底核的位置已用紅色圈出，包括尾狀核、殼核、蒼白球、黑質(zhì)和與黑質(zhì)相鄰的底丘腦核。
大腦基底核與皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)等大腦皮層的多個(gè)區(qū)域相接，使得信號(hào)得以循環(huán)。這些循環(huán)起到發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令的開關(guān)作用，并受大腦基底核的操控“開啟”（返回皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)的信號(hào)增加的狀態(tài)）或“關(guān)閉”（返回的信號(hào)減少的狀態(tài)）。
信號(hào)從皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)（大腦皮層）進(jìn)入到大腦基底核的殼核和尾狀核（合稱為紋狀體）及底丘腦核。大腦基底核有多條路徑可以收發(fā)信號(hào)，信號(hào)會(huì)由蒼白球的一部分與黑質(zhì)的一部分發(fā)出，經(jīng)由丘腦返回至皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)。科學(xué)家們認(rèn)為這一循環(huán)與運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)和停止機(jī)制有關(guān)。
被稱為肌張力障礙的運(yùn)動(dòng)障礙病癥就是因?yàn)槟X的問題所引起的，常發(fā)病于兒童期或30～50歲?；颊呱眢w會(huì)不受控制地不斷扭曲，這是由大腦基底核負(fù)責(zé)的運(yùn)動(dòng)停止機(jī)能異常所引發(fā)的疾病。肌張力障礙患者身體的一部分會(huì)停不下來地扭轉(zhuǎn)，甚至?xí)?dǎo)致骨骼變形。
相反，開關(guān)“開啟”的機(jī)能出現(xiàn)異常的病癥叫做帕金森病。主要發(fā)病于50～70歲，會(huì)致使身體運(yùn)動(dòng)減少。彎腰駝背的身姿和手指彎曲的雙手是發(fā)病的特征，是由于黑質(zhì)的一部分神經(jīng)元大量缺失導(dǎo)致的。會(huì)出現(xiàn)諸如想要走路卻邁不出步子（步態(tài)凍結(jié)）的癥狀。但是，如果加上類似在腳尖前畫出一條線并讓患者越過這條線之類的視覺信息的刺激時(shí)，患者就能夠邁出步子，所以真正的原因并非是喪失了運(yùn)動(dòng)指令的發(fā)出機(jī)能或是肌肉衰竭。
運(yùn)動(dòng)的微調(diào)
為了在搖晃的地鐵上保持站立的姿勢(shì)，我們就必須根據(jù)速度的變化和搖晃的方向取得細(xì)微的平衡；在行走時(shí)，為了不被障礙物絆倒，我們也會(huì)對(duì)落腳的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。像這種動(dòng)作的微調(diào)，就是由小腦負(fù)責(zé)完成的。
小腦會(huì)接收稍早的感覺信號(hào)與隨后將要實(shí)行的指令，并會(huì)將它們回傳給大腦。這時(shí)，就會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)的指令進(jìn)行微調(diào)。小腦在最后的緊要關(guān)頭對(duì)動(dòng)作進(jìn)行微調(diào)的能力是有個(gè)人差異的。比如說專業(yè)的棒球擊球手可以在投手投出的球到達(dá)的最后0.4秒時(shí)調(diào)整球棒，這一秘密也許也在于小腦。
圖像是將小腦左右二等分的截面。小腦和大腦一樣有褶皺，分為表面的小腦皮層（灰質(zhì)）與內(nèi)部的髓質(zhì)（白質(zhì)）。上圖的顯微鏡圖像是小腦的代表性構(gòu)造。成人的小腦重量為120～150克。
小腦會(huì)接收來自大腦皮層的運(yùn)動(dòng)指令和全身的體感信息，隨后就會(huì)一邊微調(diào)一邊進(jìn)行動(dòng)作，比如說擊球。
運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)
剛開始學(xué)習(xí)棒球的時(shí)候，大家都會(huì)覺得自己的動(dòng)作很不靈活，但在不斷練習(xí)之后，我們就會(huì)漸漸掌握合適的姿勢(shì)，也能夠以更快的速度投球與揮棒了。一般來說像這樣運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)，我們就是靠“身體來記住”的，而其關(guān)鍵就在于小腦的神經(jīng)元。
小腦的體積不過腦整體的10%，但腦中的神經(jīng)元大部分位于小腦。大腦皮層的神經(jīng)元約為200億個(gè)左右，而小腦的神經(jīng)元可達(dá)700億甚至1000億個(gè)，其中大多數(shù)是很小的顆粒細(xì)胞，通過名為平行纖維的軸突與另一種名為浦肯野細(xì)胞的神經(jīng)元相連，傳輸信號(hào)。小腦的神經(jīng)回路不同于大腦皮層，非常薄，僅有3層。但是考慮到顆粒細(xì)胞的數(shù)量，足以彌補(bǔ)皮層較薄的缺點(diǎn)。
以棒球的揮棒擊球?yàn)槔?dāng)揮空或是沒能以球棒中心擊中球時(shí)，腦干的一部分（下橄欖核）神經(jīng)元會(huì)經(jīng)由名為攀緣纖維的軸突將誤差信號(hào)送至浦肯野細(xì)胞。來自下橄欖核的信號(hào)顯示的就是運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)（例子中理想的擊球軌道）與結(jié)果（例子中實(shí)際的擊球軌道）之間的誤差。接收到誤差信號(hào)后，就會(huì)抑制來自平行纖維的不必要的輸入，從而抑制多余的動(dòng)作。
本圖描繪了小腦皮層信號(hào)傳遞流的變化（1～3）
1.顆粒細(xì)胞將信號(hào)傳遞給浦肯野細(xì)胞
2.誤差信號(hào)進(jìn)行反饋
3.抑制輸入
這被認(rèn)為是人能夠做出流暢動(dòng)作的機(jī)制。浦肯野細(xì)胞（綠色）會(huì)從腦干下橄欖核伸展出的攀緣纖維（橙色）接收表示預(yù)測(cè)與實(shí)際動(dòng)作間差距的誤差信號(hào)。來自攀緣纖維的輸入會(huì)抑制來自顆粒細(xì)胞平行纖維（紫色）的輸入，去除其信號(hào)從而抑制多余的動(dòng)作。
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