我們一般不會意識到,我們之所以能直立平衡,是因為身體裡發生了一系列複雜過程。

平衡感是一種至關重要的感覺,它為我們直立行走、搖搖欲墜的身體提供了必備的穩定性。說到平衡感好通常會提到身形穩健,其實它與視覺穩定也有著莫大的關係。

平衡系統的重要性體現在它與大腦有著數量繁多的聯繫。透過這些聯繫可以看出,我們的運動、我們所遇到的環境會影響大腦許多部份,包括那些控制視覺、聽覺、睡眠、消化,甚至學習和記憶的部位。

平衡如何運作?

每個感覺系統都是通過大腦外的感受器(又稱為「受體」)來收集環境訊息的。比方說,視覺系統就是靠視網膜上的光敏感受器來探測可見光。平衡系統依靠的則是內耳中專門感應動作的感受器細胞。

字面上來看,內耳顯然與聽覺有關,但它其實也是平衡系統的收容所。內耳結構如同迷宮,由一系列充滿液體的半規管和導管構成。內耳迷宮中有五個平衡感受器完美地各居其位,可以探測不同類型的運動——三個感受器用來感知頭部轉動,一個感知水平加速度,一個感知垂直加速度(即重力)。

每個平衡感受器都是由成千上萬個帶長毛狀突起的細胞構成。當頭部運動時,一種叫內淋巴(endolymph)的液體會將長毛突起推向特定方向,毛細胞便受到刺激。

內耳中內淋巴的流動十分複雜。當你轉動一個裝著水的碗,得過上一會兒,水才會隨著碗轉動起來。所有的液體,包括我們的內淋巴液,都會由於慣性產生這樣的延遲。

當你的頭剛開始動時,內淋巴尚處於靜止狀態,這實際上會使內淋巴以一種相對較快的速度朝與頭部運動相反的方向流動。這種相對運動讓成列的毛細胞受到刺激,朝一個方向彎曲,於是即探測到了具體的頭部運動。

內淋巴與毛細胞的合作簡潔又精確,為大腦提供了關於頭部運動的恆定訊息流。

在探測頭部運動上,不論運動幅度是大是小,速度或快或慢,也不論運動方向為何,內耳的平衡器官均表現出色。大腦將這些器官發來的訊號精心編譯成一套平衡反射系統,控制著上及頭皮下至腳趾的肌肉,以達到身體平衡。

值得一提的是,這些反射不僅可控制肌肉做出平衡的姿勢,還可以控制眼部肌肉。所以在這些反射系統的通力合作下,我們才能在這千變萬化,不斷運動的外界環境中保持身姿和視界的穩定。

為什麼慢跑時看到的景物並沒有上下晃動?

雖然我們精確敏感又負責的平衡系統主要負責保持直立姿勢的平衡,但其實它對控制眼球運動也有著深厚影響。畢竟走路或慢跑形成的上下運動,對我們的視界穩定有著負面影響。

若是手持攝影機一路拍,就算是沿著筆直或平整的道路慢跑,最終的畫面都搖晃不堪。所以看用手持攝影機拍攝的畫面時,總是很不舒服,很難看清樹一類的靜物,因為它們動得太厲害了。

那我們的眼睛表現如何呢?萬幸的是,當我們慢跑時,眼睛所看到的景像是非常穩定的。這要歸功於一個大多數人都認為是理所當然的反射,即前庭—動眼反射(vestibulo-ocular reflex)。

前庭—動眼反射是人們體內最迅速、最活躍的反射之一。在內耳探測到頭部運動後,前庭—動眼反射會控制眼球產生補償性運動,使之匹配頭部的動向(但眼球運動與頭部方向相反)。所以不管我們的頭動得多麼厲害,這種下意識的持續型眼部姿態調節都可以讓我們保持視界穩定。

這是紅外線攝影機追蹤眼睛在完全黑暗的環境下慢跑時的動態。前庭—動眼反射運作時會激活外眼肌,讓眼球運動彌補頭部的晃動。影片開始時測試者Alan是站著不動的(rest),然後開始慢跑(jog),之後又站著不動(rest)。儘管眼球運動幅度不大,但它們確實極其精準地反映了Alan的運動狀態。

平衡感失調會怎樣?

對許多人來說,突然失去如視覺或聽覺這樣的感官是非常糟糕的(那當然囉),而突然失去平衡也一樣恐怖。

剛開始,一次使人虛弱害怕的眩暈會讓你跌跌撞撞,連簡單的日常動作都做不完。隨著時間的推移,當你慢慢開始更依賴如視覺等其他感覺時,那些嚴重的症狀才會慢慢平息緩解。但光是喪失「部分」前庭—動眼反射功能,就足以迫使你在每次想辨認人臉,或是看清雜貨店售價標籤時,非得站住不動才行。

這就是平衡系統,出色而又低調地為我們默默付出的幕後英雄,但我們平時幾乎沒人意識到這種精妙的反射。平衡系統不僅讓我們走路不會摔跤,還讓我們在面對美麗且變化萬千的世界時,擁有一個恆定可靠的視界。

編譯來源:The conversation, Explainer: how do our bodies balance themselves?

撰文:Lauren Poppi

Alan Brichta

翻譯:陳銳路

編輯:遊識猷

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