很多人誤以為(wei) 隻有身體(ti) 才是運動的關(guan) 鍵，但若要進行靈活的運動，腦中各個(ge) 區域的運轉是必不可少的。正是依靠作為(wei) 司令塔的腦向肌肉發送適當的指令，我們(men) 才能夠活動手腳。而且，相較於(yu) 普通運動員，一流運動員的大腦使用更加高效。

靈巧的活動

專(zhuan) 業(ye) 的足球運動員絕對可以說得上是腿部運動的高手，比如巴西國家隊的內(nei) 馬爾就以靈巧而精確的帶球過人而為(wei) 人所讚歎。通過研究，讓包括內(nei) 馬爾在內(nei) 的7名實驗對象在腦中想象通過假動作帶球過人的情景，並測定了他們(men) 的腦活動。結果顯示，內(nei) 馬爾的腦中與(yu) 運動相關(guan) 的多個(ge) 區域都開始活動。而對西班牙乙級聯賽的職業(ye) 足球運動員進行相同的實驗時，則看不到內(nei) 馬爾腦中那樣的活動。

內(nei) 馬爾等人的腦活動

圖中表現的是內(nei) 馬爾在腦中想象運用不同假動作帶球過人時測定出來的活動區域，是以能夠將腦活動圖像化的MRI（磁共振成像）裝置的實驗資料為(wei) 基礎繪製的。與(yu) 西班牙乙級聯賽的運動員的腦活動相比，發現其範圍更廣，活動更強。

內(nei) 馬爾的腦中，除了從(cong) 記憶中提取運動並實行的網絡（紫色）外，還有在選擇與(yu) 切換各種假動作（運動的種類）時活動的網絡（藍色）和準備具體(ti) 運動程序的區域（黃色）在進行強烈的活動。

研究認為(wei) 內(nei) 馬爾的腦中有各種各樣假動作的運動程序，從(cong) 而能夠為(wei) 適應不同的狀況進行選擇與(yu) 切換，並有很強的將其實現的能力。在實際運動時，擅長運動的人的腦就能高效工作，這樣才能進行準確而不拖泥帶水的動作。

運動的指令

在實際跑動的時候，沒有人會(hui) 考慮先將大腿向前移動，然後再放下膝蓋，使腳落地……這些細節，我們(men) 在無意識間就會(hui) 完成。

跑動時，產(chan) 生基本節奏的中樞是腦幹和脊髓。最初是從(cong) 初級運動區等大腦皮層的運動區發送運動的指令，一旦跑動起來，節奏的中樞就會(hui) 發送信號，使跑動得以持續下去。

運動的指令（電信號）會(hui) 從(cong) 初級運動區等處的神經元出發，沿脊髓向下，傳(chuan) 遞給運動神經元（運動神經細胞）。運動神經元從(cong) 脊髓延伸至肌肉，分別向所負責的肌肉傳(chuan) 輸指令。坐骨神經的運動神經元能長達1米，將指令一直傳(chuan) 達到腳尖。

運動神經元將來自腦的信號分發給肌肉

本圖描繪了運動指令（電信號）的傳(chuan) 輸路徑，同時也表現了“跑動”的一連串動作所涉及的肌肉（1～3）。

1.擺動手臂與(yu) 腿

跑動時，我們(men) 會(hui) 一邊將一側(ce) 手臂向後（前）擺動，一邊將另一側(ce) 的腳向後踏地（同側(ce) 的腿則向前伸出）。

2.在空中將大腿向前移動

位於(yu) 大腿前方的股直肌和從(cong) 脊柱經由骨盆與(yu) 大腿骨相連的腰大肌會(hui) 收縮，使大腿向前運動。此外，大腿內(nei) 側(ce) 的內(nei) 收肌會(hui) 使膝關(guan) 節彎曲。

3.著地一側(ce) 的大腿向後發力

位於(yu) 臀部的臀大肌和大腿內(nei) 側(ce) 的膕繩肌會(hui) 收縮，在身體(ti) 浮在空中時，使大腿向後運動，從(cong) 而使身體(ti) 向前推進。

這些肌肉一旦接收到運動的指令後，就會(hui) 根據腦幹與(yu) 脊髓的信號進行周期性的收縮。

指令從(cong) 初級運動區的神經元（紫色）出發，通過作為(wei) 電信號通道的軸突沿脊髓一路向下。初級運動區的神經元會(hui) 與(yu) 將軸突延伸至肌肉的運動神經元（紅色）相連。電信號到達運動神經元後，就會(hui) 分別傳(chuan) 向不同肌肉，引發收縮。

運動的開始與(yu) 停止

抑製不需要的活動，完美地保持站或坐的姿勢，這並非是理所當然的事情，而是人體(ti) 出色運動機能的一部分。與(yu) 這一機能相關(guan) 的是大腦基底核。

圖像為(wei) 大腦半球的截麵，截麵的大致位置如上圖左下插圖所示（左右圖像並非是完全相同位置的截麵）。上圖展示的是進行了防腐處理的標本，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、黑質和與(yu) 黑質相鄰的底丘腦核。

大腦基底核與(yu) 皮層運動區等大腦皮層的多個(ge) 區域相接，使得信號得以循環。這些循環起到發出運動指令的開關(guan) 作用，並受大腦基底核的操控“開啟”（返回皮層運動區的信號增加的狀態）或“關(guan) 閉”（返回的信號減少的狀態）。

信號從(cong) 皮層運動區（大腦皮層）進入到大腦基底核的殼核和尾狀核（合稱為(wei) 紋狀體(ti) ）及底丘腦核。大腦基底核有多條路徑可以收發信號，信號會(hui) 由蒼白球的一部分與(yu) 黑質的一部分發出，經由丘腦返回至皮層運動區。科學家們(men) 認為(wei) 這一循環與(yu) 運動的啟動和停止機製有關(guan) 。

被稱為(wei) 肌張力障礙的運動障礙病症就是因為(wei) 腦的問題所引起的，常發病於(yu) 兒(er) 童期或30～50歲。患者身體(ti) 會(hui) 不受控製地不斷扭曲，這是由大腦基底核負責的運動停止機能異常所引發的疾病。肌張力障礙患者身體(ti) 的一部分會(hui) 停不下來地扭轉，甚至會(hui) 導致骨骼變形。

相反，開關(guan) “開啟”的機能出現異常的病症叫做帕金森病。主要發病於(yu) 50～70歲，會(hui) 致使身體(ti) 運動減少。彎腰駝背的身姿和手指彎曲的雙手是發病的特征，是由於(yu) 黑質的一部分神經元大量缺失導致的。會(hui) 出現諸如想要走路卻邁不出步子（步態凍結）的症狀。但是，如果加上類似在腳尖前畫出一條線並讓患者越過這條線之類的視覺信息的刺激時，患者就能夠邁出步子，所以真正的原因並非是喪(sang) 失了運動指令的發出機能或是肌肉衰竭。

運動的微調

為(wei) 了在搖晃的地鐵上保持站立的姿勢，我們(men) 就必須根據速度的變化和搖晃的方向取得細微的平衡；在行走時，為(wei) 了不被障礙物絆倒，我們(men) 也會(hui) 對落腳的位置進行適當的調整。像這種動作的微調，就是由小腦負責完成的。

小腦會(hui) 接收稍早的感覺信號與(yu) 隨後將要實行的指令，並會(hui) 將它們(men) 回傳(chuan) 給大腦。這時，就會(hui) 對預測的指令進行微調。小腦在最後的緊要關(guan) 頭對動作進行微調的能力是有個(ge) 人差異的。比如說專(zhuan) 業(ye) 的棒球擊球手可以在投手投出的球到達的最後0.4秒時調整球棒，這一秘密也許也在於(yu) 小腦。

圖像是將小腦左右二等分的截麵。小腦和大腦一樣有褶皺，分為(wei) 表麵的小腦皮層（灰質）與(yu) 內(nei) 部的髓質（白質）。上圖的顯微鏡圖像是小腦的代表性構造。成人的小腦重量為(wei) 120～150克。

小腦會(hui) 接收來自大腦皮層的運動指令和全身的體(ti) 感信息，隨後就會(hui) 一邊微調一邊進行動作，比如說擊球。

運動的學習(xi)

剛開始學習(xi) 棒球的時候，大家都會(hui) 覺得自己的動作很不靈活，但在不斷練習(xi) 之後，我們(men) 就會(hui) 漸漸掌握合適的姿勢，也能夠以更快的速度投球與(yu) 揮棒了。一般來說像這樣運動的學習(xi) ，我們(men) 就是靠“身體(ti) 來記住”的，而其關(guan) 鍵就在於(yu) 小腦的神經元。

小腦的體(ti) 積不過腦整體(ti) 的10%，但腦中的神經元大部分位於(yu) 小腦。大腦皮層的神經元約為(wei) 200億(yi) 個(ge) 左右，而小腦的神經元可達700億(yi) 甚至1000億(yi) 個(ge) ，其中大多數是很小的顆粒細胞，通過名為(wei) 平行纖維的軸突與(yu) 另一種名為(wei) 浦肯野細胞的神經元相連，傳(chuan) 輸信號。小腦的神經回路不同於(yu) 大腦皮層，非常薄，僅(jin) 有3層。但是考慮到顆粒細胞的數量，足以彌補皮層較薄的缺點。

以棒球的揮棒擊球為(wei) 例，當揮空或是沒能以球棒中心擊中球時，腦幹的一部分（下橄欖核）神經元會(hui) 經由名為(wei) 攀緣纖維的軸突將誤差信號送至浦肯野細胞。來自下橄欖核的信號顯示的就是運動的預測（例子中理想的擊球軌道）與(yu) 結果（例子中實際的擊球軌道）之間的誤差。接收到誤差信號後，就會(hui) 抑製來自平行纖維的不必要的輸入，從(cong) 而抑製多餘(yu) 的動作。

本圖描繪了小腦皮層信號傳(chuan) 遞流的變化（1～3）

1.顆粒細胞將信號傳(chuan) 遞給浦肯野細胞

2.誤差信號進行反饋

3.抑製輸入

這被認為(wei) 是人能夠做出流暢動作的機製。浦肯野細胞（綠色）會(hui) 從(cong) 腦幹下橄欖核伸展出的攀緣纖維（橙色）接收表示預測與(yu) 實際動作間差距的誤差信號。來自攀緣纖維的輸入會(hui) 抑製來自顆粒細胞平行纖維（紫色）的輸入，去除其信號從(cong) 而抑製多餘(yu) 的動作。


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