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亲测有效:一个可以在家玩的人体小实验

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为什么手臂会自动漂浮起来?所谓的康斯塔姆现象 (Kohnstamm phenomenon) 原理是什么?

Owl of Minerva,Hic Rhodus, hic salta | 不能理解为啥知乎德粉这么多 查看知乎原文

Kohnstamm phenomenon 是一种非自主运动现象。在完全放松时候,脑中的运动皮层处于静息状态,不对肌肉群发出主动的运动指令。此时,另一串控制信号被外化,被肢体运动体现出来[1]:

上图中的下面一行是在 Kohnstamm phenomenon 唤起时候的肌电(Electromyography, EMG)信号,易于理解的,在 Push 阶段,主要是由运动皮层发出的信号。在 relax 阶段,是由另一个运动控制中枢——基底节发出的信号[2],该信号要经过一段时间才能衰减到接近 0 的水平。

实际上,脑运动皮层发出的信号,都要经过基底节和下级神经核团的调制,才传递到目标肌肉群。我们的大脑运动皮层在发出运动信号的时候,其信号的内容并不是具体的肌肉控制总成,而是比较高级的、抽象的信号,比如控制肢体运动到某个方位。该高级信号传递到基底节和下级核团时,才被翻译为肌肉群控制信号,并通过反馈机制传递到脑皮层,以精确的控制。

具体在 Kohnstamm phenomenon 的唤起阶段,手臂侧推墙壁(push up)时,脑皮层发出信号要求手臂侧推至最大角度,基底节和下级核团调动对应的肌肉群。在放松阶段,脑皮层的信号逐渐的消失,而且没有一个抑制信号从其发出。基底节和下级核团的信号发出机制在没有受到上级控制的情况下,保持了此前的信号发出状态,而且是逐渐衰减的。这种非自主信号(基底节不受意识控制)需要一定的时间冷却才能归零。

基底节的功能受损,比如帕金森症患者,其发出的信号会变得异常,患者因此会有不自主的抖动。

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[1] Ghosh, Arko, John Rothwell, and Patrick Haggard. "Using voluntary motor commands to inhibit involuntary arm movements." Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 281.1794 (2014): 20141139.

[2] Mink, Jonathan W. "The basal ganglia: focused selection and inhibition of competing motor programs." Progress in neurobiology 50.4 (1996): 381-425.

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