頭腦簡單，四肢能真的發達嗎？

　　來源：科學世界

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

　　靈巧的活動

　　專業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馬爾就以靈巧而精確的帶球過人而為人所贊歎。通過研究，讓包括內馬爾在內的7名實驗對象在腦中想象通過假動作帶球過人的情景，並測定了他們的腦活動。結果顯示，內馬爾的腦中與運動相關的多個區域都開始活動。而對西班牙乙級聯賽的職業足球運動員進行相同的實驗時，則看不到內馬爾腦中那樣的活動。

　　內馬爾等人的腦活動

　　圖中表現的是內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）裝置的實驗資料為基礎繪制的。與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。

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

　　研究認為內馬爾的腦中有各種各樣假動作的運動程序，從而能夠為適應不同的狀況進行選擇與切換，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，這樣才能進行准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，我們在無意識間就會完成。

　　跑動時，產生基本節奏的中樞是腦幹和脊髓。最初是從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，節奏的中樞就會發送信號，使跑動得以持續下去。

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

　　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。擺動手臂與腿

　　跑動時，我們會一邊將一側手臂向後（前）擺動，一邊將另一側的腳向後踏地（同側的腿則向前伸出）。

　　2。在空中將大腿向前移動

　　位於大腿前方的股直肌和從脊柱經由骨盆與大腿骨相連的腰大肌會收縮，使大腿向前運動。此外，大腿內側的內收肌會使膝關節彎曲。

　　3。著地一側的大腿向後發力

　　位於臀部的臀大肌和大腿內側的膕繩肌會收縮，在身體浮在空中時，使大腿向後運動，從而使身體向前推進。

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

　　指令從初級運動區的神經元（紫色）出發，通過作為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與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，就會分別傳向不同肌肉，引發收縮。

　　運動的開始與停止

　　抑制不需要的活動，完美地保持站或坐的姿勢，這並非是理所當然的事情，而是人體出色運動機能的一部分。與這一機能相關的是大腦基底核。

　　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（左右圖像並非是完全相同位置的截面）。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、黑質和與黑質相鄰的底丘腦核。

　　大腦基底核與皮層運動區等大腦皮層的多個區域相接，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「關閉」（返回的信號減少的狀態）。

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

　　被稱為肌張力障礙的運動障礙病症就是因為腦的問題所引起的，常發病於兒童期或30~50歲。患者身體會不受控制地不斷扭曲，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的一部分會停不下來地扭轉，甚至會導致骨骼變形。

　　相反，開關「開啟」的機能出現異常的病症叫做帕金森病。主要發病於50~70歲，會致使身體運動減少。彎腰駝背的身姿和手指彎曲的雙手是發病的特征，是由於黑質的一部分神經元大量缺失導致的。會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失了運動指令的發出機能或是肌肉衰竭。

　　運動的微調

　　為了在搖晃的地鐵上保持站立的姿勢，我們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，為了不被障礙物絆倒，我們也會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。

　　小腦會接收稍早的感覺信號與隨後將要實行的指令，並會將它們回傳給大腦。這時，就會對預測的指令進行微調。小腦在最後的緊要關頭對動作進行微調的能力是有個人差異的。比如說專業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）與內部的髓質（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120~150克。

　　小腦會接收來自大腦皮層的運動指令和全身的體感信息，隨後就會一邊微調一邊進行動作，比如說擊球。

　　運動的學習

　　剛開始學習棒球的時候，大家都會覺得自己的動作很不靈活，但在不斷練習之後，我們就會漸漸掌握合適的姿勢，也能夠以更快的速度投球與揮棒了。一般來說像這樣運動的學習，我們就是靠「身體來記住」的，而其關鍵就在於小腦的神經元。

　　小腦的體積不過腦整體的10%，但腦中的神經元大部分位於小腦。大腦皮層的神經元約為200億個左右，而小腦的神經元可達700億甚至1000億個，其中大多數是很小的顆粒細胞，通過名為平行纖維的軸突與另一種名為浦肯野細胞的神經元相連，傳輸信號。小腦的神經回路不同於大腦皮層，非常薄，僅有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）神經元會經由名為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，就會抑制來自平行纖維的不必要的輸入，從而抑制多餘的動作。