為什麼手臂會自動漂浮起來?所謂的康斯塔姆現象 (Kohnstamm phenomenon) 原理是什麼?

把手背按壓在門框或者牆上大約30秒左右,然後讓手臂自然下垂,這時奇怪的事發生了——你的手臂會不受控的「漂浮」起來,就好像有外力在拉著它一樣。科學家把這種現象叫作"康斯塔姆現象"(Kohnstamm phenomenon),不過更廣為人知的名字是漂浮手臂把戲(floating arm trick)。
優酷視頻:(親測有效!!)
視頻封面The science of the floating arm trick視頻
原理是什麼??


另請順便回答

所謂的康斯塔姆現象 (Kohnstamm phenomenon) 為什麼有的人試得出有的人試不出?



Kohnstamm phenomenon 是一種非自主運動現象。在完全放鬆時候,腦中的運動皮層處於靜息狀態,不對肌肉群發出主動的運動指令。此時,另一串控制信號被外化,被肢體運動體現出來[1]:

上圖中的下面一行是在Kohnstamm phenomenon喚起時候的肌電(Electromyography, EMG)信號,易於理解的,在Push階段,主要是由運動皮層發出的信號。在relax階段,是由另一個運動控制中樞——基底節發出的信號[2],該信號要經過一段時間才能衰減到接近0的水平。

上圖中的下面一行是在Kohnstamm phenomenon喚起時候的肌電(Electromyography, EMG)信號,易於理解的,在Push階段,主要是由運動皮層發出的信號。在relax階段,是由另一個運動控制中樞——基底節發出的信號[2],該信號要經過一段時間才能衰減到接近0的水平。

實際上,腦運動皮層發出的信號,都要經過基底節和下級神經核團的調製,才傳遞到目標肌肉群。我們的大腦運動皮層在發出運動信號的時候,其信號的內容並不是具體的肌肉控制總成,而是比較高級的、抽象的信號,比如控制肢體運動到某個方位。該高級信號傳遞到基底節和下級核團時,才被翻譯為肌肉群控制信號,並通過反饋機制傳遞到腦皮層,以精確的控制。

實際上,腦運動皮層發出的信號,都要經過基底節和下級神經核團的調製,才傳遞到目標肌肉群。我們的大腦運動皮層在發出運動信號的時候,其信號的內容並不是具體的肌肉控制總成,而是比較高級的、抽象的信號,比如控制肢體運動到某個方位。該高級信號傳遞到基底節和下級核團時,才被翻譯為肌肉群控制信號,並通過反饋機制傳遞到腦皮層,以精確的控制。

具體在Kohnstamm phenomenon的喚起階段,手臂側推牆壁(push up)時,腦皮層發出信號要求手臂側推至最大角度,基底節和下級核團調動對應的肌肉群。在放鬆階段,腦皮層的信號逐漸的消失,而且沒有一個抑制信號從其發出。基底節和下級核團的信號發出機制在沒有受到上級控制的情況下,保持了此前的信號發出狀態,而且是逐漸衰減的。這種非自主信號(基底節不受意識控制)需要一定的時間冷卻才能歸零。

基底節的功能受損,比如帕金森症患者,其發出的信號會變得異常,患者因此會有不自主的抖動。
--------
[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.


推薦閱讀:

人的大腦能否控制身體所有部位,包括細胞組織?如果不能,它又是如何調動身體肌肉和骨骼運動的呢?
為什麼人在做夢時不會對夢境里的不合理之處表示懷疑?
為什麼哺乳動物在出生後,其神經細胞不可再生?
「生化危機」在現實中可能出現么?如果不行,難點是什麼?

TAG:冷知識 | 神經學 | 醫學 | 神經科學 | 生物 |