好不容易战胜了内心的懒虫,准备到健身房里挥洒汗水,这时的你肯定希望自己的每一步都能最大限度地燃烧能量。而与此同时,你的身体却已经打定主意要偷懒到底,而且它真的很擅长这样做。
最近,来自加拿大西蒙弗雷泽大学(Simon Fraser University)的研究者发现,我们的身体在步行运动时会随时调整迈步频率,从而让能量消耗维持在最低状态,而同样的“偷懒神技”可能对大多数运动都同样适用,相关论文发表在《当代生物学》(Current Biology)期刊上。
科学家很早就发现,尽管人类的腿部构造完全可以胜任各种五花八门的动作,但我们在日常移动时的步态却相当保守,似乎只有“走”和“跑”这两种选项。背后的原因似乎就与我们这副爱偷懒的身体相关。计算机模拟结果表明,需要低速运动时,膝盖弯曲幅度较小的“走”是一种最节能的运动方式,而双脚交替跃起的“跑”则是高速运动时的最优解。可以说,通过漫长的进化历程,我们已经学会了如何尽可能地节省力气。
不过,我们的身体是否只有这两种固定的“节能模式”呢?一些研究者认为,事情并没有这么简单,或许人类能够根据当下状况实时调整动作姿态,从而让耗能持续保持在最低状态。为了证明这一假说,本篇论文的研究们利用一种腿部的轻质机械外骨骼装置展开了实验。志愿者穿上这种装置后,他们的步态、步频等信息就可以实时传输到计算机上。
同时,这个装置还会再膝盖部位施加阻力,影响受试者的运动状态,阻力的大小会随着迈步频率发生变化,当达到实验者预设的某个频率时,阻力会达到最小。与此同时,通过覆盖在志愿者口鼻处的气体收集装置,研究者们还可以测算受试者实际的运动能耗。在实验中,研究者会预设一个与志愿者平时习惯不同的迈步频率,并观察志愿者在“阻力惩罚”下会如何反应。
结果发现,志愿者并没有立刻做出改变,而是暂时维持了原状,只不过由于外骨骼施加阻力的原因,这个“原状”显得有些浪费体力。接下来,研究者请志愿者们自由地尝试了不同的迈步频率。结果,在短短15分钟的探索之后,志愿者就迅速掌握了新的“偷懒诀窍”——他们的迈步频率明显向着预设的“最佳频率”偏倚,并且在此后的一段时间内还会进行一系列微调。
对呼出气体的分析结果也显示,志愿者们的代谢能耗正在逐步接近个体的最低水平。随时调整姿态来“偷懒”对人体而言可能是非常自然的事情,但它背后其实有着相当复杂的变化。要知道,如果让计算机程序来寻找最优解,大量的平均和迭代也是要花上不少时间的。人类的大脑是如何收集实时耗能数据,并在短时间内完成“优化运算”的呢?这个谜题还有待进一步的研究来解决。