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在研究人体位置觉(Position sense)时,测量方法的选择尚无定论,且失重状态下位置觉受干扰机制不明。研究人员通过抛物线飞行实验,利用多种测量方法探究重力变化对位置觉的影响。结果发现不同测量方法受重力影响不同,该研究为位置觉研究提供了新方向。
在人体的奇妙感知世界里,有一种能力至关重要却常常被忽视,那就是我们无需眼睛帮忙,就能准确感知身体部位位置的能力,也就是人体位置觉(Position sense)。它可是本体感觉(Proprioception,包括位置觉、运动觉、力觉、重量觉和平衡觉等)中极为重要的一环。想象一下,我们日常伸手拿东西、走路时调整步伐,这背后都有位置觉在默默发挥作用,它不仅和我们的自我意识相关,还对肢体运动控制起着关键作用。
然而,在位置觉的研究道路上,科学家们遇到了不少难题。目前,关于测量位置觉的最佳方法,学界还没有达成一致。不同的测量方法得出的结果差异很大,这不禁让人疑惑:难道我们有不止一种位置觉?更让人好奇的是,当处于失重状态时,位置觉似乎会受到干扰,可背后的机制却一直是个谜。为了揭开这些谜团,来自德国航空航天中心(German Aerospace Center)和澳大利亚莫纳什大学(Monash University)的研究人员踏上了探索之旅,他们的研究成果发表在了《Experimental Brain Research》上。
研究人员为了深入探究重力变化对人体位置觉的影响,采用了独特的抛物线飞行实验。在实验过程中,他们设置了超重力(1.8G)、微重力(0G)和正常重力(1G)等不同重力环境。为了全面准确地评估位置觉,研究人员选用了三种常用的测量方法:两臂匹配、单臂指向和单臂重新定位。实验招募了 12 名年龄在 26 - 53 岁的成年志愿者(1 名女性,11 名男性),他们在实验前都经过了严格的筛选和准备,包括医学评估、熟悉实验流程等。
在实验方法上,研究人员做了精心的设计。实验装置由固定在飞机地板上的设备架、两个可调节高度的座椅以及特殊的桨状装置组成。参与者坐在座椅上,双脚固定,在不同重力阶段,按照指令操作桨状装置完成相应任务。实验软件利用加速度传感器精准检测不同重力阶段,当重力条件稳定合适时,实验便会启动。参与者通过耳机接收指令,实验数据的采集和分析也有专门的程序,确保实验的准确性和科学性。
下面来看看实验结果。在预实验阶段,对地面采集的数据进行分析发现,不同实验的误差呈正态分布。通过重复测量方差分析(rmANOVA)可知,三种实验的平均位置误差存在显著差异,其中单臂指向的误差最大。
在飞行实验中,以一名参与者为例,在两臂匹配实验里,1G 时平均误差为 4.4°,超重力时误差增加,微重力时误差减小;单臂指向实验误差变化趋势类似,但所有误差都更偏向手臂伸展方向;单臂重新定位实验的误差则普遍较小。
从 12 名参与者的组数据来看,单臂重新定位的误差明显小于两臂匹配和单臂指向。在不同重力条件下,两臂匹配和单臂指向的误差变化趋势为超重力时增加,微重力时减小。具体而言,两臂匹配实验中,微重力时误差显著低于 1G 时,超重力时误差显著高于 1G 时;单臂指向实验中,超重力时误差显著增加,但微重力时误差下降未达显著水平;单臂重新定位实验在不同重力条件下误差均无显著变化。
研究结论和讨论部分意义重大。研究表明,重力对通过两臂匹配和单臂指向测量的位置觉有显著影响,但对单臂重新定位测量的位置觉影响不明显。这强调了在测量位置觉时,明确测量方法的重要性。不同测量方法受重力影响不同,可能是因为它们涉及的潜在机制不同。两臂匹配和单臂指向可能主要依赖肌肉梭(muscle spindles)提供的位置信号,而单臂重新定位可能更多地依赖中枢存储的信息。这一研究成果为后续进一步探究位置觉的神经机制、开发更精准的位置觉测量方法奠定了基础,也让我们对人体在不同重力环境下的感知能力有了更深入的理解。它还引发了一系列思考,比如重力影响位置觉的具体机制、不同测量方法潜在机制差异的原因等,这些问题都有待后续研究进一步探索。