每日一問62:體操、跳水……各種轉圈的時候,運動員會睜眼嗎?

在東京奧運會女子蹦床決賽中,朱雪瑩奪金、劉靈玲摘銀,包攬了該專案的冠亞軍。比賽中,無論完成了幾圈高難度轉體翻騰,兩位選手總能平穩地落回蹦床中心的紅十字附近,定位非常精準。

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東京奧運會女子蹦床決賽中的朱雪瑩丨icphoto

除了蹦床,競技體操和跳水等專案也常見旋轉動作,高分標準包括空中翻轉完美,以及最後穩穩落地或者壓低水花。而保持豎直落準的關鍵,除了控制身體姿態的能力,

視覺也是輔助選手在飛行階段找準位置、準備精確著陸的重要條件之一。

那麼,運動員們在空中翻騰的時候到底在看哪裡?

視覺重要,但前半程不是重點

先來看看選手做最基礎的後空翻時眼中的世界,也就是跳起後圍繞身體橫向軸線向後旋轉360°後落地的過程。這個動作的平穩落地需要視力輔助,特別是在翻轉的後半段。

一項研究用開燈和關燈來控制體操運動員的視覺,對比了不同條件下的後空翻動作。結果發現,相對於全程關燈看不到東西或僅前半程開燈,運動員在全程開燈及僅後半程開燈的情況下落地更加穩定。

也就是在後空翻的後半段看到周圍環境,可以幫助定位及準備著陸。

既然視覺重要,接著有研究者詳細地記錄了11名體操選手後空翻的姿態、頭的位置,以及目光注視的方向。從起跳到落回蹦床上,運動員前額處攝像機記錄下的景象是這樣的:

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1-5依次是從起跳到落回的過程,上排為側方攝像機記錄影象(藍線表示視線方向),下排為選手前額攝像機記錄影象(紅點表示注視位置)丨參考文獻[1]

在前半段,

從起跳到身體基本平行地面的過程中,體操運動員的眼球運動有所不同

(上圖1-2)。其中4名運動員在起跳後眼睛立即向上看,注視著天花板;4名運動員在動作前半段一直向下看;還有3人起跳後立即閉上了眼睛。

結合之前的研究,後空翻前半程的視覺對於控制動作可能不那麼重要。

後半程緊盯落點前方

但到了後半程,所有運動員的眼球移動形式非常類似,全都緊盯在蹦床上的某一個固定點,並保持注視直到著陸。

也就是到達上圖位置3之後,

運動員眼球會明顯向上移動,直到找準蹦床上的固定注視點

,這通常發生在整個後空翻動作完成了60%的時候(上圖4)。此時,運動員額前攝像機中出現的是下圖最左側畫面。

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從找到注視點到落回蹦床,固定於運動員前額的攝像機記錄下來的畫面,紅點表示注視位置丨參考文獻[1]

接下來隨著身體逐漸轉回到豎直姿勢,頭部也向後旋轉,攝像機中的影象從蹦床轉向前方的墊子。同時,

運動員的眼球向著與頭部相反的方向轉動,目光不斷下移,使注視位置始終停留在上圖的紅點處

,直到重新降落回蹦床上。

在整個後空翻過程中,運動員目光停留在紅點上的時間超過300毫秒,這是用眼球向下轉抵消頭部旋轉來實現的。至於這個固定點的位置,平均位於著陸點的前方143釐米。雖然每次的著陸點稍有區別,

但多數運動員都會緊盯在蹦床中間紅十字和床的前緣之間。

這項研究中,國家級別的體操運動員在後空翻完成47。1%時開始緊盯固定點,而更高水平的國際級別選手於完成52。9%時開始,延遲了78 毫秒。這可能是因為頂尖運動員需要的視覺定向時間更短,而且動作比較穩定,需要進行的調整更少。

當然,實際比賽中的動作比單獨一個後空翻複雜很多,但運動員們通常也會試圖將目光固定在特定位置,例如蹦床、體操場地上的地板或跳水水池的水面,利用視覺提供的資訊來調整身體姿態,更好地完成空中動作並定位落點。

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更復雜轉體時的視線方向(黑色線)丨參考文獻[4]

盯得緊,是天生的還是練出來的?

上面這種移動眼球來抵消頭部運動的現象,類似於與生俱來的前庭-眼動反射,這是保證人們活動時眼中景象穩定的重要反射之一。

如果走路時將攝像機固定在前額,你會發現記錄下來的畫面非常搖晃,分辨不清眼前的物體。實際眼中景象基本穩定的原因是人體自動開啟了“防抖功能”:利用內耳裡面的感受器分辨運動方向和幅度,把這些資訊透過反射通路傳遞到眼睛周圍的肌肉,讓眼球與頭部運動方向相反,抵消走動帶來的晃動。

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頭向一側轉動時,眼睛自動轉向另一側 | Solvelearningdisabilities

另外,還有很多其他調節系統連線著眼睛、頭部和身體,幫助人們在各種運動中維持眼前景象平穩清晰、平順地追蹤感興趣的物體,以及定位身體和調整姿態。

眼球運動不是一個簡單反射或大腦指令所能控制的,而是經過多個感官輸入、計算和複雜處理後得出的綜合結果。

有些情況下,各個系統對眼球的作用方向是互相矛盾的,這時還需要主動控制來決定起主導作用的功能。

因此,做簡單動作時人體天生的功能就足以維持視覺協調,但對於後空翻等複雜動作的控制,還需要長期多次重複的練習來磨合各個系統,才能最終達到完美的效果。

參考文獻

[1] Natrup J, Bramme J, de Lussanet MHE, Boström KJ, Lappe M, Wagner H。 Gaze behavior of trampoline gymnasts during a back tuck somersault。 Hum Mov Sci。 2020;70:102589。

[2] Davlin CD, Sands WA, Shultz BB。 The role of vision in control of orientation in a back tuck somersault。 Motor Control。 2001;5(4):337-46。

[3] Natrup J, de Lussanet MHE, Boström KJ, Lappe M, Wagner H。 Gaze, head and eye movements during somersaults with full twists。 Hum Mov Sci。 2021;75:102740。

[4] von Laßberg C, Beykirch KA, Mohler BJ, Bülthoff HH。 Intersegmental eye-head-body interactions during complex whole body movements。 PLoS One。 2014;9(4):e95450。

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原文標題:體操、跳水……各種轉圈的時候,運動員會睜眼嗎?

編輯:荔枝、yrLewis