根據(jù)美國(guó)養(yǎng)狗俱樂(lè)部的說(shuō)法，狗的步態(tài)是“各種速度的腳步模式，每種速度都由特定的節(jié)奏和腳步來(lái)區(qū)分”。例如，當(dāng)狗小跑時(shí)，右前腿和左后腿一起移動(dòng)。這是一種中間步態(tài)，比走路快，但比跑步慢。
2018年12月12日，在《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B》中，芝加哥大學(xué)醫(yī)學(xué)院的多機(jī)構(gòu)研究團(tuán)隊(duì)采用了一種新穎而廣泛的方法來(lái)理解這種與速度相關(guān)的步態(tài)變化。長(zhǎng)期以來(lái)，普遍接受的方法一直致力于降低運(yùn)動(dòng)成本，基本上找到了從一種步態(tài)爬到另一種步態(tài)而不浪費(fèi)能量的最輕松的方法。
然而，研究人員發(fā)現(xiàn)了不同的解釋。他們選擇少關(guān)注能量守恒，多關(guān)注運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性——用外行人的話來(lái)說(shuō)，減少絆倒或摔倒的風(fēng)險(xiǎn)。他們的研究結(jié)果表明，步態(tài)變換代表了“運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)變換，以最小化不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)狀態(tài)。”
該研究的第一作者、有機(jī)生物系博士后邁克爾格拉納托夫斯基博士說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)步態(tài)的穩(wěn)定性下降到一定程度，切換到新的步態(tài)可以提高穩(wěn)定性時(shí)，就會(huì)發(fā)生步態(tài)過(guò)渡。芝加哥大學(xué)解剖學(xué)?！拔覀冄芯康牟溉閯?dòng)物和鳥類傾向于在關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行步態(tài)過(guò)渡，以提供更有節(jié)奏和不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)?！?
他補(bǔ)充說(shuō)，這些過(guò)渡可以最大限度地減少“高跨度變化和不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，并降低肢體間干擾的風(fēng)險(xiǎn)，如絆倒或摔倒”。
這項(xiàng)廣泛的研究集中在九種動(dòng)物模型中的步態(tài)轉(zhuǎn)換——七種哺乳動(dòng)物和兩種鳥類。研究人員開(kāi)始在弗吉尼亞州研究負(fù)鼠、簇絨卷尾猴(“器官研磨”猴)和家犬。
隨后，他們?cè)诹硗饬鶄€(gè)物種中發(fā)現(xiàn)了類似的步態(tài)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：美國(guó)水貂、澳大利亞水鼠、刷尾虎(小有袋動(dòng)物，也稱為鼠袋鼠)、鴕鳥、北美河獺和斯瓦爾巴巖雷鳥。
所有原始動(dòng)物——狗、猴子和負(fù)鼠——都被訓(xùn)練在有機(jī)玻璃新陳代謝室的跑步機(jī)上以一系列速度奔跑。這使動(dòng)物熟悉跑步機(jī)，并改善它們的健康。訓(xùn)練結(jié)束時(shí)，所有動(dòng)物都能以代謝運(yùn)動(dòng)所需的速度保持6至10分鐘的劇烈奔跑。
訓(xùn)練結(jié)束后，研究人員開(kāi)始測(cè)試。他們監(jiān)測(cè)氧氣吸收、二氧化碳產(chǎn)生、溫度、水分含量、氣壓和氣流。每只動(dòng)物每天在室內(nèi)跑兩到五次。根據(jù)這些指標(biāo)，可以確定以特定速度運(yùn)行的能量成本。
這些能源成本是在步行和跑步過(guò)程中以一系列速度收集的。針對(duì)每個(gè)速度區(qū)間收集步幅周期持續(xù)時(shí)間的變化。
基于從這一廣泛的系統(tǒng)發(fā)育物種收集的數(shù)據(jù)，作者確定了步態(tài)變換的能量最小化假設(shè)很少被滿足的假設(shè)。
相反，大多數(shù)動(dòng)物在最有能力的時(shí)候選擇不改變步態(tài)。在這項(xiàng)研究中，當(dāng)狗、松雞、鴕鳥和水獺從步行模式切換到更快模式時(shí)，它們的運(yùn)輸能量成本沒(méi)有顯著變化。相比之下，幾乎所有其他物種在步態(tài)轉(zhuǎn)換附近都表現(xiàn)出很高的可。然后，在轉(zhuǎn)換到更穩(wěn)定的步態(tài)后，他們減少了可。
作者總結(jié)道：“節(jié)能不能預(yù)測(cè)步態(tài)過(guò)渡模式?！毕喾矗綉B(tài)過(guò)渡“在一定速度范圍內(nèi)保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性”。
“我們的數(shù)據(jù)，”作者總結(jié)道，“表明步態(tài)變換代表了運(yùn)動(dòng)類型的預(yù)測(cè)性和預(yù)期性變換，從而最大限度地減少高可，避免不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)狀態(tài)。”他們補(bǔ)充說(shuō)，鳥類和哺乳動(dòng)物似乎已經(jīng)進(jìn)化出一種感覺(jué)運(yùn)動(dòng)機(jī)制來(lái)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的步幅穩(wěn)定性，并在關(guān)鍵的變化水平上觸發(fā)步態(tài)轉(zhuǎn)換。
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