日本，大阪——走路常常被视为一种理所当然的日常活动。大多数人认为自己可以轻松地“边走边嚼口香糖”，几乎不需要动脑筋。实际上，每条腿可以独立于另一条腿有节奏地运动，这由其一侧的脊髓来控制。然而，人类大脑在协调步态方面的能力，使得步行者的双腿之间存在半步的差异，这种现象被称为“反相位关系”。当遇到障碍物或不对称的情况，比如道路的曲线时，这种协调就显得尤为重要。深入了解如何保持正常的步行节奏，可能会为经历过脑外伤或其他神经系统问题的患者提供更有效的康复方法。
在最近发表在《通讯生物学》（Communications Biology）上的一项研究中，大阪大学的研究团队收集了健康受试者在跑步机上行走时的运动学数据，这些受试者在行走过程中偶尔会因速度的突然变化而受到干扰。这种干扰导致了反相位关系的短暂丧失，但随着受试者重新调整他们的行走方式，这种关系很快得以恢复。实验数据通过两个耦合振荡器的数学模型（类似于用弹簧连接的两个钟摆）和贝叶斯推理方法进行分析。这种方法使研究人员能够计算出大脑如何运用其控制来协调腿部运动的最可能功能。
为了进一步简化研究，采用了相位缩减理论，该理论假设受控系统会回归到一个正则周期解，称为极限环。该研究的主要作者Takahiro Arai表示：“通过贝叶斯推理，我们能够以定量的方式推断出腿部协调的控制机制。”
令人意外的是，研究人员发现，只有当与正确的反相位方向的偏差超过一定阈值时，大脑才会主动控制相对相位。这意味着，大脑不会主动干预腿部的相对位置，直到它们在一定程度上不同步。他们认为，这种不需要持续控制的机制可以提高能量效率和机动性。
“基于我们的模型，我们发现大脑既没有过度控制，这会限制我们跨越障碍的能力并消耗大量脑力，也没有过度放松，以至于当腿部协调性过差时可能导致摔倒，”资深作者苍井新弥说道。
这项研究可能有助于提升老年人的行走能力，或是那些经历过中风或帕金森病等神经系统影响的患者。它还可能推动物理辅助设备的发展，帮助人们以更自然的方式行走。
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