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鬼擋牆是真的

陳俊堯
・2009/08/31 ・1324字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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作者:丘耀華

當運氣不好的角色在繞圈圈走路的時候,探險故事或是恐怖電影總會將觀眾的情緒瞬間拉到高潮。

打個比方,The Blair Witch Project(美國九零年代的恐怖紀錄片,電影敘述三位學生到馬里蘭山裡拍片,但不幸迷路後在人間消失)這部紀錄片裡,倘若這些學生可以有辦法延著直線在森林內尋找出路,這部紀錄片的恐怖程度一定會減半。然而,無法正確的導航是真的,還是編劇為了劇情所擬寫的故事而已?最新的研究指出,當人類缺乏地標指引的時候,將傾向於繞圈圈走。

本研究的第一作者,德國杜賓根 Max Planck 生物模控學研究所的心理學家 Jan Souman 指出,這研究的想法啟發自於德國一部科學電視節目,名為「頂球」(德語 Koftball,用頭頂足球的意思),此節目主旨在於回答觀眾提出的問題。這節目的製作人連絡在研究觀感與動作的 Souman 和其工作夥伴,以尋求他們的協助,證實「人會繞圈圈走路」這個傳聞是否是屬實。Souman 指出,「我們真的不知道,不過我們覺得這是一個有趣的問題。」因此,這群科學家和此節目合作,結果於 2007 年播出。

其中一個研究邀請了十五位志願者,蒙著眼睛並攜帶著全球定位系統接收器(GPS),嘗試以直線方式穿越大草原。大部分志願者緩慢的行走,有時候會繞著圓圈走路,而圓圈的最小直徑至少有二十公里。然而,曾經有學者指出,繞著圈子行走或許是因為受試者兩腳之間的力量和雙腳之間的長度有微小的差異,而造成一個人偏向左或右旋轉的趨勢。

然而,在 Souman 的實驗中,絕大部分的受試者並沒有強烈向左或向右轉的趨勢。雖然受試者的雙腳確實有施力上的差異,研究人員發現,這些差異和受試者旋轉的傾向並沒有相關型。此外,當研究人員利用十二毫米厚的鞋底,顯著性的誇大受試者兩腳之間的長度的同時,他們並沒有發現系統型的左右偏的傾向。

這研究結果告訴 Souman,人類偶爾繞著圓圈行走的原因和大腦有關係。當人類被蒙著眼睛的時候,大腦必須藉由有限的資訊來計畫一條直線的路線,包括了來自前庭系統(Vestibular system)的訊息傳入-一個可以告訴大腦平衡感、肌肉和關節動作的感受器。Souman 指出:「所有訊息都有少許的誤差。」簡單而言,這就是造成人類隨機照著曲折的路線行走的原因。然而有時候,一些特定方向的錯誤訊息傳入,就會使我們繞著圈子走路。

Robert Klatzky,一位賓州匹茲堡卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania)的心理學家稱 Souman 提出的解釋「非常簡練確切。」將時間點拉回一九二零年代,當時的研究就已經發現,當無法看見的時候,人類原本筆直的路線會讓人產生偏移的傾向。她指出,在那沒有全球定位系統(GPS)的年代,研究人員無法長時間和遠距離的監控受試者是否有繞著完整的圓圈行走。

然而,當人們可以看見他們行走的方向時,這又是另一回事情了。Souman 和他的工作夥伴同時也監控受試者在看得見,但卻不熟悉的環境下的步行路線,也就是在德國的一個森林和要感謝製作單位安排位於突尼西亞的公費郊遊--沙哈拉沙漠。在森林裡,受試者只有在陰天的時候會繞著圈子行走。當太陽可以被看見的情況下,受試者可以多多少少延著直線行走好幾個小時。在晴空萬里的沙哈拉沙漠亦有相同的結果。Souman 指出,視覺的線索,例如太陽和影子可以讓人類克服繞著圈子走的傾向。

資料來源:ScienceNow: Why We Walk in Circles [20 August 2009]

原刊載於 30.6 kJ

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陳俊堯
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慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。

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住在大城市的人走路真的比較快嗎?為什麼?——《走路的科學》
八旗文化_96
・2020/03/04 ・3051字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

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  • 作者/謝恩・歐馬洛(Shane O’mara);譯者/謝雯伃

每個城市的步調都不太一樣

一般來說,一個城市越大、越富裕,特別是經濟成長率越高,居民就走得越快。

1974 年,心理學家博恩斯坦夫婦(Bornstein and Bornstein)測量了歐洲、亞洲以及北美 15 個城市行人的步行速度,結果發現日常步調會隨著當地人口多寡而不同,獨立於特定文化之外。

所以到底為何要走這麼快呢?圖/pixabay

一般來說,無論哪個國家或哪個文化,較大城市中的行人走得較快。以這些基本觀察為基礎,這些實驗後來又重覆做了數次,用來觀察城市居民的走路速度是否會因為城市的獎勵密度較大(更多餐廳,或火車、公車上更多座位等等),而這些獎勵的競爭也較大,導致日常步調加快?

地理學家吉姆.瓦萊斯萊(JimWalmsley)和加里思.路易斯(Gareth Lewis)在 1989 年提出:「有效率使用時間的需求變得更迫切,生活越來越匆忙」,這都是因為收入以及生活成本增加,導致都會居民的時間價值變得更高。這反映出,對於資源的競爭許多方面細微地改變了我們的行為。我們加快步行速度,無意識地與尋求同樣資源的人競爭。

我們加快步伐,全是為了與他人競爭資源?

博恩斯坦夫婦的論文深受好評,也被廣為引用,但這並非事情全貌。

據推測,有些都市因為特有的因素,影響了人們的走路速度。舉例來說,像孟買這個人口密度特別高的城市,人們走路速度實際上很慢,純粹因為要避開與他人相撞的風險。

我們同樣可以想像在某些特定地方,人們的步行速度可能很快。舉例而言,在某些特別炎熱或寒冷的城市中,人們可能為了要避開高溫酷熱或低溫酷寒,而快步行走於汽車以及建築之間。

影響走路速度的原因不一定只有資源的競爭。圖/GIPHY

生物學家彼得.沃茲(Peter Wirtz)和葛利格.雷斯(Gregor Ries)認為,博恩斯坦夫婦之所以得出這樣的結論,是因為未將他們研究城市鄉鎮人們的年齡或性別組成考慮進去。

換句話說,在其他條件都相同的情況下,城市人口往往較年輕,而較年輕族群平均行走速度會比年長者快。同樣地,男性平均來說比女性走得快;而城市或較小型鄉鎮之間的明顯差異,可能反應出城市裡較年輕、走路較快的男性比小型城鎮或鄉村裡的多。

沃茲和雷斯也做了一系列樣本數更大且將性別以及預計年齡列入考慮的研究,結果得出:都會居民的平均行走速度,事實上並不比鄉村或城鎮居民更快。

但這並不是結論,這個想法持續被研究者測試。

看來加上年齡與性別組成因素還不夠!

1999 年,一項史上最大的日常生活步調研究,利用了來自 31 個國家最大城市的數據展開調查。該研究檢驗了人口組成以外會造成日常步調差異的各種因素,以及日常步調對於都會居民的哪些福祉會產生影響。該研究檢驗了三個可用來預測步調快慢的不同概念。

  • 第一個是經濟活力。經濟成長率越高,經濟就越有活力,而居民日常步調就可能越快。
  • 第二個是平均來說,越熱的城市居民往往會是較慢的步行者。
  • 第三個則是,在個人主義文化相對盛行的國家,居民的日常步調會比集體主義國家的步調快。
造成不同城市步調差異的原因會是什麼呢?圖/pixabay

研究者把焦點放在都柏林、香港以及聖薩爾瓦多等分歧性極大的城市,測量了這幾個城市中居民的行走速度(在兩個市中心區域間行走 60 英呎要花多少時間)、寄信速度(你多快能走到郵局去買郵票)以及時鐘準確度。

他們也從氣候、經濟指標、個人主義量表、人群大小、冠狀動脈疾病、抽菸比例以及個別健康等其他公開數據搜集資訊。整合這些資訊後,他們算出整體性的日常步調指數。

根據這項研究,瑞士的日常步調最快,愛爾蘭緊追在後(那時正處在為期十多年的大規模經濟成長中期),然後是德國以及日本(義大利、英格蘭、瑞典、奧地利、荷蘭以及香港依序占前十席),墨西哥敬陪末座。

以更大的全球規模來看,日本以及非前蘇聯區的西歐國家日常步調最快,愛爾蘭則是個人行走速度最快的國家。瑞士則符合他們給人的刻板印象,在時鐘準確度上排名第一。

這些研究無法完全解決的一個議題是人口總數以及人口密度如何影響行走速度。

倫敦的牛津圓環在尖峰時刻交通異常繁忙,極難穿越。然而再過幾條街口,人們就能相對輕鬆地移動。開發新時代的智慧型手機計步器及健康應用程式,應該有助於解決這個問題——找出走路速度可以達到最大的最佳人群密度,只要超過這個密度,走路速度就會降低。

那麼就讓我們先接受城市中的日常步調確實比較快,這情況與人口分布關係較少,與經濟活力以及人口密度較相關。

轉換到不同情境中,步調也會有所改變嗎?

我們在不同情境中,會改變原先的步調嗎?像是在電扶梯上行走?(母湯)圖/GIPHY

那麼我們做為個人,當我們從一個情境(比如安靜的鄉鎮)轉換到另一個情境(比如繁忙的城市)時,我們會改變我們的走路速度嗎?

研究者認為,這取決於城市中既存的經濟獎勵。

假設我們接受大腦會計算「付出與回饋」的觀點(這並非沒有道理),就代表大腦會試圖在努力以及回報之間達到平衡,即以最少努力達到最大的回報。這就出現了一個問題,那就是大腦是如何計算有多少回報,以及付出多少努力才有成果的問題呢?

試想一下街邊那家不能事先預約的熱門新餐廳,為了去那裡,你會走得更快,還因為與其他想得到同樣獎勵(可能是最好的桌位或是僅剩的桌位)的人競爭,再走得快一點。如果你有兩個選擇,你可能會選擇更具獎勵性的選擇,或那個需要最少努力的選擇。

我們在城市裡似乎會走得更快一點,這可能是因為城市裡有許多資源與獎勵,但我們也在與其他人競爭這些獎勵。我們在日常生活中會有不同類型的努力,無論是尋找什麼,或是走向某件事。然而,無論是哪種類型的努力,為了達成某個目標所花的能量總會在達到某個最大值之後降下來

神經科學家瑞查.沙德梅爾(Reza Shadmehr)要我們想像自己站在機場的入境大廳尋覓著某個旅客的臉。當你看到一張又一張臉孔時,你看到了你在等的那個人。現在問問你自己,那人的身分為何會讓你走快點去迎接他呢?他是你的同事,還是你的孩子?

當然是與孩子相見的內在獎勵較大囉~圖/pixabay

答案很明顯。與你孩子相見的內在獎勵特別大,而這個內在獎勵直接調整了你的走路速度,你會想更快接到你的孩子。有更大獎勵時,我們會走得快些。努力以及對於獎勵的期待如此加成在一起。

現在,我們對我們的步行速度為何在不同城市中有所不同有了基本理解。可能的情況是,城市中的豐富資源讓人們願意付出努力去得到它們;與此同時,這些獎勵的競爭也增加了——我們不只要快速走到那間很棒的新餐廳,還要比其他人更快到。

因此,控制努力的大腦系統與預估可能獎勵的大腦系統之間存在著緊密連結。努力越多,預期從這個努力中獲得的獎勵也會越多。若一個事物帶來的回報較少,我們走向它的速度就會較慢,反之亦然。

這就是我們在城市中的現況:我們走得快,才能得到火車上的座位或是餐廳的用餐保留時間,因為我們在與其他人競爭城市提供的獎勵。

——本文摘自《走路的科學》,2019 年 9 月,八旗文化

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閉上眼、轉個圈,我還能相信自己的方向感嗎?——《走路的科學》
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・2020/03/03 ・2029字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 498 ・六年級

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  • 作者/謝恩・歐馬洛(Shane O’mara);譯者/謝雯伃

我們是如何走到任何地方的?

常識告訴我們,這是走路搭配視覺功能以及動作功能的結果;不過,這忽略了一個明顯事實,那就是盲人(包括天生眼盲者)以及視障人士也能朝向特定目的與方向行走;他們可以在看不見空間的情況下,於複雜的三維空間中確定方向。他們可以在複雜環境中找到自己的路,也能找到路回到起點。至於那些視力沒問題的人,矇起眼睛也能做到這些事。

不靠視覺,我們還能到處走透透嗎?

在我上班的路上,我常遇見視障人士(通常拿著拐杖)在都柏林市中心搭公車或火車。我總是對他們心懷敬畏。視障者是如何在幾乎沒有或完全沒有視力且最少科技輔助下,完成複雜的旅程?

不是所有視障者都有可魯,那些使用最少科技輔具的視障者如何完成複雜旅程呢?圖/IMDb

人行道與馬路交接處低一階的地面、修整過的行走地面,以及過馬路時燈號發出的提醒聲音,都是有用的環境信號。但我們還是需要對視力正常者以及視障者都進行精細實驗,才能完整知道這種不仰賴視覺的找路方式是怎麼發生的。

這些實驗涉及讓視力正常者矇上眼睛,走一條複雜的路徑,然後要求他返回起點;或是對他有更多要求,要他沿著特定路徑回到起點。

有時還會加入讓實驗變得更複雜的元素,包括來自四面八方的聲音、腳下地面的改變、擾亂前庭系統的身體旋轉等等。其中,最後一個可能最關鍵,因為失去前庭系統提供的穩定感以及方向感,對於我們簡單的尋找起點任務來說有著毀滅性的影響。我們會被我們對空間的感覺欺騙,這本質上又會影響我們的視覺。

我們通常認為視力正常者行走時,會是左看看、右看看,確認方向再往前走。圖/GIPHY

事實上,對大腦來說,視覺只是我們理解空間的其中一種感官罷了——雖是重要的一種,但也只是其中一種。

我們知道這點,是因為不管我們對於環境熟不熟悉,也都能在黑暗中找到路。這種空間感(稱為「認知地圖」)是一種「沉默感官」:絕大部分是在我們沒察覺的情況下建構的,我們只會在它不管用時才意識到它。

視覺不必然是你選擇方向時的依據

數十年來,為數不少的重要研究針對一出生就眼盲以及後天眼盲病人的空間感(認知地圖)進行研究。這些研究將他們在行走任務上的表現,與同齡矇眼正常視力控制組的表現做比較。

他們使用路徑積分任務來檢驗,是否視力在動作為基礎的正常空間能力上為必要條件;參與者被要求沿著特定路徑或軌道行走,接著要走原路回到起點,或是找一條最短路徑回去。

我是誰,我在哪裡?這是蒙眼示意圖,實驗應該沒有這麼懸疑~圖/GIPHY

如果我們相信視覺在發展正常空間能力上是必要條件,那麼我們可能會預測視力正常者會比那些出生後才在某個時間點失去視力的人(中途失明者)表現的更好。而中途失明者也應該比那些先天失明者表現的更好。

這三組人每一組的視覺世界經驗都不同,從視力正常組的完全經驗、後天失明組的部分以及歷史性經驗,到先天失明組的一點經驗也沒有。

在一項特別具啟發性的研究中,這三組人分別進行了一系列實驗,參與者被要求生產、重製或估算僅包含單次轉身的最短行走路徑。在更複雜的實驗中,參與者行走在多段路徑上,接著必須沿原路返回、找出回到起點的捷徑,或是以其他物件的位置做為參照地標,指出某個地點的所在地。

令人震驚的結果是,學習在擴展的三維空間中行走以及確定方向,並不需要正常的視力。

整體而言,三組成員在簡單任務中的表現大致相等,無論是矇眼正常視力組、後天失明組或先天失明組,所有參與者都能以相似程度走完被要求的簡短路徑、重新順原路走一次或是預測路徑。

至於更複雜的任務,所有組別也都表現得差不多。先天失明者可能表現最差,但是值得注意的是,視障者以及正常視力者的表現卻有一致性。

要建立可用的認知地圖,必須要對空間世界擁有豐富的經驗。圖/GIPHY

實驗也闡明了另一點,那就是要建立可用的認知地圖,必須要對空間世界擁有豐富的經驗。

視覺可能主導了我們對空間的感覺,但實際上我們的空間感是建立在我們於這世界行走的經驗,很大程度上獨立於我們與這世界互動的任何一種特定感官。

我們的空間感有點像我們的視覺、聽覺或動作感,但與其他感官相比,它更抽象也較不直接,因為它基本上建構在其他感官提供的輸入上。它提供了我們在這世界上移動的各種可能性地圖,讓你即刻知道當你前進時「你需要什麼以及要前往哪裡」。

——本文摘自《走路的科學》,2019 年 9 月,八旗文化

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想要「解決」身上的脂肪,光是多運動還不夠,飲食也很重要!——《走路的科學》
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・2020/03/02 ・2898字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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  • 作者/謝恩・歐馬洛(Shane O’mara);譯者/謝雯伃

編按:很多人總以為增加運動量就能消耗多餘的能量,有效減重,但其實我們的身體並沒有這麼「聽話」。身體會有效地運用每一分能量,不會讓這些能量白白消耗掉,也因此減重不能單靠運動,控制能量攝取的多寡也很重要。

狩獵採集者(像是提斯曼人)會四處行走。他們為了採集食物及水源,經常每天走上很遠的距離,同時手上還拿著武器、工具以及小孩。

對於仍保有狩獵採集生活方式的人類進行試驗,我們可以研究我們的體重以及活動程度之間的演化關係,而這些都與走路有關。

世上現存的狩獵採集群體相對很少,但透過檢驗當代狩獵採集者的生活,能為我們開啟一扇窗,一窺這種「古早」活動型態對我們而言有什麼意義。現在我們當中少有人走上很長一段路去追蹤或獵殺食物;我們也不會每天花上好幾小時挖樹根或塊根,或是尋找飲用水。

坦尚尼亞北部的哈札族。圖/wikimedia

當代一個採集狩獵群體是坦尚尼亞北部的哈札族(Hadza),他們已被演化生物學家研究多年,探究這個群體的走路活動和其他運動形式與體重之間的關係,並與從北美以及歐洲群體中選出的參與者做比較。

來自採集狩獵者的數據,讓我們得以調查近幾十年來發生的改變——我們的飲食改變了,還是活動程度改變了?抑或兩者全都改變?

哈札人某種程度上還保持著傳統採集狩獵者的生活。男性會以矛以及弓箭對大型獵物進行耐力狩獵,女性則會採集水果、野莓、塊莖以及蜂蜜。

哈札族男性會以矛以及弓箭對大型獵物進行耐力狩獵。圖/wikimedia

參與研究的 30 名哈札族人全都佩戴了 GPS 追蹤系統,他們的身高、體重、每日攝取以及消耗的卡路里全都被記錄下來。有些發現並不令人驚訝,比如他們的體脂率只有西方參與者的大約 60%,哈札人沒有過胖的。

透過追蹤每日能量消耗量,並將參與者的體重、體脂納入考慮之後,研究者發現哈札人與西方參與者的總能量消耗量相等。將男性、女性分開檢驗也得到一樣的結果。

這個發現與預期相反;我們原本預期哈札人會因為日常行程,平均來說比西方參與者消耗更多能量—哈札人男性每日平均走 11 公里,女性平均每天走 6 公里。

消耗一樣的能量,我們會讓運動量達到最大化

在這個世界上移動,無論是透過走路、騎單車、跑步、游泳或是任何一種運動形式都會消耗能量。身體會依其所需,攝取(透過飲食與消化)、儲存以及燃燒能量。

無論是透過哪一種運動形式移動,都會消耗能量。圖/GIPHY

人類很懶惰,因此會將所有固定活動的能量消耗降至最低。人類的雙足行走一般來說會自動將能量消耗最小化,同時又將步行範圍最大化。從實驗角度來看,這就像是在固定能量消耗下,我們會專注於將運動量最大化的步行速度;但我們該如何證明真相就是如此呢?

一個方式是為人類裝上一組外接的腿——一種設計來調整步行難易度的機械裝置。我們對這組外骨骼所做的不同設定,可用來試驗人類是否會以特定步態因應,以減少在行走中消耗的能量。

  • 如果外骨骼幫助行走,我們很快就會採取一個不需特別努力行走的步態,而更多讓機器來運作。
  • 反之,若外骨骼阻礙我們行走,我們就可能會嘗試用更多力氣行走,但會選擇一個可以繼續走路又花上最少力氣的模式。

神經工程學家潔西卡.賽林格(Jessica Selinger)與她在史丹福大學的同事設計了這樣的實驗。他們為人類參與者配上具關節且可舉高腿部的外骨骼,讓參與者系統性地挑戰人類步行最有效率的方式。受試者也戴上氧氣面罩,用以測量他們的最大攝氧量(VO2 Max)。

這些外骨骼設計會對腿部造成不同程度的阻力,而阻力大小取決於參與者的步行頻率。參與者在跑步機上步行,跑步機的速度亦可調整。參與者很快就因應這些改變做了調整,一般來說是幾分鐘內就調整好;一旦調整到新的最佳步態,便能很快調回之前最優化能量燃燒的狀態(這是透過 VO2 Max 測量到的)。

透過這點可以知道,人類會迅速採用更經濟的步態,以實踐最佳步行策略,如此節省最多的能量消耗。

這些適應相當迅速,遠比在血氧濃度上預測到的變化更快,也比其他諸如肌肉改變等內部感知來得快。獨立來看,後面這些改變都很慢才出現;相反地,人類會主動透過周邊感覺輸入進行預測,直接調整步行的方式。

今天有運動過了,不想再動了~圖/GIPHY

雖然穿上機器外骨骼會讓你盡其所能地降低能量消耗,但存在一個更普遍的問題:你上健身房,在跑步機上跑了一大段距離,然後為了犒賞自己,回家後癱倒在沙發上,因為有去運動而自我感覺良好,絲毫未察覺你的整體運動量比你一步都未踏入健身房要來得低

實際上,以演化角度看,你的身體會在你進行耐力狩獵後放鬆;這個運動誘發的休止狀態與我們一般認為的不同。我們總以為,我們攝取的卡路里量,基本上會等於運動加上處理家務燃燒的卡路里;假如我們攝取的卡路里比運動以及家務消耗的卡路里多,那麼就會增加體重。

這些研究讓我們知道什麼?

從這些研究中我們學到的教訓是:光是增加運動強度並不是肥胖的解方,因為我們已演化出行為機制和生理機制,將運動消耗的程度降低,如此來補償運動消耗的熱量。

提高能量消耗並不必然能帶來實質且持續的體重下降;減重需要的是對於能量攝取以及能量使用進行全面性的計算。我們需要知道身體是如何平衡能量攝取、能量儲存(例如脂肪分布)以及能量輸出。

人類是高度雜食性物種,我們採集食物、我們狩獵,我們也準備各種獨特食物。對食物來源保持彈性、同時從各種不同管道取得並預備食物,賦予我們適應上的優勢。

想減重還能怎麼辦呢?嚼嚼嚼。圖/GIPHY

你能在找得到食物的任何地方吃東西(無論是撿東西來吃還是造訪當地餐館);你可以在走路時邊吃東西(在快餐店買外帶食物後);又或者可以把食物帶回住所,用許多方式烹煮(你可以幫其他獵人同伴帶回某頭運氣不好被你獵殺的動物,或是到當地超市成排雜貨架上購買各式食物)。

高脂高糖的高熱量食物,在西方市場中相當容易取得,但對於哈札族來說並非如此。因此,增加活動強度到與哈札族相當,並非解決全球各地肥胖問題最直接且簡單的方法。相反地,想要處理肥胖問題,我們的公共政策就該著眼我們消耗的卡路里類型、品質以及攝取量,如此推動改變。

更清楚來說,我並非反對運動或反對增加運動強度。很顯然,保持活動比起靜止不動,對於身體的任一器官或系統都更好。如果能定期運動,日復一日、週復一週、年復一年持續終生的話,就更好不過了。

運動對於控制肥胖既必要又重要,但那只是一部分。能量攝取也很關鍵。

——本文摘自《走路的科學》,2019 年 9 月,八旗文化

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