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「營」在起跑點—國家培訓選手之營養致勝祕訣

科學月刊_96
・2012/11/16 ・4115字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 589 ・九年級

「吃」除了是生活大小事之外,更是選手運動表現的關鍵因素之一,本文將帶領讀者一窺優秀選手「吃」的面貌。

文 / 錢桂玉、許美智

對每個人而言,具健康與營養性的食物是很重要的,尤其是國家代表隊之頂尖運動選手,為因應訓練以及比賽時的體能與競賽需求,他們吃什麼、如何吃就更形重要。為了確保優秀選手能有足夠且均衡的飲食攝取,國家運動選手訓練中心(以下簡稱國訓中心)必須提供他們在訓練期間的飲食,並教導他們如何在比賽前、比賽期間與比賽後選擇食物,包括三餐或點心,以符營養的特別需求。

除此之外,中華民國大專院校體育總會亦成立運動科學小組,來協助各項目選手增進成績表現,運動營養組委員則針對運動員體重控制、飲食攝取教育、營養增補劑使用,以及運動禁藥管制教育進行協助。本文就目前國訓中心以及筆者所參與的運動營養組所提供的協助與服務進行說明,讓讀者一窺優秀選手「吃」的面貌。

國訓中心之飲食供應要求

依據 101 年 7 月初的統計,在國訓中心培訓的選手與教練共有 172 人,加上內部協助之行政人員與運科人員,國訓中心的餐廳三餐要準備足夠的量以供應至少 200 人的伙食。因此,食材來源的確實掌握、食材與器具的安全衛生、食物供應分區且食物種類多元、環境與人員管理等就顯得格外的重要。

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確實掌握食材來源

為了確保食物與飲料是高品質、安全、持續性,必須了解這些食物來自哪裡及如何被製造且供應商多元。例如材料來源是否為台灣優良農產品(CAS)或有機認證廠商所提供、供應商是否檢具食材檢測報告、未來效期內之採購同意書,此外須訂定國訓中心的食材驗收標準、訂定食材抽檢做委外檢測的頻率等,以確保食材之品管。近來瘦肉精為熱門話題之一,瘦肉精殘留於肉品的疑慮一直是選手及消費者關心的議題,它屬β致效劑,而選手誤食含 β 致效劑的肉品,被檢出尿液呈運動禁藥陽性的問題是存在。因此,體委會亦要求國訓中心在肉品的採購方面,廠商除須檢附合格的檢驗報告外,內部每日亦以試劑作簡易檢測,以確保肉品來源無瘦肉精殘留。

食材與器具的安全衛生

須注重食物的安全與衛生,力求食物的處理、烹調與供應過程沒有遭受汙染。內部檢驗應包括食材檢驗、微生物檢驗、器具檢測等必要項目。如鮮魚產品是否含甲醛;生肉類、魚肉、肉製品、魚肉製品是否含亞硝酸鹽;水果切片是否含吊白塊(一種工業用漂白劑);家禽肉品、麵條、丸類、豆製品是否含過氧化氫殺菌劑;家禽肉品、水產品是否含二氧化硫漂白劑。此外還有食物、餐具、器具、容器的微生物檢驗,澱粉性殘留物、脂肪殘留物與洗潔劑的殘留物檢查。

食物供應分區且種類多元

飲食供應可為一般區、低脂區以及量身訂作餐。中心的供餐確保有低鹽、低脂與低糖的食物以供選擇,增加蒸與烤的烹調方式,減少油炸的烹調方式,除此之外,亦力求烹調方式多樣化,水果與蔬菜的種類多元,菜色多樣化,亦常有 pizza 、牛排等西式食物,水餃、煎餃、麵等中式食物以供選擇,飲料種類包括運動飲料、牛奶、各式果汁等。亦即食譜設計所含之主食、主菜、副菜、水果與湯應力求好吃並多元化。

▲餐食設計除了依據各選手的需求設計,也力求好吃並多元化。

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環境與人員管理

徹底執行垃圾分類與廚餘回收,使用不鏽鋼盤、碗筷、湯匙等。廚房相關員工之健康狀況為何,員工每年度之健康檢查結果,如A肝、皮膚病、傷寒、梅毒、精神病等。

運動科學小組運動營養委員的協助

運動營養組委員的主要工作為體重監控、飲食攝取教育、營養增補劑的使用與運動禁藥管制教育進行協助。

體重監控

不同競賽的屬性,對選手身體組成的要求也有所不同,大致上可以分為非體重分級的項目與體重分級。非體重分級項目著重在選手的體脂肪百分比,適當的體脂肪百分比有助於選手運動表現;太高有礙運動表現,太低對健康則會造成負面的影響。一般民眾會關注把體脂肪百分比控制在多少以下,避免過胖,但對於選手而言往往需要注意是否把體脂肪控制的太低,以至於造成健康的負面影響,當然,適當體脂肪百分比會因為項目與性別不同而有所不同,一般而言男選手體脂肪百分比要高於 7%,女選手則是 14%以上,才不會對健康造成長期影響。

體重分級項目會依體重的量級進行競賽,每位選手會依所屬的體重量級與對手進行比賽,例如:舉重、跆拳、柔道……等競賽項目。體重分級的選手常面臨兩個重要的挑戰,第一個是在比賽前過磅時,過磅主要目的在於確認自己是否達到該量級的體重標準,過重則會喪失參賽資格;如果太輕,在肌力與攻擊力道的表現上會處於相對的弱勢,因此每位選手體重控制不是以幾公斤為計,而是以克為單位,可謂「克克計較」。

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除此之外,由於選手賽前期間的體能訓練分量會較高,如果在此時期進行積極的減重計畫,則容易造成選手體力不堪負荷,因此教練與選手往往採取急速減重的策略來因應過磅的要求,做這樣的選擇並非選手與教練不清楚急速減重對運動表現與健康的影響,而是兩害相權取其輕的決定,筆者認為這樣的窘境並非無解,其解決之道在於與教練合作,了解訓練課表與選手感受,配合其訓練課表進行減重計畫的規劃。

選手要面臨的第二個挑戰是在過磅後與正式比賽前,該如何在這段期間進行營養補充,讓自己在參賽前的能量、體力與精神各方面達到最佳備戰狀態。由於國家訓練中心的選手都是爭戰多年的沙場老將,具有豐富的國際競賽經驗,因此協助的方式在於先觀察選手以往比賽時慣用的飲食補充策略,除了記錄飲食方式之外,亦進行連續多點的體重、飢餓感受與精神狀況的記錄,隨後再進一步進行飲食分析與飲食時間的評估,並將評估結果與教練選手作說明,提供相關建議,最後與教練和選手共同研擬往後的飲食策略。

▲體重分級項目的選手,例如跆拳,體重控制不是以幾公斤為計,而是以克為單位,可謂「克克計較」。圖為我國選手朱木炎(左)在雅典奧運男子組第一量級(58 公斤級)的比賽畫面。朱木炎在此量級一路過關斬將,為中華台北代表隊拿下參加奧運會以來的第二面金牌。

飲食攝取教育

主要幫助選手了解吃什麼食物可達到營養均衡,以及如何選擇自己所需且合適的食物與份量,這樣的概念與技巧對於選手出國比賽尤其重要,習得此概念與技巧可以讓選手面對不同地區、不同國家的飲食,仍能做出正確的選擇。選手飲食教育首要使選手認識食物的分類、食物所具備的營養素及份量的概念。

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一般人很容易將玉米、芋頭、南瓜、地瓜與山藥誤認為是蔬菜類,其實這些食物因為富含碳水化合物,就是俗稱的澱粉,所以歸類為主食類而非蔬菜類。至於份量的概念與技巧,則需要較多的練習與實際操作才能運用自如,中心的餐廳資源是選手可以得到很好練習機會的地方。▲飲食教育可幫助選手了解吃什麼食物可達到營養均衡,以及如何選擇自己所需且合適的食物與份量。圖為國訓中心餐廳供應各式水果與小點心。

營養增補劑的使用

可分一般性增補與依照競賽項目特性之專一性增補策略,一般性的增補策略重點在於補充選手無法達到均衡飲食時的營養,例如:選手對食物的喜好以致於無法達到均衡飲食的需求,或因到國外比賽食物攝取不易的情形。增補劑主要作法在於運用低劑量、廣泛性營養素的補充,來滿足基本的營養素攝取需求,綜合維生素就屬於此類增補劑。

專一性的增補策略在於因應運動特性給予適當的建議,運動種類大致可分耐力型與肌力或爆發力型,耐力型運動員增補重點在於儲存足夠量的肌肉肝醣(肌肝醣),它是人體運動時的主要能量來源,延遲肌肝醣耗竭的時間點,增加人體運用脂肪為能量來源的能力,或增加人體運用氧氣的能力,以及降低代謝產物產生,以減少疲勞的發生,常見的增補劑是高醣蛋白質/胺基酸飲品、支鏈胺基酸(Branch chain amino acid, BCAA)與草本植物類(例如:紅景天、刺五加)。肌力型運動員增補重點在於提供短時間的能量來源,以及預防高強度下肌纖維組織受損,與促進肌肉蛋白質合成,純肌酸、加糖肌酸、必需胺基酸以及乳清蛋白屬之。

除了種類之外,選手吃的時間點尤其重要。根據研究,運動後2小時補充營養增補劑,如果把喝的時間點改成運動後立即補充,在補充相同種類與量的營養增補劑情況下,可增加3倍的肝醣合成量,因此,喝的時間點是營養增補劑成效的關鍵因素。必須特別留意的是,營養增補劑的使用必須視選手的飲食攝取以及訓練內容來擬定,這樣才會補的剛剛好,不僅能夠照顧好選手的健康又可有效增進運動表現。

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▲紅景天為可提升或保持運動員有氧耐力之營養增補劑之一。

運動禁藥管制教育

主要幫助選手了解運動禁藥管制內容。國際奧林匹克委員會於1967 年第一次頒佈運動禁藥種類,當時只有興奮劑與麻醉性止痛劑兩類,至今的運動禁藥種類則有10 類之多。國內運動禁藥的陽性案例大都以運動選手誤服居多,如何避免誤服就會是運動禁藥管制教育的重點。

告知選手國內常見之誤服案例以免重蹈他人覆徹;教導其生病時該找哪些國訓中心之駐診醫師;若在中心外就醫時,於取得醫師處方簽後如何尋求諮詢,以確保所服藥物並非運動禁藥;網路上有哪些資源可查詢,例如中華奧會之互動式平台就可免費提供諮詢;生病了只能使用運動禁藥時該如何辦理;2012 年之最新增列公告有哪些須注意的,例如2010 年世界運動禁藥管制機構的禁用清單上,將methylhexaneamine(甲基己胺)列為賽內禁用之興奮劑,然2012年特別公告提到methylhexaneamine 尚有的其他名稱,且其來源可能為天竺葵油及天竺葵根萃取物之產品。以上這些都是選手應了解的運動禁藥管制內容。

運動營養 致勝祕訣

影響選手競技場上的成績表現因素眾多,包括了技術、戰術、心理、運動生物力學、運動訓練學與運動營養……等,運動營養僅是眾多因素的一環,它所扮演的角色如同諸葛孔明東風借箭的東風,於選手萬事俱備之下,藉由適當的運動營養策略,提供足夠的能量與營養素,協助選手將該有的表現呈現出來,我們相信國訓中心與運科營養組委員在選手飲食營養上的協助,將是這些努力衝刺選手的奪牌致勝祕訣之一。

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  • 作者錢桂玉、許美智,任教國立體育大學運動科學研究所。
  • 原刊載於《科學月刊》第四十三卷第八期
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科學月刊_96
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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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運動員的大腦跟一般人不一樣?從腦科學看體力之外的奪冠秘笈
F 編_96
・2024/12/17 ・2098字 ・閱讀時間約 4 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live Science

是不是常聽人家講「運動天賦」?這種天賦到底是什麼?運動員哪裡跟我們不一樣?這個問題現在科學家或許可以給你一個答案。近年透過腦科學研究發現,運動員的大腦與普通人的大腦存在顯著差異,這些差異塑造了他們在比賽中的敏捷反應、精確動作及卓越判斷能力。

所以現在運動選手不只比體力,還要比腦力了嗎?這些差異具體差在哪裡?

快速反應:視覺處理能力

在團隊運動如足球或籃球中,快速處理視覺資訊並作出決策對勝負至關重要。一項 2013 年發表於《Scientific Reports》的研究發現,職業運動員比起業餘運動員或一般人更擅長處理動態視覺場景,例如追蹤快速移動的物體。這種能力能夠幫助運動員在瞬間解讀賽場上的複雜資訊,並迅速做出反應。

擁有快速的視覺處理能力,對團體運動來說至關重要。圖/envato

視覺處理能力的測試還可用於判斷運動員是否適合回歸賽場,例如在傷後復健階段,確保運動員在完全恢復判斷能力之前不會貿然上場。

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肌肉記憶:動作的自動化編程

對於體操選手或跳水運動員而言,肌肉記憶是完成複雜動作的關鍵。2023 年《Journal of Neuroscience》的一項研究表示,大腦如何通過訓練快速「壓縮」和「解壓縮」動作資訊,最終將動作序列整合成一個流暢的過程。這種訓練過程使運動員能夠無需刻意思考,便能完美執行複雜動作。

肌肉記憶的形成依賴於大腦皮層神經元的網絡活動,這種神經編程能力也同樣適用於訓練有素的音樂家或舞蹈家。

預測能力:球場上的決策利器

運動員擁有卓越的預測能力,例如棒球擊球手能根據投手的動作,快速判斷球的速度與方向。2022 年發表於《Cerebral Cortex》的研究發現,當擊球手預測投手的投球軌跡時,大腦左腹側顳葉皮質的神經元活動會根據預測結果而改變。

這種高效的預測能力源來於運動員在比賽中,學會透過關聯視覺線索與物體運動軌跡的技能。研究還發現,潛水選手等專業運動員的大腦中與動態運動解讀相關的區域,如上顳溝(STS),比普通人更厚,這也反映了運動訓練對大腦結構的塑造。

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平衡與空間感:身體控制的高峰

對體操選手來說,擁有非凡的平衡感與空間感知能力,兩者缺一不可,而這在科學上被稱為「本體感覺」(proprioception)。位於小腦的神經網絡讓運動員能迅速調整身體姿態,即使在空中失誤也能及時修正動作。

對體操選手來說,平衡感與空間感知能力非常重要。圖/envato

然而,當這套「安全網」失靈時,可能導致嚴重後果。如 2020 年東京奧運中,體操選手西蒙·拜爾斯(Simone Biles)因「扭轉失靈」而一度無法控制動作,凸顯了平衡能力在高風險運動中的重要性。

注意力與認知靈活性:多任務處理的關鍵

團隊運動要求運動員能快速在不同思維模式間切換,例如足球選手需在控球時預測對手動作並調整策略。2022 年《國際運動與運動心理學期刊》的一項研究顯示,運動員,特別是參與高強度間歇訓練的選手,擁有更強的認知靈活性和注意力分配能力。

研究也指出,這些能力的提升可能與長期訓練相關,但確切機制仍需進一步研究。

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抗衰老的秘密:運動對老年大腦的保護

這些運動訓練對大腦的影響,可不是只有相關區域的提升。運動對大腦健康的影響,可能會持續一生。一個典型例子是加拿大田徑選手奧爾加·科特爾科(Olga Kotelko),她在 95 歲時仍保持驚人的腦部健康,其白質結構完好程度甚至接近比她年輕三十多歲的普通人。科學家認為,持續的運動訓練可能是她保持記憶力與認知敏銳的原因之一。

運動不只是對身體的鍛鍊,對維持大腦健康也有影響。圖/envato

下一代的訓練策略:腦力與體力並重

隨著運動科學的不斷進步,科學家也開始呼籲教練更注重對年輕運動員的腦部訓練,例如提升記憶力與決策能力。西悉尼大學的運動科學家凱莉·斯蒂爾(Kylie Steel)指出,運動員的身體或許會訓練至極限,但在認知能力上仍擁有巨大的潛力提升。例如,足球訓練中可以鼓勵球員使用非慣用腳進行射門,以提升大腦靈活性,幫助他們在成年後更加出色地應對比賽挑戰。

近年研究讓我們重新認識了體育訓練對人體的深遠影響,運動改變的不僅是肌肉,還包括大腦。從視覺處理到肌肉記憶,再到抗衰老的腦部結構,透過運動與科學的結合,將為未來的運動員開啟全新可能性,也提醒我們,持續鍛煉不僅益於身體,也有助於大腦的健康。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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從運動場到急診室:肥厚型心肌病的潛在危機
careonline_96
・2024/09/11 ・2473字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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圖/照護線上

肥厚型心肌病是種因為心臟肌肉的變化而帶來的問題。通常是因為基因體顯性遺傳,影響了肌小節的肌纖維排列,導致心臟肌肉變得肥厚,尤其是左心室與右心室之間分隔的心肌最容易出現肥厚變化。除了心肌變肥厚,還會讓左心室變得僵硬、延展性小,因此帶來不少問題。

心臟肌肉變得肥厚,會出現什麼問題嗎?

當聽到心臟肌肉變肥厚,或許有人會誤以為這是件好事,會讓心臟肌肉變得功能更強大,其實不然。左心室的任務是在舒張時接收從左心房來的血液,再收縮將心室內的血液送往主動脈。過度肥厚的心臟肌肉會讓左心室的空間變小,承收不了太多的血液,阻擾了血流的正常運行,讓心肌還要收縮地更出力才能運送血液進主動脈。左心室內阻力變高的時候,同時也會影響二尖瓣的功能,血液更容易逆流回到左心房。

肥厚型心肌病的影響
圖/照護線上

就算沒有阻塞心臟血流運行,心肌在收縮的時候並不會因為心肌變肥厚而有力,反而是變得比較僵硬,比較難適當地延展。當血流從左心房送往左心室時,心臟肌肉需要延展,才有利於”hold”住足量的血液。當心肌變得肥厚僵硬的時候,左心室難以延展讓血流進入,之後左心室能打出去送往主動脈的血液量就變少了。

另外一個影響到的是心臟肌肉纖維的排列,若從顯微鏡下觀察肥厚型心肌病者的心臟肌肉排列,會看到心肌細胞排的並不規律,亂亂的,與正常狀況排的整整齊齊的樣子並不同。因此,這些不整齊的心肌排列會影響到心臟內電路訊息的傳遞,甚至更容易刺激出心律不整。

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肥厚型心肌病的症狀

許多患者並不知道自己有肥厚型心肌病,因為症狀可能不嚴重,會甚至根本沒有症狀。若有症狀,常常是從青春期之後開始出現。

  • 運動時,吃飽飯後,或活動量大的時候,感覺到胸痛及喘不過氣
  • 容易在運動中或運動後感到疲憊,頭重腳輕,快暈倒的樣子
  • 心跳突然變很快,撞擊很大的感覺,也就是心律不整
肥厚型心肌病的症狀
圖/照護線上

肥厚型心肌病的併發症

雖然有些人帶有造成肥厚型心肌病的遺傳基因,卻一輩子都沒有症狀;也有些人雖然有症狀,但並不嚴重,不需要每天服用藥物控制。基本上,多數肥厚型心肌病患者可以有與一般人相同的預期壽命年限,也能維持不錯的生活品質,但還是要注意幾件事:

  • 心因性猝死

肥厚型心肌病會引發心室頻脈等心律不整,因此是 35 歲以下突發心因性猝死最常見的原因。有些運動員突然在田徑場上猝死的原因就是肥厚型心肌病。

  • 心臟衰竭

心臟是個幫浦,將血液送往主動脈,再到全身。心臟衰竭代表心臟身為幫浦的功能變差了,無法打出足量的血液到主動脈。前面提到肥厚型心肌病會讓左心室的空間變少,延展彈性變小,進入左心室的血液變少,也就比較難打出足量的血液進到主動脈,因而導致心臟衰竭。

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肥厚型心肌病的檢查與治療

當醫師從患者家族病史、個人病史、身體檢查等狀況懷疑有肥厚型心肌病的可能時,會安排心臟超音波檢查,看看是否有心室中膈變肥厚的證據。針對有家族遺傳史,但自身無症狀的人來說,可以考慮在 30 歲之後定期每三年接受心電圖與心臟超音波檢查。

在治療方面,要看患者的臨床症狀與心臟超音波檢查的結果而定。對沒有症狀的患者來說,調整生活習慣,減少劇烈運動活動或許就已足夠。另外一定要讓患者了解,務必「避免脫水」。因為有肥厚型心肌病的時候,進到左心室的血流本身就比較少,若再因為喝的水分不足脫水,在炎熱天氣下脫水,或使用了利尿劑或血管擴張劑,都會讓症狀加劇。

肥厚型心肌病的處理方式
圖/照護線上

對已有胸痛、喘不過氣的人來說,可以用乙型阻斷劑藥物或鈣離子阻斷劑,放慢心跳速度。心跳速度慢一點,可以增加左心室放鬆舒張的時間,盡量增加左心室內的血流量,之後左心室收縮打出血液的效率會比較好。

如果藥物的成效不彰,要考慮侵入性治療,像是利用手術或燒灼方式改變心室中膈的厚度,減少心肌肥厚造成心室空間減少的影響。萬一患者家族裡有人曾有心因性猝死,本身曾經暈倒好幾次,曾有心律不整,或有嚴重的臨床症狀,就要考慮放置心臟節律器來避免猝死。若肥厚型心肌病已經造成心臟衰竭,心臟移植就成了治療選項之一。

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