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摘要：从这些测量中，我们可以计算出“姿势摆动”—站立在一条、两条或甚至四条肢体上时身体的持续运动。姿势摆动的量是神经系统活动的间接指标。在我们的测量中，我们发现亚特兰大动物园的幼年火烈鸟在单腿站立的时候睡着了，它们的姿势摆动非常小。当他们醒着的时候，和他们的伙伴们梳妆打扮或比赛，当他们单腿站立时，他们的姿势摆动速度增加了七倍。这项研究是一项有趣的调查，揭示了火烈鸟的单腿站立与人的不同。
这篇文章最初是在对话中发表的。这篇文章为《生命科学》的专家之声贡献了一篇文章：Op Ed&Insights。
如果你在动物园看过火烈鸟，或者如果你幸运的话，在野外，你可能会想知道火烈鸟是怎么做到的单腿站立睡觉。
当然，作为人类，我们认为单腿站立很难，因为这对我们来说很难。在瑜伽中，当你把腿抬得更高，手臂向上，头向上倾斜时，树形姿势变得越来越困难。闭上眼睛几乎是不可能的。我们中的大多数人都会摇摆不定，然后放下一只脚，摇出我们站着的腿。
作为科学家，我们两个都对大脑如何控制身体感兴趣——我们称之为神经力学的领域，处于生物力学和神经科学的交叉点。我们最新的研究问题：火烈鸟是如何单腿站立的？我们的研究让我们与一群幼年火烈鸟，甚至火烈鸟的骨骼和尸体近距离接触，了解它们是如何达到惊人的平衡能力的。
是被动稳定还是主动稳定“当我们搜索文献时，我们没有发现任何关于这些标志性鸟类是如何做到这一点的报道，但有几个理论关于它们为什么单腿站立。一些人认为这是为了保存在冷水中站立所损失的体温。单腿站立可能会将热量损失的能量减半。
另一个假设是，单腿站立通过让一条腿休息而另一条腿支撑身体来减少肌肉疲劳。这个理论是基于这样一种观点，即站在两条腿上比一条腿交替地站在另一条腿上更容易疲劳，但是没有人直接测试过。
任何动物消耗的代谢能量的很大一部分是由于在对抗重力和控制运动时激活肌肉。如果单腿站立会增加能量消耗，那么火烈鸟节省热能损失，而只消耗肌肉能量是没有多大意义的。如果火烈鸟一条腿站着很累的话，为什么它们会在一条腿和另一条腿之间切换，而不是两条腿站着呢？”
当你在杂货店排队时，你不会屈膝站立——这需要你花费大量的能量来激活腿部肌肉。想象一下，保持蹲姿，大腿水平，膝盖成直角——你会很 ... 觉到灼伤。火烈鸟的腿（和其他鸟类一样）经常处于“膝盖弯曲”的状态，因此有可能需要大量的肌肉能量消耗，或者肌肉力量来支撑它们的体重。
许多动物进化出的移动方式可以使它们消耗的能量最小化，无论是企鹅摇摇晃晃、长臂猿在树上摇摆的摆动力学，还是蟑螂的跳跃力学，
其他动物，如马，已经进化出被动稳定机制，让它们在站立时睡觉。悬挂的蝙蝠和栖息的鸟类已经进化出被动的抓取机制，使它们能够在不害怕失去抓握的情况下入睡。
我们开始研究火烈鸟是主要依靠被动的生物力学还是主动的神经系统干预来单腿站立。
检查火烈鸟，包括活着的和死的科学家研究平衡的一种 ... 是让人或动物站在称为测力板的装置上，该装置测量他们施加在地面上的力。它的工作原理就像一个奇特的Wii平衡板。从这些测量中，我们可以计算出“姿势摆动”—站立在一条、两条或甚至四条肢体上时身体的持续运动。
我们看不到机械稳定结构（如桌子）的姿势摆动。
尽管我们人类认为站立平衡是理所当然的，它实际上非常活跃过程。神经系统在站立时不断地感知身体的运动，并通过激活肌肉进行纠正。姿势摆动的量是神经系统活动的间接指标。我们通常不会注意到这些小动作，除非我们的平衡出了问题。想想看，当你在一个移动的表面上闭上眼睛，或者当你头晕的时候站着。
在我们的测量中，我们发现亚特兰大动物园的幼年火烈鸟在单腿站立的时候睡着了，它们的姿势摆动非常小。当他们醒着的时候，和他们的伙伴们梳妆打扮或比赛，当他们单腿站立时，他们的姿势摆动速度增加了七倍。
这是怎么发生的？我们查阅了火烈鸟的解剖报告和骨骼，看看是否能找到生物力学稳定机制的证据，帮助火烈鸟轻松地单腿站立。由于没有明确的证据，我们决定自己研究火烈鸟的形态，也就是说，它的结构特征，以及它们是如何一起工作的。
虽然实际机制尚不清楚，但我们从一具火烈鸟尸体上意外发现。如果你把它像棒棒糖一样以一个合适的角度举起来，它就会被动地采用一种像火烈鸟一样单腿站立的身体形态。当我们将身体前后倾斜45度时，身体形态稳定，膝盖保持直角。当我们试图操纵身体时，我们发现关节在抵抗重力的拉力方面是相当稳定的，但是关节可以很容易地向另一个方向移动。
重力加解剖学做这个工作我们的发现表明重力，以及火烈鸟解剖学的专业化，在帮助动物在不锁定关节的情况下保持一条腿的稳定方面发挥着重要作用，这可能会使它们在必要时迅速逃离。从前面看尸体腿的角度类似于我们观察到的活体动物单腿站立时的向内倾斜。当腿向内倾斜（从前面看）像单腿姿势时，关节变得非常稳定。如果我们把尸体的腿举得更直一些，也就是说，从前面看更垂直，就像火烈鸟两腿站立时的姿势一样，尸体就不再稳定了。由于肌肉在一只死去的动物身上并不活跃，我们将其解释为一只火烈鸟必须激活肌肉才能保持两腿的姿势，而不是一腿的姿势。
在我们的研究之前，我们可能已经假设一只火烈鸟单腿站立需要大量的肌肉能量。但显然不是这样，他们可以很容易地长时间地保持对我们来说很快就会变成一种非常不舒服的蹲姿——完全不用肌肉。
为什么我们在乎呢？这项研究是一项有趣的调查，揭示了火烈鸟的单腿站立与人的不同。作为科学家，研究大自然的奇迹，看看物理学和生物学是如何在动物的行为中交织在一起的，是值得的。尽管如此，还是可以吸取一些实际的教训。一些机械化关节和腿的工程系统，比如一些假肢装置和仿人机器人，仅仅为了站起来就耗费了相当多的能量。或许，运用火烈鸟平衡的一些原理，可以帮助设计出更稳定、更灵活、更高效的假肢和机器人。
埃默里大学物理治疗系生物医学工程与康复医学教授、生物科学教授杨惠昌，乔治亚理工学院
这篇文章最初是在对话中发表的。阅读原文。“
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