Derfor begynder du automatisk at løbe, når du skal skynde dig
Ny dansk forskning viser, hvorfor benene skifter fra at gå til at løbe, når man skal fremad i en fart. Forskningen kan bruges til at hjælpe personer med svære lammelser eller til at lave supersoldater, siger forsker.
skynde sig, gang, løb Central Pattern Generators – CPG’er

Når man skal skynde sig, og benene bevæger sig hurtigere og hurtigere, er kroppen indrettet på en måde, så den automatisk slår over i løb i stedet for gang. Nu har danske forskere fundet ud af hvorfor (Foto: Shutterstock).

Formentlig alle mennesker har prøvet at skulle skynde sig.

Benene går hurtigere og hurtigere, og gangarten bliver mere og mere anstrengt, indtil benene pludselig og automatisk sætter i løb, som blev der trykket på en startknap.

Det er en brat overgang fra den ene form for bevægelse til den anden, og forskere har længe undret sig over, hvad der får os til at skifte fra gang til løb, og hvornår vi gør det.

Historien kort
  • Forskere har fundet ud af, hvorfor kroppen automatisk skifter fra at gå til at løbe, når vi går meget hurtigt.
  • Når skridtfrekvensen ligger lige mellem de naturlige skridtfrekvenser for at gå og for at løbe, skifter kroppen til løb.
  • Opdagelse kan hjælpe med at lave robotben til både handikappede og militæret samt til at forstå spædbørns udvikling af gang.

Svaret på den gåde kommer danske forskere med et bud på i et nyt studie, der netop er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Scientific Reports.

Forskningen viser, at både gang og løb har hver deres foretrukne hastighed og skridtfrekvens, som benene helst skal bevæge sig med, og når benene bevæger sig så hurtigt ved gang, at skridtfrekvensen ligger midt imellem de to, skifter vi fra at gøre det ene til at gøre det andet.

»Der sker en masse, når vi skifter fra at gå til at løbe. Nogle andre muskler bliver aktiveret, koordinationen bliver en smule anderledes. Det skal justeres for at gøre bevægelsen effektiv, og vi viser i vores forskning, hvornår kroppen laver den justering, og giver et bud på, hvorfor den gør det,« fortæller en af forskerne bag det nye studie, lektor Ernst Albin Hansen fra Institut for Medicin og Sundhedsteknologi ved Aalborg Universitet.

Kan bruges af soldater på lange gåture

Den nye forskning kan ifølge Ernst Albin Hansen blandt andet bruges til at hjælpe folk med alvorlige skader på rygmarven eller til at lave bedre soldater.

Eksempelvis arbejder mange landes militær med at lave exoskeletter til deres soldater. Det vil sige, at de forsøger at lave mekaniske og robotlignende løsninger, som eksempelvis kan lette soldaternes fysiske udfoldelse under lange marcher.

Forestil dig et sæt robotben spændt uden på dine egne, som hjælper dig med at tage skridt, så du kan bære meget mere vægt på skuldrene eller blive ved med at gå uden at blive træt. Den slags ben vil militæret rigtig gerne udstyre deres soldater med.

skifte fra gang til løb exoskeletter soldater rygmarven skade lammet Central Pattern Generators – CPG’er

Den nye viden kan bl.a. bruges til at lave exoskeletter til soldater - mekaniske ben, som gør soldaterne i stand til at bære mere vægt og gå længere uden at blive trætte. (Foto: Shutterstock)

For personer med rygmarvsskader og lammelser i benene er situationen den samme, omend robotbenene her har et medicinsk perspektiv.

Begge løsninger kræver, at de, som designer robotbenene, kender til kroppens naturlige måde at bevæge sig på, inklusiv hvornår en person har brug for at skifte fra gang til løb, og det hjælper det nye forskningsresultat med en større indsigt i.

»Den type ben er styret af software, som skal styre overgangen mellem gang og løb på det rigtige tidspunkt i forhold til den person, som har benene på. Det er den overgang, som vi i vores forskning viser, hvor er,« siger Ernst Albin Hansen.

Skifter til løb, når skridtfrekvensen bliver høj

Ernst Albin Hansens forskning viser, at overgangen mellem gang og løb er afhængig af skridtfrekvensen, altså antallet af skridt per minut.

Om forsøget

I det nye studie har forskerne lavet 2 forskellige forsøg med 26 forsøgspersoner på løbebånd.

  1. I det ene forsøg blev forsøgsdeltagerne bedt om at indstille løbebåndet til den hastighed, som de fandt mest behagelig at gå eller løbe i (behavioral attractors). Herefter fastslog forskerne forsøgspersonernes skridtfrekvens ved både løb og gang.
  2. Efterfølgende observerede forskerne forsøgspersonernes skridtfrekvens, mens de langsomt øgede hastigheden på løbebåndet.

På den måde kunne de dokumentere, at forsøgspersonerne slog over i løb, når de var præcis imellem de to behavioral attractors – altså præcis imellem de to skridtfrekvenser.

Når en normal person går i sit mest afslappede tempo, er skridtfrekvensen i omegnen af 60 skridt i minuttet. Når den samme person løber, er skridtfrekvensen omkring 80.

Det nye forskningsresultat indikerer, at nervesystemet fungerer på sådan en måde, at det genkender skridtfrekvensen automatisk og ændrer på muskelkoordinationen til at matche løb, når skridtfrekvensen er lige mellem de to ’sweet spots’, hvilket vil sige omkring 70 skridt i minuttet.

»Tidligere har man troet, at overgangen fra gang til løb skete, når det var mest energieffektivt at løbe frem for at gå, men vores forskning viser, at det ikke er energiforbruget, der styrer det. Det er noget andet,« forklarer Ernst Albin Hansen.

Rygmarven holder benene gående

Går vi et ’skridt’ dybere i videnskaben, drejer det nye forskningsarbejde sig om nogle netværk af nerveceller i rygmarven.

På engelsk hedder disse neurale netværk Central Pattern Generators – CPG’er (centrale mønstergeneratorer), og de er ansvarlige for en stor del af de rytmiske bevægelser, som kroppen foretager sig, uden at vi er nødt til at bruge energi på at tænke over det.

Det drejer sig blandt andet om gang og løb, hvor CPG’erne i vid udstrækning sørger for at koordinere de rytmiske muskelsammentrækninger, der skal til for hele tiden at sætte den ene fod foran den anden i den ene eller anden form for bevægelse – uden at hjernen behøver at koordinere bevægelsen i detaljer.

skifte fra gang til løb exoskeletter soldater nerveceller rygmarven Central Pattern Generators – CPG’er

Tidligere har man troet, at overgangen fra gang til løb skete, når det var mest energieffektivt at løbe frem for at gå, men den nye forskning viser, at det ikke er energiforbruget, der styrer det, men nogle netværk af nerveceller i rygmarven. (Foto: Shutterstock)

CPG’erne spiller på den måde en helt central rolle i den motoriske hukommelse, og de er også ansvarlige for, at eksempelvis en høne kan rende rundt uden hoved. Signalerne fortsætter med at blive sendt fra rygmarven til musklerne, og benene bliver ved med at bevæge sig. 

»Før i tiden var det en udbredt opfattelse, at bevægelser som gang og løb var styret af reflekser, men nyere forskning viser, at CPG’erne spiller en stor rolle i vores bevægelse. Hjernen sender et signal om at sætte i gang, og derefter kan CPG’erne holde bevægelser kørende med eller uden yderligere signaler fra hjernen og sensoriske informationer fra benene,« fortæller Ernst Albin Hansen.

Ernst Albin Hansen har tidligere forsket i, hvordan CPG’erne spiller en rolle i at opretholde pedaltråd blandt cyklister.

Vi foretrækker et behageligt gåtempo

Ud over at være koblet til CPG’erne er skiftet mellem gang og løb formentlig også koblet til et fænomen, som hedder adfærdsmæssig tiltrækning (behavioral attractors).

Det er den oplevelse af, at eksempelvis en rytmisk bevægelse føles rar og naturlig.

Når personer går, foregår det oftest med samme skridtfrekvens. Vi har på den måde alle sammen en selvvalgt skridtfrekvens, som føles rar at gå med, og CPG’erne er involveret i at opretholde den skridtfrekvens og ikke lade os gå for hurtigt eller for langsomt, men lige tilpas.

Det samme gælder løb, som også har en behavioral attractor omkring den foretrukne skridtfrekvens – altså en skridtfrekvens, som CPG’erne helst vil holde kroppens løb kørende med.

skifte fra gang til løb exoskeletter rygmarven skade lammet Central Pattern Generators – CPG’er

Vi har alle sammen en selvvalgt skridtfrekvens, som føles rar. Det samme gælder løb. At vi skifter fra det ene til det andet skyldes, at nerveceller i rygmarven, Central Pattern Generators – CPG’er, automatisk giver kroppen besked om det. (Foto: Shutterstock)

Mere præcist skifte end ved energiforbrug

Her rammer vi pointen i det nye forskningsresultat.

Når vi skifter fra at gå til at løbe, bevæger vi os fra den ene behavioral attractor mod den anden.

Gang har en behavioral attractor, som formentlig er stærkt påvirket af CPG’ere, at den holder benene kørende med en skridtfrekvens på omkring 60, mens løb helst skal foregå med omkring 80.

Når vi går hurtigere og hurtigere, rammer vi på et tidspunkt en skridtfrekvens på cirka 70 og kommer herefter nærmere løbs behavioral attractor.

Det resulterer i, at CPG’erne skifter fra at stimulere musklerne i forhold til at løbe frem for at gå – ergo, vi begynder at løbe.

»Vi kan se, at det er meget mere præcist end at antage, at vi skifter mellem gang og løb, når det er mere favorabelt energimæssigt. I stedet er det disse behavioral attractors, der afgør, hvornår det sker, og det er en helt ny forståelse af kroppens funktioner, som vi her foreslår,« siger Ernst Albin Hansen.

skifte fra gang til løb exoskeletter rygmarven skade lammet cpg

Det nye studie kan give en bedre forståelse af, hvornår og hvordan børn lærer at gå og løbe, og hvad der sker, når de gør det - og hvorfor nogle børn har en forsinket udvikling. (Foto: Shutterstock)

Kan sige noget om spædbørns udvikling af bevægelse

Peter C. Raffalt er postdoc ved Julius Wolff Institute for Biomechanics and Musculoskeletal Regeneration i Tyskland og forsker i netop menneskers gang.

Han har ikke deltaget i det nye studie, men han har læst det og synes, at studiet er rigtig spændende.

Peter C. Raffalt fortæller, at spørgsmålet om overgangen fra gang til løb er forsøgt besvaret mange gange, men at forskere aldrig har fundet konsensus omkring de bagvedliggende årsager.

»Forskernes vinkel er rigtig interessant. Idéen, om at vi skifter bevægelsesmønster, når kroppens stabile stadie bliver presset, og vi derfor skifter til et andet, som løser opgaven bedre, er rigtig interessant, og der begynder også at være en del beviser for, at det nok forholder sig sådan,« siger han.

Peter C. Raffalt mener også, at selvom forskningen er grundforskning, kan den bruges til noget i praksis.

»Det kan eksempelvis give os en bedre forståelse af, hvornår børn udvikler deres gangmønster. Her kan denne nye indsigt sige noget om, hvornår og hvordan børn lærer at gå og løbe, og hvad der sker, når de gør det. Det kan også bruges til at blive klogere på, hvad der sker, når nogle børn har en forsinket udvikling,« siger Peter C. Raffalt.