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  奥林匹克是对人类体能、运动技术和全球性旅行的一个巨大考研。为了让一切稳定有序的进行,科学技术已经渗透进奥运会和残奥会的方方面面。

  对数千名运动员来说,科学家已经帮助他们研发出了高效的训练技术、合理的训练日程、健康的饮食方案、精良而优质的装备以及有效的兴奋剂检查方法。对数百万可能会前往伦敦的观赛者而言,科学技术的主要作用在于制定井然有序的城市规划、疏导交通、确保公众健康以及安全。而对数十亿在家里观赛的观众而言,研究人员研发出的技术将测量运动员们制造出的一个又一个人类奇迹并将其展示在观众面前。

  英国《自然》杂志网站近日详细揭示了为奥运会“保驾护航”的四个科学领域。

  心理学家鉴定残疾运动员是否合格

  2000年,西班牙残疾人奥运篮球队在悉尼残奥会上横扫千军,夺得了金牌。但后来,西班牙残奥会代表团篮球队成员卡洛斯·里瓦格达在接受某体育杂志采访时称,在这届残疾人篮球队中,至少有10名运动员不符合残疾人标准,其中包括他本人。据查实,在该队12名队员中,只有两人是真正的智障残疾人,其他10人没有任何人接受过心理医生或精神病医生的检查和测验。为此,西班牙残疾人奥运篮球队将“骗”来的金牌又交了回去。而且,残奥会还规定,具有学习障碍的人不允许参加接下来的2届残奥会。

  不过,今年,这些具有学习障碍的运动员能够参加田径、游泳和乒乓球项目的比赛了。那么,如何界定学习障碍呢?智力障碍很难检测出来,因为,与大多数身体残障不同,智力残障的表现并非一直很明显。

  在西班牙残疾人篮球队的丑闻爆发之后,国际残疾人奥林匹克委员会和国际智障残疾人运动员联合会对一个国际研究团队提供了资助,要求该研究团队制定严苛的“合格”(存在残疾)以及“分类”(进行某项运动需要哪方面的残疾)标准,并将其固定下来。作为本届伦敦残奥会负责确保运动员具有参赛资格的科学家之一,英国坎特伯雷大学应用心理学系的负责人简·伯勒斯于2009年加入了该研究团队并且成为“合格”团队的负责人。国际残奥委会医学与科学部主任彼得·范·德-弗里叶特表示:“她是这一领域的专家,她帮助研发的这套标准为智力残障运动员重返残奥会铺平了道路。”

  根据现在制定的新规则,运动员如果在18岁之前存在智力发育迟滞现象,或者IQ不超过75,而且在诸如社会技能等适应性行为方面存在“显著缺陷”,那他(她)就能算是一名“合格”的残奥会运动员。

  接着,合格运动员会接受一系列测试以证明他们可以被看做残障人士并参加相应项目的比赛。例如,研究人员将首先对一名游泳运动员的某些在运动方面非常有用的技能(诸如反应时间)进行测试和评估,接着对该运动员和其他运动员的游泳技能进行比较。伯勒斯表示,研究表明,智力残障运动员一般倾向于进行更多的冲程来游完给定的距离,因此,分类员会给运动员拍摄视频,比较并评价他们的冲程比以便查看这一比值是否符合残障游泳运动员的“带宽”。所有这些步骤都必须由多名研究人员备案并进行综合评估以确保该系统足够识别并应对任何可能会有的欺骗行为。

  伯勒斯说:“我正在翻阅并核查每名残疾运动员的资料,确保我们对通过接受过该系统检查的人知道得尽可能多。在整个残奥会期间,我将随时待命,确保分类工作进展顺利并在出现任何问题时能妥善解决这些问题。”

  科学家们也在进行其他合格鉴定和分类工作,以查看是否能将更多运动项目囊括进2016年在巴西里约热内卢举办的残奥会上。这些工作包括找出运动员进行某项运动必须的技能以及智力残障对运动表现的影响。此前,有人打赌称,划船和篮球比赛将纳入里约热内卢残奥会中。

  兴奋剂“捕手”让奥运会更“干净”

  今年夏季奥运会100米短跑比赛将是竞争最为激烈的比赛之一,牙买加短跑选手、“闪电”尤塞恩·博尔特已经蓄势待发,将奋力击败另外一名更年轻的后起之秀、牙买加选手尤罕·布雷克,从而捍卫自己在短跑领域“王者之尊”的地位,这场比赛无疑会成为本届奥运会的最大看点之一。

  然而,除此之外,奥运会上竞争最激烈的一个战场将是位于距离奥运村北部35公里处哈洛的一个巨大的郊区实验室内。在此处,反兴奋剂专家将使用他们的分子“兵工厂”内最复杂的工具,以便让那些服用了可以提高运动成绩的药物的运动员无所遁形。

  该实验室将对几十种兴奋剂、类固醇和其他违禁药物进行筛查,伦敦国王学院药物控制中心的资深科学家克里斯蒂·巴特利特是该实验室的负责人,该实验室将主管对于促红细胞生成素(EPO)以及人类生长激素等生物药物的测试工作。EPO是上世纪80年代研制出来作为治疗肾病患者贫血症的用药,由于可以大幅提高运动员的携氧能力而被滥用,但它会引起红血球密度增加,增大了心脏病发作和中风的风险。

  众所周知,反兴奋剂科技目前还处于保密状态,当然,也有人认为,不必要这么保密。巴特利特表示,他不能告诉人们伦敦奥运会上将采用什么药物检测技术。他只是强调称:“我们已经安装了最复杂的设备,过去几年,我们一直在研发并验证新技术,这些新技术有助于我们在各个领域更加灵敏。”

  对于巴特利特和他的150多名同事来说,第一个挑战在于处理奥运会和残奥会运动员提交的用于测试的大量尿液和血液样本。这些尿液和血液样本将从大约7000名运动员那儿收集而来,在比赛开始前几天以及比赛结束后立刻就要收集完成。收集之后几小时,样本就会送到他们的实验室内,一部分样本用于测试,另外一部分样本将被冰冻起来作为备份,该实验室的所有工作人员和设备必须连轴转,以便尽快完成所有的测试工作。

  如果该实验室在检查血液和尿液样本时发现任何违禁物质,研究人员会立刻报告到国际奥委会和其他运动管理机构,这些机构随后会进行调查并对相关运动员进行纪律处分。

  诸如罗氏制药公司和美国安进以及葛兰素史克等制药公司现在会定期分享他们正在研发的药物信息,这些药物有可能被运动员使用。2007年,在美国食品和药品管理局(FDA)批准一类新的促红细胞生成素CERA之后几个月,反兴奋剂科学家就研发出了一种测试方法。

  尽管这一测试方法并没有搭上2008年北京奥运会的“末班车”,但随后进行的回溯式测试也剥夺了巴林中长跑选手、北京奥运会男子1500米冠军拉西德·拉姆兹的金牌。2009年4月下旬,国际奥委会公布了北京奥运会部分兴奋剂样本重新检测结果,有6名运动员显示“异常”。随后,巴林奥委会宣布,该国选手拉姆兹因服用禁药,血液检测呈阳性。据悉,拉姆兹是服用了促红细胞生成素刺激类兴奋剂CERA(促红细胞生长素EPO第三代产品)。

  一些服用兴奋剂的运动员开始越来越多地求助于非法的实验室,这些实验室能够制造出诸如EPO等药物,而且也能对这些药物进行化学修改以避开测试。巴特利特表示,他的团队已经准备好了。例如测试EPO的方法也可以用来探测任何使用遗传工程学制造的蛋白质, 因为,这些蛋白质比普通物质的酸性更小。

  参加伦敦奥运会的运动员将接受奥运会历史上最严苛的检查,但是,这些测试会使运动员更“干净”吗?巴特利特持谨慎乐观的态度。很多国家会在他们的运动员出发前往伦敦之前,对运动员进行筛查和测试,而且,有些运动项目已经开始使用“生物护照”,其会标示出运动员的血液随时间变化的情况;搜寻到可能发出违法的体能增强信号,甚至当诸如EPO等物质不能被发现时也是如此。巴特利特说:“不管如何,打算前往伦敦的运动员们,还是小心为妙。”

  流体建模员让游泳运动员更“给力”

  在2008年北京奥运会上,游泳运动员们打破了25项世界纪录,让其他运动相形见绌。很多人将荣誉归功于高科技的游泳衣,这些新泳衣减少了人在水中受到的阻力。但是,北京奥运会之后,竞技游泳的国际监管机构引入了新的比赛规则,限制可能从游泳衣那儿获取的好处。现在,运动员们必须寻找其他方法来获取优势,提高成绩,英国游泳运动员开始求助流体动力学家斯蒂芬·特诺克。

  特诺克的专业是流体力学,尤其是轮船设计领域的流体力学。研究空气或水在人体周围如何流动并非巨大的进步,而且,过去三年间,他一直主持着英国南安普顿大学的运动工程实验室(PSEL)。他表示,该实验室曾经同英国自行车队携手合作,设计出了很多符合空气动力学的骑行位置,为英国自行车选手在北京奥运会上获得14块金牌立下了汗马功劳。特诺克表示:“英国游泳队目前还不知道在游泳过程中什么是流体力。”

  为了提高运动员的体能和成绩,运动工程师们会使用一个绞盘系统来拉游泳选手,让其在水中穿梭。绞盘系统的线内的张力会被科学家们用来评估水的阻力和推力。

  然而,游泳运动采用某种科学的方法来提高成绩已经被证明是一个挑战。特洛克解释说:“对自行车选手来说,很容易让其在合适的位置骑行以便其受到的阻力最少,但是,对游泳运动员来说,其在水中的阻力受到很多因素的影响,很多因素起作用,包括身体的长度、手臂和腿部的运动、四肢传递到水中的力量以及水压和运动的影响等等。特洛克说:“变量如此多,而且,游泳运动处于非常嘈杂的环境中,所有的一切都发生得非常快,很难确切地重复同样复杂的环境。”

  为此,该PSEL团队设计出了几个技术解决方案。其主系统基于一个便携式的绞盘,它会让游泳运动员在水中穿梭的速度比他们正常游泳的速度快一点,这个技术名叫超速。当英国的顶级运动员在一个游泳池内训练时,特洛克团队测试了绞盘线内的张力以评估水阻力的变化;研究人员拍下了运动员们一圈又一圈游泳的视频,以查看调整游泳姿势或泳帽的位置对水流和速度的影响。特洛克说:“只要运动员从泳池中出来,我们能清楚地知道他们在水下的表现,这些信息随后都会被反馈给教练和运动员。”

  特洛克团队一直在解决其他与游泳训练有关的问题。他正在使用该绞盘系统探究体毛对水中阻力的影响(答案是,越平滑速度越快);他们也正在使用肌骨骼系统的计算机模型来厘清如何改进仰泳的效率。

  疾病追踪者为全球健康“把脉”

  伦敦奥运会的组织者们此前预测,全球各地将有数百万人会前往伦敦观看比赛,其中的一些人可能会携带有病毒和细菌。来自加拿大的研究人员卡曼·卡汗是一个国际研究团队中的一员,该研究团队正在测试一些为了预防因为人群拥挤而导致疾病(诸如某些潜在的新的流感菌株)扩散所采取的策略。

  虽然人群拥挤可能引发大规模疫情爆发的情况,但是,要是“万一”发生了该如何处理呢?可汗一直对此保持警醒。过去,疾病的突然爆发一般同大规模的人群聚集有关,包括2010年在加拿大温哥华举办的冬奥会期间爆发荨麻疹以及2008年在澳大利亚悉尼举办的天主教青年节期间爆发流感等。英国健康保护局奥运会健保工作的负责人布莱恩·麦克洛斯基表示:“奥运会会使得人群大量集中,因此,我们一直都在密切关注这种大规模的人群聚集可能带来的健康威胁,我们尤其担心传染病爆发。”

  可汗将使用“生物离散计划”来评估这些威胁,该项目自2008年启动以来,他一直是负责人。这个基于网络的计算机项目将数十亿的航班安排信息集合在一起,让研究人员得以了解全球各地的人们如何前往伦敦。为了精确计算出那些携带有病原体的人可能会带来的风险,在整个比赛期间,该项目将同收集到的疾病监控信息实时连接在一起,例如由美国麻省波士顿儿童医院的“健康地图计划”所提供的信息,该计划囊括了来自于健保系统和社交媒体上出现的与传染病威胁出现有关的消息、报告。例如,如果一条流感爆发的新闻来自印度,可汗能够拼接出一幅疾病扩散的图片并利用该图片预测疾病在伦敦爆发的可能性。这类早期警告可能会让健康官员有时间及时向公众发出警告并采取预防行动。

  麦克洛斯基表示,实际上,对于“生物离散项目”和全球的健保系统来说,奥运会都将是一个巨大的测试和考验。他说:“结果可能表明,这些系统对奥运会没有任何帮助,也可能表明这些系统对奥运会来说不可或缺。直到我们进行完实验,我们才能知道答案。”

  可汗希望,与全球人员流动有关的数据能够为一个方兴未艾的领域——“大众聚集医学”提供有关的信息,“大众聚集医学”这一研究领域主要研究由于宗教集合、音乐集会和运动赛事可能给公共健康带来的风险。他将全球交通比喻成“全球动脉网络”,他表示人们通过这些网络进行着迁徙,可能会对他们的心理和生理产生影响。他说:“这些大型的集会会对全球健康产生潜在影响,我们需要更好地理解它们。”(记者 刘霞 综合外电)

  《科技日报》(2012-7-31 八版)

责任编辑:赵文

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