衣架套头上，头会自动转？火遍全网的「衣架挑战」科学吗？

本文作者：z_popeye

上周，一个名为「衣架套头挑战」的话题莫名登上热搜，微博博主@WankerStudio 发布的一段视频率先把这个奇怪的挑战带入了大家的视野。
挑战的内容来源于日本一档综艺节目，简单来说，就是 把衣架套在头上，头会不由自主地转向一侧。
套上衣架头就转了？ 图源：日本综艺节目《ヒルナンデス》

不过，在接受挑战的人并非每一个都能成功：有人一脸「这什么沙雕」，不动如山；有人表情惊奇地转头，演技浮夸。
「多少有点演的成分。」 作者本人第一次看到这个视频的时候心中也充满着不屑和怀疑，但很快，评论区网友们的讨论又激起了我的好奇心。
微博截图

真的假的？怀着「倒要看看他葫芦里卖的什么药」的心情，我默默从床上爬起来，找出柜子里的衣架，缓缓套在头上，然后……
居然真的会转！！！！
而「衣架套头」这一话题迅速引来了各路科普博主，央视《走近科学》栏目主持人张腾岳还亲自发布视频来讲解这个实验。
幸好他没有做成上中下三集
图源：微博截图
尽管真香了，但我还是十分好奇，「衣架套头挑战」究竟是怎么回事呢？

谁是第一个拿衣架套头的人才？
衣架套头？对于这样一个奇怪的姿势，许多人的第一反应是：
华生你发现了盲点
事实上，这个现象最早在 1991 年被丹麦神经学家克里斯坦森发现。不过，克里斯坦森比较保守，他使用的并非衣架，而是硬纸箱。
克里斯坦森的实验示意图
图源：参考文献 1
他发现，如果像图 A 一样把硬纸箱「正着」套在头上，什么都不会发生。但如果把硬纸箱转过一定角度，像图 B 所示「斜着」套在头上，那么头就会不由自主地转向相反的方向。
克里斯坦森找来 10 名健康的志愿者尝试了「纸箱套头」实验，只有一位女性志愿者没有成功，原因是她的头「太圆了」（conic shape of her head）。
随后， 克里斯坦斯在the Lancet上发表一篇论文来描述这种现象 ，但当时的他并不知道「纸箱套头」背后的原理究竟是什么。
无独有偶，在大洋彼岸的日本，也有人发现了类似的现象。 2003 年，在富士电视台一档名为《トリビアの泉》的综艺中，第一次出现了「衣架套头」这个实验。

厚重的包浆充满了年代感
图源：日本综艺节目《トリビアの泉》
随后，针对「衣架套头实验」的研究开始在日本这片神奇的土地上发展壮大。为首的一群科学家来自 日本电气通信大学梶本实验室 （Kajimoto Laboratory），也是他们首先将这一现象正式命名为 「衣架反射」 （Hanger Reflex，HR）。

衣架套头，为啥头会转？
梶本实验室从 2008 年就开始针对衣架反射现象进行了一系列调查研究。事实上，全世界一共就只有十几篇关于衣架反射的论文，几乎全部来自这个不走寻常路的实验室。
这个实验室看起来就挺有想法
图源：Kajimoto Laboratory 官网首页
衣架套头，头究竟为什么会转？ 这也正是梶本实验室要解决的第一个问题。
有人认为这是由于衣架的重量不平均，头会不由自主地偏向有钩子的那一侧；也有人认为是痛感激发了人们「趋利避害」的本能，试图通过转头来减轻压力……
梶本实验室选择从科学角度出发。他们设计了一款可以在头上围一整圈的压力感受器，用来测试衣架套头时，头的不同部位分别承受多大压力。

不同情况下，衣架在头上的压力分布
图源：参考文献 3
研究发现，无论衣架钩子朝向什么方向，当头转向左边时，2 个压力峰值出现在头部的左前区（left frontal temporal region）和右后区（right occipital temporal region）；当头转向右边时，2 个压力峰值出现在头部的右前区（right frontal temporal region）和左后区（left occipital temporal region）。
而多出来的的那个小小的峰值，就是衣架钩子自身的重量，从试验结果来看，它所带来的影响并不能改变头的转向。
简化模型消除了衣架钩子的重量影响之后的结果
图源：参考文献 4
那么，衣架反射的原理究竟是什么呢？ 经过一系列的研究，梶本实验室认为，要满足衣架反射的条件，首先人的头部应该呈一个长椭圆形。 （这也解释了为什么在 1991 年克里斯坦森的首次试验中，有一位女士因为「头太圆」而失败。）
衣架夹头的受力分析
图源：参考文献 4
这种情况下，衣架套头之后，在前部和后部形成的压力尽管大小相同，但方向不能成一直线，始终存在旋转力矩。
假设你是一个摩擦力为 0 的极致光头，那么，衣架就会倾向于自动旋转直至平衡（如图 b、c）。
但事实上，由于头发和皮肤会阻碍衣架的自动旋转， 当我们的头皮感知到衣架产生的摩擦力时，就会产生一种不平衡的错觉，想要通过转头来维持这种平衡 。这时，衣架反射就自然而然地发生了。

转是转了，衣架套头有啥用吗？
在研究衣架反射的原理问题时，梶本实验室的科学家们就已经在尝试脱离「衣架」，把「反射」独立出来。
他们制作了一套装置用来代替衣架，可以从四个不同的方向给佩戴者施加压力。 长得真挺像发廊烫头的某种设备
图源：参考文献 3

随着研究深入，装置的形状和应用场景也发生了不少变化。

一位名叫佐藤未知的研究员正是装置研发领域的个中翘楚。2011 年，他凭借一篇衣架套头的毕业论文顺利留组读博，并继续在这个领域钻研创新。
他先是发现，衣架反射可以应用于腰，然后做了一个戴在腰上的装置，像这样：
图源：梶本实验室官网

他又发现，衣架反射也适用于手腕，然后做了一个戴在手上的装置，像这样：
图源：梶本实验室官网
他还发现，衣架反射甚至还适用于脚踝，然后做了一个戴在脚上的装置，像这样：
图源：参考文献 5

看到这里我们恍然大悟， 原来不止是脑袋，全身上下都能转！
原理明白了，装置也有了，那么衣架反射究竟有什么用呢？
事实上，早在 1991 年那篇第一次描述了「纸箱套头」现象中，丹麦神经学家克里斯坦森就提出，这或许能够成为一种治疗 旋转型痉挛性斜颈 的新方法。
痉挛性斜颈是一种局限于颈部肌肉的肌张力障碍疾病。 在 旋转型痉挛性斜颈中，患者由于颈部肌肉不由自主的收缩，会出现头偏向一侧不能 自由转动的症状。
接受衣架反射装置治疗的患者
图源：参考资料 6
克里斯坦森对 2 名患有旋转型痉挛性斜颈的患者进行了「纸箱套头」治疗，其中一名患者的症状出现了好转： 纸箱不仅能够帮助他的头恢复正常位置，甚至在摘下纸箱后，这种效果还能持续 10 到 15 分钟 。
而梶本实验室的科学家们也注意到了这一应用。他们简化试验装置，更方便患者佩戴，并对 19 名患有旋转型痉挛性斜颈的病人进行试验。
在试验开始前，研究人员分别测试了患者在不佩戴设备和佩戴设备时的疾病评分，发现 佩戴设备时，患者症状有所减轻 。随后，这些患者接受每天 30 分钟的治疗，持续 3 个月后再次测试，发现 长期进行「衣架反射」治疗可以有效改善旋转型痉挛性斜颈的症状 。
接受治疗前后患者的症状评分变化 图源：参考文献 6

同时，梶本实验室还认为，这个装置可以结合地图信息，成为残障人士的导航工具。通过不同方向的力让佩戴者的头转向，从而很自然地改变前进方向，甚至还可以通过力的大小调整转向角度。

图源：YouTube 视频

不过，目前这种应用仍在研究开发中。

衣架套头，你也可以
就这样，一个简单而奇葩的衣架套头现象，被一群既有创新精神又有科研思维的科学家们研究出了各种花样，甚至还可以应用在医疗领域，着实令人敬佩。
虽然「衣架反射」这个现象有一定的科研门槛，但「衣架套头挑战」这事儿还是一个参与门槛极低的趣味小实验。在此，尝试太多次而夹到自己头疼的作者还有几个小建议：
1. 最好在没有人的地方尝试，不然容易被迫留下珍贵的影像资料 2. 最好先在自己身上尝试，强行给别人佩戴，可能存在安全隐患 （对，说的是你的人身安全） 3. 放松颈部肌肉，不要对抗旋转的感觉 4. 没成功也不要气馁，你可能只是单纯的头太圆
我已经转了，你呢？还愣着干啥？赶快找衣架呀！ （责任编辑： gyouza）

致谢：本文经复旦大学附属华山医院神经内科主任医师、博士生导师 郁金泰教授 专业审核
题图来源：YouTube 视频截图
参考文献：
[1]CHRISTENSEN J E J. New treatment of spasmodic torticolis?[J]. Lancet (British edition), 1991, 338(8766). [2]http://kaji-lab.jp/ja/index.php?FrontPage
[3]Sato M, Matsue R, Hashimoto Y, et al. Development of a head rotation interface by using hanger reflex[C]//RO-MAN 2009-The 18th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication. IEEE, 2009: 534-538. [4]Sato, Michi, Takuto Nakamura and Hiroyuki Kajimoto. “Movement and Pseudo Haptics Induced by Skin Lateral Deformation in Hanger" [5]Nakamura T, Kajimoto H. Enhancement of Perceived Force from the Hanger Reflex on Head and Ankle by Adding Vibration[C]//International AsiaHaptics conference. Springer, Singapore, 2016: 275-280. [6]Asahi Takashi,Sato Michi,Nakamura Takuto et al. Pilot Study of a Device to Induce the Hanger Reflex in Patients with Cervical Dystonia.[J] .Neurol. Med. Chir. (Tokyo), 2018, 58: 206-211.
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