天冷手指凍僵，為什麼連一顆鈕扣都扣不上？
― 來自手指的消息，遲到了
凍僵的手指，並不是沒力氣了。從指尖傳往大腦的訊號變慢，而且皮膚的感應器也變遲鈍，你就不知道「現在捏得有多用力」。不是負責動作的那一邊，而是負責感覺的那一邊先撐不住了。
冬天的早晨，你站在車站月台上。脫下手套，想從皮夾裡抽出一張卡片。結果一次跑出兩張，怎麼也分不開。
你想撿起掉落的卡片，這次卻捏不起緊貼在地上的那一張。用指甲摳了半天，後面的人幫你撿了起來。
手臂的力氣，應該和平常沒有兩樣。然而只有指尖，感覺像是別人的。
原因大致只有 2 個
從指尖傳往大腦的訊號有多快，是由溫度決定的。據說手一冷，這個速度會降到大約一半。大腦收到的資訊，也就跟著變舊了。
皮膚裡排列著能察覺極細微位移與震動的裝置。一冷，它們就變遲鈍，讓人分不清自己用了多大的力捏東西。所以人會握得比需要的還用力。
這兩件事都不是「手指的肌肉變弱了」。是用來控制動作的資訊，變慢、也變粗糙了。接下來依序來看。
神經不是電線，而是接力賽
訊號在神經裡奔跑時，並不是電在銅線裡流動。細胞膜上有許多小小的門，一扇接一扇地打開，每開一次，電的狀態就改寫一階，再傳給旁邊。門的開關，是化學反應。
化學反應一冷就會變慢。這和放進冰箱的食物比較不容易壞是同樣的道理。神經也不例外。據說在人的手部神經中，溫度每下降 1℃，傳導速度就會慢約每秒 2 公尺。
手部皮膚的溫度，在溫暖的房間裡大約是 35℃。如果被冬天的外氣降到 20℃，訊號的速度就會不到一半。請看圖 1。溫暖的手是 0.018 秒就到，冷掉的手則要 0.040 秒左右。
會握得太用力，是因為感覺變遲鈍
我們拿杯子時，並不會一一去想力道多大。皮膚裡的小裝置會捕捉東西即將滑落前那極細微的震動，大腦則反射性地補上力氣。這個調整，平常據說在不到 0.1 秒內就完成了。
但一冷，這些裝置的反應就變遲鈍。由於分不清會不會滑掉，大腦便往安全的一側判斷，從一開始就握得很用力。結果就變成最麻煩的狀態：力氣是有的，卻無法做細緻的調整。
鈕扣、拉鍊、零錢、釣魚線。這些都是需要「輕輕地、細細地改變力道」而不是「用力握」的工作。凍僵的手指最先變得不行的，正是這類動作。
身體核心一冷，為了不讓熱量散失，身體會讓手腳的血管變細。送到手上的血變少，手就更冷。戴了手套指尖還是暖不起來時，可以把外套拉鍊拉上、圍住脖子、喝點熱的。看起來繞了遠路，有時反而見效更快。
變遲鈍的不只是觸覺，感受溫度的功能也下降了。把凍僵的手貼在暖爐或暖暖包上，可能會在不知不覺中，長時間碰到比想像中更高的溫度。要暖手的話，選溫水或自己的腋下這類不會太燙的東西，比較保險。
總結
凍僵的手指動作不靈活，原因比起肌肉，更先出在負責感覺的那一邊。訊號遲到、感應器變鈍，大腦只能靠又舊又粗糙的資訊來指揮手指。所以才會有力氣，卻做不了細緻的工作。
凍僵的手指，不是沒力氣。
而是來自手指的消息，遲到了。
皮膚的感覺能捕捉到多細緻的資訊，請看「粗糙」與「光滑」，為什麼用手指摸就能分辨？；身體對寒冷本身的反應，則在天冷為什麼會起雞皮疙瘩？中介紹。
- 只把一隻手浸在自來水的冷水裡約 2 分鐘。如果覺得痛，就立刻停止。不要用冰水。
- 用毛巾擦乾水，兩隻手各自把 10 枚 1 圓硬幣一枚一枚捏起來疊高，並計時。
- 接著閉上眼睛，猜手掌上的硬幣是 1 圓還是 10 圓。冰過的那隻手會比較難分辨。
疊硬幣所花的時間，冰過的手多半會多出約 1.5 倍。做完之後，請把手好好暖一暖。
想知道更多的人 ― 名詞・算式・與課本的連結從國中自然科到大學專業課程，明確標示這是哪個程度的內容
- 國中國中自然科會學到的範圍
- 高中高中「基礎生物・基礎化學」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄程度的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（生理學・神經科學）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教，是研究者目前正在探究的內容
國中名詞：這個現象有名字
- 神經傳導速度：訊號在神經中傳遞的速度。人手部的粗神經，據說大約是每秒 50 公尺左右。
- 機械感受器：位於皮膚內，把被按壓、位移、震動等力的變化轉換成訊號的裝置。指尖上排列得特別密集。
- 溫度係數：表示溫度改變 10℃ 時，反應速度變成幾倍的數字。生物體內的反應，據說約為 2 到 3。
國中高中用算式確認：凍僵手指的訊號會慢多少
主題是「從指尖傳到大腦所需的時間」。先由溫度算出速度，再由速度算出時間。
| 用符號寫 | v ＝ v0 － k × ( T0 － T ) |
| 用文字寫 | 變冷時的傳導速度 ＝ 平常的速度 － 每 1℃ 的下降量 × 下降的溫度 |
| 這個算式的由來 | 推動訊號前進的是膜上門的開關這個化學反應，而反應速度會隨溫度下降而變慢。這裡是在狹窄的溫度範圍內，把這種變慢的情形當成直線來寫。 |
| 算時間的式子 | t ＝ L ÷ v |
| 用文字寫 | 抵達所需時間 ＝ 路程 ÷ 速度 |
| 平常的速度 v0 | 每秒 55 公尺（手部粗神經的大致數值） |
| 每 1℃ 的下降量 k | 每秒 2 公尺（每 1℃） |
| 皮膚溫度 T0 與 T | 溫暖房間 35℃，冬天外氣 20℃ |
| 路程 L | 從指尖到大腦，大約 1 公尺 |
| 下降的溫度（℃） | 35 － 20 ＝ 15 |
| 速度的下降量（每秒公尺） | 2 × 15 ＝ 30 |
| 冰冷的手的速度（每秒公尺） | 55 － 30 ＝ 25 |
| 溫暖的手的時間（秒） | 1 ÷ 55 ≒ 0.018 |
| 冰冷的手的時間（秒） | 1 ÷ 25 ＝ 0.04 |
| 延遲（秒） | 0.04 － 0.018 ＝ 0.022 |
延遲大約是 100 分之 2 秒，意識不到。但從感覺到快要滑落，到補上力氣的這個反射，是在這段時間裡來回許多次才完成的。每來回一次，延遲就累積一點，所以越是細緻的調整，越容易失準。
高中高中＋為什麼溫度低反應就會變慢
高中如同化學課所學，反應的速度會隨溫度大幅改變。分子運動得越劇烈，能越過反應所需那座山的分子就越多。神經膜上門的開關，也是越過這座山的過程。
高中＋描述這種溫度依賴性的是阿瑞尼斯方程式，而生理學中則使用簡化的溫度係數。神經門的開關時間，其溫度係數據說約為 2 到 3，溫度下降 10℃ 時，速度會變成 2 分之 1 到 3 分之 1。傳導速度本身的溫度係數，據說比這個更平緩。
大學膜上門的速度，直接決定訊號的速度
在神經中奔跑的訊號稱為動作電位，它的形狀與速度可用霍奇金－赫胥黎方程式來描述。這個方程式裡含有鈉與鉀通道開關的時間常數，而溫度係數就作用在這些時間常數上。溫度一降，時間常數就變長，訊號的上升變得遲緩，讓相鄰的膜興奮起來所需的時間也變長。這就表現為傳導速度的下降。在更低的溫度下，門還沒完全關上，下一個訊號就來不及進來，能重複放電的上限頻率也會下降。
📖 算式的推導與更進一步的內容：動作電位（維基百科日文版）
研究目前還不清楚的事
- 是哪裡在起作用？ 受寒時動作笨拙，有多少來自神經的延遲、皮膚靈敏度下降、關節與肌腱僵硬、肌肉本身輸出下降，目前仍在逐項釐清。
- 適應的人與不適應的人。 據報告，長期在寒冷環境工作的人，手冷時血管重新擴張的反應比較強，但這個差異是天生的，還是靠習慣養成的，尚無定論。
- 保護與感覺。 手套能保護熱量，卻也同時讓感覺變遲鈍。如何兼顧保護與感覺，是作業用手套的設計上至今仍在反覆嘗試的問題。
也就是說，這篇文章的內容，同樣是「就目前已知範圍所做的說明」。數值的個人差異都很大，請當作大致的參考來讀。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科／動物身體的運作（刺激與反應） | 訊號從指尖傳到大腦這件事的整體 |
| 高中 | 基礎生物（神經）／基礎化學（反應速率） | 溫度下降反應就變慢的那一節 |
| 高中＋ | 化學（阿瑞尼斯方程式）／生物（興奮的傳導） | 溫度係數的內容 |
| 大學 | 生理學・神經科學（膜興奮的數學） | 霍奇金－赫胥黎方程式那一節 |
| 研究 | 環境生理學・人因工程 | 寒冷與手部作業能力的研究 |
| ― | 與生活的連結 | 冬天的細緻作業、手套的選擇、手的保暖方法 |
- 本郷利憲等 編《標準生理學》(標準生理学)，醫學書院 (医学書院)，神經興奮與傳導章節
- Denys, E. H. "The influence of temperature in clinical neurophysiology." Muscle & Nerve, 1991
- Heus, R., Daanen, H. A. M., Havenith, G. "Physiological criteria for functioning of hands in the cold: a review." Applied Ergonomics, 1995
- Johansson, R. S., Westling, G. "Roles of glabrous skin receptors and sensorimotor memory in automatic control of precision grip." Experimental Brain Research, 1984
- 動作電位（維基百科日文版，活動電位）
※本文是寫給一般讀者的科學解說。文中的數值是為了理解原理而提供的參考與概算，存在個人差異。如果長時間受寒後手腳的感覺沒有恢復、顏色改變等出現異常，請不要自行判斷，務必遵照醫療機構的指示。