天冷手指凍僵，為什麼連一顆釦子都扣不上？
― 指尖的消息，延遲才傳到
冷掉的手指並不是沒了力氣。從指尖傳往大腦的訊號變慢了，而且皮膚的感覺器也變遲鈍，讓你搞不清楚「現在捏得有多用力」。是負責感覺的一方，比負責動作的一方先投降了。
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。
想撿起掉落的卡片，這次又捏不起緊貼在地面上的那一張。用指甲摳了半天，後面的人幫你撿起來了。
手臂的力氣，應該和平常沒有兩樣。可是，只有指尖感覺像是別人的。
原因大致只有兩個
從指尖傳往大腦的訊號有多快，是由溫度決定的。手一冷，據說速度會降到大約一半。大腦收到的資訊，也就跟著變得過時。
皮膚裡排列著能捕捉極細微位移與震動的裝置。一冷，它們就變遲鈍，讓人分不清自己用多大的力在捏。所以人會不必要地握得更用力。
這兩者都不是「手指肌肉變弱」的問題。而是用來控制動作的資訊，變慢、也變粗糙了。我們依序來看。
神經不是電線，而是接力賽
訊號在神經裡傳遞時，並不是電流在銅線裡流動。細胞膜上的小小閘門會一個接一個打開，每一次，電的狀態就會一階一階改寫，再傳到隔壁。閘門的開關是一種化學反應。
化學反應遇冷就會變慢。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。據說在人類手部的神經中，溫度每下降 1℃，傳導速度就會減慢約每秒 2 公尺。
手部皮膚的溫度，在溫暖的室內大約是 35℃。如果被冬天的外氣降到 20℃，訊號的速度就會降到一半以下。請看圖 1。溫暖的手原本 0.018 秒就能抵達，冷掉的手則要花約 0.040 秒。
握得太用力，是因為感覺變遲鈍
我們拿杯子的時候，並不會特地去想力道多大。皮膚裡的小小裝置會捕捉東西即將滑落前那極細微的震動，大腦便反射性地加一點力。這項調整，平常據說在不到 0.1 秒內就完成了。
可是一冷，這些裝置的反應就變遲鈍了。分不清楚會不會滑掉，大腦就選擇保險的做法，一開始就握得很用力。結果就變成最麻煩的狀態：明明有用力，卻無法做細微的調整。
釦子、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「用力握住」的工作。冷掉的手指最先變得不擅長的，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，手就會更冷。戴了手套指尖還是暖不起來時，可以把外套前襟拉緊、圍住脖子、喝點熱的東西。看起來繞了遠路，有時這樣反而見效更快。
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，可能會在比想像中更高的溫度下接觸更久。取暖時，選擇溫水或自己的腋下這類不會太燙的東西，比較保險。
總結
凍僵的手指動不靈活，原因先出在感覺的一方，而不是肌肉。訊號延遲才到，感覺器變遲鈍，大腦只能憑著過時又粗糙的資訊來指揮手指。所以才會明明有力氣，卻做不了細緻的工作。
凍僵的手指，並不是沒有力氣。
而是指尖的消息，延遲才傳到。
皮膚的感覺究竟捕捉了多細緻的資訊，請看「粗糙」與「光滑」，為什麼用手指一摸就知道？；身體對寒冷本身的反應，則在天冷為什麼會起雞皮疙瘩？裡介紹。至於冰冷指尖的血管收縮、回暖時又無法完全恢復所引起的症狀，請看「凍瘡為什麼比起隆冬，更容易在『溫差大的日子』長出來？」的解說。
- 只把一隻手浸在自來水的冷水中約 2 分鐘。如果覺得痛，就立刻停止。不要使用冰水。
- 用毛巾擦乾水分，兩隻手各自把 10 枚 1 圓硬幣一枚一枚捏起來疊高，並計算所花的時間。
- 接著閉上眼睛，猜猜手掌上的硬幣是 1 圓還是 10 圓。冷掉的那隻手，會明顯比較難分辨。
疊硬幣的時間，冷掉的那隻手大多會多花約 1.5 倍。做完後，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理化到大學專業課程，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，或課本專欄裡的內容
- 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、目前研究者正在探究的內容
國中名詞：這個現象是有名字的
- 神經傳導速度：訊號沿神經傳遞的速度。人類手部的粗神經，據說約為每秒 50 公尺左右。
- 機械感受器：位於皮膚內，把被壓、位移、震動等力的變化轉成訊號的裝置。指尖尤其排得密集。
- 溫度係數：表示溫度改變 10℃ 時，反應速度會變成幾倍的數字。生物體的反應大約是 2 到 3。
國中高中用算式確認：冰冷手指的訊號會延遲多久
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℃ 的減少量 × 下降的溫度 |
| 這個式子從哪裡來 | 推動訊號前進的是膜上閘門開關的化學反應，而反應速度會隨溫度下降而變慢。這是把變慢的情形，在狹窄的溫度範圍內視為直線所寫出來的式子。 |
| 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（手部粗神經的參考值） |
| 每 1℃ 的減少量 k | 每秒 2 公尺（每 1℃） |
| 皮膚溫度 T0 與 T | 溫暖室內 35℃，冬天外氣 20℃ |
| 路程 L | 從指尖到大腦，約 1 公尺 |
| 下降的溫度（℃） | 35 － 20 ＝ 15 |
| 速度的減少量（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，不會進入意識。即便如此，從感覺到東西開始滑動，到加力為止的反射，正是反覆來回走過這段時間才成立的。每來回一次，延遲就累積一次，因此越細微的調整就越容易失準。
高中高中＋為什麼溫度會讓反應變慢
高中如同化學課所學，反應速度會隨溫度大幅改變。分子活動得越劇烈，能越過反應所需那座「山」的分子就越多。神經膜上閘門的開關，也是越過這座山的過程。
高中＋表示這種溫度依賴性的是阿瑞尼斯方程式，而生理學則使用簡化後的溫度係數。神經閘門開關時間的溫度係數據說約為 2 到 3，溫度下降 10℃ 時，速度會變成 2 分之 1 到 3 分之 1。至於傳導速度本身的溫度係數，據說比這個值更小。
大學膜上閘門的速度，直接決定了訊號的速度
在神經中傳遞的訊號稱為動作電位，其形狀與速度可用霍奇金－赫胥黎方程式來描述。這個式子中包含鈉與鉀的通道開關的時間常數，而溫度係數就作用在這個時間常數上。溫度下降時，時間常數變長，訊號的上升變得遲緩，要讓鄰近的膜興奮所需的時間也變長。這就表現為傳導速度的下降。在更低的溫度下，閘門還沒完全關上，下一個訊號就來不及到來，能夠重複發放的上限頻率也會下降。
📖 算式的推導，以及更進階的內容：活動電位（維基百科日文版）
研究目前還不清楚的事
- 到底是哪裡在起作用。 變冷時做事變笨拙，有多少是來自神經的延遲、皮膚靈敏度下降、關節與肌腱僵硬，還是肌肉本身輸出下降，至今仍在釐清中。
- 會習慣的人與不會習慣的人。 據報告，長時間在寒冷環境工作的人，手被冷卻時血管會再度擴張的反應比較強，但這個差異是天生的，還是習慣後學會的，尚無定論。
- 保護與感覺。 手套能保暖，但同時也會讓感覺變遲鈍。如何兼顧保護與感覺，至今仍是作業用手套設計上不斷嘗試的課題。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「就目前所知範圍內的說明」。這些數值個人差異都很大，請當作參考值來看。
與課本的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文中的哪裡 |
|---|---|---|
| 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整個說法 |
| 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（膜興奮的數理） | 霍奇金－赫胥黎方程式的那一節 |
| 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、手的取暖方式 |
- 本郷利憲等人 編《標準生理學》（醫學書院），神經的興奮與傳導章節
- 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
- 活動電位（維基百科日文版）
※本文是寫給一般讀者的科學解說。文中的數值是為了幫助理解原理的參考值、概算值，會因人而異。如果長時間受寒後手腳的感覺沒有恢復、或顏色改變等異常，請不要自行判斷，務必遵照醫療機構的指示。