轉圈圈之後，停下來為什麼還會頭暈？
― 耳朵深處的液體，還沒停下來，一直在推著「小蓋子」
明明身體已經停住了，房間卻還在不停打轉，這可不是你的錯覺。耳朵深處有一段細細的環形管，裡面的液體會比身體「晚一步」停下來，持續推著負責感知轉動的感應器。而且，轉動的過程中，身體早已對這種轉動「習慣」了。
你小時候是不是曾經在公園裡張開雙手，原地轉圈圈？也有人是坐在旋轉椅上，讓朋友幫忙轉的。
轉動的時候，其實還算輕鬆。可是一停下來，眼前的景象卻突然朝反方向流動。想站直，身體卻不由自主地歪斜。
明明是自己停下來了，為什麼反而是世界開始轉動？而且為什麼是反方向？
原因只有兩個
感知轉動的，是耳朵深處充滿液體的細細環管。頭停下來之後，管內的液體因為慣性還會稍微往前衝，推動感應器的「小蓋子」。被推動的蓋子，只能慢慢地回到原位。
如果一直以相同速度轉動，蓋子會慢慢回到原位，大腦也會漸漸認為「已經沒有在轉了」。這時如果突然停下來，蓋子反而會被朝反方向推動。所以即便已經停下，卻仍會感覺自己在往反方向轉。
平常很可靠的轉動感應器，只有在「突然停止」這種情況下，才會因為反應延遲和習慣效應，傳回互相矛盾的訊息。接下來我們依序來看。
耳朵深處，裝著液體的三個環管
在耳道的最深處、頭骨內部，有一個只有小指指尖大小的器官。從這裡延伸出三條半圓形的細管，合稱為「半規管」。這三條管彼此呈直角排列，因此點頭、歪頭、轉頭等各種方向的轉動，都會被其中一條環管捕捉到。
管內充滿了液體。管的中途，立著一片像果凍一樣柔軟的膜「蓋子」，正好把管堵住。蓋子的根部，排列著長著毛的感覺細胞。蓋子一傾斜，毛就會彎曲,這個訊號便會傳到大腦，告訴大腦「現在正朝這個方向轉動」。
頭開始轉動時，管子會跟著頭一起動。但管內的液體卻想停留在原地，這就是「慣性」。所以液體相對於管子會往後偏移，推動蓋子。反過來說，當頭突然停止時，液體因為慣性還會往前衝，朝反方向推動蓋子。試著拖動圖1的滑桿，看看停止後經過不同時間會發生什麼變化。
關鍵在於，蓋子「無法立刻恢復原位」。管子非常細，裡面的液體在細管中會像蜂蜜一樣難以流動。因此傾斜的蓋子要花上幾秒才能恢復原位。此外，大腦處理這個訊號時，據認為還會把它稍微「拉長」。結果就是，轉動的感覺會像圖1那樣，花上數十秒才慢慢消退。
轉動期間，身體早已「習慣」了
另一個原因，發生在停止之前。剛開始轉動的瞬間，蓋子會大幅傾斜，大腦由此得知「開始轉動了」。可是如果持續以相同速度轉動，液體最終會跟管子一起轉動。失去推力的蓋子，便會慢慢立直回正。
也就是說，持續以固定速度轉動時，轉動的感覺會逐漸減弱。圖2左半邊顯示的正是這種情形。虛線代表實際的轉動，實線代表身體感受到的轉動。持續轉動20～30秒之後，即使實際上還在轉動，身體卻會開始感覺幾乎「已經停止」。
這時如果突然停下來，會發生什麼事？液體因慣性還會繼續前進，將蓋子朝著與剛開始轉動時相反的方向推動。大腦會把這個訊號解讀成「開始朝反方向轉動了」。在圖2的右半邊，實線落到零以下的地方正是如此。這就是為什麼明明已經停止，卻會出現反方向旋轉感的原因。
看到景象流動，其實是眼球運動造成的。轉動感應器的訊號，也連結到自動控制眼球運動的迴路。停止之後，由於訊號仍持續傳出「正在轉動」的訊息，眼球會緩緩朝一個方向飄移，再迅速彈回，不斷重複這個動作，這稱為「眼震」。因為眼球不由自主地動，原本靜止的房間看起來才會像在流動。
芭蕾舞者在轉動時，會盡量讓臉保持朝向正面，最後才迅速轉頭回正。這樣一來，眼睛能持續盯住同一個點，景象就不容易流動。另外，已知反覆練習轉動的選手，停止後眼球飄移與轉動感的持續時間會變短，這被認為是大腦改變了處理感應器訊號方式所致。
在裝水的杯子裡放入像茶葉一樣的小浮標，再慢慢轉動杯子試試看。剛開始轉動時，水幾乎不動，被留在原地。突然停止時，這次則是水會繼續轉動一段時間。耳朵深處的液體也是同樣的道理，只不過管子非常細，液體很快就會停止，取而代之的是推動蓋子使其傾斜。
總結
停止後還會頭暈，是因為耳朵深處的液體因慣性而延遲動作，推動並傾斜了負責感知轉動的膜蓋。蓋子只能慢慢恢復原位，大腦也會把這個訊號稍微拉長處理。再加上轉動期間身體早已習慣了這種轉動，於是停止那一瞬間傳出的訊號，就被解讀成「開始朝反方向轉動」。
停下來的是身體，還沒停下來的，是耳朵深處的液體。
頭暈，是慣性留下的「轉動餘韻」。
轉動感應器與眼球訊號不一致持續下去會造成不舒服的機制，請見暈車的文章。另外，在暗處無法靠眼睛判斷方向時會發生什麼事，請見暗房間裡站不穩的原因；身體感受到的「重量」究竟是什麼，可參考電梯的文章。
- 坐在旋轉椅上，閉上眼睛，請家人慢慢幫你轉大約10圈。請在周圍沒有物品的地方進行，如果感到不舒服請立刻停止。
- 停下來後張開眼睛，請家人從側面觀察你的眼睛。應該可以看到黑眼珠緩緩朝一個方向飄移，再迅速彈回的動作。
- 請家人用時鐘幫你計算這個動作消失所需的時間。接著試著改變轉動方向或圈數，比較看看結果有何不同。
轉動的過程中若睜開眼睛盯著一點看，比較停止後眼球飄移的時間是否變短，也是很有趣的觀察。請務必坐著進行，避免站立轉動。
想了解更多 ― 用語・公式・與教科書的連結從國中理化到大學專業科目，皆明確標示所屬程度
- 國中國中理化課程範圍
- 高中高中「物理」「生物」課程範圍
- 高中＋高中選修進階內容，或教科書專欄介紹的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（生理學・神經科學・生物力學）的內容
- 研究即使在大學也尚未當作「定論」教授、研究人員仍在調查中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 半規管：內耳中充滿液體的三條半圓形細管，負責捕捉頭部的轉動。
- 壺腹帽：半規管根部膨大處的果凍狀膜蓋，傾斜時會讓感覺細胞的毛彎曲。
- 內淋巴液：充滿半規管內部的液體，因慣性而比管子的動作慢一步。
- 眼震：眼球緩緩朝一個方向飄移、再快速彈回的重複動作。轉動後出現的眼震屬於生理性現象。
國中高中用公式驗證：停止後的轉動感會持續多久才消失？
假設以每秒轉1圈的速度轉動，然後突然停止。據信，若把停止後身體感受到的轉動速度想成隨時間以固定比例遞減（也就是呈指數衰減），能與實驗結果相當吻合。
| 用符號表示 | ω ＝ ω0 × e−t／τ |
| 用文字表示 | 感受到的轉動速度 ＝ 停止前的轉動速度 × （每經過一個時間常數τ就變為約0.37倍的衰減方式） |
| 公式從何而來 | 讓傾斜的蓋子恢復原位的彈性回復力，與細管中液體所受的黏性阻力，兩者達到平衡。由於回復速度與「殘留的傾斜角度」成正比，因此呈指數衰減 |
| ω | 停止後經過時間 t 時，所感受到的轉動速度（單位為 度／秒） |
| ω0 | 停止前瞬間的轉動速度（單位為 度／秒） |
| t | 停止後經過的時間（單位為 秒） |
| τ | 時間常數。感覺衰減到約37%所需的時間（單位為 秒） |
| 停止前的速度（每秒轉1圈） | ω0 ＝ 360 度／秒 |
| 轉動感的時間常數（依研究而異，約10～20秒，此處取10秒） | τ ＝ 10 秒 |
| 10秒後的殘留比例（e 的 −1 次方） | 約為 0.37 |
| 30秒後的殘留比例（e 的 −3 次方） | 約為 0.05 |
| 10秒後感受到的轉動速度 | 360 × 0.37 ＝ 133.2 度／秒 |
| 30秒後感受到的轉動速度 | 360 × 0.05 ＝ 18 度／秒 |
| 以30秒後的速度轉一圈所需時間 | 360 ÷ 18 ＝ 20 秒 |
即使停止10秒後，身體仍能感受到大約「不到3秒轉1圈」程度的轉動。經過30秒後，則變成轉一圈要花20秒的緩慢轉動，幾乎不會再被注意到。這與旋轉椅停止後，頭暈感會在數十秒內消失的現象相符。
高中高中＋慣性，以及從旋轉的一方來看的力
高中液體比管子晚一步動作，正是高中物理「慣性定律（牛頓第一運動定律）」的具體表現。頭開始轉動或停止轉動時，角速度會改變。液體會依這個變化的大小（角加速度）相對於管子產生偏移。半規管捕捉到的並不是轉動速度本身，而是速度的變化。所以持續以固定速度轉動時，這種感覺就會逐漸消失。
高中＋如果從跟著頭一起轉動的角度來看，可以認為液體受到一個與轉動變化方向相反的「假想力」作用。這跟電車緊急剎車時身體會往前傾倒是同樣的道理。生物教科書中說明，半規管負責感知轉動，而旁邊的前庭（耳石器）則負責感知傾斜與直線加速度。
大學扭轉擺模型與「速度儲存」
半規管內液體與壺腹帽的運動，可用「史坦豪森扭轉擺模型」來表示。這個模型包含液體的慣性、管壁的黏性阻力、壺腹帽的彈性這三個因素，由於管子極細使得黏性影響非常強，因此形成「過度減震」的擺動。結果出現兩個時間常數：數毫秒內液體被推擠的快速反應，以及壺腹帽花上數秒才回復的慢速反應。此外，腦幹中還有一個「速度儲存機制」，會把壺腹帽傳來的訊號拉長，使得眼震與轉動感的時間常數比壺腹帽單獨作用時更長。這在前庭眼反射的研究中已有詳細探討。
📖 公式推導與更深入的內容：半規管（維基百科日文版） ／ 眼振（維基百科日文版）
研究目前尚未完全明瞭的部分
- 透過練習變得不易頭暈的機制。 已知舞者或飛行員停止轉動後的感覺會變短，但大腦究竟是哪個部位、如何改變，目前仍在研究中。
- 每個人容易頭暈的程度不同的原因。 即使進行相同的轉動，頭暈持續時間與不適感卻有很大的個人差異。這其中有多少是耳朵本身的差異、又有多少源自大腦處理方式的差異，目前尚不清楚。
- 無重力環境下的運作方式。 已有報告指出，太空人感知轉動與傾斜的方式組合會發生改變。返回地面後的恢復過程，也仍在持續研究中。
換句話說，本文的內容也只是「目前已知範圍內」的解釋。時間常數的數值，也會因測量方式與個人差異而有所不同。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文位置 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化「慣性定律」、生物「感覺器官」 | 液體延遲動作、耳朵深處的感應器 |
| 高中 | 物理「運動定律」、生物「受器（平衡受器）」 | 捕捉角加速度的機制 |
| 高中＋ | 物理「慣性力」、數學「指數函數」 | 假想力、感覺呈指數衰減 |
| 大學 | 生理學・神經科學・生物力學 | 扭轉擺模型、速度儲存機制、前庭眼反射 |
| 研究 | 前庭神經科學・航太醫學 | 練習造成的適應、個人差異、無重力下的變化 |
| ― | 與生活的連結 | 轉圈遊戲後坐下穩定、舞者轉頭的技巧、暈車 |
- 維基百科日文版「半規管」
- 維基百科日文版「眼振」
- Wilson, V. J. & Melvill Jones, G. "Mammalian Vestibular Physiology", Plenum Press (1979)
- Raphan, T., Matsuo, V. & Cohen, B. "Velocity storage in the vestibulo-ocular reflex arc (VOR)", Experimental Brain Research 35 (1979)
- 本郷利憲・廣重力 監修《標準生理學》醫學書院（平衡感覺篇章）（本郷利憲・広重力監修『標準生理学』医学書院）
※本文為大眾科普解說，文中數值僅為理解機制用的參考估算值。進行轉動實驗時請務必坐著，並選在周圍沒有物品的地方。若頭暈與轉動無關且反覆發生，請諮詢醫療機構。