Атлетичный мозг. Как нейробиология совершает революцию в спорте и помогает вам добиться высоких результатов

Кетвала Амит

Когда у человека активна та или иная область мозга, находящиеся в ней нейроны усиленно расходуют глюкозу и кислород, что заставляет организм увеличивать приток богатой кислородом крови в эту область. Такая кровь, только что прошедшая через легкие, отличается по своим магнитным свойствам от бедной кислородом, и это отличие как раз и видно на аппарате фМРТ. То есть, если поместить человека в аппарат и дать ему задание, предполагающее некую мыслительную деятельность, можно увидеть участки мозга, которые активируются во время выполнения задания.

Это нельзя назвать прямым наблюдением нейронной активности, поскольку усиление кровотока происходит лишь через пару секунд после собственно возбуждения нервных клеток. Кроме того, изображения, получаемые на аппарате фМРТ, пока недостаточно четкие, чтобы можно было различить объекты в масштабе размера нейронов. Однако на сегодняшний день это наиболее совершенная технология, позволяющая получить наглядное представление о локализации и ходе различных процессов внутри головного мозга.

К технологии фМРТ обратился Брюс Абернети, который в сотрудничестве с коллегами

из Университета Брунеля в Лондоне изучал функционирование мозга на примере профессиональных бадминтонистов. Чтобы понять, какие участки отвечают за вероятностное прогнозирование, ученые провели сканирование мозга спортсменов, которым в этот момент демонстрировали короткие видео, снятые во время выполнения различных ударов. Непосредственно перед касанием ракеткой волана видео обрывались, и испытуемым предлагалось определить, в какую часть корта упадет волан. Эксперимент показал, что у опытных игроков наблюдается повышенная мозговая активность в тех участках мозга, которые ответственны за наблюдение и понимание действий других людей.

Согласно одной из возможных интерпретаций полученных результатов, такая активность означает, что мозг достраивает картинку и создает своеобразную «внутреннюю модель», предположение о дальнейшем развитии событий на основании действий соперника. Более опытные спортсмены строят более точные предположения, и эта разница в классе игроков видна не только на площадке, но и на мониторе томографа.

Спустя несколько лет исследователи в том же составе провели аналогичный эксперимент уже с участием футболистов, которым показывали видео с бегущим на них соперником с мячом. Запись останавливали перед тем, как соперник выполнял финт, а испытуемые должны были определить, в какую сторону он двинется. Чем дальше до начала финта останавливали видео, тем больше была разница в степени нейронной активности между полупрофессиональными спортсменами и новичками.

Среди нервных клеток головного мозга существуют так называемые зеркальные нейроны, которые задействованы в подобном способе научения. Их открыли случайно в начале 1990-х. [14] Группа итальянских ученых, занимавшихся исследованием головного мозга приматов, обнаружила, что когда макака берет рукой что-то съедобное и когда она видит человека, делающего то же самое, у нее возбуждается одна и та же совокупность нейронов. Позже наличие зеркальных нейронов было подтверждено у человека: выяснилось, что наш мозг демонстрирует одинаковый характер активности как при выполнении определенных действий, так и при наблюдении за выполнением тех же действий другим в режиме видеоигры.

14

Rizzolatti G. & Craighero L. (2004). The mirror-neuron system // Annual Review of Neuroscience 27 (1). 169–192. doi:10.1146/annurev.neuro.27.070203.144230.

Этим свойством обладают около 20 % нейронов двигательной области коры головного мозга, вместе они и образуют группу зеркальных нейронов. «Все это можно сравнить с моделированием действий другого человека в виртуальной реальности, – рассказывает известный нейробиолог Вилейанур Рамачандран, одним из первых проявивший интерес к изучению зеркальных нейронов после их случайного открытия. – Нейрон как бы принимает чужую точку зрения». [15]

В другом исследовании – на этот раз в Риме – в центре внимания были баскетболисты. [16] Здесь ученые применяли технологию транскраниальной магнитной стимуляции, при которой над различными участками черепа испытуемых проводили магнитную катушку с током. Технология позволяет регистрировать уровень электрической активности в мозге и даже воздействовать на эту активность. В эксперименте участвовали как профессиональные игроки и тренеры, так и спортивные журналисты. Им демонстрировали видеозаписи выполнения свободных бросков. Видео останавливали в самом начале броска и просили испытуемых сказать, попадет мяч в кольцо или нет.

15

Ramachandran V. (ноябрь 2010 г.). The neurons that shaped civilization [Видео-файл]. Источник:vs_ramachandran_the_neurons_that_shaped_civilization? language=en. Рамачандран идет еще дальше, утверждая, что эволюция системы зеркальных нейронов стала непосредственной причиной внезапного появления у предков человека огромного количества новых умений примерно 75–100 тысяч лет назад. Ученый полагает, что зеркальные нейроны фактически дали толчок развитию человеческой культуры.

16

Aglioti S., Cesari P., Romani M., & Urgesi C. (2008). Action anticipation and motor resonance in elite basketball players // Nature Neuroscience 11(9). 1109–1116. http://dx.doi.org/10.1038/nn.2182.

Лучше всех с заданием справились спортсмены, причем зачастую они давали правильный прогноз еще до того, как баскетболист на видео выпускал мяч из рук. У них также наблюдалась характерная активность двигательной области коры. Как мы знаем, эта область контролирует движения тела, но в данном случае она также возбуждалась во время просмотра игроками записей бросков, а наивысшую степень активности она проявляла, когда показывали неудачные броски.

Благодаря зеркальным нейронам мозг профессиональных крикетистов,

бейсболистов, футболистов продолжает обучаться, глядя на соперника. Кроме того, профессионалы знают, куда именно нужно смотреть, чтобы получить зрительные подсказки, которые позволяют им с максимальной точностью и скоростью спрогнозировать дальнейшее развитие ситуации и проявить чудеса реакции.

Орлиное зрение

Ко всем спортсменам умение делать прогнозы приходит путем тренировок и накопления опыта, однако у некоторых из них есть изначальные преимущества. Все роботы-футболисты из Плимута были оборудованы одинаковыми видеокамерами; человеческий глаз не камера, глаза не могут быть одинаковыми у всех. В спорте это важно, особенно когда речь идет о прогнозировании полета мяча.

Мы видим предметы благодаря тому, что свет, отраженный от них, попадает на сетчатку – внутреннюю оболочку глазного яблока, имеющую в своем составе слой клеток, именуемых палочками и колбочками. Эти клетки входят в состав зрительного анализатора. Реагируя на свет, они преобразуют его в электрические импульсы, которые по зрительному нерву попадают в мозг. Если сравнивать глаз человека с цифровой камерой, можно сказать, что четкость снимка, сделанного на камеру, зависит от числа пикселей светочувствительной матрицы, в то время как острота зрения точно так же может зависеть от плотности слоя палочек и колбочек сетчатки.

В 1996 г. Дэвид Киршен и Даниэл Лэйби с коллегами проверили остроту зрения у 387 профессиональных бейсболистов, иными словами (продолжая аналогию с цифровой камерой), посчитали число пикселей на светочувствительной матрице человеческого глаза. [17] По сравнению с обычными людьми, спортсмены показали впечатляющие результаты: оценку «превосходно» получили 58 % бейсболистов и лишь 18 % испытуемых из контрольной группы, не занимавшихся спортом.

В среднем у игроков Высшей бейсбольной лиги США (не считая питчеров, выполняющих подачи) была зафиксирована острота зрения 6/3,35 [18] на правом глазу и 6/3,6 [19] на левом. Эта запись означает, что если бы спортсмен смотрел на предмет с расстояния шести метров, то человеку с нормальным зрением (6/6, или 1,0), чтобы разглядеть предмет с той же четкостью, пришлось бы приблизиться к нему соответственно на 3,35 или на 3,6 метра.

17

Laby D., Davidson J., Rosenbaum L., Strasser C., Mellman M., Rosenbaum A. & Kirschen D. (1996). The Visual Function of Professional Baseball Players // American Journal of Ophthalmology 122(4). 476–485.72106–3.

18

Или 1,8 в десятичной системе, принятой в России и странах СНГ.

19

1,67 – см. предыдущее примечание.

Итак, острота зрения в значительной мере зависит от числа палочек и колбочек в структуре сетчатки глаза, их плотность может варьировать от 100 000 до 324 000 на квадратный миллиметр. Считается, что этот показатель у каждого человека заложен генетически, то есть успех многих именитых спортсменов отчасти обусловлен хорошим зрением, данным от природы. В результате исследования с участием 157 спортсменов-олимпийцев, представлявших различные виды спорта, было установлено, что у представителей таких видов, как стрельба из лука и софтбол, зрение лучше, чем у легкоатлетов и боксеров. [20] Спортсменам без очков и линз, чтобы достичь вершин в спорте, где залогом успеха является отменное зрение, приходится прилагать дополнительные усилия.

20

В результате исследования с участием 157 спортсменов-олимпийцев… – Laby D., Kirschen D. & Pantall P. (2011). The Visual Function of Olympic-Level Athletes – An Initial Report. Eye & Contact Lens // Science & Clinical Practice 37(3). 116–122.icl.0b013e31820c5002.

Лучшим игрокам в бейсболе благодаря прекрасному зрению гораздо легче получать информацию о траектории движения объектов на площадке. Бейсбольный мяч имеет характерной формы шов, прошитый красной ниткой, что помогает отбивающему (бэттеру) определить направление закрутки подачи, а также предсказать траекторию дальнейшего движения мяча. Острое зрение позволяет бэттеру считывать эту важнейшую информацию на ранних стадиях полета мяча, что дает ему больше времени на принятие решения и успешное отражение подачи. Такая описательная парадигма получила название «аппаратное и программное обеспечение»: острое зрение («аппаратная часть») облегчает процесс идентификации важных деталей, а мозг («программная часть») получает больше данных для прогнозирования последующего полета мяча. [21]

21

Epstein D. The Sports Gene. Другое исследование показало, что у женщин с развитым пространственным зрением темпы роста результативности при выполнении ловли мяча оказались значительно выше, чем у тех, чье ощущение глубины пространства было слабее. То есть более совершенная «аппаратная часть», отвечающая за глубину зрительного восприятия, помогла быстро развить соответствующую интеллектуальную «начинку».