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

Кетвала Амит

Это не значит, что люди с плохим зрением не могут достичь успеха в спорте; просто им необходимо несколько иначе подходить к развитию соответствующих навыков, то есть к апгрейду «программной части». Так, известный крикетист Дон Брэдмен, признанный одним из выдающихся бэтсменов и в целом представителей этого вида спорта, имел зрение хуже среднего, из-за чего его не взяли в армию во время Второй мировой войны. Успех в спорте ему обеспечила игра, в которую он играл сам с собой в детстве, не подозревая, что тем самым он развивал зрительно-моторную координацию. Будущий знаменитый крикетист часами стучал мячом для гольфа по резервуару с водой на заднем дворе дома, отбивая мяч столбиком крикетной калитки. Позднее Брэдмен вспоминал: «Тогда для меня это было просто игрой. Но сейчас я понимаю, что, пожалуй, это было идеальным упражнением на отработку точности удара и прекрасной

тренировкой для глаз. Мячик для гольфа отскакивал очень быстро, и я едва успевал изготовиться для того, чтобы отбить его». Брэдмену удалось компенсировать недостаток зрения за счет развития зрительно-моторной координации: он реагировал на бросок гораздо позже, чем другие игроки, но при этом у него получался идеальный прием подачи.

Вместе с тем людям, от природы имеющим острое и хорошее пространственное зрение, как правило, легче дается «апгрейд ПО».

У плимутских роботов разница между аппаратной частью и программным обеспечением состоит именно в этом. Процесс обработки визуальной информации у них является, по выражению Калверхауса, многопоточным. Данные анализируются параллельно по разным аспектам, что ускоряет получение результата. «По одному потоку данные с камеры поступают в буфер, по другим происходит их обработка, – объясняет он. – Есть поток данных о локализации мяча и линий на поле, есть – о местонахождении различных препятствий или других роботов». Человеческий мозг выполняет схожие операции, только по нему трудно определить, где именно заканчивается «аппаратная часть» и начинается «программная».

Единство противоположностей

Угарный газ не имеет ни цвета, ни запаха и опасен для человека. Он связывает кислород крови, нарушая снабжение мозга, в результате нейроны, лишенные кислорода, погибают. В начале 1990-х гг. женщина в возрасте 35 лет, известная только по инициалам Д. Ф., пережила отравление угарным газом, вследствие чего у нее в затылочной доле обоих полушарий головного мозга образовались два одинаковых пораженных участка. История болезни Д. Ф. получила известность среди нейробиологов, поскольку дала возможность ученым выяснить, что процесс обработки визуальной информации у человека тоже разделен на несколько потоков для повышения эффективности, как и у роботов-футболистов.

На первом этапе обработки визуальной информации клетки сетчатки преобразуют свет в нервные импульсы. Формирование визуальной картины окружающего мира происходит в мозгу постепенно. Процесс начинается с нейронов, сосредоточенных в затылочной доле; они отвечают за базовые зрительные образы. По мере достраивания картинки к ним добавляются более сложные признаки.

К примеру, отдельные группы нейронов зрительной коры возбуждаются, когда мы читаем определенные слова. Эти нейроны принимают импульсы от других нейронов, реагирующих на отдельные буквы. В свою очередь нейрон, реагирующий на появление буквы «Н», испускает импульс, получив сигнал от групп нейронов – детекторов признаков, таких как линии и границы. На нижнем уровне визуального анализа находятся нейроны, которые возбуждаются в ответ на простое наличие участков света и тени. При взгляде на черную линию на белом фоне – например, горизонтальную черточку у буквы «Н» – среагирует цепочка таких нейронов нижнего уровня, однако импульсы, исходящие от них, запустят волну последующих импульсов на пути от попадания света на сетчатку до формирования отвлеченных понятий и мыслей.

Обработка зрительной информации на всех уровнях осуществляется по топографическому принципу, когда смежные области пространства, находящегося в поле зрения, активизируют смежные области зрительной коры. Мозг в этом плане можно уподобить интерактивной карте местности. Начиная с элементарных форм и далее вплоть до сложных стимулов, таких как лица и различные предметы, мозг шаг за шагом выстраивает картину окружающего пространства.

Обследование мозга пациентки Д. Ф. выявило, что обработка зрительной информации на высших уровнях идет по двум направлениям: одно отвечает за восприятие, другое – за действия. Эти направления или потоки представлены кластерами специализированных и тесно связанных друг с другом участков мозга. В них поступает информация от первичных детекторов признаков.

Вентральный (нижний) поток ответствен за распознавание предметов, их формы и цвета. Он прочно связан с областью мозга, отвечающей за память. Где-то ближе к началу вентрального потока находятся так называемые «бабушкины клетки», которые возбуждаются только при виде знакомого лица.

Дорсальный (верхний) поток – это домен действий, он специализируется на

информации о положении объектов в пространстве и их движении. Его нейроны реагируют на движение по прямой и по окружности. Другие нейроны этого потока возбуждаются различным образом в ответ на то или иное положение глаз, что помогает мозгу понять, как меняется местоположение тела относительно каких-либо предметов.

Нейроны дорсального направления также регистрируют оптический поток, то есть процесс изменения образа предмета по мере его движения. Допустим, если мы видим, что определенный предмет непрерывно увеличивается в размерах, мы понимаем, что он, вероятно, движется прямо на нас, и, скорее всего, в этом случае лучше будет уклониться от него. Разумеется, если мы в данный момент не играем в крикет, потому что тогда мы должны будем либо поймать этот предмет, либо отбить.

Отравление угарным газом привело к необратимому нарушению в функционировании вентрального потока обоих полушарий у пациентки Д. Ф., в результате чего она потеряла способность узнавать предметы. В то же время она могла совершать действия с этими предметами, что было подтверждено в ходе эксперимента с «отправкой письма».

Пациентка легко справилась с просовыванием кусочка картона в косую прорезь, но не смогла выполнить задание, когда ее попросили просто повернуть картонку под тем же углом, под которым была скошена прорезь. Это объяснялось тем, что у Д. Ф. пострадал вентральный поток, ведающий восприятием, в то время как дорсальный поток, связанный с действиями, остался нормальным.

У спортсменов оба потока функционируют совместно. [22] Рассмотрим их взаимодействие на примере тенниса. Вентральный поток собирает информацию для формирования контекста игровой ситуации и поиска оптимального решения до начала розыгрыша. Дорсальный контролирует выполнение удара, в частности силу и сам момент его нанесения. Во время начальной стадии подачи соперника у игрока, готовящегося принять мяч, предположительно задействован в основном вентральный поток, который управляет положением тела и углом наклона ракетки, а также извлекает из памяти известную ему информацию о сопернике. Все это призвано помочь мозгу игрока решить, как именно лучше принять подачу: например, сыграть кроссом или обводящим ударом по линии. Как только соперник выполнил подачу, мгновенно подключается дорсальный поток, контролирующий движения, направленные на успешный прием.

22

Van der Kamp J., Rivas F., Van Doorn H. & Savelsbergh G. J. P. (2008). Ventral and dorsal contributions in visual anticipation in fast ball sports // International Journal of Sport Psychology 39(2). 100–130.

Судя по всему, у новичков либо у людей в непривычных ситуациях основным оказывается вентральный поток. В одном эксперименте группе опытных гольфистов предложили выполнить патт, то есть легким ударом загнать мяч в лунку, сделав при этом замах с неудобной стороны. [23] Рядом с мячом поместили стрелку, указывающую в направлении лунки, но не совсем точно. При выполнении удара с неудобной стороны игроки больше ориентировались на стрелку – соответственно, был активен вентральный поток, которому для определения оптимального варианта действий требовалась опора в виде ситуативной информации. Когда же игрокам разрешили сделать тот же удар со своей обычной, удобной стороны, такого эффекта не наблюдалось. Это значит, что при осуществлении отработанных действий, доведенных до автоматизма, управление берет на себя дорсальный поток.

23

Johnston A., Benton C. P. & Nishida S. (2003). Golfers may have to overcome a persistent visuospatial illusion // Perception 32, 1151–1154. doi:10.1068/p5056.

Пол Скоулз в игре!

Уже на раннем этапе принятия решений атлеты, входящие в элиту мирового спорта, выигрывают за явным преимуществом. Дело ли тут в тренировках, врожденных качествах или и в том и в другом, но очевидно, что мозг спортсменов, имеющих дело с быстрыми перемещениями мяча, особым образом настроен на осуществление прогнозирования. Благодаря умению строить верные прогнозы и просчитывать ситуацию, они успевают выбрать оптимальный вариант действий, когда времени на размышление нет.