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

Применяя свой метод, Пенфилд смог одним из первых наблюдать связь между различными участками коры и частями тела человека. В результате он создал карту сенсорной и двигательной коры, получившую название «двигательный гомункулус» (см. ниже), части тела которого пропорциональны соответствующим им рецептивным полям коры головного мозга.

Чтобы получить наглядное представление о рецептивном поле, проще всего будет провести небольшой эксперимент. Попросите друга закрыть глаза и после этого коснитесь его ладони двумя пальцами, между которыми будет 2–3 сантиметра. Спросите, прикосновение скольких пальцев он почувствовал. Затем повторите опыт с одним пальцем, с тремя, чередуйте разные комбинации. В большинстве случаев друг будет отвечать правильно. Тогда измените расстояние между пальцами: чем оно меньше, тем сложнее будет испытуемому понять количество точек контакта. Постарайтесь определить расстояние, при котором ваш друг больше не сможет точно угадывать, сколькими пальцами вы его коснулись – одним или двумя. Это расстояние и будет размером рецептивного поля сенсорной системы на его ладони.

Попробуйте повторить эксперимент уже на другой части тела – допустим, на плече или на спине. Теперь испытуемому будет гораздо труднее различать прикосновения к одной и нескольким точкам на небольшом расстоянии. Причина в том, что в этих местах кожа менее чувствительна, чем на ладони, соответственно, и рецептивные поля там больше.

Центральная область сетчатки глаза представлена в зрительной коре значительно бо́льшим участком, чем периферия, – подобно врезке на карте города, где центр изображен в более крупном масштабе. В плане тактильных ощущений с кончиками пальцев связана гораздо более обширная область коры, чем с аналогичным по размеру участком кожи на спине, поэтому пальцы куда более чувствительны, чем, скажем, спина.

Все сказанное относится и к двигательной коре. Пальцы на руках гораздо подвижнее пальцев на ногах и реагируют на команды мозга гораздо точнее, поскольку они представлены в мозге большей по площади зоной коры. Это нашло схематичное отражение на двигательном гомункулусе (довольно малоприятная на вид картинка, надо сказать), который со времен опытов Пенфилда практически не претерпел изменений.

Данные зоны являются строго ограниченными: во-первых, они могут накладываться одна на другую, а во-вторых, благодаря нейропластичности, могут увеличиваться и сокращаться в размерах. В еще одном исследовании с участием скрипачей было впервые доказано, что у профессионалов карта мозга действительно выглядит иначе, и причиной является длительная практика. С 1950-х гг., когда Пенфилд проводил свои эксперименты, техника шагнула далеко вперед, так что теперь больше не нужно запускать людям в мозг электроды и заставлять их играть на скрипке. [51] Elbert T., Pantev C., Wienbruch C., Rockstroh B. & Taub E. (1995). Increased Cortical Representation of the Fingers of the Left Hand in String Players // Science 270(5234). 305–307. http://dx.doi.org/10.1126/ science.270.5234.305.

Первичная двигательная кора: 1 – бедро; 2 – туловище; 3 – рука (кроме кисти); 4 – кисть; 5 – ступня; 6 – лицо; 7 – язык; 8 – гортань

Сегодня применяют технологию транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). Метод предполагает проведение катушки с током над головой пациента; возникающее при этом магнитное поле способно стимулировать или тормозить возбуждение нейронов. Когда катушка проходит над двигательной корой, эффект практически аналогичен стимуляции с помощью электродов. А если одновременно проводить сканирование на аппарате фМРТ, можно точно установить, с какими мышцами связаны те или иные участки мозга.

В данном конкретном случае исследователей больше интересовали мышцы левой руки, поскольку ее пальцами скрипач прижимает струны к грифу, и от того, как он их прижимает, зависит, какой звук издаст инструмент – услаждающую слух мелодию или мерзкий, до костей пробирающий визг. У скрипачей-виртуозов движения должны быть быстрыми, уверенными и четкими.

Ученые, параллельно работавшие в лабораториях в Германии и Бирмингеме (штат Алабама, США), выяснили, что пальцы левой руки скрипачей представлены в мозге большей по размеру областью, чем у контрольной группы. В то же время соответствующие области для правой руки в обеих группах были одинаковыми. Более того, одинаковыми оказались и участки мозга, контролирующие движения большого пальца левой руки, поскольку у скрипачей он просто охватывает шейку грифа, не совершая других движений.

Итак, за годы практики мозг профессиональных скрипачей претерпел структурные изменения. Была даже установлена зависимость между степенью реорганизации участков коры, отвечающих за движения мышц левой руки, и возрастом, с которого каждый из испытуемых начал заниматься скрипкой: чем раньше это произошло, тем значительнее были изменения.

Полученные выводы применимы и к спортсменам. Ракетка Роджера Федерера, конечно, не является произведением искусства, как скрипка Страдивари, но годы тренировок и выступлений на корте вызвали похожие изменения и в его мозге. Можно смело утверждать, что зона коры, контролирующая правую руку, у Федерера заметно больше, чем у теннисиста-любителя.

В 2013 г., после падения спортивной формы, Федерер решил сменить ракетку и, следуя тогдашнему тренду среди элиты мирового мужского тенниса, выбрал себе ракетку с большей площадью струнной поверхности. «Ракетка – это самый главный предмет инвентаря для теннисиста, [52] Даррен Кэхилл. Bishop G. (2014). Seeking Bigger Sweet Spot, Roger Federer Hopes His Racket Will Grow on Him. Nytimes.com. Дата обращения: 29.11.2015, источник: http://www.nytimes.com/2014/01/17/sports/tennis/is-change-good-federer-with-new-racket-to-find-out.html?_r=0. – говорит Даррен Кэхилл, сам в прошлом профессиональный игрок, в материале The New York Times, посвященном этому переходу Федерера. – Ты должен понимать ее. Знать ее. Доверять ей. Она как член семьи. Истории о том, как теннисисты не расстаются с ракеткой даже во сне, – чистая правда. Мы видим ракетку чаще, чем кого бы то ни было за свою жизнь».

Проводя такое количество времени с инвентарем вроде теннисной ракетки, мы запускаем процесс изменений в своем мозге. Группа ученых из Австралии проанализировала проекции кистевых мышц на кору головного мозга у пяти топовых бадминтонистов. Исследование показало, что у данных спортсменов размер соответствующих проекций больше, чем у тех, кто время от времени играет в бадминтон в компании, не говоря уже о тех, кто вообще никогда не держал в руках какой-либо ракетки.

С увеличением размера участка коры, связанного с определенной мышцей или группой мышц, возрастает и степень чувствительности, с которой эти мышцы можно сознательно контролировать. Многим людям трудно совершить движение безымянным пальцем так, чтобы мизинец остался в покое, однако у пианистов или гитаристов это обычно получается лучше. Если привязать друг к другу два соседних пальца, чтобы они могли двигаться только вместе, и оставить так на некоторое время, то и после того, как снимете веревочку, вы не сразу сможете шевелить ими по отдельности, потому что в мозге уже успела произойти небольшая реорганизация.