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

За последние 25 лет мы значительно продвинулись в понимании того, как происходит научение мозга спортсмена подобным навыкам. Это стало возможным благодаря технологии фМРТ (функциональной магнитно-резонансной томографии). Обычная МРТ позволяет оценить состояние суставов и органов или увидеть внутреннюю структуру мозга за счет использования мощного магнитного поля. Функциональная МРТ дает возможность измерить приток крови к отдельным участкам головного мозга практически в реальном времени.

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] 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. 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.

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] Ramachandran V. (ноябрь 2010 г.). The neurons that shaped civilization [Видео-файл]. Источник: https://www.ted.com/talks/ 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.

В другом исследовании – на этот раз в Риме – в центре внимания были баскетболисты. [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. 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.

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.

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.