В чём разница между мозгом спортсмена и обычного человека

В чём разница между мозгом спортсмена и обычного человека

Великого или очень хорошего спортсмена от остальных отличает не только качество мышц и легких, но и качество пространства между ушами — головного мозга. Почему мозг рассматривается наравне с «очевидно необходимыми» для спорта сердцем, легкими и мышцами? Прежде всего потому, что спортсмены должны принимать сложные решения в одно мгновение. В последние годы специалисты в области нейронауки начали каталогизировать удивительные различия между средним мозгом и мозгом хороших и великих спортсменов. Понимая, что происходит в «спортивной голове», исследователи надеются узнать больше о том, как работает весь мозг — и у легенды спорта, и у любителя спорта на диване.

13 августа 2016 года известный пловец Майкл Фелпс выиграл свою 23-ю олимпийскую золотую медаль в общем зачете мужской эстафеты 4 х 100 м на Олимпийских играх в Рио-де-Жанейро. Это была его пятая золотая медаль во время игр в Рио — достойная история самого успешного олимпийского чемпиона мира всех времен.

Конечно, любители не могут, как Майкл Фелпс, посвятить всю свою жизнь спорту. Путь к успеху очень часто основан на тяжелых тренировках и блестящей технике. Но помимо этих двух составляющих, успех в видах спорта на выносливость основывается на сочетании большого количества факторов: генетика, командная работа, тактическая подготовка, форма спортсмена на момент его выступления.

Ментальная подготовка

Один из самых важных и зачастую незаметных факторов, играющих роль во всех видах спорта, — ментальная подготовка. Чтобы показать свой лучший результат именно тогда, когда он больше всего необходим, спортсмены должны справляться со стрессом, огромным внешним давлением, страхом и новыми, непривычными обстоятельствами. Вот почему к подготовке спортсменов мирового класса всё чаще привлекают профессиональных психологов.

«В соревновательный гольф играют в основном на… пространстве между ушами». Как правильно замечает бывший гольфист Бобби Джонс, в мозгу спортсмена происходят важнейшие психические процессы. Но о чем именно он говорит? На какие психические процессы ссылается? Забегая вперед, нужно отметить, что преодоление психологических препятствий — лишь одна из многих задач нашего мозга во время тренировок и соревнований.

Более научный взгляд

Какими бы точными и красивыми ни были цитаты спортсменов о роли психологической подготовки и о влиянии мозга на результат, давайте посмотрим, что говорит официальная наука.

Прежде всего отметим те психические процессы, которые необходимы для достижения наилучших результатов в спорте, — это мотивация, избирательное внимание, постановка целей, рабочая память и принятие решений. Все эти процессы также происходят «между ушами» — в командном центре головы — и по-разному способствуют улучшению производительности.

Во-вторых, и это часто упускается из виду, наш мозг — это верховный главнокомандующий, он контролирует все, в том числе и моторную работу. Когда вы сгибаете ногу, чтобы ударить по мячу, или вытягиваете руку, чтобы выполнить гребок в воде, — все это происходит благодаря активации соответствующих областей головного мозга.

Это показывает, насколько важную роль головной мозг играет в жизни спортсмена. Несмотря на это, исследований, связывающих нейронауку и спортивную науку, не так много.

Волны головного мозга

Возможно, поэтому ученые из Брюссельского университета решили обсудить проблему интеграции нейронауки со спортом: «Сравнительно небольшое количество работ, посвященных спорту, по сравнению с большим общим количеством исследований вызывает серьезные сомнения в интересе к спорту в научном сообществе». Исследователи считают, что в спортивной науке не хватает нейробиологических результатов. Вот почему в своей статье они рассматривают уже существующие результаты, показывают, как регистрировать нейрональную активность головного мозга у спортсмена и как находить показатели, отвечающие за производительность. Методикой, помогающей им в этом, может быть запись электроэнцефалографии высокой плотности.

Электроэнцефалография, или просто ЭЭГ, — это методика, позволяющая регистрировать активность головного мозга с помощью электродов, демонстрируя нейронную активность в коре головного мозга. Частоты сигналов, получаемых с помощью ЭЭГ, формируют различные виды мозговых волн (да, именно так, головной мозг создает волны), характеристики которых сильно зависят от степени активности коры головного мозга. Чтобы разобраться с терминологией, ученые решили различать эти волны по частоте и дали им довольно скучные названия в виде букв греческого алфавита:

- Альфа-ритм (?-ритм) — регистрируется у 85–95% здоровых взрослых людей. Он связан с расслабленным состоянием бодрствования, покоя. Депрессия альфа-ритма возникает, когда мы открываем глаза или думаем над задачей, требующей определенных зрительных представлений. Депрессия альфа-волн может быть признаком беспокойства, гнева, страха, тревоги.

- Бета-ритм (?-ритм) — в норме связан с высшими когнитивными процессами и фокусированием внимания в бодрствующем состоянии, когда мы наблюдаем за происходящими событиями или сосредоточены на решении текущих проблем. Повышение бета-ритма — реакция на стрессовое воздействие.

- Гамма-ритм (?-ритм) — наблюдается при решении задач, которые требуют максимального сосредоточения внимания. Дельта-ритм (?-ритм) — связан с восстановительными процессами, особенно во время сна. Избыток дельта-волн практически гарантирует наличие нарушений внимания и других когнитивных функций.

- Тета-ритм (?-ритм) — проявляется тогда, когда спокойное, расслабленное бодрствование переходит в сонливость, когда человек находится между сном и бодрствованием — это состояние называется еще «сумеречным». Связан с поисковым поведением, усиливается при эмоциональном напряжении. Высокий уровень тета-ритма может показывать состояние сонливости и утомления, что может быть проявлением хронического стресса.

- Каппа-ритм (?-ритм) — схож с альфа-ритмом.

- Мю-ритм (?-ритм) — активируется во время умственной нагрузки и психического напряжения.

Как связаны активность и производительность мозга?

Многие ученые утверждают, что сейчас мы не очень много знаем о спорте с точки зрения нейробиологии. Но что же мы знаем? Вот несколько примеров того, что ученые успели описать:

Сон, как известно, участвует в процессе «моторного обучения». Пока мы спим, быстрые сигналы ЭЭГ в диапазоне от 13 до 15 Гц (так называемые сонные веретена) укрепляют связи, формирующиеся при изучении новых моторных навыков (движения, последовательность движений). Это приводит к тому, что при необходимости вызова этих моторных навыков мозг реагирует гораздо быстрее. Например, при постановке техники бега многократный повтор стандартных движений приводит к тому, что через некоторое время вы уже не думаете, куда поставить ногу или как сделать движение рукой. Стимуляция некоторых областей в левой префронтальной коре нашего головного мозга (передняя часть лобных долей) облегчает обучение новым моторным задачам, а это значит, что постановка техники того или иного движения дается нам легче (вспомните гольфиста Бобби Джонса). Другой важной областью мозга для спорта является гиппокамп (часть обонятельного отдела головного мозга), так как он участвует в стратегической пространственной навигации (некоторые типы клеток там даже называются соответственно: нейроны места, нейроны направления головы или нейроны границы). Лучшая производительность, например, у опытных игроков в гольф по сравнению с новичками связана с более высокой активностью тета- и альфа-волн на ЭЭГ. Кроме того, тета-активность тесно связана с ускорением при движении. Длительные занятия спортом, в том числе аэробные тренировки, связаны с увеличением внимания и повышением скорости когнитивной обработки. На ЭЭГ это будет показано так называемым компонентом P3, сигналом с положительным пиком примерно через 300 миллисекунд после появления стимула. Чем больше вы тренируетесь, тем больше амплитуда и тем меньше становится задержка P3.

Последний пункт особенно интересен, потому что тот же эффект наблюдался при «острой» физической активности — сразу после или во время тренировки.

Однако прежде, чем вы зарегистрируетесь на следующий марафон только для того, чтобы улучшить свои когнитивные навыки, позвольте напомнить, что только тренировки средней интенсивности полезны для улучшения работы нашего верховного главнокомандующего. Так что, с позиции головного мозга, лучше всего для когнитивной функции будет нечто среднее между марафоном и легкой зарядкой.

Кроме того, мы должны быть осторожны с интерпретацией результатов исследований. Научные публикации о записях ЭЭГ во время острой физической активности очень редки. Самая частая причина — технические трудности. Из всех проблем, связанных с записью, регистрацией и просто использованием ЭЭГ у атлетов, основным препятствием для непосредственного применения ЭЭГ в спорте являются так называемые артефакты движения. Что это такое? В ЭЭГ артефакты движения — это ошибочные сигналы, которые портят чтение волн мозговой активности. Вот почему участники большинства экспериментов с ЭЭГ не должны двигаться во время записи. Возможное решение — это система, встроенная в каждый из электродов, прикрепляемых к испытуемому, позволяющая измерять артефакты движения и вычитать их из реального сигнала ЭЭГ. Но пока это все же больше мечта, чем реальность.

Активность мозга как биомаркер?

Можно ли использовать ЭЭГ для того, чтобы предсказать, будет этот или другой спортсмен чемпионом, или нет? Никто до конца еще не дал ответа на этот важный и интересный вопрос, и, вероятно, мы еще долго не узнаем, возможно ли это.

Тем не менее исследовательская группа Брюссельского университета сделала все возможное и суммировала пять потенциальных биомаркеров, получаемых с помощью ЭЭГ, в иерархическом порядке, расположив их по количеству соответствующих функций. Если вкратце, то биомаркеры — это структуры или процессы, которые можно измерить в организме (например, с помощью ЭЭГ) и которые предсказывают, скажем, частоту развития заболевания или то, как быстро выздоровеет человек. В нашем случае биомаркеры предсказывают спортивные результаты — скорость, время прохождения дистанции и так далее.

Важно отметить, что это первая попытка обобщить уже существующие результаты и определить потенциальные биомаркеры, которые будут предсказывать производительность в спортивных соревнованиях. К сожалению, сейчас невозможно сделать прямые практические выводы из-за несоответствия в различных исследованиях, используемых ими методах и анализах, а также интерпретации полученных результатов.

Будем надеяться, что все больше и больше нейробиологов смогут преодолеть технические проблемы, чтобы мы получили более четкую картину. Однако, если разная интенсивность мозговой деятельности действительно связана с соответствующими функциями, было бы интересно измерить различные волны у спортсменов, таких как Майкл Фелпс или другие олимпийские чемпионы.

Хотелось бы подчеркнуть, что влияние физической активности на сигналы ЭЭГ наблюдается во всех возрастных группах. Как мы знаем из многочисленных исследований, занятия спортом и аэробные нагрузки могут давать важные преимущества на протяжении всей жизни человека: от повышения когнитивных способностей у детей и взрослых до ослабления когнитивного спада с возрастом.

И самая хорошая новость для всех любителей: чтобы получить эти преимущества, не нужно стремиться заработать даже одну золотую медаль, достаточно просто регулярно заниматься любимым видом спорта.

Список использованной литературы:

1. Pedersen, D.M. Intrinsic-Extrinsic Factors in Sport Motivation. Mot. Skills 95, 459–476 (2002).

2. Arjona, A., Escudero, M. & G?mez, C. M. Updating of attentional and premotor allocation resources as function of previous trial outcome. Rep. 4:4526, 1–9 (2014).

3. West, R. L. & Thorn, R. M. Goal-setting, self-efficacy, and memory performance in older and younger adults. Aging Res. 27, 41–65 (2001).

4. Dipoppa, M. & Gutkin, B. S. Flexible frequency control of cortical oscillations enables computations required for working memory. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110, 12828–33 (2013).

5. Renfree, A., Martin, L., Micklewright, D., & Gibson, A. S. C. Application of decision-making theory to the regulation of muscular work rate during self-paced competitive endurance activity. Sports Medicine, 44, 147–158 (2014).

6. Cheron, G. et al. Brain Oscillations in Sport: Toward EEG Biomarkers of Performance. Psychol. 7, 246 (2016).

7. Sawant, H. K. & Jalali, Z. Detection and classification of EEG waves. J. Comput. Sci. Technol. 3, 207–213 (2010).

8. WHO, International Programme on Chemical Safety, (2001): Biomarkers In Risk Assessment: Validity And Validation (EHC 222).

Автор - Evgeny Suborov

Комментарии: