Книга: Атлетичный мозг [Как нейробиология совершает революцию в спорте и помогает вам добиться высоких результатов]

Клоуны и война

<<< Назад
Вперед >>>

Клоуны и война

Чтобы начать изменяться, мозгу требуется на удивление немного времени. Выше мы говорили о величинах порядка нескольких тысяч часов практики в течение нескольких лет, однако группа исследователей из Германии установила, что, когда мы осваиваем какой-то новый для себя навык, изменения в нашем мозге благодаря его пластичности могут произойти всего за пару месяцев. Ученые провели фМРТ мозга жонглеров.[50] Для участия в исследовании они пригласили начинающих артистов, так что им не пришлось выдергивать клоунов с арены и загонять в металлическую трубу томографа (интересно, сколько бы их туда поместилось?)

Сперва ученые просканировали мозг 24 артистов, после чего половине из них дали задание за три месяца научиться жонглировать тремя шариками. Через три месяца провели повторное сканирование и обнаружили у тех, кто учился жонглировать, характерное увеличение объема серого вещества. Еще через три месяца, в течение которых им запретили жонглировать вообще — ни горящими факелами, ни ятаганами, ничем, — томограф показал, что объем серого вещества стал уменьшаться.

Вывод: мозг ведет себя подобно мышце не только в том плане, что он увеличивается в определенных местах, если его хорошенько потренировать, но и в том, что он уменьшается, если приобретенный навык не используется. Конечно, в реальности все несколько сложнее. И, чтобы понять, какие процессы протекают в ходе увеличения или уменьшения объема отдельных областей мозга, нужно копнуть чуть глубже.

На первый взгляд кажется, что нейронные цепи в мозге перепутаны, примерно как небрежно свернутая новогодняя гирлянда, но на самом деле они устроены очень логично. В главе 1 мы познакомились с топографической организацией зон обработки зрительной информации, которые расположены в виде сетки, как на карте мира. Информация об объекте, находящемся в правом верхнем углу поля зрения, обрабатывается в зоне, непосредственно примыкающей к зоне обработки информации об объекте, расположенном в поле зрения справа посередине.

Другие зоны головного мозга, в том числе первичная двигательная кора, устроены аналогичным образом. Если подвести электрод к определенной точке данного участка мозга, можно вызвать сокращения мышц мизинца. А если чуть сместить электрод, то сокращаться будут мышцы уже безымянного пальца на той же руке. Первую карту, на которой показано взаимное расположение участков коры головного мозга, составил канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд.

В 1940–1950-х гг. он разработал и впервые применил метод лечения эпилепсии, получивший название монреальской процедуры. Суть метода в разрушении нейронов в тех областях мозга, где находится очаг заболевания. Для обнаружения этого очага Пенфилд использовал электростимуляцию различных участков коры. Пациент при этом оставался в сознании под местной анестезией, соответственно, хирург мог наблюдать за его реакцией. Данная технология применяется и сегодня в отдельных случаях для удаления опухоли мозга. Благодаря этому методу нейрохирург может контролировать ход операции, чтобы случайно не задеть важные мозговые центры. В интернете есть ролики, на которых видно, как пациенты разговаривают, поют и даже играют на гитаре прямо во время операции.

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 бо?льшим 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]


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] — 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.

При смене привычного инвентаря мозг тоже перестраивается. После того как Федерер взял другую ракетку, в его двигательной коре стали происходить определенные изменения. Когда Рори Макилрой подписал многомиллионный контракт с фирмой Nike, он практически сразу сменил клюшки, мячи и другой инвентарь, после чего в его игре случился провал. Он смог вернуться к своему прежнему уровню лишь спустя некоторое время. С точки зрения нейрофизиологии это время понадобилось его мозгу, точнее, участкам его коры, отвечающим за соответствующие мышцы, чтобы провести микроскопическую корректировку для адаптации к мельчайшим изменениям в форме и весе клюшки.

Подобные изменения в мозге могут начаться очень быстро. Размеры участков коры не постоянная величина; смежные участки могут расти за счет друг друга, накладываться один на другой. Мы беседуем с Билли Морганом в период его восстановления после серьезной операции на передней крестообразной связке колена. Ему не сидится на месте, он жаждет поскорей вернуться к активным тренировкам, но пока врачи не разрешают ему бегать и прыгать. «Мне очень тяжело сидеть без движения, — сетует он. — Говорят, я больше не смогу гонять на скейте, но, может, я как-нибудь сбегу к одному приятелю, чей дом тут недалеко, и тогда… Я же просто с ума сойду, если буду сидеть в спортзале и делать жим ногами».

Билли нельзя будет вставать на сноуборд в течение полугода. Потом, когда он впервые после вынужденного перерыва поднимется на заснеженный склон, он не сразу сможет выполнять те трюки, которые у него получались раньше. Ощущение застоя и потери формы у спортсменов после травмы происходит из-за все той же пластичности мозга, только теперь она работает в обратном направлении: если связи между нейронами долго не используются, они атрофируются так же, как мышцы. В начале своей карьеры сноубордиста Морган тоже делал перерывы между сезонами на полгода, после чего первые несколько дней он чувствовал застой в мышцах, однако теперь это ощущение будет сопровождать его дольше, поскольку его уровень до травмы был весьма высоким. «Я буду вновь разучивать прежние трюки постепенно, и в этом своя сложность, — объясняет он. — На то, чтобы опять освоить несколько трюков, уходит уйма времени, но бывает, что с приземлением после какого-то одного прыжка приходится воевать бесконечно. Нужно остановиться и решить, какие трюки можно оставить, и накатывать их дальше на тренировках».

Сейчас в голове Моргана идет война за территорию. Когда человек ломает ногу и какое-то время не нагружает ее, область мозга, отвечающая за контроль этой ноги, поглощается соседними областями. Различные исследования пациентов, которым были ампутированы те или иные конечности, показывают, что соседние области мозга расширяются за счет области, связанной с ампутированной конечностью. Битва за нейронную ткань ведется по принципу «все против всех» или в данном случае «используй — или потеряешь», как можно потерять свою часть газона для игры в крикет в общественном парке, если рядом с тобой другая компания играет более активно.

<<< Назад
Вперед >>>

Генерация: 0.924. Запросов К БД/Cache: 3 / 1
Вверх Вниз