Атлетичный мозг. Как нейробиология совершает революцию в спорте и помогает вам добиться высоких резу - Кетвала Амит
Принцип научения через наблюдение крайне важен в процессе приобретения практических навыков. Вспомним, что мы говорили в главе 1 о зеркальных нейронах, которые возбуждаются и когда мы сами выполняем какое-либо действие, и когда смотрим за тем, как это делают другие. Таким образом, зеркальные нейроны и явление нейропластичности помогают понять, как спортсмены повышают свое мастерство, а также учатся прогнозировать действия соперников.
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 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]
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.
