Текст книги "Атлетичный мозг. Как нейробиология совершает революцию в спорте и помогает вам добиться высоких результатов"

Почему у спортсменов с определенного возраста начинается спад? Понятно, что тело, которое столько лет заставляли работать на пределе возможностей, говорит, что дальше так нельзя. Однако спортсменов начинает подводить не только тело, но и голова: реакция уже не та, что прежде, а период, в течение которого они могут компенсировать потерю скорости за счет опыта, ограничен.

Нейрон похож на электрический провод. Если его правильно заизолировать, ток пойдет быстрее и без ненужных потерь. Для нейронов в роли изолятора выступает миелин. Научение, как мы выяснили, определяется изменениями в синапсах; миелин же закрепляет результаты научения. Он формирует оболочку вокруг нейрона, подобно изолятору вокруг медного провода. Таким образом, нервный импульс не теряется при прохождении через нейрон, а скорость его прохождения становится выше. «Благодаря миелину узкие дорожки, по которым идет сигнал, превращаются в сверхскоростные автобаны, – пишет Даниэл Койл в книге «Код таланта» (The Talent Code). – Нервные импульсы, которые до этого «тащились» со скоростью менее 1 м/с, после формирования миелиновой оболочки «летают» со скоростью порядка 90 м/с».

Появление слоя миелина по всему пути проведения импульса сравнимо со сменой телефонного интернет-соединения на широкополосное. Кроме того, оболочка дает возможность сократить временной разрыв между сигналами, что в совокупности ведет к увеличению скорости обработки информации в 3000 раз. Как мы убедились, ключевое отличие спортсменов от обычных людей состоит в их способности заблаговременно считывать важную информацию и быстро принимать на ее основе точные решения. Отсюда главное – это скорость, а скорость – это миелин.

При активизации нейрона происходит не только упрочение его связей с соседями, процесс также привлекает клетки олигодендроциты, которые на томограмме выглядят как светящиеся зеленые точки. Они-то и вырабатывают миелин, слой за слоем окружающий нервную клетку. Все это происходит крайне медленно, учитывая масштаб скоростей, с которыми по нейронным сетям перемещаются импульсы.

«Это один из самых сложных и удивительных примеров межклеточного взаимодействия,[56]56
  Доктор Дуглас Филдс. Coyle D. The Talent Code.


[Закрыть] – замечает доктор Дуглас Филдс на страницах «Кода таланта». – И самых медленных. Каждый участок нервного волокна может покрываться 40–50 слоями миелина, а на формирование одного слоя уходит от нескольких дней до нескольких недель. Представьте, сколько времени займет миелинизация всего аксона, а затем всей цепочки, которая может включать тысячи нейронов. Это все равно что изолировать трансатлантический кабель».

Теперь понятно, откуда взялось число 10 000 – количество часов, необходимых, чтобы овладеть каким-либо навыком на уровне профессионала. Ведь мало лишь создать нейронные пути – цепочки нервных клеток, закрепляющие алгоритм выполнения требуемых действий в долговременной памяти, – нужно еще «расширить канал» передачи импульсов, то есть образовать миелиновую оболочку, обеспечивающую высокую скорость и эффективность такой передачи. «Формирование навыка – это процесс изолирования нейронных цепочек с помощью оболочки, которая увеличивается в размерах в ответ на определенные сигналы» – эта мысль неоднократно подчеркивается в книге Койла.

Между тем, как мы узнаем в части II нашей книги, путь к овладению навыком можно и срезать, придать ускорение нейропластичности. Оптимизируя сигналы, посылаемые мозгу в ходе практики, можно добиться высочайшего уровня нейропластичности, ускорить формирование миелиновой оболочки и обойти правило 10 000 часов.

Билли Морган – живое подтверждение того, что это возможно. Он начал тренироваться на снегу всего лишь девять лет назад. «Я ходил на лыжах с классом в школе. Тогда же одноклассник захотел попробовать съехать вниз и потащил меня с собой на склон с искусственным покрытием в Саутгемптоне. Мне не особо хотелось, – признается Морган. Но вскоре он заболел сноубордингом. – Два следующих года нас просто не отпускало. По снегу я впервые прокатился только в 17 лет».

На Олимпиаде-2014 Морган, которому тогда было 23 года, занял 10-е место. При этом у него было гораздо меньше опыта занятий сноубордингом непосредственно на снегу, чем у других участников. Но к тому времени он научился прекрасно контролировать свое тело в воздухе, а это один из главных залогов успеха в современном слоупстайле. Дело в том, что прежде Морган занимался гимнастикой. Шла даже речь о том, чтобы его в 17 лет взяли в труппу одного цирка в Германии. («В принципе, еще не поздно», – смеется он.)

«Я думаю, чем больше занимаешься прыжками, тем уверенней себя ощущаешь и тем больше у тебя шансов выкрутиться, когда что-то идет не так, – считает он. – Я понял это, еще когда занимался акробатикой. Где-то лет с четырех до восьми я ходил на гимнастику, а до четырнадцати – на акробатику, и это было сродни фанатизму: каждый день после уроков и еще по субботам».

Многие сноубордисты для развития контроля в воздухе тренируются на батуте. У Моргана в этом плане уже имелось колоссальное преимущество. «В современном сноубординге очень важно качество выполнения трюков в воздухе, базовые навыки для этого закладываются с помощью других видов спорта. Можно долго прыгать на батуте, чтобы развить это ощущение. У меня все это уже было глубоко на подкорке – благодаря акробатике. Я не сразу осознал это, но мой гимнастический бэкграунд во многом предопределил мою дальнейшую карьеру сноубордиста».

Сегодня Морган может на равных соперничать с теми, кто занимался сноубордингом гораздо дольше него, и побеждать их. Причина в том, что он, не ставя перед собой изначально такой цели, регулярно оттачивал один из ключевых ментальных навыков, необходимых в этом виде спорта. Более того, он нашел способ развивать в себе этот навык намного эффективнее, чем если бы тренировался лишь непосредственно на трассе.

Немаловажно содержание и качество тренировки. В исходной формулировке правила 10 000 часов говорится о «планомерной практике»; значит, нет смысла оставаться в зоне комфорта. Тренируя один и тот же трюк в течение нескольких тысяч часов, можно стать экспертом только в одном – самом этот трюке.

Планомерная практика заставляет критически оценивать собственные достижения и постоянно ощущать себя на пределе возможностей. Она позволяет находиться в той идеальной точке, где могут создаваться и укрепляться новые соединения между нейронами и формироваться нужные цепочки нервных импульсов. «Будучи поставлены в условия, когда мы вынуждены сбавлять темп, делать и исправлять ошибки – как бывает, когда идешь вверх по льду, то и дело поскальзываясь и оступаясь, – мы в конечном счете незаметно развиваем быстроту и ловкость движений», – пишет Койл. Мозг претерпевает изменения вне зависимости от того, чем именно мы занимаемся, только у взрослых эти изменения, как правило, закрепляются лишь в том случае, если мы сознательно уделяем чему-то много внимания.

На нейропластичность также влияет характер организации практики. Исследования показали, что глубину изменений в мозге можно увеличить путем концентрированного научения. Лучше всего это можно проиллюстрировать на примере погружения в среду изучаемого языка. Проведя всего месяц где-нибудь во французской провинции вдали от крупных городов, можно выучить язык гораздо лучше, чем занимаясь по учебникам каждую неделю в течение нескольких лет. Все потому, что в первом случае человеку приходится выйти из зоны комфорта, оказавшись в той самой идеальной точке, где обучение будет максимально эффективным.

Профессиональные спортсмены уже погружены в привычный для них график тренировок, но вот спортсмену-любителю такой темп пойдет только на пользу. Билли Морган в начале своей карьеры сначала полгода работал, потом следующие полгода занимался сноубордингом – прекрасные условия для концентрированного научения. Тем самым ему удалось добиться нужных изменений в мозге и повысить его эффективность намного быстрее, чем если бы он распределял время между работой и тренировками более равномерно.

Скорость научения мозга также можно повысить благодаря двигательной активности. Физическая активность – один из лучших катализаторов нейропластичности. Сила воздействия физических упражнений поистине огромна. Они помогают лучше справляться со стрессом, снизить уровень беспокойства и депрессии и повысить эффективность научения и памяти сразу по целому ряду аспектов.

Такой эффект обусловлен резким подъемом уровня белка, известного как нейротрофический фактор головного мозга (BDNF), в крови при физических нагрузках. Этот белок вызывает рост нейронов и запускает адаптивные механизмы в синапсах. «Ученые давно установили, что, если обработать нейроны BDNF в чашке Петри, клетки автоматически формируют новые отростки, демонстрируя тот же структурный рост, который необходим в процессе научения. Полагаю, что BDNF действует на мозг так же, как суперудобрение на рассаду»,[57]57
  Доктор Джон Рэйти. Ratey J. & Hagerman E. (2008). Spark! N. Y.: Little, Brown.


[Закрыть] – пишет доктор Джон Рэйти в книге «Искра» (Spark: The Revolutionary New Science of Exercise and the Brain), где связь между физической активностью и эффективностью обучения описывается подробнее. Повышение уровня BDNF после физической нагрузки регистрируется не только в областях мозга, отвечающих за двигательную активность, но и в гиппокампе, играющем важную роль в действии механизмов памяти.

Следовательно, наиболее рационально организовывать тренировки спортсменов таким образом, чтобы обсуждение тактических аспектов проходило в конце занятия, после физической нагрузки, вызывающей резкое повышение нейропластичности. Тогда спортсмен лучше усвоит урок.

Еще один способ повысить эффективность научения – создать систему мотивации, или стимулирующего подкрепления. Ключевая роль здесь отводится нейромедиатору дофамину. Он выделяется в ответ на получение какого-либо вознаграждения, не важно, в реальной жизни или в виртуальном пространстве. Создатели игрушек на смартфоне умело эксплуатируют этот принцип, поощряя владельца гаджета (очками, золотыми монетами, которые можно потратить, новым доспехом для персонажа) ровно в таком объеме, чтобы он продолжал играть дальше.

Помимо прочего, дофамин повышает пластичность нейронов, поэтому нужно предусмотреть в программе тренировок такую систему поощрений, которая будет не только мотивировать спортсмена на продолжение регулярных занятий, но и помогать мозгу с закреплением усвоенного.

В следующей главе мы поговорим о том, как в передовых методиках подготовки спортсменов и когнитивных инструментах учитываются результаты последних исследований в области нейропластичности, что позволяет ускорить формирование нейронных цепей и образование миелиновых оболочек. Но есть и другие способы добиться тех же результатов.

Сегодня наука занимается процессами, лежащими в самой основе устройства нашей нервной системы, и раскрывает такие пути максимального увеличения и ускорения нейропластичности, которые могут быть использованы в неблаговидных целях. Но они же способны навсегда изменить не только спорт, но и весь мир.

«Был пробел во время Первой мировой войны. Потом во время Второй мировой. А потом случился пробел во время Великой войны Лэнса».[58]58
  Лэнс Армстронг. Okbo M. & Sorensen J. (2014) // Rouleur (52).


[Закрыть]

Так бывший велосипедист, опорочивший свое имя употреблением допинга, Лэнс Армстронг отозвался о лишении его всех семи титулов, полученных в общем зачете «Тур де Франс» и исключении его имени из списка победителей престижной веломногодневки. Столь принципиальное решение спортивных чиновников – это лишь отдельно взятый пример борьбы с допингом в спорте высоких достижений. Наиболее часто обвинения и вопросы в связи с возможным употреблением препаратов, повышающих выносливость спортсменов, звучат именно в адрес велосипедистов и бегунов-спринтеров, даже если результаты их анализов всегда были отрицательными.

До последнего времени большинство подобных обвинений затрагивали виды спорта, ориентированные на отдачу, то есть те, в которых важнее не столько быстрота принятия решений, сколько продемонстрированная атлетом скорость, сила или выносливость. Однако сегодня существует опасность новой волны кризиса в большом спорте. Эта волна может накрыть принципиально иные дисциплины, и главной опасностью на сей раз будет нейродопинг.

Когда мы учимся чему-то новому, благодаря нейропластичности в синапсах увеличивается количество нейромедиаторов и рецепторов, что облегчает передачу сигнала соседним нейронам (напомним, что одновременная активизация нейронов ведет к возникновению связи между ними). Но передачу нервного импульса можно облегчить и по-другому – путем изменения общего баланса нейромедиаторов в головном мозге. Этот принцип уже применяется в производстве различных рекреационных и медицинских препаратов: так, прием некоторых из них ведет к повышению уровня дофамина – нейромедиатора, высвобождаемого, когда мы забиваем гол или успешно проходим очередной уровень в игре на смартфоне.

Один из таких препаратов, метилфенидат (торговое название «Риталин»), часто – некоторые считают, что очень часто, – назначают детям с синдромом дефицита внимания и гиперактивности. Механизм действия основан на стимулировании выработки дофамина в мозге, что приводит к активизации внимания. Исследования показали, что препарат также повышает синаптическую пластичность. Другие психостимуляторы, например декстроамфетамин, способствуют восстановлению функций памяти у пациентов, перенесших инсульт.

На сегодняшний день уже зафиксированы случаи приема подобных препаратов студентами при подготовке к выпускным экзаменам. Можно допустить, что эти же вещества способны повышать уровень нейропластичности и у спортсменов, облегчая для них процессы освоения и совершенствования практических навыков, а также принятия решений. В ходе исследования, проведенного с участием немецких триатлонистов-любителей,[59]59
  Dietz P., Ulrich R., Dalaker R., Striegel H., Franke A., Lieb K. & Simon P. (2013). Associations between Physical and Cognitive Doping – A Cross-Sectional Study in 2.997 Triathletes // PLoS ONE 8(11), e78702. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0078702.


[Закрыть] выяснилось, что за прошедший год 15,1 % из них принимали различные вещества для стимулирования когнитивных процессов.

Некоторые вещества, повышающие нейропластичность, относятся к стимуляторам, которые уже входят в список запрещенных препаратов Всемирного антидопингового агентства. Другие методы определить сложнее.

Когда спортсмены, отстраненные от соревнований за применение допинга, возвращаются в спорт, одна из основных проблем заключается в том, чтобы установить, не помогает ли им до сих пор эффект от препаратов, незаконно принимавшихся ими в прошлом. Доказать это сложно. Еще сложнее будет со стимуляторами, воздействующими на мозг. Группа нейробиологов из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе (США) провела эксперимент,[60]60
  Reis J., Schambra H., Cohen L., Buch E., Fritsch B. & Zarahn E. et al. (2009). Noninvasive cortical stimulation enhances motor skill acquisition over multiple days through an effect on consolidation // Proceedings of the National Academy of Sciences 106(5). 1590–1595.http://dx.doi. org/10.1073/pnas.0805413106.


[Закрыть] по условиям которого испытуемые должны были перемещать курсор по экрану путем давления на датчик, закрепленный между большим и указательным пальцами. Курсор нужно было двигать от одной точки до другой как можно быстрее, не совершая при этом лишних движений. Для этого волонтеры должны были научиться правильно рассчитывать силу сжатия датчика. За этим занятием они проводили по 45 минут в день, и через пять дней им удалось значительно снизить количество ошибок.

Во второй группе участникам эксперимента было дано то же задание, но у них к голове была подсоединена батарея, посредством которой через двигательную кору посылались электрические импульсы. Успехи этой группы оказались более впечатляющими: они перемещали курсор быстрее и допускали меньше ошибок, чем волонтеры из контрольной группы. Более того, они не утратили этого навыка и спустя три месяца. В другом исследовании, где участниками были пациенты, перенесшие инсульт, выяснилось, что восстановлению двигательной активности после инсульта способствует ТМС (транскраниальная магнитная стимуляция) двигательной коры.

«Подобные манипуляции с определенной долей вероятности однажды могут войти в стандартный набор процедур в курсе нейрореабилитации инвалидов и – кто знает, – возможно, также в программу тренировок будущих спортсменов-олимпийцев либо пополнят список запрещенных средств, приравненных к допингу»,[61]61
  Йенс Бо Нильсен. Nielsen J. & Cohen L. (2008). The olympic brain. Does corticospinal plasticity play a role in acquisition of skills required for high-performance sports? // The Journal of Physiology 586(1). 65–70. http://dx.doi.org/10.1113/jphysiol.2007.142661.


[Закрыть] – считает профессор Йенс Бо Нильсен, проводивший аналогичное исследование в Копенгагенском университете.

В раннем возрасте мозг человека подобен губке, он впитывает огромное количество информации и изменяется в ответ на различные стимулы даже без непосредственного контроля со стороны сознания. Нейрофизиологи называют это критическим периодом, поскольку уровень пластичности мозга в это время бывает запредельным. В течение критического периода мозг особенно чувствителен к воздействию, карта его коры перекраивается очень легко.

Понятие критического периода объясняет, почему так просто выучить иностранный язык и говорить на нем без акцента именно в детском возрасте. Им же объясняется резкий скачок в развитии, который мы делаем в первые годы жизни, когда научаемся ходить, говорить и мыслить отвлеченными понятиями.

За внимание в нашем мозге отвечает базальное ядро – группа клеток, спрятанных глубоко в нейронной ткани. Когда человек проходит через критический период, эти клетки резко активизируются, благодаря чему механизмы научения работают практически без усилий от рождения до достижения возраста 10–11 лет. Всплеск и последующий спад активности базального ядра регулируются за счет высвобождения большого количества BDNF, белка, стимулирующего нейропластичность во время физической нагрузки.

Сворачивание активности базального ядра знаменует окончание критического периода. Теперь устойчивые изменения в мозге происходят только в качестве реакции на что-то очень важное либо при сознательной концентрации внимания. Отсюда понятно, почему маленькие дети усваивают грамматику и употребление слов языка без особых усилий, в то время как взрослому приходится часами просиживать за учебниками и зубрить таблицы склонений и спряжений.

Если мы поймем, как можно перезапустить критический период, это станет началом революции, причем не только в спорте, а вообще во всех областях, где имеет место приобретение навыков и профессионального опыта. И это действительно возможно.

Пионеры исследований, посвященных нейропластичности, Майкл Килгард и Майкл Мерцених, смогли научить детенышей лабораторных крыс, пока те находились в критическом периоде развития мозга, различать ноты путем многократного повторения соответствующих звуков. Вначале слуховая кора животных могла дифференцировать ноты только по высоте звука, но со временем у них развились специальные зоны, которые реагировали, например, на до-диез.

Затем ученые ввели микроэлектроды в базальное ядро уже взрослых особей и добились возвращения у крыс критического периода. При проигрывании звуков мозг животных легко перестраивал свою карту, совсем как у детенышей, чей критический период был в самом разгаре. Так Мерцениху и Килгарду удалось распечатать закрывшееся окно возможности ускоренного обучения.[62]62
  Данная проблема подробно рассматривается в книге Нормана Дойджа «Пластичность мозга» (The Brain that Changes Itself), однако основным источником является: Kilgard M. (1998). Cortical Map Reorganization Enabled by Nucleus Basalis Activity // Science 279(5357). 1714–1718. http://dx.doi.org/10.1126/science.279.5357.1714.


[Закрыть]

До применения на людях подобной или других методик, например, когда BDNF будут вводить непосредственно в мозг,[63]63
  Rex C., Lin C., Kramar E., Chen L., Gall C. & Lynch G. (2007). Brain-Derived Neurotrophic Factor Promotes Long-Term Potentiation-Related Cytoskeletal Changes in Adult Hippocampus // Journal of Neuroscience 27(11). 3017–3029. http://dx.doi.org/10.1523/jneurosci.4037–06.2007.


[Закрыть] пройдут еще годы, если не десятилетия. Очевидно, нужно еще будет как-то решить этические вопросы. Но уже сегодня спорт как никогда активно использует самые передовые достижения научно-технического прогресса. Если где-то вдруг появляется возможность улучшить результат, будьте уверены, что кто-то прямо сейчас платит деньги за возможность использовать эту маленькую хитрость. Тренеры, представляющие самые разные виды спорта, уже делают выводы.

Итак, в части I книги мы говорили о том, как благодаря нейропластичности мозг спортсмена развивает способность к прогнозированию и быстрому принятию решений. Далее мы познакомимся с теми, кто использует достижения науки о мозге для расширения границ человеческих возможностей, и раскроем маленькие секреты, которые помогут обычному человеку добиться собственных спортивных успехов.

Домашнее задание

СТИМУЛИРУЕМ КОГНИТИВНЫЕ СПОСОБНОСТИ

Концентрированное научение

Если попытки освоить какой-либо навык, научиться хорошо играть в спортивную игру или выучить иностранный язык не приносят результата, возможно, следует пересмотреть график практики: не распылять усилия на одно занятие в неделю, а полностью посвятить себя тренировкам в течение некоторого продолжительного периода. В начале своей карьеры сноубордиста Билли Морган работал и занимался спортом по полгода. Так его мозг изменился намного быстрее, чем если бы он распределял время между работой и тренировками более равномерно.

Польза физических нагрузок

Физические нагрузки повышают уровень белка BDNF, который стимулирует активный рост ответвлений нейронов. Другими словами, физическая активность способствует более продуктивному научению и запоминанию информации. Чтобы воспользоваться этим естественным стимулятором умственной деятельности, достаточно делать зарядку не после занятия интеллектуальным трудом, а до него.