Текст книги "Как работает мозг спортивных гениев. Нейробиологическая основа высоких достижений"

Джордан брал уроки игры в гольф у тренера гольф-клуба Колумбийского университета. Его первой идеей было использовать ЭЭГ для исследования гольфа. Несколько нейробиологов, в том числе Джон Милтон из Клэрмонт-колледжа, исследовали навык забивания мяча в лунку и концентрацию игроков; они обнаружили существенные различия в организации нейронных сетей, что могло помочь лучшей концентрации внимания на поле. Джордан хотел знать, как мозг реагирует на замах другого игрока в гольфе. Джейсону это было неинтересно. «Давай займемся бейсболом», – настаивал он. Вскоре Джордан узнал о своем друге нечто такое, что давно знала его мать. «Я никогда не встречала такого упрямца, как Джейсон», – говорила Джудит. «Мы остановились на бейсболе», – сказал Джордан.

Они провели нечто вроде пилотного исследования, с шестью испытуемыми, у которых почти или совсем не было опыта игры в бейсбол. «Это был своего рода игрушечный проект, – вспоминал Джордан. – Было бы круто, если бы что-то получилось». Он составлял программу для воспроизведения видеофайла формата AVI на ноутбуке Dell Precision, а Джейсон штудировал свою «Физику бейсбола» в поисках уравнений, описывающих скорости и траектории разных подач, фастбола, слайдера и кервбола [14]14
  Слайдер – подача на средней скорости, отклоняющаяся в сторону. Кервбол – крученая подача, похожая на слайдер, предназначенная «нырнуть» перед отбивающим.


[Закрыть]. В компьютерной симуляции мяч изображался в виде зеленой точки на фоне серого фона. По мере приближения «подачи» размер точки увеличивался, что создавало иллюзию глубины. Участники эксперимента должны были как можно быстрее распознать подачу – после команды или начала движения мяча. Они нажимали на клавишу компьютера, если подача, которую они наблюдали на экране, совпадала с предварительно объявленной. Во многих случаях сделать это было трудно. Мне довелось попробовать симуляцию в начале 2015 г., когда она оставалась почти неизменной. Я пришел в штаб-квартиру deCervo, которая состояла из письменного стола в общем помещении в Сохо (с тех пор они переехали за стол в офисном здании в другой части Сохо), и Джордан подсоединил ко мне электроды ЭЭГ и включил усилитель размером не больше автомобильного антирадара, который крепился у меня на затылке с помощью эластичной ленты.

Оборудование производства компании Advanced Brain Monitoring стоило 14 000 долларов и умещалось в портфель – одна из причин, почему использование ЭЭГ выглядело таким привлекательным. Как индикатор активности коры, электроэнцефалография обычно ассоциируется с оценкой «мозговых волн», или всплесков электрической активности больших групп нейронов. Различают пять типов волн в зависимости от частоты, изменяемой в Герцах:

• 0,5–2 Гц: дельта-ритм. Типичный уровень активности мозга, когда человек крепко спит.

• 3–7 Гц: тета-ритм. Полусонное состояние.

• 8–12 Гц: альфа-ритм. Человек бодрствует, расслаблен, сосредоточен.

• 13–40 Гц: бета-ритм. Глубокая сосредоточенность.

• 40–100 Гц: гамма-ритм. Отмечается в течение кратких периодов обработки информации.

В 1960-х и 1970-х гг. ученые научились использовать эти ЭЭГ для того, чтобы помочь пациентам управлять процессами внутри собственной черепной коробки с помощью нейрологической, или биологической, обратной связи. В 1972 г. на «Шоу Майка Дугласа» Джон Леннон и Йоко Оно сидели скрестив ноги на зеленом ковре, и прибор снимал их ЭЭГ. «Надеюсь, мой альфа-ритм в порядке», – пошутил Леннон. Рост популярности этого метода часто связывали с йогой, трансцендентальной медитацией, тренировкой осознанности и восточной медициной – способами перехода в более здоровое, осознанное состояние, скажем, посредством смены бета-ритма на тета-ритм. ЭЭГ может показать уязвимые места вашего мозга – если, например, во фронтальной зоне слишком силен тета-ритм, то у вас могут возникнуть проблемы с концентрацией в напряженных ситуациях, но тренировки позволят вам устранить этот недостаток. Надежда на нейрологическую обратную связь жива и сегодня, и особенно широко этот метод распространен в спорте. В 2014 г. при подготовке к Супербоулу команда Seattle Seahawks начала использовать биологическую обратную связь посредством ЭЭГ в дополнение к йоге и медитации; точно так же поступила Керри Уолш Дженнингс, олимпийская чемпионка по пляжному волейболу [15]15
  Эффективность биологической обратной связи с помощью ЭЭГ подтверждается только разрозненными сведениями. – Прим. автора.


[Закрыть].

Однако Джейсон и Джордан используют ЭЭГ совсем не так. Для них это средство подслушать естественный обмен сигналами между нервной клеткой и тысячами ее соседей. Функциональная МРТ способна только измерять поток крови в результате нервной деятельности, а не саму активность нейронов. Нейрону требуется лишь доля секунды, чтобы отправить один из своих биопотенциалов другому нейрону, и прибор, записывающий этот обмен сигналами, должен работать в этом временном диапазоне. Прибор Джейсона и Джордана был способен выполнять 2048 измерений в секунду. Одна секунда такого сигнала ЭЭГ может выглядеть как множество гималайских вершин. ЭЭГ собирает информацию с помощью электродов, укрепленных в девяти разных точках головы и удерживаемых с помощью сетчатого шлема или прозрачной шапочки, похожей на шапочку пловца. «Игроки не захотят носить на голове нечто напоминающее Гидру, да еще с длинными проводами, – сказал Джордан. – Им нужно что-то маленькое и изящное». Приняв решение, Джордан включился в игру. Впоследствии Джейсон в разговоре со мной пошутил: «Atari опережала нас на несколько световых лет». Он был прав. Все оказалось на удивление примитивно, но в такой же степени увлекательно. Точка движется по траектории, определяющейся типом подачи, и увеличивается по мере приближения. Средняя скорость подачи составляла всего 125 км/ч, но некоторые кервболы летели медленнее, а некоторые фастболы – быстрее. Слайдеры отклонялись в сторону, а кервболы резко уходили вниз (питчеры называют такую подачу 12–6 кервболом). Фастболы летят прямо (кажется, что мяч отклоняется вверх, но это просто иллюзия). В процессе подготовки на экране появляется подсказка, какую подачу следует ожидать: фастбол, кервбол или слайдер. Разумеется, подсказка может быть ложной – вы должны «замахнуться», если подача соответствует подсказке, или «пропустить» мяч, если нет. Многие фастболы похожи на слайдеры, а многие слайдеры сложно отличить от кервболов. 125 км/ч – это обычная скорость на тренировках команд колледжей. Но для новичка или даже того, кто играл в бейсбол в детстве, такая скорость была слишком велика. При моей первой попытке из 90 подач я точно определял, нужно ли отбивать мяч, только в 52,26 % случаев. В сущности, я просто угадывал.

При второй попытке мой результат улучшился, но в данный момент речь шла не об улучшении показателей. Суть в оценке. Когда мы закончили, Джордан показал мне мое скользящее окно логистической регрессии (время в миллисекундах, когда мой мозг твердо решил, делать замах или нет); горизонтальную проекцию, насколько далеко улетел мяч по своей траектории, прежде чем я принял решение; точность принятого решения, скажем, между 500 миллисекундами и 600 миллисекундами (80 %). Выяснилось, что опытный бейсболист демонстрирует точность на уровне 80–90 % через 400 миллисекунд после броска. Разумеется, чем дольше вы смотрите на приближающийся мяч, тем выше у вас шансы определить его вращение и положение. Но бэттер на поле лишен подобной роскоши. Через 500 миллисекунд я достаточно точно определяю тип подачи, но на игровом поле я ни разу не снял бы биту с плеча.

В первом исследовании шестерых испытуемых Джейсон и Джордан обнаружили еще кое-что интересное, применив метод локализации источника. Если участники эксперимента ошибались – нажимали на клавишу, когда не следовало, или не нажимали, когда следовало, – в левой доле префронтальной коры наблюдался всплеск активности, похожий на выброс воды из фонтана. Эта активность была локализована в поле 10 по Бродману [16]16
  Поля Бродмана – области коры головного мозга человека и других приматов, различающиеся внутренним строением на гистологическом уровне. – Прим. науч. ред.


[Закрыть] – участке, который ассоциируется с рабочей и проспективной памятью. Активность, которую они наблюдали, происходила уже после подачи и представляла собой вибрацию оценки, укол сожаления. Мозг «сообщал» исследователям, что они видят процесс распознавания подачи. «Мы получили то, что можно измерить, – рассказывал Джейсон, – нечто пригодное для регистрации». Они опубликовали результаты эксперимента в журнале Frontiers in Neuroscience, и статья быстро привлекла к себе внимание. «Дело не только в том, что мы сделали хорошую работу с точки зрения науки, но и в том, что люди, незнакомые с этой областью, посчитали ее достойной внимания и интересной, – объяснил Джейсон. – Именно это меня и потрясло». Джордан, как обычно, проявил осторожный оптимизм. «В конечном итоге это получилось на удивление хорошо», – так он отозвался об исследовании.

Следующим шагом была проверка опытных игроков. Бейсбольная команда Колумбийского университета считалась одной из лучших в Лиге плюща, и с помощью Уолкера Джейсон и Джордан получили согласие на эксперимент. Сайда советовал им не ограничиваться записью ЭЭГ. Его специализация позволяла им использовать сочетание ЭЭГ с функциональной МРТ, что давало объемную картину и позволяло точнее локализовать активные нейроны. ЭЭГ давало временные характеристики. Двадцать бейсболистов прошли через сканер, и исследователи получили 20 разных реакций мозга. Зона коры напоминала фейерверк в ночном небе. Начинала формироваться цветная картинка мозга под шлемом. Джейсон и Джордан поступили с этой информацией так, как поступил бы любой ученый. Они сравнили полученные карты мозга опытных игроков с картами новичков.

Используя записи ЭЭГ и функциональной МРТ, они теперь могли сказать, когда и где происходит активация нейронов во время подачи. Когда опытные игроки принимали решение об ударе, дополнительная моторная область активизировалась через 250 миллисекунд, поясная извилина – через 300 миллисекунд, гиппокамп и средняя височная доля – через 375 миллисекунд, задняя поясная извилина – через 425 миллисекунд, а надкраевая извилина – через 525 миллисекунд. Правая лобная верхняя извилина быстрее реагировала на подачи, которые правильно пропускались (275 мс), чем на подачи, которые отбивались (300 мс). Когда опытные игроки принимали решение не отбивать подачу, сильнее активизировались парагиппокампальная извилина и поясная извилина – области первичной обработки зрительной информации, которые, как полагают, используются для визуального предвидения. То есть дело не столько в реакции, сколько в предвидении.

Когда опытные игроки принимают решение не бить по мячу, этот запрет также коррелируется с активностью в дополнительной моторной области (ДМО), плотной выпуклости коры под тем местом, где находится эмблема на шлеме бэттера. Помимо всего прочего, ДМО участвует в инициации движения. Исследования пациентов с болезнью Паркинсона часто выявляют аномальную проводимость между ДМО и другими участками мозга, например таламусом. У пациентов с болезнью Паркинсона обычно отмечаются проблемы с таймингом. Нейронам в ДМО требуется сильный стимул, чтобы инициировать движение, но, в отличие от первичной моторной коры, они могут остановить уже запущенный процесс. Было показано, что ДМО активизируется, когда люди просто представляют движение, – как будто она играет тормозящую роль и в этом процессе. «Они похожи на спусковой крючок, – говорил Сайда о хиттерах в бейсболе. – Всегда готовы нанести удар, но у хорошего игрока развита способность остановиться». Затем исследователи обнаружили, что, когда игрок решает нанести удар, активизируется другая область мозга.

Веретенообразная извилина представляет собой узкую полоску в нижней части мозга практически напротив ДМО. Ее функция – распознавание образов, в особенности лиц. У человека с прозопогназией, который не распознает лица, обычно повреждена веретенообразная извилина. В последнее время веретенообразная извилина все чаще упоминается в литературе, связанной с навыками. Когда автолюбитель видит проносящийся мимо Alfa Romeo Spider с форсированным двигателем, его веретенообразная извилина возбуждается не так, как при виде стандартного Alfa Romeo Spider. То же самое происходит, когда рентгенолог просматривает снимки, когда юный коллекционер открыток видит изображение покемона или когда шахматный мастер окидывает взглядом доску. Считается также, что часть веретенообразной извилины участвует в распознавании слов. У бейсболистов она активизировалась, когда игрок делал выбор в пользу удара. Очень соблазнительно, но зачастую ошибочно ассоциировать одну область мозга с одной функцией, но должна быть причина, почему веретенообразная извилина снова и снова появляется в литературе. Все мы прекрасно распознаем лица. Все мы прекрасно читаем слова. Идея, что те же самые ресурсы могут привлекаться для помощи опытному игроку в распознавании подачи, выглядит не такой уж невероятной.

Сочетание лимбической системы с тормозящими моторными сигналами ДМО и данными распознавания из веретенообразной извилины, складываются в убедительную картину. Еще более убедителен тот факт, что все это происходит в разное время за миллисекунды, которые отделяют начало подачи от замаха. Удар, как любит повторять Джейсон, это всего лишь верхушка айсберга. Большая часть движения происходит скрыто. Связь между восприятием и действием, между зрением и движением не просто реактивна, но также определяется опытом и направляется предсказанием. В ней участвует и память, и предвидение. Большинство нейробиологов-когнитивистов убеждены, что мозг взаимодействует с окружающим миром, формируя образы, которые составляют картину тела и его окружения по доступной сенсорной информации. Образы – это не более чем паттерны нервной активности, но считается, что клетки, которые возбуждаются вместе, укрепляют свою связь. Причина, по которой мы совершенствуем свои удары в теннисе, почти не имеет отношения к мышцам, а еще меньше – к бессмысленному словосочетанию «мышечная память». Мышцы не обладают памятью. Они исполняют приказы мозга, который перестраивается и меняет себя, укрепляя связи, необходимые для того, чтобы проще и эффективнее передавать конкретные сигналы рукам и ногам. Подобно пластичности самих областей мозга, эти связи могут укрепляться и ослабляться.

Часто успех в спорте связывают со способностью «видеть поле иначе», чем другие. В целом это так. Опыт, по всей видимости, изменяет наше восприятие, которое в свою очередь влияет на наши действия. Мы можем определить это по поведению. Теперь, как утверждает Джордан, появились способы «заглянуть под капот». Если некоторые образы можно различить снаружи, то корреляцию навыков можно анализировать подобно конфигурации облаков на небе. По количеству облаков можно предсказать силу бури, разыгравшейся на горизонте. Исследуя укрытую тьмой кору головного мозга, Джейсон и Джордан начали различать смутные контуры надвигающегося шторма.

Результаты показали, что мозг опытного бейсболиста реагирует на подачу не так, как мозг новичка. Интуиция подсказывала, что уже можно делиться информацией с командами относительно этой разницы. Начав снимать ЭЭГ у большего количества игроков – сначала из команды Колумбийского университета, а затем Брэдли, Брауна и Иллинойса, – они увидели нейронные маркеры, указывающие на различия даже среди хиттеров. Они указывали на различия между игроками: одни умели рано распознавать подачу, другие теряли фокусировку до начала подачи, третьи лучше реагировали на фастболы, чем на кервболы. После одного из визитов Домингес, тренер команды Университета Брэдли, был поражен. «Вы, парни, были здесь всего час, – сказал он Джейсону и Джордану. – Вы даже не видели, как они играют. Но ваша статистика совпадает с тем, что мы наблюдаем на поле». На самом деле их методика была даже совершеннее. Они не были подвержены предрассудкам и не пускались в апостериорные рассуждения, чтобы предсказать будущие успехи. Они были откровенны с самого начала и эффективны, как автомобильный радар.

Джейсон и Джордан начали представлять, как их информация о мозге появится на табло рядом с числом хитов или хоум-ранов. Они мечтали о том, как их ЭЭГ поможет скаутингу, став основным методом для выяснения, обладает ли кандидат зрительно-моторными характеристиками, позволяющими ему играть в Высшей лиге. Джейсон представлял не такое уж далекое будущее, когда упорный скаут объезжает глухие деревушки в Индии с металлическим чемоданчиком в руке. Скаут может наткнуться на мальчика, никогда не игравшего в бейсбол, но с удивительной ловкостью отбивающего палкой падающие желуди. Этот талант можно было бы выявить вдали от игрового поля – как у юных индийских питчеров из диснеевского фильма «Рука на миллион» (Million Dollar Arm). «Мы помогаем бейсбольным командам найти мозг на миллион», – говорил Джейсон.

В один из весенних дней в Аризоне, солнечный и жаркий, Джейсон и Джордан устроились на сиденьях небольшой открытой трибуны между основной базой и скамейкой запасных. С этой позиции они могли наблюдать за действиями питчера и бэттера в противостоянии между клубами низшей лиги. Это была продолжительная весенняя тренировка в 2015 г. Джейсон и Джордан все утро проверяли реакцию мозга игроков с помощью своей новой симуляции. Теперь они хотели посмотреть игру в реальном времени. Через некоторое время на кресло рядом с ними опустился Грег Спаркс, координатор Oakland Athletics. Все вместе они стали наблюдать за бэттером. После подачи бэттер слегка подался в сторону базы. «Видите? – спросил Спаркс. – Это значит, что он плохо видит мяч».

Джейсон и Джордан ничего не заметили. Но Спаркс сказал, что именно на это он тренировал свой глаз последние 10 лет. Затем разговор перешел с того, что делает бэттер, к тому, чего он не делает, – он не видит всю траекторию мяча, не держит голову неподвижно и не фокусирует взгляд на приближающемся мяче. Поскольку он плохо распознает подачи, его тело реагирует таким образом (наклоняется), чтобы лучше оценить траекторию и направление полета мяча. Восприятие влияет на действия, а действия в свою очередь воздействует на восприятие. Психолог Джеймс Дж. Гибсон сформулировал эту мысль по-другому: «Мы смотрим, чтобы двигаться; мы движемся, чтобы смотреть». Бэттер должен был двигаться, чтобы увидеть. Но это отняло у него драгоценное время и заставило сменить позу. Джейсон тут же предложил объяснение: механизм восприятия бэттера – быстрое перцептивное принятие решений – был недостаточно точен, чтобы понять, куда летит мяч и нужно ли его отбивать. Вот почему игрок сменил тактику, что является обычным делом для бэттеров. Если у них спад в игре или они плохо видят мяч, то они начинают выпрямляться или ускорять шаг. Тренеры советуют им сосредоточиться, зафиксировав взгляд на определенной детали во время замаха питчера; так поступали Джордж Бретт (сосредоточивался на бейсболке подающего) и Стив Гарви (на лице). Можно также перехватить биту дальше от конца ручки – тактика, к которой постоянно прибегал Тони Гвинн.

У тренеров всегда были теории о том, как склонны поступать бэттеры, когда они плохо видят подачу, а хитрые питчеры также старались извлечь выгоду из этих привычек. Так продолжалось 170 лет. Но теперь, сказали Джейсон и Джордан Спарксу, появились данные, основанные не на догадках, а на информации, которая недоступна для питчера; это данные мозга. Они дают более глубокое понимание проблемы и методы ее решения. Возможно, на тренировках для такого бэттера следует увеличить процент медленных подач или удлинить замах. Средством совершенствования навыка может стать видеостимуляция, или мозг будет сам исправлять свои ошибки, опираясь на более совершенную обратную связь. Вместо того чтобы угадывать правильный ответ – наклоняться или перехватить биту дальше от конца ручки, – игрок теперь будет точно знать, что делать. Обсуждая эту возможность, Джейсон и Джордан видели, как загораются глаза Спарка. «Примерно то же самое происходило, когда я объяснял своей бабушке, как работает приложение для знакомств Tinder», – вспоминал Джейсон. Искусство знакомиться – примерно так же, как искусство бить по мячу, – было алгоритмизировано и превращено в нечто такое, что можно улучшить одним движением пальца. «Раньше такую возможность не замечали», – сказал он.

Но теперь Джейсон и Джордан детально описали весь диапазон различий между опытными игроками и новичками. Они выявили временные отличия с помощью ЭЭГ и пространственные отличия с помощью функциональной МРТ, а также использовали метод фМРТ покоя, чтобы определить разницу в связи критически важных отделов мозга. Они считали, что наконец нашли ответ на вопрос: Вы поможете моей команде выиграть? «Да, – могли сказать они. – Мы думаем, что ваш взгляд на отбивание мяча был абсолютно неверен».

Джейсона и Джордана не интересовало, как сформировался талант хиттеров. Они хотели описать его в терминах и цифрах, понятных командам, которым требовалась эта информация. Однако они уже ступили на территорию – возможно, сами того не сознавая, – некогда принадлежавшую только поэтам и философам. В их работах цитировались самые известные исследователи в истории человечества. Стремление понять ДМО отбивающего мяч игрока можно поставить в один ряд с изучением мозжечка Эрасистратом в Александрии в III в. до н. э. и трактатами Галена о зрительных нервах, которые он писал до того, как стал личным лекарем Септимия Севера. Желудочки мозга интересовали Да Винчи, который вылепливал их из горячего воска. Декарт считал, что по нервам передаются животные духи, словно пар по трубам. Исаак Ньютон не видел никаких духов, полагая, что сигналы передаются по нервам посредством вибрации. Дарвин обращал внимание на размер человеческого мозга, тогда как Уильям Джеймс писал о его механистической простоте. Томас Эдисон связывал память с гиппокампом. Но не у всех великих мыслителей были верные представления о мозге и его функциональной организации.

Я узнал, что один ученый, Даниэл Уолперт, исследовал источник различий, вплоть до образования сигналов возбуждения нейронов. Нейроны похожи на снежинки: вы не найдете среди них двух одинаковых. Классифицировать отдельные нейроны практически невозможно [17]17
  Существует множество классификаций нейронов: по форме, по используемым медиаторам, по молекулярно-биологическим маркерам, по электрофизиологическим показателям. Здесь, вероятно, имеется в виду сильная вариабельность и невозможность использования одного-единственного критерия для точного описания класса, к которому принадлежит нейрон. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Но, объединяясь, они производят мысли, действия и все, что их связывает. Всплески их биоэлектрического потенциала могут звучать как теннисные мячи, ударяющиеся о струны ракетки. Бум-бум-бум. Или как тренировка бейсболиста с битой.