Атлетичный мозг. Как нейробиология совершает революцию в спорте и помогает вам добиться высоких результатов - Амит Кетвала

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.

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».