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

Так проходил чемпионат мира по футболу, но это был необычный чемпионат.

Этот английский нападающий мало чем похож на привычного нам футболиста международного уровня, притом что он налетал по всему миру не меньше, принимая участие в соревнованиях. Его зовут Мусташио. Он не слишком силен в игре на втором этаже, не идеален в обработке мяча, а по полю он бегает в маленькой шляпе-цилиндре и с моноклем. Его рост 40 сантиметров, а сам он робот-андроид, игрок команды Плимутского университета на чемпионате мира по футболу среди роботов.

Тем не менее у Мусташио все же есть некоторые черты сходства с такими футболистами, как Уэйн Руни, и их больше, чем кажется на первый взгляд. Компьютерный мозг робота решает те же задачи, что и мозг Руни во время матча. В его программе заложены аналогичные стратегии, начиная с определения текущего положения мяча и прогноза о том, где он будет находиться в следующий момент.

Мусташио и его напарники Пиксель, Гиэрс, Эмпс и Флакс экипированы одинаковыми веб-камерами, с их помощью роботы получают необходимую им визуальную информацию. Затем они могут, подобно людям, использовать эту информацию для расчета траектории и направления движения мяча, а также для принятия решений в зависимости от характера его движения. При всем обилии высоких технологий игра идет мучительно медленно. Главная причина низкого темпа — в неуклюжести игроков; это, по словам одного из создателей Мусташио Фила Калверхауса, основной камень преткновения. Он с неподдельной радостью сообщает о том, что ни один из плимутских футболистов не упал за время чемпионата.

В спорте мозг решает куда более сложные задачи, чем это обычно представляется. Даже самое элементарное движение требует точного расчета скорости и траектории перемещения различных объектов, в том числе и положения в пространстве самого спортсмена. «Чтобы взять шахматную фигуру и переместить ее на другое поле, требуется больше вычислительной мощности, чем чтобы решить, какой сделать ход, — утверждает профессор Лондонского университета Винсент Уолш, один из крупнейших мировых специалистов в области когнитивной нейробиологии. — Мне кажется, что в плане использования мозговых ресурсов, связанных с обработкой информации, спорт сильно недооценен. А ведь это фактически особая форма мышления».

Именно поэтому роботы пока так далеко позади нас. Наш мозг гораздо сложнее и функционирует гораздо быстрее. «Человек как система невероятно сложно устроен, — рассуждает доктор Калверхаус из Плимутского центра робототехники и нейробиологии. — Преимущество человека в том, что в его мозгу одновременно обрабатывается просто невероятное количество информации. Поэтому нам доступны куда более сложные вещи, чем все то, на что способны роботы».

Человеческий мозг действительно уникален. В пропорции к размерам всего тела он примерно в два раза крупнее по сравнению с мозгом любого другого существа на Земле и к тому же имеет громадные возможности. По данным одного исследования, чтобы проделать такой же объем операций в секунду, который выполняет всего один человеческий мозг, потребуется задействовать мощность всех имеющихся компьютеров.[6]

Одна из причин уникальности нашего мозга состоит в размере его коры — нервной ткани, покрывающей полушария головного мозга, с большим количеством борозд и извилин. Именно кора отвечает за то, чем мы отличаемся от большинства других животных: способность к рассуждению, планированию и общению. В коре каждого из полушарий выделяют четыре доли: лобную, теменную, височную и затылочную.

Нервная ткань состоит из клеток — нейронов. В человеческом мозге насчитывается порядка 100 миллиардов нейронов. Каждый представляет собой тонкую вытянутую структуру с большим количеством отростков. Эти клетки проводят электрические и химические сигналы, которые в конечном счете определяют индивидуальные черты нашего сознания. Нейронная сеть — это своего рода жесткий диск плюс интернет-соединение: внутри нее хранится и передается информация и различные команды.

Единственная функция нейрона как отдельной клетки заключается в передаче электрического импульса, короткого сигнала, похожего на вспышку света. Однако главное здесь — в количестве связей с другими нейронами, которые возбуждаются от этого импульса. От того, как именно будут задействованы миллиарды таких связей, зависит характер мысли или действия в ответ на раздражения, поступающие из других частей тела.

Работу нейронов можно сравнить с игрой оркестра: мелодию всего произведения можно услышать, только когда музыканты играют вместе. Если использовать спортивную аналогию, представим себе болельщиков на стадионе, у каждого из которых в руках небольшой фрагмент картинки. Отдельно взятый болельщик может либо поднять свой фрагмент в определенное время, либо нет. Однако когда несколько тысяч болельщиков разом поднимают свои кусочки изображения, в их секторе появляется целая картина или слоган.

Нечто подобное происходит и в мозге человека. Когда мы думаем о каком-либо предмете, испытываем какую-либо эмоцию или выполняем какое-либо действие, сигналы идут по определенному участку сети нейронов. Уже проводятся первые эксперименты по считыванию сигналов непосредственно из мозга. Ученым удалось получить изображение лиц людей, о которых в данный момент думали испытуемые, исключительно на основе анализа их мозговой активности.

Итак, наши мысли, чувства и действия, а также процессы обработки информации, которые Фил Калверхаус стремится воспроизвести в своих роботах, возникают благодаря определенным комбинациям нервных импульсов, в проведении которых могут быть задействованы миллионы нейронов. Глава 1 нашей книги посвящена тому, как мозг спортсмена мирового уровня научился использовать эти процессы и как благодаря этому ему удается делать то, что на первый взгляд кажется невозможным.

При выполнении подачи в крикете игрок, подающий мяч (боулер), может метнуть его со скоростью около 160 км/ч. В этом случае мяч долетает до игрока, отражающего его битой (бэтсмена), менее чем за полсекунды. Учитывая, что регистрация полета мяча занимает в мозгу бэтсмена около 200 миллисекунд, а на отражающее движение битой он затрачивает примерно 700 миллисекунд, непонятно, как ему в принципе удается попасть по мячу. Профессиональные бейсболисты и крикетисты регулярно справляются с такими подачами, при которых новичок либо будет вхолостую махать битой, либо получит синяки.

Ключом к этой загадке является механизм прогнозирования. Если робот может вычислить текущее положение мяча и рассчитать его предшествующее положение, то профессиональный спортсмен способен по ряду косвенных признаков определить вероятную траекторию дальнейшего движения мяча. Секрет мгновенной реакции кроется в умении считывать такую информацию, которую другие просто не замечают. Для научного обоснования этой гипотезы профессор Квинслендского университета (Австралия) Брюс Абернети с коллегами провел серию экспериментов с частичным перекрытием обзора, во время которых бэтсмену, готовящемуся отразить подачу, всячески ограничивали возможность видеть мяч.[7]