Используй — или потеряешь

Оно розовое. При взгляде из машины кажется, будто прямо на дороге у тротуара валяется голова коровы. Если бы не это внезапное наваждение, то возникает чувство, что едешь по магистрали в торговом районе Лондона в классическом английском кебе. Несколько сотен таких такси покрасили в дикий розовый цвет и доставили сюда, в Баку, в преддверии Европейских игр 2015 г. Таксист, у которого сегодня больше пассажиров, чем оставшихся зубов, несомненно, человек с богатым жизненным опытом, но, судя по жуткой тряске в машине, движущейся по грунтовой дороге на окраине азербайджанской столицы, его водительский стаж вряд ли дотягивает до 10 000 часов.

Нейробиолог, вооруженный аппаратом фМРТ, мог бы подтвердить, что нам не повезло с кебменом. Дело в том, что лондонские таксисты одними из первых продемонстрировали, какие изменения происходят в мозге под влиянием практики. Чтобы получить лицензию — даже сегодня, в эпоху спутниковой навигации и сервисов вроде Uber, — они должны пройти жесткий отбор по результатам теста на знание Лондона. Чтобы справиться с тестом, претенденты обязаны наизусть выучить громадный объем информации о сложной системе лондонских улиц.

Оказалось, что в процессе запоминания у них изменяется размер гиппокампа, отдела мозга, отвечающего за пространственное мышление и память. Точнее, у лондонских таксистов гиппокамп значительно больше, чем у обычных людей, причем его размер, как выясняется, зависит от количества лет водительского стажа.

С развитием технологий визуализации мозга в последние десятилетия ученым удалось продвинуться в понимании процессов, происходящих в мозге во время практики. В некотором отношении мозг ведет себя как мышца: если он используется, он увеличивается в размерах, если нет — уменьшается. Так что, возможно, френологи были не так уж неправы.

Профессионального спортсмена выделяют не только мощные бицепсы. Те же гольфисты могут иметь самые разные габариты, однако грамотный нейробиолог обнаружит их по характерным особенностям нейронной архитектуры. В 2009 г. группа швейцарских ученых повторила эксперимент Эриксона, взяв вместо скрипачей 40 человек с разным уровнем и опытом игры в гольф. Десять из них были профессиональными гольфистами, у десятерых был гандикап от 0 до 14, еще у десяти — от 15 до 36, а оставшиеся десять вообще никогда в жизни не играли ни в гольф, ни даже в мини-гольф (напомним, что в гольфе, чем меньше значение гандикапа, тем выше класс игрока).

Исследователи не стали тащить последнюю группу на поле, чтобы не тратить впустую время, а задали несколько вопросов остальным трем группам: когда они начали заниматься и сколько всего часов, по их мнению, они провели на поле вплоть до этого момента. Как нетрудно догадаться, профессионалы начали в более раннем возрасте, чем представители двух других групп (Профессионалы начали заниматься в возрасте 13,1 года, участники из группы с гандикапом 1–14 — в 14,5 года, а с гандикапом 15–36 — в 19 лет). Но самое большое различие касалось количества времени, уделенного игре. У самой слабой группы в среднем оказалось 758 часов, у более продвинутой получилось 3207 часов, а профессионалы выдали умопомрачительные 27 415 часов практики.

Иными словами, если проводить на поле по восемь часов ежедневно, включая выходные и праздники, то, чтобы достичь такого показателя, понадобится почти 10 лет. Средний возраст группы профессионалов — 31 год.

В результате тренировок в течение столь продолжительного времени произошли серьезные изменения. К такому выводу пришли швейцарские исследователи, когда подвергли сканированию мозг участников эксперимента на предмет изменений в сером веществе. Оно состоит из тел и отростков нейронов, и у гольфистов из двух лучших групп его оказалось больше, чем у остальных испытуемых. Прирост серого вещества у них наблюдался в различных участках лобной и теменной доли, ответственных за контроль движений тела. То есть данные участки мозга в буквальном смысле увеличились на фоне длительной практики.

Ученые из Китайской академии наук в Пекине пришли к аналогичным результатам, сравнив мозг профессиональных прыгунов в воду с трамплина и тех, кто не занимался этим видом спорта. Выяснилось, что у спортсменов толщина коры в некоторых участках, в том числе тех, что играют важную роль в восприятии биологических движений, больше. По мнению исследователей, утолщение коры в этих областях может быть связано с тем, что данные атлеты более четко воспринимают движения, выполняемые другими людьми. Умение учиться посредством наблюдения — важнейший навык для прыгунов в воду, ведь в этом залог их собственного профессионального развития. Соответственно, у более опытных спортсменов кора головного мозга в этом месте толще.

Принцип научения через наблюдение крайне важен в процессе приобретения практических навыков. 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. 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 использует ся. 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. 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.



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, — 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».

Проводя такое количество времени с инвентарем вроде теннисной ракетки, мы запускаем процесс изменений в своем мозге. Группа ученых из Австралии проанализировала проекции кистевых мышц на кору головного мозга у пяти топовых бадминтонистов. Исследование показало, что у данных спортсменов размер соответствую5 щих проекций больше, чем у тех, кто время от времени играет в бадминтон в компании, не говоря уже о тех, кто вообще никогда не держал в руках какой-либо ракетки.

С увеличением размера участка коры, связанного с определенной мышцей или группой мышц, возрастает и степень чувствительности, с которой эти мышцы можно сознательно контролировать. Многим людям трудно совершить движение безымянным пальцем так, чтобы мизинец остался в покое, однако у пианистов или гитаристов это обычно получается лучше. Если привязать друг к другу два соседних пальца, чтобы они могли двигаться только вместе, и оставить так на некоторое время, то и после того, как снимете веревочку, вы не сразу сможете шевелить ими по отдельности, потому что в мозге уже успела произойти небольшая реорганизация.

При смене привычного инвентаря мозг тоже перестраивается. После того как Федерер взял другую ракетку, в его двигательной коре стали происходить определенные изменения. Когда Рори Макилрой подписал многомиллионный контракт с фирмой Nike, он практически сразу сменил клюшки, мячи и другой инвентарь, после чего в его игре случился провал. Он смог вернуться к своему прежнему уровню лишь спустя некоторое время. С точки зрения нейрофизиологии это время понадобилось его мозгу, точнее, участкам его коры, отвечающим за соответствующие мышцы, чтобы провести микроскопическую корректировку для адаптации к мельчайшим изменениям в форме и весе клюшки.

Подобные изменения в мозге могут начаться очень быстро. Размеры участков коры не постоянная величина; смежные участки могут расти за счет друг друга, накладываться один на другой. Мы беседуем с Билли Морганом в период его восстановления после серьезной операции на передней крестообразной связке колена. Ему не сидится на месте, он жаждет поскорей вернуться к активным тренировкам, но пока врачи не разрешают ему бегать и прыгать. «Мне очень тяжело сидеть без движения, — сетует он. — Говорят, я больше не смогу гонять на скейте, но, может, я как-нибудь сбегу к одному приятелю, чей дом тут недалеко, и тогда… Я же просто с ума сойду, если буду сидеть в спортзале и делать жим ногами».

Билли нельзя будет вставать на сноуборд в течение полугода. Потом, когда он впервые после вынужденного перерыва поднимется на заснеженный склон, он не сразу сможет выполнять те трюки, которые у него получались раньше. Ощущение застоя и потери формы у спортсменов после травмы происходит из-за все той же пластичности мозга, только теперь она работает в обратном направлении: если связи между нейронами долго не используются, они атрофируются так же, как мышцы. В начале своей карьеры сноубордиста Морган тоже делал перерывы между сезонами на полгода, после чего первые несколько дней он чувствовал застой в мышцах, однако теперь это ощущение будет сопровождать его дольше, поскольку его уровень до травмы был весьма высоким. «Я буду вновь разучивать прежние трюки постепенно, и в этом своя сложность, — объясняет он. — На то, чтобы опять освоить несколько трюков, уходит уйма времени, но бывает, что с приземлением после какого-то одного прыжка приходится воевать бесконечно. Нужно остановиться и решить, какие трюки можно оставить, и накатывать их дальше на тренировках».

Сейчас в голове Моргана идет война за территорию. Когда человек ломает ногу и какое-то время не нагружает ее, область мозга, отвечающая за контроль этой ноги, поглощается соседними областями. Различные исследования пациентов, которым были ампутированы те или иные конечности, показывают, что соседние области мозга расширяются за счет области, связанной с ампутированной конечностью. Битва за нейронную ткань ведется по принципу «все против всех» или в данном случае «используй — или потеряешь», как можно потерять свою часть газона для игры в крикет в общественном парке, если рядом с тобой другая компания играет более активно.

Бомбардиры и брюхоногие

Когда в 1999 г. Manchester United сделал золотой хет-трик, выиграв подряд три турнира, своим феноменальным успехом команда во многом была обязана самому блестящему дуэту нападающих в современной истории футбола. Энди Коул и Дуайт Йорк на двоих наколотили в том сезоне 53 гола. Какая-то телепатическая связь между ними сохранялась и вне поля, не говоря уже о том, что автор The Guardian Роб Смит назвал «чем-то вроде мощной эмпатии, которую обычно можно наблюдать в сентиментальных комедиях». До матча в Премьер-лиге с Southampton в октябре 1998 г. Коул и Йорк провели в одном составе всего одну игру. На 11-й минуте встречи Коул получает мяч на левом фланге и делает навес к ближней штанге на Йорка. Тот в подкате падает на газон, но успевает послать мяч в сетку. После этого двое нападающих вместе продолжили терроризировать защиту соперников до конца сезона.

За пределами стадиона они так же быстро наладили дружеский контакт. «Энди помогал мне найти жилье, показывал город, — вспоминал Йорк 15 лет спустя. — Он даже пригласил меня к себе поужинать вместе с его семьей. У меня тогда в Манчестере не было знакомых, так что Энди был единственным, кто помогал мне. И это оказалось очень кстати, когда нам выпало играть вместе. У нас возникло полное взаимопонимание».

Если бы Коул с Йорком так отлично не поладили, смогли бы они забить вместе столько голов? Или, быть может, не закатись тогда тот первый мяч в ворота Southampton, не сложилось бы такой замечательной дружбы. Это не просто гадание, а иллюстрация одного из ключевых принципов нейропластичности. Поскольку наши мысли и воспоминания рождаются благодаря связям между миллиардами нервных клеток, чтобы изменить их, нужно изменить силу связей между отдельными нейронами.

Нейрон внешне напоминает дерево — с корнями, стволом и кроной. «Корни» нейрона длинные и тонкие, они называются дендритами. Их функция — получение сигналов от других нейронов. Длинный отросток нейрона называется аксоном, он значительно толще дендритов. Ближе к своему окончанию аксон имеет ответвления, посредством которых он передает сигнал другим нейронам. Между аксоном одной нервной клетки и дендритом следующей имеется небольшой зазор — синапс. Электрический импульс сам по себе не может преодолеть этот зазор, поэтому, когда нейрон активируется, он высвобождает в синаптическое пространство некоторое количество нейромедиаторов — веществ, которые преодолева ют это пространство, достигают следующего нейрона и передают ему импульс, вызывая его активизацию. Когда один нейрон заставляет другой активироваться либо когда два нейрона активируются почти одновременно, связь между ними усиливается благодаря химическим изменениям в синапсах. Итак, если два нейрона активируются совместно, они становятся связанными друг с другом.

Идея далеко не нова. Впервые она была высказана еще Зигмундом Фрейдом, но сегодня известна как правило Хебба, по фамилии канадского нейропсихолога Дональда Хебба, который сформулировал это правило в своей книге «Организация поведения: нейропсихологическая теория» (The Organisation of Behavoiur). Химическое обоснование правила было получено в 1960-х гг., после того как невропатолог и психиатр Эрик Кандел занялся препарированием гигантского морского моллюска Aplysia californica. Брюхоногие этого вида имеют одну уникальную особенность: у них насчитывается всего порядка 20 000 нервных клеток, причем они необычайно крупные и прозрачные, что делает их удобными для изучения. Локализовав одну полную нейронную цепь моллюска, Кандел смог увидеть, какие изменения происходят в синапсах при активизации механизмов памяти.

Связь между нейронами осуществляется посредством нейромедиаторов — веществ, которые выпускаются передающим нейроном, проходят через синапс и достигают рецепторов принимающего нейрона, возбуждая в нем электрический импульс.

Когда импульс возникает в двух нейронах одновременно, связь между ними усиливается. Активизируется специальный ген, вызывающий структурные изменения в обоих нейронах. В результате первый начинает вырабатывать больше нейромедиаторов, а во втором появляется больше рецепторов, рассчитанных на эти конкретные нейромедиаторы. Таким образом, открыв одну дверь, мы одновременно прорубаем несколько новых. В одном из исследований Кандел и его коллеги установили, что в ходе этого процесса число рецепторов у одного нейрона может увеличиться более чем в два раза.

Данные процессы лежат в основе механизмов научения и памяти. Когда человек совершает некое действие или переживает некое ощущение, у него активируется определенная цепочка нейронов, каждый из которых воздействует на соседние. Их совместная активация усиливает связь между ними: высвобождение нейромедиаторов того или иного типа приводит к увеличению числа рецепторов и, соответственно, к появлению новых синаптических связей. В итоге меняется карта коры головного мозга. Однако на этом изменения не заканчиваются. В каждом виде спорта есть свои легенды о тех, кто оставался в зале после тренировок. Дэвид Бекхэм, выступавший за Manchester United, был как раз таким игроком. По окончании тренировки он подолгу самостоятельно оттачивал мастерство выполнения свободных ударов, что помогло ему стать одним из величайших исполнителей стандартов в истории футбола. Англичанин Ронни О’Салливан, снискавший славу великого снукериста, сам будучи правшой, тренировал удары левой рукой до тех пор, пока не научился уверенно выполнять их в игре.

Положительный эффект практики наблюдается и после того, как навык успешно освоен, поскольку она повышает продуктивность работы мозга. Допустим, человек годами выполнял определенную работу. Он прекрасно знает, что от него требуется, потому прекрасно со всем справляется. Более того, по прошествии времени ему уже не нужно прилагать столько усилий, как раньше, но качество от этого нисколько не страдает. Точно так же происходит и с нейронами головного мозга.

В процессе освоения навыка увеличивается размер проекции той части тела, которая задействована в реализации данного навыка, на кору мозга. Однако постепенно число нейронов и количество энергии, необходимые для осуществления этого действия, уменьшаются, поскольку мозг научается использовать мышцы более эффективно. Ученые из Колорадо установили, что даже после того, как навык полностью освоен (в данном случае испытуемый научился управлять механической рукой), процесс экономии сил не прекращается. Это связано с тем, что мозг начинает использовать свои ресурсы более эффективно. Когда мы осваиваем новый двигательный навык, увеличивается проекция соответствующей части тела на карту коры головного мозга. Однако впоследствии число нейронов, задействованных в осуществлении этого навыка, уменьшается, поскольку мышцы начинают работать с большей эффективностью. Нейробиологом из Питтсбургского университета Петером Штриком было проведено исследование, в ходе которого обезьяны разучивали два разных навыка, причем один из них они повторяли по памяти, а для освоения второго им нужно было реагировать определенным образом на появление точки на экране. В обоих случаях в мозге животных регистрировалась активность одинакового числа нейронов, только выполнение действия по памяти было менее энергозатратным, поскольку обезьянам оно уже было знакомо.

Иллюстрацией может служить игра звезд мирового спорта. Достаточно взглянуть на то, как Лионель Месси уверенно контролирует пас, как экономны его движения, как легко он касается мяча, и сравнить с игрой футболиста второго дивизиона. Обратите внимание на плавность движений полевого игрока в крикете или бейсболе при выполнении броска, а потом попробуйте сделать так же. Или присмотритесь к тому, как Роджер Федерер выполняет удар справа: кажется, будто его рука плывет по воздуху, когда он ставит победную точку в матче. Имя бразильца Неймара получило известность в мировом футболе еще до его многомиллионного трансфера из Santos в Barcelona, где уже играл Месси. Его отец был футболистом, и в детстве Неймар играл в мини-футбол и уличный футбол. Когда мальчику было всего 11 лет, его заметили в молодежной академии Santos и пригласили в клуб. Так что, учитывая, сколько времени он посвятил футболу, можно уверенно сказать, что свои 10 000 часов он отработал уже давно.

В 2014 г. в Японии провели исследование, чтобы определить, насколько именно повысилась эффективность работы мозга Неймара благодаря многолетней практике. Исследование проводилось на аппарате фМРТ: футболист должен был совершать вращательные движения ногой ниже колена попеременно по и против часовой стрелки, меняя направление вращения каждые несколько секунд. В исследовании также приняли участие трое других профессиональных футболистов, двое пловцов из числа лидеров, а также один футболист любитель. Выяснилось, что во время выполнения задания уровень мозговой активности у футболистов был ниже, чем у пловцов, у профессиональных футболистов — ниже, чем у любителя, а самым низким он оказался у Неймара.

Ученые считают, что причина здесь в том, что Неймар много лет играл босиком, перепробовав порядка 50 разных типов мячей. Итогом стали изменения в его мозге: укрепились связи между нейронами, а зона коры, отвечающая за движения ног, увеличилась и к тому же стала функционировать более эффективно. Этот феномен часто называют мышечной памятью, однако высокая эффективность работы нейронов — это лишь одна сторона такой памяти. Другая предполагает высокую скорость выполнения операций, и здесь важную роль играет миелин — богатое липидами белое вещество головного мозга.

Авто(мато)бан

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, — 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», — 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 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...

Отрывок из книги Амита Кетвала "Атлетичный мозг: Как нейробиология совершает революцию в спорте и помогает вам добиться высоких результатов"