Alle eliteutøvere trener hardt, besitter gode ferdigheter og holder seg mentalt skarpe under konkurranse. Men hva skiller en gullmedaljevinner fra en like dedikert friidrettsutøver som kommer på 10. plass? En liten struktur dypt inne i hjernen kan gi vinnere en ekstra fordel.
Nyere studier indikerer at hjernens insulære cortex kan hjelpe en sprinter med å drive kroppen fremover bare litt mer effektivt enn konkurrentene. Denne regionen kan forberede en bokser for bedre å avverge en trøkk motstanderen hans begynner å kaste, samt hjelpe en dykker når hun beregner sin spinnende kropps posisjon, så hun treffer vannet med knapt en sprut. Insulaen, som det ofte kalles, kan hjelpe en markør med å holde et skarpt fokus på oksen når fingeren trekker tilbake på avtrekkeren og hjelper en basketballspiller på frikastlinjen med å blokkere de distraherende skrikene og armbølgende av fans som sitter bak bakbordet.
Insulaen gjør alt dette ved å forutse en utøveres fremtidige følelser, ifølge en ny teori. Forskere ved OptiBrain Center, et konsortium basert på University of California, San Diego og Naval Health Research Center, antyder at en idrettsutøver har en hyperinnstilt insula som kan generere påfallende nøyaktige spådommer om hvordan kroppen vil føle seg i det neste øyeblikk. Den modellen av kroppens fremtidige tilstand instruerer andre hjerneområder til å sette i gang handlinger som er mer skreddersydd for kommende krav enn også rans og sofapoteter.
Denne økte bevisstheten kan gi olympiere mulighet til å aktivere musklene sine mer ressurssterke for å svømme raskere, løpe lenger og hoppe høyere enn bare dødelige. I eksperimenter som ble publisert i 2012, så det ut til at hjerneskanninger av eliteutøvere skilte seg mest dramatisk fra vanlige forsøkspersoner når det gjaldt insulas. Bevisene som antyder nå antyder også at dette hjerneområdet kan trenes ved hjelp av en meditasjonsteknikk som kalles mindfulness - gode nyheter for både olympiere og helgenkrigere.
Topp ytelse
Strippet for de jublende fans, kommentarene fra play-by-play og alt funn av rikdom og berømmelse, reduserer profesjonell idrett til et enkelt konsept: Idrettsutøverne som trollbinder oss er eksperter på å møte spesifikke fysiske mål. De utfører kroppslige brikker uten å kaste bort en eneste dråpe svette.
Slik ytelse er et fenomen med full hjerne. For eksempel kodereks og minnesystemer koder for mange års praksis. Nervefibre blir ensconced i ekstra lag av et beskyttende skjede som fremskynder kommunikasjonen mellom nevroner og produserer lynraske reflekser. Å forstå hjernen på sitt atletiske beste er målet for psykiater Martin Paulus og hans kolleger ved OptiBrain Center. De foreslår at insulaen kan fungere som det kritiske knutepunktet som fusjonerer høynivånivå med et mål på kroppens tilstand, for å sikre riktig funksjon av muskler og bein som kaster spalter og vridning av land fra den høye stangen. "Den viktigste ideen vi er etter er hvordan noen reagerer når de får et signal som spår at noe dårlig vil skje, " sier Paulus. "Folk som presterer mer optimalt, er de som kan bruke den foregripende signalen for å tilpasse seg og vende tilbake til likevekt."
Litt større enn en kumquat, insulaen er en del av hjernebarken, de tykke brettene av grått vev som danner hjernens ytre lag. Den tett krusede strukturen sitter på innsiden av den kortikale mantelen, og ligner en bitteliten japansk vifte som er pyntet godt inn i hjernens indre. Det er ofte tenkt som sete for interoception, eller følelsen av kroppens indre tilstand.
Insulaen genererer denne forstanden ved å opprettholde et kart over alle dine vidtgående organer og vev. Enkelte nevroner i insulaen reagerer på rumling i tarmen, for eksempel, mens andre skyter for å reflektere en tannpine. For å håndtere tilstrømningen av meldinger som bombarderer den fra hele kroppen, samarbeider insulaen tett med den fremre cingulate cortex, et område som er avgjørende for beslutningstaking, for å evaluere og prioritere disse stimuli. Denne rå representasjonen av kroppslige signaler har blitt antatt i mer enn et århundre å være opphavet til følelser.
Ved første øyekast kan det å virke nesten meningsløst å knytte insulaen som kritisk for hva som helst. Det har vært involvert i funksjoner som er så forskjellige som beslutningstaking, forventning, tidtaking, sang, avhengighet, tale, til og med bevissthet. Insulaen og den fremre cingulate cortex er de mest aktiverte regionene i hjernebildende eksperimenter, ifølge en studie fra 2011, noe som gjør det desto vanskeligere å skille kjernefunksjonene deres.
Likevel har saken for insulaen som knutepunktet for atletismen bygget seg sakte i mer enn et tiår. På slutten av 1990-tallet kartla nevroanatom AD Craig ved Barrow Neurological Institute banene som leverer smerte- og temperatursensasjoner til hjernen gjennom ryggmargen. Da han oppdaget at disse ledningene førte til insulaen, antydet han at en av hjernens kjernefunksjoner er å hjelpe kroppen med å opprettholde homeostase eller likevekt. For eksempel holder kroppens indre temperatur seg vanligvis innenfor et smalt område, og forstyrrelser, registrert av insulaen, motiverer oss til å gjenopprette den til den komfortable sonen - kanskje ved å drikke kjølig vann, søke en skyggefull lapp eller slutte å bevege seg. Da forskere skadet insulaen hos rotter, ble deres evne til å regulere kroppene deres svekket.
Når vi trener, agiterer vi vår indre tilstand. "Alt vi gjør krever en beregning av hvor mye energi det koster oss, og det er dette insulaen ser ut til å prestere, " sier Craig. Ved å forutsi hvordan visse anstrengelser vil påvirke kroppen, kan hjernen sette i gang handlinger for å temperere de forstyrrelsene før de skjer.
En overbevisende studie fra 2004 viste klare anatomiske forskjeller som matchet variasjon i interoceptive evne. Hugo Critchley, nå ved University of Sussex i England, ba deltakerne om å anslå hastigheten som hjertene deres slo uten å ta sine egne pulser. Menneskene som gjettet hjertefrekvensene mest nøyaktig hadde større aktivitet i insulaen og mer gråstoff i denne regionen. Det siste punktet er avgjørende, fordi det antyder at den fysiske størrelsen på insulaen er direkte relatert til forskjeller i evne. Denne nevrale avtrykket tilsvarer det man ser hos profesjonelle fiolinister, hvis motoriske cortex bruker større eiendommer til fremstilling av fingre enn det man ser i en amatørhjerne.
OptiBrain-forskerne antok at idrettsutøvere må være intenst klar over sensasjoner som hjerterytme - og være i stand til å gjenkjenne de viktige og avfeie de røde sildene. "De aller fleste NBA-spillere er fantastiske idrettsutøvere. Men noen av dem skiller seg ut. Det er ikke slik at Kobe Bryant eller Derrick Rose har mer energi, det er hvordan de velger å bruke den energien i kritiske øyeblikk som vil avgjøre deres suksess, " klinisk psykolog Det sier Alan Simmons ved Veterans Affairs San Diego Healthcare System.
Tenker fremover
For å teste ideen om at ekstremt tilpassede individer har overlegen interoepsjon - og for å undersøke hvordan denne overlegenheten ser ut i aksjon - rekrutterte Paulus og Simmons nylig en gruppe eliteidrettsutøvere til å ligge i en skanner og utføre kognitive tester mens et apparat begrenset pusten. Følelsen av kortpustethet er en ubehagelig følelse som er kjent for å øke insulaen.
Paulus og Simmons testet 10 av verdens mest dyktige opplevelsesracere - menn og kvinner som utfører villmarksutfordringer som kan inkludere klatring, svømming, løping og padling. De ba syklistene og 11 sunne kontrollpersoner om å ligge i en skanner og puste gjennom et rør mens de hadde på seg neseklips. Mens de var i MRI-maskinen (magnet resonance imaging), ble forsøkspersonene instruert om å se piler som peker enten til venstre eller høyre på en skjerm og trykk på en knapp for å merke retningen. Sporadisk justerte forskerne luftstrømmen slik at pusten ble betydelig vanskeligere. En endring i skjermens farge varslet deltakerne om at pusten var i ferd med å bli arbeidet. Fargeforandringen forutslo imidlertid ikke alltid nøyaktig pustebegrensning.
I alle faser av eksperimentet var insulaen aktiv, men i ulik grad. De sunne frivillige presterte like bra på pil-testene gjennom hele studien - uten innblanding, når skjermens farge endret seg og når de kjempet for å inhalere. Men opplevelsesrennene fikk flere svar riktig når de enten forutså eller gjennomgikk pustebelastningen. Å forstyrre disse individenes interceptive opplevelse forbedret faktisk prestasjonene. Syklistene viste også mer hjerneaktivering når de forutså pustebegrensningen, men ikke mens de opplevde selve begrensningen. Det var som syklistenes hjerner utnyttet signaler bedre for å forberede seg, og fikk dermed en kognitiv fordel. Da det utfordrende øyeblikket ankom - da pusten deres ble arbeidet - var insulene deres relativt rolige.
En annen studie fra Paulusas gruppe, som også ble publisert i 2012, gir nyanser til dette funnet. Gruppen søkte å undersøke eliteidrettsutøvernes kognitive fleksibilitet. Regnet som et landemerke for intelligens, innebærer denne ferdigheten å bytte lett mellom motstridende krav. Mental smidighet kan imidlertid stupe i en prøvende situasjon. Eksperimenter med Navy SEALs og Army Rangers avslørte at eksponering for kamplignende forhold svekket reaksjonstiden, årvåkenheten, læringen, hukommelsen og resonnementene. Også for idrettsutøvere på olympisk nivå er nåde under ild et hovedmål.
For å observere kognitiv fleksibilitet i handlingen ba Simmons 10 Navy SEALs og 11 sunne mannlige sivile om å utføre en enkel oppgave i en hjerneskanner. Navy SEALs er ekstremt atletiske individer som er opplært til å takle store krav til deres fysiske, mentale og emosjonelle evner. Øvelsen innebar å observere enten en grønn eller rød form etterfulgt av et følelsesladet fotografi på en skjerm. Deltakerne skulle trykke på en knapp når de så en sirkel og en annen når de så på en firkant. En grønn form signaliserte at et positivt bilde (for eksempel et barn som leker) ville følge; en rød form indikerte at et negativt bilde (for eksempel en kampscene) ville vises neste. Forsøkspersonene ble deretter bedømt ut fra deres hastighet og nøyaktighet når de identifiserte formene.
Sammenlignet med sunne deltakere, sendte elitekrigerne mer blod gjennom deres insulas og noen få andre regioner når formenes farger var forskjellige i påfølgende forsøk. Kort sagt, de var mer bevisste på den forestående overgangen fra positive til negative eller omvendt og engasjerte hjernesystemer involvert i å modulere emosjonelle og interceptive responser. De var raskere med å forberede seg på et truende skifte i sine indre tilstander, og kjøpte hjernen deres tid til å redusere reaksjonene.
Samlet tyder studiene på at menn og kvinner som har ekstreme fysiske evner viser større insuleaktivering når de forutser en endring i deres indre følelser, enten de er emosjonelle eller fysiske.
"For meg er det veldig stort hvis du har en region i hjernen som forventer et svar og forbereder kroppen på det, " sier fysiolog Jon Williamson ved University of Texas Southwestern Medical Center. "Hvis en idrettsutøver nærmer seg en bakke og kan forutse levering av blod til muskler, kan han eller hun prestere bedre på den bakken."
Undersøkelsene så langt har imidlertid vært små - det er ikke lett å korralere toppidrettsutøvere til hjernebildingslaboratorier - så det er fortsatt behov for større eksperimenter for å sikre observasjonene. Likevel gjenspeiler resultatene tidligere funn om insulas involvering i å forestille seg fremtiden, enten de antar fysiske smerter fra, for eksempel, en boksers slag eller vurderer kjøp av en overpriset vare.
For Simmons antyder bevisene at insulaen ikke lever i nåtiden, men fremtiden. "Vi svarer på informasjon innlemmet fra fysiologi, kognisjon, omgivelsene våre, " sier Simmons. "Da vi har integrert alt dette, er det en del av fortiden." Evnen til å predikere kan også slå tilbake, og produsere lidelser som anorexia nervosa, som kombinerer bortfall av kroppslig bevissthet med bekymring for hvordan matforbruk nå vil endre kroppsbildet i fremtiden. "Det er forventningen som kommer i veien for deg, " sier Simmons. Faktisk viser hjerneskanninger av individer med spiseforstyrrelser og posttraumatisk stresslidelse at insulaaktivitet avviker fra den som sees hos friske personer, noe som tyder på svekkelser i dette området.
Tren din interoception
For ambisiøse idrettsutøvere eller enkeltpersoner som har insulær dysfunksjon, er det grunner til å håpe at interoepsjon er trenbar. En meditasjonsteknikk kalt mindfulness oppfordrer folk til å innstille seg på sine nåværende tanker, følelser og kroppslige sensasjoner. Avledet fra buddhistisk lære, prøver denne opplæringen å øke bevisstheten om følelser, men også å temperere reaksjonene våre på dem. Forskerne fra OptiBrain har samlet foreløpige data, ennå ikke publisert, og antydet at sunne personer og militært personell som fikk opplæring i mindfulness forbedret kognitiv ytelse under en stressende situasjon - målt med en puste-begrensningsoppgave - og reagerte på utfordringer med mindre følelser, med den insulære aktiveringen endres for å matche.
Småskalaundersøkelser på idrettsutøvere viser også fordel. Denne bevisstheten om følelsen av øyeblikket har for eksempel blitt vist for å forbedre suksessen til basketballspillere på frikastlinjen. Sportspsykolog Claudio Robazza ved University of Chieti i Italia har sett førstehånds hvordan mindfulness og lignende teknikker kan utpeke suksessfulle idrettsutøvere. Han har jobbet i seks år med Italias OL-skuddlag, en mentalt krevende idrett som favoriserer individer som fortsatt kan spikre målene sine når presset er høyest. "Følelsesmessige tilstander kan gjenspeile kroppslige forandringer, en økning i hjerterytme, muskelspenninger og pust - alle disse tingene forårsaker endringer i ytelsen og det endelige resultatet, " sier Robazza. "Atleter trenger absolutt å være klar over svarene sine."
Med titusenvis av mennesker som stirrer ned fra stadionsetene, og flere millioner er innstilt på TV-sendinger, risikerer en olympisk friidrettsutøver å kveles. Øyeblikkets stress kan utløse mange fysiske forandringer som forstyrrer utførelsen av selv de mest dypt inngrodde manøvrer. En økt bevissthet om kroppens tilstand, lettet av insulaen, kan varsle en mester om spente muskler eller grunne pust før disse svarene har en sjanse til å undergrave ytelse. Insulaen - der kroppen møter hjernen - fungerer som et springbrett der atletisk glans kan sveve fra.
Denne funksjonen er høflighet av Scientific American, vår innholdspartner for å gi deg alt du vil vite om sommer-OL, og er en del av den vinnende i OL-rapporten.
