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除了肌肉和颜值,奥运选手还有“最强大脑”

作者:小磁   发布时间:2021-08-12   阅读次数:10

东京奥运会昨天落下了帷幕,中国代表团共获38金,32银,18铜,奖牌总数达88枚,位居奖牌榜第二。

东京奥运会让我们感受到了人体的极限和运动之美,除了肌肉与颜值成为热议话题外,运动员们永不言弃的拼搏精神也鼓舞着我们所有人。那么,是什么造就了顶级运动员?只要四肢发达就可以了吗?No,其实运动员的头脑并不比科学家的要差劲,从某些方面来说,奥运冠军都有一颗“最强大脑”。

“更快,更高,更强”是奥林匹克运动宗旨,用我们的话说,那就是三个字:快,准,狠。一个运动员只有达到了这三点,才有可能获得奖牌。而这三点的达到,不仅仅是有一身的肌肉就可以的,还需要人体神经系统的高度发达才能实现。今天就让我们了解下大脑是如何达到“快”的目标的。

如何快速反应?多感觉整合

也许有人会说,快还不简单,有一双大长腿,卯足了劲儿跑就是了。其实,对于田径项目专业选手而言,能够快速对开始信号响应才是王道。在专业比赛中,起跑时反应慢了0.1秒就是致命的打击。那运动员的大脑是如何快速反应的呢?

苏炳添用大拇指与食指摆出一个“一厘米”的手势,他说,这是提醒自己“进步一点点就好”

奥运会田径赛场上,各国运动员各就各位,等待发令枪响。随着一声枪响,一股白烟冒出,紧张激烈的比赛由此开始。我们都知道光速比声速快,所以运动员只要看白烟就行了,其实不然。

奥运会采用的发令枪,枪响后同时发生三件事情:

1.起跑线旁的扩音器播放声音,确保运动员听到起跑令;

2.发令枪发出闪光,让运动员们看到开始的信号;

3.发令枪通过后面的线缆向计时装置发送起跑脉冲。

奥运会用的发令枪和起跑线旁的扩音器

正是因为这个设计,参赛选手不仅要对起跑的声音有反应,也要时刻关注发令枪产生的白烟。起跑线旁扩音器播放的声音传递听觉刺激,在同一时间闪光传递视觉刺激,大脑对这两个信号加以整合,迅速做出反应。听觉与视觉刺激在时间和空间上的叠加造成了1+1>2的效果,这就是运动员大脑反应快的奥秘。

苏炳添在比赛中

在脑科学中,大脑会整合多种感觉信号的输入,最终得到更为精准和快速的反应,这种效应叫做多感觉整合。研究表明,多感觉整合存在于上丘脑、高级联合皮层等多个脑区。多种感觉通道的相互作用,不仅是单感觉功能区到多感觉功能区的前馈联结,还存在多感觉功能区对单感觉功能区的反馈联结。而运动员就是在日复一日的训练中,使得这些脑区的功能得到加强,进而拥有了一颗更为发达的感觉大脑。

其实多感觉整合在日常生活中很常见,比如我们先看见闪电再听到雷声会感觉雷声很响亮。如果我们闭上眼睛,只听雷声,你就感觉不到那么响亮的雷声了。

开车时为什么不让接打手机?因为本来视觉系统和听觉系统在很好地合作,以便对道路和汽车的变化做出及时的反应。而一旦你接打手机,不仅对道路判断的听觉信号输入会大打折扣,过度的分心甚至会影响你视觉的判断。有研究称,开车接打手机会导致对突发事件反应延时长达0.5秒,这就是多感觉输入之间的相互干扰造成的。

所以,知道大脑多感觉整合的效应,不仅能帮助运动员拿到好成绩,对于我们日常生活也有很大帮助。

注意力决定成败

除了多感觉整合,良好的注意力也极为重要。

相信很多人会对历届奥运会比赛中运动员的抢跑行为印象深刻,有些运动员还因为抢跑犯规,被剥夺了比赛资格。

抢跑,是指运动员在发令枪响前或听到枪响后到做出起跑反应小于0.1秒的情况。

那为什么有的运动员还没等发令枪开始,就起跑了?

其实可能不是他有意要违反规则,而是在那种紧张的情况下,注意力极度提升,外界一点风吹草动就会被他认为是开跑的信号。而这个注意力错误就导致了博尔特被罚下,自此与冠军无缘。

所以,除了日常的体能训练外,注意力的训练对于运动员也极其重要。他们需要适应在嘈杂环境下,尤其是大赛中高度紧张的情况下,集中注意力,准确判别开始信号。射击运动员则更需要在整个参赛过程中时刻保持注意力的集中,所以我们就会看到杨倩、杨浩然等奥运冠军在赛场上异常“冷漠”的表情了。

杨倩、杨浩然在比赛中

注意在大脑中是由三个网络构成的:警觉网络,定向网络和执行网络。有研究表明,注意力的定向网络由大脑内侧额顶叶的脑区负责。集中注意力时,额叶脑区先兴奋,之后顶叶的脑区也参与其中,导致了对视觉输入信号的加强。而运动员要想取得好成绩,其注意的神经网络就要锻炼得很发达。

集中注意时活动的脑区和随时间变化情况

注意力是如此重要,如果心不在焉,在考场和跑道上都会表现不佳。所以不要认为运动员们学习起来肯定不如你,虽然他们每天看似只是叱咤在运动场上,但是当他们坐下来时,专注力很可能非常高。

俄罗斯教育家乌申斯基曾指出:“注意是我们心灵的唯一门户,意识中的一切必然都要经过它才能进来。”注意力决定我们对感觉输入的取舍,也决定了我们是否要采取行动,因此注意力往往决定了事情的成败。

比专注更牛的技能——预测

当然,要想达到更快的反应,运动大神们有更为绝密的技巧。喜欢看足球比赛的同学们也许会知道,这个技巧就是预测。

其实预测是大脑完成的一件非常复杂的任务。足球场上,守门员别看不能乱跑,可是起了关键的作用。尤其在点球大战时,守门员的表现,极大程度上得决定了整场比赛的输赢。而一个好的守门员,往往在射手开球之前,就已经预测出球要向那个方向踢。

守门员提前预测球踢出的方向

点球时,球与球门之间的距离很短,而专业射手踢出的球速度又极快,已经大大超出人的反应速度。这时候,不仅需要守门员眼观六路,定神凝气,更重要的就是凭借自己的经验对射手的动作进行预测。所以,有经验的守门员往往是通过对射手跑动时的动作提前判断球的走向,而没有经验或者判断失误的守门员,会向着球相反的方向扑过去,不是他们反应不及时,是他们大脑中预测出现了错误。

预测失误的守门员扑向球相反的方向

在动物界里,预测对于一个物种的生存至关重要。例如蜥蜴要提前知道飞行的虫子的轨迹,以便快速伸出舌头吃到好吃的。这就像奥运会上飞碟射击项目一样,运动员要朝着飞碟运动的前方射击才有可能击中。

科学家们对大脑如何对运动物体进行预测进行了深入的研究。贝叶斯理论就是一种基于前期经验的预测模型,其不仅充分利用先验信息,而且将预测模型与普通回归模型的预测结果进行比较,最后做出更优的结论。例如,飞碟射击运动员会根据飞碟发出时的方向,预测之后的飞行轨迹。当射出的子弹没有打中飞碟时,他就会调整自己的预测期望,得到一个新的预测轨迹。这样,经过数百次甚至上千次的训练后,在他的大脑中就有一幅清晰的飞碟飞行的轨迹了。

由此看来,运动员确实需要一颗强大的大脑才能指挥其身体赢得比赛。在躯体强大的同时,头脑的丰盈更显得重要。

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随着时代的发展,如今对于人类运动的大脑机制研究已经出现了很多新的方法。功能近红外光谱(fNIRS)是一种有效的、间接的光学神经成像方法,基于神经元激活和血管反应的紧密耦合来监测大脑激活的血流动力学反应。因其独特的优点,使其天生适合于研究复杂运动刺激的皮质反应。该技术已被广泛用于研究运动任务时的皮质反应。

由于人类皮层的运动区,即初级感觉运动皮层(primary sensory - motor cortex, PSMC)和运动前皮层(pre - motor cortex, PMC)位于离头皮组织较近的位置,因此很容易进行光学测量。此外,用于复杂运动学习和运动控制的高级加工(如判断、规划、错误检测)的前额叶皮层(PFC)也可以通过fNIRS快速获取。下图为在三维解剖MRI图像上描绘的人类大脑皮层中每个运动相关区域的大致位置。

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