単一の脳構造が勝者に余分な物理的エッジを与える可能性がある| 科学| スミソニアン - 記事、科学、人間の行動

すべてのエリートアスリートは、ハードなトレーニングを行い、優れたスキルを持ち、競技中は精神的に鋭い状態を保ちます。しかし、金メダリストと10位に入賞した同様に献身的なアスリートとの違いは何ですか？脳の奥深くにある小さな構造物は、勝者に余分な優位性を与える可能性があります。

最近の研究によると、脳の島皮質は、短距離走者が競合者よりも少しだけ効率的に体を前進させるのに役立つ可能性があることが示されています。この領域は、ボクサーが相手が投げ始めているパンチをよりよく防ぐために準備するだけでなく、ダイバーが回転する体の位置を計算するので、彼女はかろうじて水を打つようにします。島は一般的に呼ばれているように、射手が引き金を引き戻す際にブルズアイに鋭い焦点を保持し、フリースローラインのバスケットボール選手が気を散らす悲鳴と腕を振るのを防ぐのに役立ちますバックボードの後ろに座っているファンの。

新しい理論によると、島はアスリートの将来の感情を予測することによってこれをすべて行います。カリフォルニア大学サンディエゴにあるコンソーシアムであるOptiBrain Centerと海軍健康研究センターの研究者は、アスリートが次の身体がどのように感じるかについて驚くほど正確な予測を生成することができる高度に調整された島を持っていることを示唆しています瞬間。身体の将来の状態のモデルは、他の脳領域に、また走り回るカウチポテトの行動よりも今後の要求に合わせた行動を開始するように指示します。

この認識の高まりにより、オリンピアンは筋肉をより効果的に活性化して、単なる人間よりも速く泳ぎ、遠くに走り、より高く跳躍することができます。 2012年に公開された実験では、エリートアスリートの脳スキャンは、島の機能において通常の被験者と最も劇的に異なるように見えました。現在、新たな証拠は、マインドフルネスと呼ばれる瞑想技術を使用してこの脳領域を訓練できることも示唆しています。これは、オリンピック選手や週末の戦士にとっても朗報です。

ピークパフォーマンス

応援ファン、実況解説、そして富と名声のすべてのtrapにかけられたプロスポーツは、単純な概念に帰着します。私たちを魅了するアスリートは、特定の身体的目標を達成する専門家です。彼らは汗を一滴も無駄にすることなく、体の特技をスムーズに実行します。

このようなパフォーマンスは、完全な脳現象です。たとえば、運動皮質と記憶システムは、長年の実践を象徴しています。神経線維は、保護鞘の余分な層に閉じ込められ、ニューロン間の通信を高速化し、超高速反射を生成します。アスレチックの最高の状態で脳を理解することが、OptiBrain Centerの精神科医Martin Paulusと彼の同僚の目標です。彼らは、島が高レベルの認知と身体の状態の測定値を融合する重要なハブとして機能し、ジャベリンを投げつけ、高いバーからくるくると降りる筋肉と骨の適切な機能を保証する可能性があることを提案しています。「私たちが求めている重要なアイデアは、何か悪いことが起こると予測するキューを取得したときに、どのように応答するかです」とPaulus氏は言います。「より最適なパフォーマンスを発揮しているのは、その予測キューを使用して自分自身を調整し、平衡状態に戻ることができる人たちです。」

キンカンよりわずかに大きい島は、脳の外層を形成する灰色の組織の厚いgrayである大脳皮質の一部です。密に波打つ構造は、皮質マントルの内側にあり、脳の内部にきちんと押し込まれた小さな日本のファンに似ています。一般的には、内受容の座、または身体の内部状態の感覚と考えられています。

島は、遠くにあるすべての臓器と組織の地図を維持することにより、この感覚を生み出します。たとえば、島の特定のニューロンは腸のゴロゴロに反応しますが、他のニューロンは歯痛を反映して発火します。身体全体からそれを砲撃するメッセージの流入を管理するために、島は、意思決定に重要な領域である前帯状皮質と密接に協力して、それらの刺激を評価し、優先順位を付けます。身体信号のこの生の表現は、感情の起源であると1世紀以上にわたって仮説が立てられてきました。

一見したところ、島を何にでも重要なものとしてペギングすることは、ほとんど無意味に思えます。それは、意思決定、予想、計時、歌唱、嗜癖、発話、さらには意識などの多様な機能に関係しています。 2011年の調査によると、島と前帯状皮質は脳イメージング実験で最も一般的に活性化される領域であり、その中核機能を見分けるのがさらに難しくなっています。

それにも関わらず、運動競技のハブとしての島の事例は、10年以上にわたってゆっくりと構築されてきました。 1990年代後半、Barrow Neurological Instituteの神経解剖学者であるAD Craigは、脊髄を介して痛みと温度感覚を脳に伝える経路をマッピングしていました。これらの導管が島につながっていることを発見したとき、彼は、脳のコア機能の1つは、体が恒常性、または平衡を維持するのを助けることであると仮定しました。たとえば、体の内部温度は通常狭い範囲内にとどまり、島によって記録された摂動は、おそらく冷たい水を飲んだり、日陰のパッチを探したり、動きを止めたりすることによって、快適なゾーンに戻すよう動機付けます。実際、科学者がラットの島を損傷すると、体を調節する能力が損なわれました。

私たちが運動するとき、私たちは私たちの内部状態を動揺させます。「私たちが行うすべてのことは、どれだけのエネルギーを消費するかを計算する必要があり、これが島が実行しているように見えることです」とクレイグは言います。特定の運動が身体にどのように影響するかを予測することにより、脳は、摂動が起こる前にそれらの摂動を和らげる行動を開始できます。

2004年の説得力のある研究では、内受容能力の変化に一致する明確な解剖学的差異が示されました。現在イギリスのサセックス大学にいるヒューゴ・クリチレイは、参加者に、自分の脈をとらずに心臓が鼓動している割合を推定するように依頼しました。心拍数を最も正確に推測した人々は、島でより大きな活動をし、この地域でより多くの灰白質を有していました。それは、島の物理的サイズが能力の違いに直接関係していることを示唆しているため、その最後の点は重要です。この神経刷り込みは、プロのバイオリニストに見られるものと似ています。プロのバイオリニストの運動皮質は、アマチュアの脳に見られるものよりも指の表現に大きな領域を費やしています。

OptiBrainの研究者は、アスリートは心拍などの感覚を強く意識する必要があり、重要なものを認識して赤いニシンを無視できる必要があると仮定しました。「NBAプレーヤーの大多数は素晴らしいアスリートです。しかし、彼らの何人かは際立っています。コービーブライアントやデリックローズがより多くのエネルギーを持っているわけではなく、彼らが成功を決定する決定的な瞬間にそのエネルギーを消費することを選択する方法です」臨床心理学者退役軍人局サンディエゴヘルスケアシステムのアランシモンズは言います。

先に考えます

パウルスとシモンズは最近、非常にフィットする個人が優れた内受容を持っているという考えをテストするため、そしてこの優越性が実際にどのように見えるかを調査するために、エリートアスリートのグループを募集し、スキャナーに横たわり、呼吸が制限されている間に認知テストを実施しました。息切れの感覚は、島を活性化することが知られている不快な感覚です。

パウルスとシモンズは、登山、水泳、ランニング、パドリングなどの荒野の挑戦を行う10人の世界で最も優秀なアドベンチャーレーサーをテストしました。彼らはレーサーと11人の健康なコントロール被験者にスキャナーに横たわり、ノーズクリップを装着したままチューブを通して呼吸するように頼みました。磁気共鳴画像（MRI）マシンでは、被験者は画面上で左または右を指す矢印を表示し、ボタンを押して方向を記録するように指示されました。研究者は散発的に気流を調整し、呼吸が著しく困難になるようにしました。画面の色の変化は、参加者に呼吸が困難になりつつあることを警告しました。ただし、色の変化によって呼吸の制限が常に正確に予測されるとは限りませんでした。

実験のすべての段階で、島は活発でしたが、程度はさまざまでした。健康なボランティアは、研究中の矢印テストで、スクリーンの色が変化したとき、および吸い込むのに苦労したとき、干渉なしで同じようにうまく機能しました。しかし、アドベンチャーレーサーは、呼吸負荷を予測または受けるときに、より多くの正解を受け取りました。これらの個人の内受容体験を混乱させることは、実際に彼らのパフォーマンスを改善しました。レーサーはまた、呼吸制限を予測している間はより多くの脳の活性化を示しましたが、制限自体を経験している間はそうではありませんでした。まるでレーサーの脳が手がかりをうまく使って自分自身を準備し、認知力を獲得したかのようでした。困難な瞬間が訪れたとき、彼らの呼吸が苦しくなったとき、彼らの島は比較的穏やかでした。

2012年に公開されたパウルスのグループからの別の研究は、この発見にニュアンスを追加します。このグループは、エリート選手の認知の柔軟性を調査しようとしました。インテリジェンスのランドマークと考えられているこのスキルには、対立する要求を簡単に切り替えることが含まれます。しかし、精神的な敏g性は、試行錯誤の状況で急落する可能性があります。海軍シールと陸軍レンジャーの実験では、戦闘のような条件にさらされると、反応時間、警戒、学習、記憶、推論が損なわれることが明らかになりました。オリンピックレベルのアスリートにとっても、火の恵みは大きな目標です。

行動の認知の柔軟性を観察するために、シモンズは10人の海軍シールと11人の健康な男性民間人に、脳スキャナーで簡単なタスクを実行するように依頼しました。海軍シールは、身体的、精神的、および感情的な能力に対する大きな要求に対処するために訓練された非常に運動能力のある個人です。エクササイズでは、緑または赤の形を観察した後、画面上で感情を込めた写真を観察しました。参加者は、円を見たときに1つのボタンを押し、正方形を見たときに別のボタンを押します。緑色の図形は、ポジティブな画像（子供が遊ぶなど）が続くことを示しています。赤い図形は、ネガティブな画像（戦闘シーンなど）が次に表示されることを示しています。被験者は、形状を識別する際の速度と精度で判断されました。

健康な参加者と比較して、エリートの戦士は、連続した試行で形状の色が異なったときに、彼らの島と他のいくつかの地域を介してより多くの血の流れを送りました。要するに、彼らは差し迫ったポジティブからネガティブ、またはその逆への切り替えをより意識しており、感情的および内受容的応答の調節に関与する脳システムに関与していました。彼らは、彼らの内部状態の迫り来るシフトに備えて、彼らの反応を抑えるために彼らの脳を買う時間をより速く準備しました。

総合すると、これらの研究は、極端な身体能力を有する男性と女性は、感情的または身体的であろうと、彼らの内的感情の変化を予測するときに、より大きな島の活性化を示すことを示しています。

「私には、反応を予測して体を準備する脳の領域がある場合、それは本当に大きなものです」と、テキサス大学サウスウエスト医療センターの生理学者ジョン・ウィリアムソンは言います。「アスリートが丘に近づいており、筋肉への血液の供給を期待できる場合、その丘でのパフォーマンスが向上する可能性があります。」

これまでの研究は小規模でしたが、一流のアスリートを脳イメージングラボに取り込むことは容易ではないため、観察結果を確定するためにはさらに大きな実験が必要です。それでも、その結果は、例えばボクサーのパンチによる肉体的な痛みを予想するか、高値のアイテムを購入することを考えているかにかかわらず、将来の想像における島の関与に関する以前の発見を反映しています。

シモンズにとって、この島は現在ではなく未来に生きているという証拠があります。「私たちは、生理学、認識、私たちの環境から取り入れた情報に対応しています」とシモンズは言います。「すべてを統合する頃には、それは過去の一部です。」予測能力は逆効果となり、神経性食欲不振などの障害を引き起こします。これは、身体認識の低下と、現在の食物消費が将来の身体イメージをどのように変えるかについての懸念とを組み合わせます。「それがあなたの邪魔になっているのです」とシモンズは言います。実際、摂食障害および心的外傷後ストレス障害のある個人の脳スキャンでは、島の活動が健康な被験者で見られる活動とは異なることが示されており、この領域の障害を示唆しています。

内受容を訓練する

志望のアスリートまたは島の機能障害に苦しむ個人のために、内受容が訓練可能であることを望む理由があります。マインドフルネスと呼ばれる瞑想技術は、人々が現在の思考、感情、身体感覚に合わせることを奨励します。仏教の教えに由来するこのトレーニングは、感情に対する意識を高めるだけでなく、感情に対する私たちの反応を和らげることを目指しています。 OptiBrainの研究者は、まだ発表されていない予備データを収集しており、マインドフルネストレーニングを受けた健康な被験者と軍人は、呼吸制限タスクで測定されたストレスの多い状況で認知能力が向上し、感情の少ない課題に反応したことを示唆しています島のアクティベーションが一致するように変更されます。

アスリートに関する小規模な研究も有益です。瞬間の感覚に対するこの認識は、例えば、フリースローラインでのバスケットボール選手の成功を改善するために示されています。イタリアのキエティ大学のスポーツ心理学者、クラウディオ・ロバザは、マインドフルネスと同様のテクニックが成功したアスリートをいかに選抜できるかを直接見てきました。彼は、イタリアのオリンピックシューティングチームで6年間働いてきました。チームは精神的に厳しいスポーツであり、プレッシャーが最も高いときにターゲットを釘で打つことができる個人を支持しています。「感情的な状態は、身体の変化、心拍数の増加、筋肉の緊張、呼吸を反映する可能性があります。これらすべてがパフォーマンスと最終結果の変化を引き起こします」とロバザは言います。「確かにアスリートは自分の反応に注意する必要があります。」

スタジアムの席から何万人もの人々が見下ろし、何百万人もの人々がテレビ放送に注目しているため、オリンピック選手は窒息のリスクが高くなります。瞬間のストレスは、最も深く染み込んだ操縦の実行を妨げる多くの物理的な変化を引き起こす可能性があります。島によって促進される身体の状態の認識の高まりは、これらの反応がパフォーマンスを損なう可能性がある前に、緊張した筋肉または浅い呼吸をチャンピオンに警告することができます。身体が脳と出会う島は、アスレチックの輝きが舞い上がるための踏み台として機能します。

この機能は、夏季オリンピックについて知りたいことすべてをお届けするコンテンツパートナーであるScientific Americanのご厚意によるもので、オリンピックレポートでの受賞の一部です。