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靠大脑来刷新世界纪录？
于洋/文
大脑对人类耐力有着绝对限制,那么我们该如何驾驭大脑,让它将人类运动的能力发挥到极致？
2014年的德国柏林马拉松赛中,肯尼亚选手丹尼斯·金梅托创造了一个新的世界纪录2小时2分57秒,比之前最好的成绩快了2 6秒.这是一项非凡的成就,特别是对从2 0 1 0 年才开始训练的人来说.
现在,马拉松世界纪录仅比2小时多出3分钟左右,人们不禁会想,人类接下来是否能够突破177秒的差距,使得纪录进入2小时内？这也成为了马拉松参赛者们的一大目标和面临的最大挑战.
突破极限靠什么？
如果想要突破极限,体育科学家将会列出以下几个熟悉的条件：平坦的跑道、完美的天气温度、高摄氧能力、完美的跑步效率和一流的心脏调节能力……
随着运动界的耐力纪录不断被刷新,科学家们也开始关注人类耐力极限,并把重点放在生理环境上,也就是身体的属性上.
在运动生理学中,疲劳是指肌肉已经无力来维持身体所需的力量,通常被视为人体的“机械故障”.当你达到了极限时,向肌肉供养氧的能力会受限,乳酸在血液积累,你会觉得四肢酸痛,接着你会慢下来或者放弃.也可以这么说,你将肌肉中的糖原储备消耗殆尽,这意味着你已经不能创造足够的能量来运行.
在过去的几十年里,科学家还逐渐认识到,耐力限制是由耳朵之间的灰色肿块（脑灰质）决定的,而且影响程度比以往想象的更深,人体感觉疲劳后,大脑会调节将速度减缓,或者因不能长时间坚持而逐渐放弃比赛.
美国生理学家迈克·乔伊纳考虑了人类在马拉松耐久能力中所有的身体属性,并计算出人类马拉松的极限纪录为1小时57分58秒,这个数值比今天的世界纪录还要快5分钟.想要打破世界纪录,缩小与极限时间差距的运动员,还是要集中于提高这些身体属性的能力上.
大脑在耐力极限中的角色
在金梅托刷新马拉松纪录的一年后,就有运动专家制定了一个雄心勃勃的计划,准备在未来5年里打破马拉松比赛2小时这个极限.鉴于在过去十年中马拉松纪录仅仅快了3分钟,因此这个计划是一个充满挑战和野心的计划.
能否实现这个目标,关键在于运动员大脑的调节能力.
1990年代末就曾有研究者提出,大脑有潜意识的安全装置,相当于防止器官损害的杠杆.这种自我保护机制,被称为“统治者”.
这似乎能解释,在炎热天气下跑步的运动员,为什么往往在开始时会比在较冷天气下跑得慢些：如果大脑的潜意识察觉到威胁,它会减缓你的速度,以防身体的核心温度上升到危险的水平.也许这类自我保护装置是人类运动员没办法突破2小时极限的原因.
而且,大脑一旦意识到身体的力量达到极限,就会有意识地选择停止运动.因此,对于运动员大脑意识的训练也是突破运动极限的必然要求.
控制大脑,突破极限
为此,英国肯特大学的运动生理学家萨穆埃尔·马哥拉招募了10名橄榄球队员来进行“筋疲力尽实验”.橄榄球队员要踩踏自行车,并且是在一个固定功率基础上——比如基于最大摄氧能力的90%,平均功率为242瓦——直到他们快不能再坚持下去,然后,当橄榄球队员们快要放弃时,研究人员就要求他们必须尽最大可能的努力,再坚持5秒钟.而后他们输出的平均功率竟然可达731瓦,这个数值明显超过了之前的平均功率.
马哥拉表示,虽然橄榄球球员遭受了糖原耗竭和乳酸的折磨,然而这种生理效应并没有直接停止他们的肌肉工作,而是大脑意识到自己的生理达到极限而命令身体停止运动.如果大脑再坚持一会儿,我们就会突破一个极限.
马哥拉根据他的实验结果,提出一种新的突破极限方法：“大脑耐力训练”方法.2015年,他邀请35名英国士兵参加一个60分钟的循环试验,在这期间他将测量受试者的生理状况.
他将受试者分成2组,所有人每周都要锻炼3次室内自行车,坚持12周,但其中一组需要进行一种大脑精神训练的任务——在他们蹬自行车的同时,要从屏幕上挑选字母组合这样的脑训练.
结果发现,对照组筋疲力尽的时间比训练前延迟了42%,而脑训练组则延迟了126%,脑训练组甚至觉得这种超强力度的锻炼也变得不太痛苦了.这就意味着,大脑的训练也能提高运动员的成绩.
欺骗大脑,获得体力
马哥拉的结论在耐力研究界引起了轰动,但他并不是唯一一个相信操纵大脑可以提升身体性能的人.
2011年,澳大利亚堪培拉大学的研究人员凯文·汤普森带领一群骑自行车的人,进行了4千米的“个人最佳成绩训练”.
实验中,车手跟屏幕上的头像进行比赛,头像的速度是车手所认为自己的最佳速度,而实际上头像的速度比最佳速度快了2%.在这样的条件下,车手能以与屏幕上一致的速度保持比赛,该速度比以往任何时候都要快.但是,当头像速度被设置高出5%,车手就不能应对了.这表明我们身体的能量储备约在2到5个百分点之间.
因此,研究人员认为我们可以欺骗大脑.有趣的是,即使车手知道自己被骗,这个方法似乎也有效.
比如在2014年另一项研究中,当研究人员告诉运动员们,他们被欺骗了,并要求他们与头像再进行一次比赛,他们仍然能比个人最好成绩快2%.
不过汤普森的欺骗技术可能只有在实验室里才能实现,对于能否欺骗顶级运动员,目前还不确定.毕竟,他们是运动精英,已经训练了他们的头脑,挖掘了身体的能量储备,与我们大多数人不同.
电击大脑会如何？
此外,世界上一些领先的优秀耐力运动队已开始试验一种更直接的方式：使用电流电击大脑.
例如,2011年美国纽约市威尔康奈尔医学院和马里布佩波戴恩大学的科学家,利用弱电流刺激运动员的大脑,以此观察运动员的反应.首先,他们测量了自行车手蹬车疲惫时的脑电活动.当车手疲累时,研究人员发现运动皮层与岛叶皮层之间的沟通强度会持续增加,而运动皮层是控制运动,岛叶皮层则是处理从肌肉和身体的其他部位而来的信号的大脑组织.结果表明岛叶皮层响应了痛苦的信号,然后派出指令给运动皮层,让它休息.
基于此,研究人员测量了自行车手被弱电流刺激岛叶皮质10分钟的情况.相比于正常情况,运动员感知力量的水平变低,产生的能量多出了4%.
那么,脑刺激真的能够帮助优秀马拉松选手节约177秒,打破2小时的极限纪录吗？
研究人员认为非常有可能,通过弱电流刺激操纵大脑,在合适的条件下,合适的运动员身上可能会提高耐力.而该研究方向有望带来新的方法,挖掘人体内隐藏的能源储量.最终,使大脑提高人类身体耐力,打破纪录.
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