How the brain could be the next doping battleground
Elite sport is a constant search for a competitive advantage. Even athletes who stay on the right side of the law take a cocktail of vitamins and supplements, and use cryotherapy chambers and oxygen tents. Now, coaches and teams on the hunt for the next edge are turning to the brain. "Neural doping" could be sport’s new revolution, or its next big scandal.
From brain-zapping headsets to subliminal messaging, neuroscientists are developing new tools and techniques that take advantage of what they’ve learnt about the athletic brain. Some are already being used, while others could potentially end up on the World Anti-Doping Agency’s banned list, alongside anabolic steroids and EPO.
Endurance is just one example of neuroscience breaking boundaries. Fatigue doesn’t come from the body, it comes from the brain. It steps in to stop us from over-exerting ourselves, so even when we feel like we’re exhausted, there’s actually still some energy left in the muscles. This is why runners can often put in some of their best laps of a race (a so-called end spurt) as they near the finishing line. The brain knows the end is in sight so it takes its foot off the brake.
According to Professor Samuele Marcora at the University of Kent, our endurance is limited only by our brain’s "perception of effort" - how hard it thinks the body has been working. This means that by tricking or manipulating our minds, we can coax our tired muscles into running, swimming or cycling for longer.
Caffeine is one way of doing this. Mo Farah will drink a couple of espressos before a race, while other athletes take caffeine pills or chew caffeine gum. Caffeine blocks the build up in the brain of a substance called adenosine, which amasses when we do a boring or repetitive mental task like forcing ourselves to keep running. By blocking adenosine, caffeine reduces our perception of effort, so we can run further.
There are other ways of reducing perception of effort. If you rig the temperature display in a room so the athlete thinks it’s cooler than it actually is, they can run further, for example. Marcora has been working on a pair of goggles that can flash up subliminal messages to athletes while they’re training. In a preliminary study, he found that cyclists who were flashed images of smiling faces for 1/16th of a second at a time could ride for three minutes longer on average than a group who were shown sad faces. “The brain is very sensitive to faces,” he says. “They can really change your brain activity and your mood, so when people are flashed the subliminal happy faces they perceive less effort and they last longer.”
Other methods are more direct. Passing an electrical current through the brain, a technique called transcranial direct current stimulation (tDCS), can make neurons in those areas more or less likely to fire. It can be used to reduce perception of effort, or make the signals our brain sends to the muscles more efficient. One study in Brazil found that power output in cyclists was improved by 10 per cent after 20 minutes of this treatment. “Strategies that modulate neuronal activity training or during sport competition will lead to benefits comparable to those of using drugs,” said Dr Alexandre Okano, one of the researchers who worked on that study. “In addition, there is no known way to reliably detect whether or not a person has recently experienced brain stimulation.”
Some are skeptical of brain stimulation’s efficacy outside an experimental setting. “It’s very difficult to apply it when people are actually doing stuff,” said Professor Vincent Walsh, a cognitive neuroscientist at UCL. “It’s pretty unlikely that the effects would have a lasting effect in the rough and tumble of sport.”
Despite the doubts, brain stimulation will be making its Olympic debut in Rio. Halo Neuroscience, an American company, have developed a headset that looks like a pair of over-ear headphones. It contains a series of non-invasive electrodes that can deliver a small electrical current to the brain.
Halo Neuroscience claim that "neuropriming" in this way has helped the US ski and snowboard teams unlock a 1.7x increase in performance by strengthening the signals sent to the muscles, and increasing neuroplasticity - the rate at which the brain changes with training. The headset costs $749 and is designed to be used in conjunction with a bespoke iPad app before and during training. Michael Tinsley, who won silver in the 400m hurdles at London 2012, is one of several athletes using the Halo headset to prepare for Rio.
“We’ve talked to a lot of very senior sports people and nobody thinks of this as doping,” says Daniel Chao, CEO and co-founder of Halo Neuroscience. “Nothing is for free here. If an athlete simply puts this on their head and sat on the couch and watched TV, nothing would happen. They wouldn’t be better athletes. It’s not like steroids where you get something for free. In this case you really do have to put in the work.”
However, effortless skill learning does remain a tantalising possibility in future. Becoming an athlete takes thousands of hours of practice, which changes the structure of the brain by making certain connections stronger and faster. When we’re young these processes happen more easily. Our brains are more malleable, which is why we pick up skills like language effortlessly as children but might struggle to learn a new one as an adult. These spells of easy learning are called ‘critical periods’.
Tentative research in rats suggests that it might be possible to re-open critical periods for learning by electrically stimulating an area of the brain called the nucleus basalis. In theory, this could drastically shorten the amount of time it takes for an amateur to become an expert.
Neuroscience is already a promising source of small improvements, but in future it has the potential to provide a giant shortcut to skill. Neural doping is a grey area, but this is where the likes of WADA may decide they have to draw the line.
The Athletic Brain - How Neuroscience Is Revolutionising Sport And Can Help You Perform Better by Amit Katwala is out on August 11 (Simon & Schuster), £16.99.
Как мозг может стать следующим полем битвы допинг
Eоблегченный вид спорта является постоянный поиск для конкурентного преимущества. Даже спортсмены , которые остаются на правой стороне закона принять коктейль из витаминов и пищевых добавок, а также использовать криотерапию камеры и кислородные палатки. Теперь, тренеры и команды на охоте на следующей края обращаются к мозгу. "Neural допинг" может быть новая революция вида спорта, или его следующий большой скандал.
От мозга-выгорание гарнитуры к подсознательной сообщениями, неврологи разрабатывают новые инструменты и методы, которые используют в своих интересах то, что они узнали о спортивной мозга. Некоторые из них уже используются, в то время как другие потенциально может в конечном итоге на список запрещенных Всемирного антидопингового агентства, наряду с анаболическими стероидами и EPO.
Износостойкость является лишь одним из примеров границ нейробиологии разрушения. Усталость не исходит от тела, она исходит от головного мозга. Это шаги, чтобы остановить нас от чрезмерного прилагая себя, так что даже когда мы чувствуем, что мы исчерпали, есть на самом деле еще осталось некоторое количество энергии в мышцах. Поэтому бегуны могут часто ставят в некоторых из своих лучших кругов гонки (так называемый конец рывка), поскольку они недалеко от финишной линии. Мозг знает, что конец в поле зрения, так что берет свое ногу с педали тормоза.
Огласно профессора Samuele Marcora в Университете Кента, наша выносливость ограничивается только нашего мозга " восприятия усилий " - как трудно мыслит тело работает. Это означает , что, обманывая или манипулируя наши умы, мы можем уговорить наши уставшие мышцы в бег, плавание или езда на велосипеде дольше.
Кофеин является одним из способов сделать это. Мо Фарах будет выпить пару эспрессо перед гонкой, в то время как другие спортсмены принимают таблетки кофеина или жевать кофеин резинки. Кофеин блокирует накопление в мозге вещества под названием аденозин, который накапливает, когда мы делаем скучные или повторяющуюся умственную задачу, как заставляя себя продолжать бежать. Блокируя аденозин, кофеин уменьшает наше восприятие усилий, так что мы можем работать дальше.
Существуют и другие способы снижения восприятия усилий. Если установка дисплея температуры в помещении, чтобы спортсмен считает, что это круче, чем на самом деле, они могут работать дальше, например. Marcora работает на пару очков, которые могут вспыхивать подсознательные сообщения для спортсменов, в то время как они тренировки. В предварительном исследовании, он обнаружил, что велосипедисты, которые мелькали изображения улыбающиеся лица на 1/16 секунды, в то время можно было ездить в течение трех минут больше, чем в среднем в группе, которые были показаны грустные лица. "Мозг очень чувствителен к граням," говорит он. "Они действительно могут изменить вашу мозговую деятельность и ваше настроение, так что, когда люди мелькают подсознательные счастливые лица они воспринимают меньше усилий, и они длятся дольше."
О угие методы более прямой. Передача электрического тока через мозг, метод называется транскраниальной стимуляции постоянного тока (ТОК), может сделать нейроны в тех областях , более или менее вероятно , к выстрелу. Он может быть использован , чтобы уменьшить восприятие усилий, или сделать сигналы наш мозг посылает к мышцам более эффективным. Одно исследование в Бразилии показало , что выходная мощность в велосипедистов была улучшена на 10 процентов после 20 минут этого лечения. " Стратегии , которые модулируют нейронную тренировочной деятельности или во время спортивных соревнований приведет к выгодам , сравнимых с использованием лекарственных средств ," сказал д - р Александр Окано, один из исследователей , которые работали на этом исследовании. "Кроме того, нет никакого известного способа надежно обнаруживать ли или нет человек недавно испытал стимуляцию мозга."
Некоторые скептически относятся к эффективности стимуляции мозга за пределами экспериментальной установке. "Это очень трудно применить, когда люди фактически делают вещи", сказал профессор Винсент Уолш, когнитивный нейробиолог UCL. "Это очень маловероятно, что последствия будут иметь длительный эффект в передряг спорта."
D есмотря сомнения, стимуляция мозга будет вносить свой олимпийский дебют в Рио. Halo Neuroscience, американская компания, разработали гарнитуру , которая выглядит как пара над наушники-вкладыши. Он содержит ряд неинвазивных электродов , которые могут доставить небольшой электрический ток к мозгу.
Halo Neuroscience утверждают, что "neuropriming" таким образом помогла катании на лыжах и сноуборде команды США разблокировать увеличение 1.7x производительности путем усиления сигналов, посылаемых к мышцам, и увеличивая нейропластичность - скорость, с которой изменяется мозг с обучением. Гарнитура стоит $ 749 и предназначена для использования в сочетании с приложением сделанного на заказ IPad до и во время тренировки. Майкл Тинсли, который выиграл серебро в беге на 400 метров с барьерами в Лондоне в 2012, является одним из нескольких спортсменов с помощью гарнитуры Halo для подготовки к Рио.
"Мы говорили с большим количеством очень старших спортивных людей, и никто не думает об этом, как допинг," говорит Дэниел Чао, генеральный директор и соучредитель Halo Neuroscience. "Ничто не бесплатно здесь. Если спортсмен просто ставит это на голову и сидел на диване и смотрел телевизор, ничего не произойдет. Они не были бы лучшими спортсменами. Это не как стероиды, где вы получите что-то бесплатно. В этом случае вы действительно должны положить в работе ".
H owever, обучение без усилий умение действительно остается дразнящий возможность в будущем. Стать спортсменом принимает тысячи часов практики, которая изменяет структуру мозга, делая определенные соединения сильнее и быстрее. Когда мы молоды , эти процессы происходят более легко. Наш мозг более податлив, поэтому мы выбираем навыки как язык без особых усилий , как дети , но , возможно , изо всех сил , чтобы узнать новый как взрослый. Эти заклинания легкого обучения называются «критические периоды».
Предварительные исследования на крысах показывают, что можно было бы вновь открыть критические периоды для обучения с помощью электрической стимуляции область мозга, которая называется ядром базального. Теоретически, это может резко сократить количество времени, необходимое для любителя, чтобы стать экспертом.
Neuroscience уже является перспективным источником небольших улучшений, но в будущем она имеет потенциал, чтобы обеспечить гигантский ярлык мастерства. Neural легирование серая зона, но это где подобные ВАДА может решить, что они должны нарисовать линию.
Спортивный Мозг - Как нейронаука Revolutionising Спорт и может помочь вам работать лучше по Amit Katwala выходит 11 августа (Simon & Schuster), £ 16,99.
Комментариев нет:
Отправить комментарий