Alle Elite-Athleten trainieren hart, verfügen über großartige Fähigkeiten und bleiben im Wettkampf geistig scharf. Aber was unterscheidet einen Goldmedaillengewinner von einem ebenso engagierten Athleten, der den zehnten Platz belegt? Eine kleine Struktur tief im Gehirn kann den Gewinnern einen zusätzlichen Vorteil verschaffen.
Jüngste Studien deuten darauf hin, dass die Inselrinde des Gehirns einem Sprinter dabei helfen kann, seinen Körper ein wenig effizienter als seine Konkurrenten voranzutreiben. Diese Region kann einen Boxer darauf vorbereiten, einen Schlag besser abzuwehren, den sein Gegner zu werfen beginnt, und eine Taucherin dabei unterstützen, die Position ihres sich drehenden Körpers so zu berechnen, dass sie mit kaum einem Spritzer auf das Wasser trifft. Die Insula, wie sie im Allgemeinen genannt wird, kann einem Schützen helfen, einen scharfen Fokus auf dem Bullauge zu behalten, während sein Finger den Abzug zurückzieht, und einem Basketballspieler an der Freiwurflinie helfen, die ablenkenden Schreie und das Armwinken zu unterdrücken von Fans hinter dem Rückenbrett sitzen.
Die Insula tut dies alles, indem sie die zukünftigen Gefühle eines Athleten nach einer neuen Theorie vorwegnimmt. Forscher am OptiBrain Center, einem Konsortium an der University of California in San Diego, und am Naval Health Research Center, schlagen vor, dass ein Athlet über eine hyperabgestimmte Insula verfügt, die auffallend genaue Vorhersagen darüber liefert, wie sich der Körper in der nächsten Zeit anfühlt Moment. Dieses Modell des zukünftigen Zustands des Körpers weist andere Hirnregionen an, Aktionen einzuleiten, die stärker auf die kommenden Anforderungen zugeschnitten sind als die von Mitläufern und Sofakartoffeln.
Dieses gesteigerte Bewusstsein könnte es den Olympioniken ermöglichen, ihre Muskeln einfallsreicher zu aktivieren, um schneller zu schwimmen, weiter zu laufen und höher zu springen als die Sterblichen. In Experimenten, die 2012 veröffentlicht wurden, unterschieden sich die Gehirnscans von Spitzensportlern in der Funktionsweise ihrer Inseln am dramatischsten von gewöhnlichen Probanden. Aufkommende Beweise deuten jetzt auch darauf hin, dass dieser Hirnbereich mit einer Meditationstechnik trainiert werden kann, die Achtsamkeit genannt wird - eine gute Nachricht für Olympioniken und Wochenendkrieger gleichermaßen.
Spitzenleistung
Ohne die jubelnden Fans, die spielerischen Kommentare und die Fallen von Reichtum und Ruhm reduziert sich der Profisport auf ein einfaches Konzept: Die Athleten, die uns begeistern, sind Experten, wenn es darum geht, bestimmte körperliche Ziele zu erreichen. Sie vollbringen körperliche Taten reibungslos, ohne einen einzigen Tropfen Schweiß zu verschwenden.
Eine solche Leistung ist ein Vollgehirn-Phänomen. Beispielsweise codieren die motorischen Kortex- und Speichersysteme jahrelange Praxis. Nervenfasern werden in zusätzlichen Schichten einer Schutzhülle eingeschlossen, die die Kommunikation zwischen Neuronen beschleunigt und blitzschnelle Reflexe erzeugt. Das Gehirn von seiner besten Seite zu verstehen, ist das Ziel des Psychiaters Martin Paulus und seiner Kollegen im OptiBrain Center. Sie schlagen vor, dass die Insula als kritische Drehscheibe dienen kann, die das Erkennen auf hoher Ebene mit einem Maß für den Körperzustand verbindet, um eine ordnungsgemäße Funktion der Muskeln und Knochen zu gewährleisten, die Speere werfen und wirbelnde Absätze von der Reckstange landen. "Die Schlüsselidee, nach der wir suchen, ist, wie jemand reagiert, wenn er einen Hinweis erhält, der vorhersagt, dass etwas Schlimmes passieren wird", sagt Paulus. "Die Leute, die besser abschneiden, sind diejenigen, die in der Lage sind, diesen vorweggenommenen Hinweis zu nutzen, um sich anzupassen und zum Gleichgewicht zurückzukehren."
Die Insula ist etwas größer als eine Kumquat und Teil der Großhirnrinde, der dicken grauen Gewebefalten, die die äußere Schicht des Gehirns bilden. Die dicht gekräuselte Struktur befindet sich auf der Innenseite des Kortikalismantels und ähnelt einem winzigen japanischen Fächer, der ordentlich in das Innere des Gehirns gesteckt ist. Es wird allgemein als Ort der Überwachung oder als Sinn für den inneren Zustand Ihres Körpers angesehen.
Die Insula erzeugt diesen Sinn, indem sie eine Karte all Ihrer weit entfernten Organe und Gewebe führt. Bestimmte Neuronen in der Insula reagieren zum Beispiel auf Rumpeln im Darm, während andere feuern, um Zahnschmerzen zu reflektieren. Um den Zustrom von Botschaften zu steuern, die den gesamten Körper bombardieren, arbeitet die Insula eng mit dem vorderen cingulären Kortex zusammen, einem entscheidenden Bereich, um diese Reize zu bewerten und zu priorisieren. Diese rohe Darstellung von Körpersignalen wird seit mehr als einem Jahrhundert als Ursprung von Emotionen angenommen.
Auf den ersten Blick kann es fast bedeutungslos erscheinen, die Insula als kritisch für irgendetwas zu betrachten. Es wurde in so unterschiedliche Funktionen wie Entscheidungsfindung, Antizipation, Zeitmessung, Singen, Sucht, Sprechen und sogar Bewusstsein verwickelt. Die Insula und der vordere cingulöse Kortex sind laut einer Studie von 2011 die am häufigsten aktivierten Regionen in bildgebenden Untersuchungen des Gehirns, was es umso schwieriger macht, ihre Kernfunktionen zu erkennen.
Trotzdem baut sich die Insula als Zentrum der Sportlichkeit seit mehr als einem Jahrzehnt langsam auf. In den späten 1990er Jahren kartierte der Neuroanatomist AD Craig vom Barrow Neurological Institute die Pfade, die das Gehirn über das Rückenmark mit Schmerz- und Temperaturempfindungen versorgen. Als er entdeckte, dass diese Kanäle zur Insel führten, stellte er fest, dass eine der Kernfunktionen des Gehirns darin besteht, dem Körper zu helfen, die Homöostase oder das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Beispielsweise bleibt die Innentemperatur des Körpers in der Regel in einem engen Bereich, und Störungen, die von der Insula registriert werden, motivieren uns, diese angenehme Zone wiederherzustellen - möglicherweise durch Trinken von kaltem Wasser, Suchen nach einem schattigen Fleck oder Unterbrechen der Bewegung. In der Tat war ihre Fähigkeit, ihren Körper zu regulieren, beeinträchtigt, als Wissenschaftler die Insula bei Ratten beschädigten.
Wenn wir trainieren, erregen wir unseren inneren Zustand. "Alles, was wir tun, erfordert eine Berechnung, wie viel Energie uns das kostet, und genau das scheint die Insula zu leisten", sagt Craig. Durch die Vorhersage, wie sich bestimmte Belastungen auf den Körper auswirken, kann das Gehirn Maßnahmen einleiten, um diese Störungen zu mildern, bevor sie auftreten.
Eine überzeugende Studie aus dem Jahr 2004 zeigte deutliche anatomische Unterschiede, die mit den unterschiedlichen interozeptiven Fähigkeiten übereinstimmten. Hugo Critchley, jetzt an der Universität von Sussex in England, bat die Teilnehmer, die Frequenz zu schätzen, mit der ihre Herzen schlugen, ohne ihren eigenen Puls zu messen. Die Menschen, die ihre Herzfrequenz am genauesten erraten hatten, zeigten in dieser Region eine stärkere Aktivität auf der Insel und mehr graue Substanz. Dieser letzte Punkt ist von entscheidender Bedeutung, da er darauf hindeutet, dass die physische Größe der Insel in direktem Zusammenhang mit den Unterschieden in der Leistungsfähigkeit steht. Diese neuronale Prägung ähnelt derjenigen von professionellen Geigern, deren motorischer Kortex den Darstellungen der Finger mehr Platz einräumt, als dies im Gehirn eines Amateurs der Fall ist.
Die OptiBrain-Forscher stellten die Hypothese auf, dass Sportler Empfindungen wie Herzschlag sehr genau wahrnehmen und in der Lage sein müssen, die wichtigen zu erkennen und die roten Heringe zu eliminieren. "Die überwiegende Mehrheit der NBA-Spieler sind großartige Athleten. Aber einige von ihnen sind herausragend. Es ist nicht so, dass Kobe Bryant oder Derrick Rose mehr Energie haben, sondern dass sie diese Energie in kritischen Momenten aufwenden, die über ihren Erfolg entscheiden", sagte der klinische Psychologe Alan Simmons vom Veterans Affairs San Diego Healthcare System sagt.
Voraus denken
Paulus und Simmons haben kürzlich eine Gruppe von Elite-Athleten angeworben, die in einem Scanner liegen und kognitive Tests durchführen sollen, während ein Apparat ihre Atmung einschränkt, um zu untersuchen, wie diese Überlegenheit in Aktion aussieht. Das Gefühl der Kurzatmigkeit ist ein unangenehmes Gefühl, das bekanntermaßen die Insula belebt.
Paulus und Simmons testeten zehn der erfolgreichsten Abenteuerrennfahrer der Welt - Männer und Frauen, die Herausforderungen in der Wildnis meistern, darunter Klettern, Schwimmen, Laufen und Paddeln. Sie baten die Rennfahrer und 11 gesunde Kontrollpersonen, sich in einen Scanner zu legen und mit einer Nasenklammer durch einen Schlauch zu atmen. In der Magnetresonanztomographie (MRT) wurden die Probanden angewiesen, die nach links oder rechts weisenden Pfeile auf einem Bildschirm anzuzeigen und eine Taste zu drücken, um die Richtung zu notieren. Sporadisch passten die Forscher den Luftstrom so an, dass die Atmung erheblich erschwert wurde. Eine Änderung der Bildschirmfarbe machte die Teilnehmer darauf aufmerksam, dass die Atmung kurz vor der Atemnot stand. Die Farbveränderung ließ jedoch nicht immer eine genaue Vorhersage der Atembeschränkung zu.
In allen Phasen des Experiments war die Insula aktiv, jedoch in unterschiedlichem Maße. Die gesunden Probanden zeigten während der gesamten Studie bei den Pfeiltests die gleiche Leistung - ohne Störung, wenn sich die Farbe des Bildschirms änderte und wenn sie Schwierigkeiten hatten, einzuatmen. Aber die Adventure Racer haben mehr richtige Antworten erhalten, wenn sie die Atemlast vorwegnehmen oder erleiden. Das störende interozeptive Erleben dieser Personen verbesserte tatsächlich ihre Leistungen. Die Rennfahrer zeigten auch eine stärkere Gehirnaktivierung, wenn sie die Atembeschränkung vorwegnahmen, jedoch nicht, während sie die Einschränkung selbst erlebten. Es war, als würden die Köpfe der Rennfahrer die Hinweise besser nutzen, um sich vorzubereiten und so einen kognitiven Vorteil zu erlangen. Als der herausfordernde Moment kam - als ihre Atmung beschwerlich wurde - waren ihre Inseln verhältnismäßig ruhig.
Eine weitere Studie von Paulus 'Gruppe, die ebenfalls im Jahr 2012 veröffentlicht wurde, fügt diesem Ergebnis eine Nuance hinzu. Die Gruppe wollte die kognitive Flexibilität von Spitzensportlern untersuchen. Diese Fähigkeit, die als ein Meilenstein der Intelligenz gilt, besteht darin, leicht zwischen entgegengesetzten Anforderungen zu wechseln. Geistige Beweglichkeit kann jedoch in einer schwierigen Situation einbrechen. Experimente mit Navy SEALs und Army Rangers ergaben, dass die Exposition gegenüber kampfähnlichen Bedingungen die Reaktionszeiten, Wachsamkeit, das Lernen, das Gedächtnis und das Denken beeinträchtigte. Auch für Athleten auf olympischem Niveau ist die Gnade unter Beschuss ein wichtiges Ziel.
Um die kognitive Flexibilität in Aktion zu beobachten, bat Simmons 10 Navy SEALs und 11 gesunde männliche Zivilisten, eine einfache Aufgabe in einem Gehirnscanner auszuführen. Navy SEALs sind extrem sportliche Menschen, die für die hohen Anforderungen an ihre körperlichen, geistigen und emotionalen Fähigkeiten ausgebildet sind. Die Übung bestand darin, entweder eine grüne oder eine rote Form zu beobachten, gefolgt von einem emotional aufgeladenen Foto auf einem Bildschirm. Die Teilnehmer sollten einen Knopf drücken, wenn sie einen Kreis sahen, und einen anderen, wenn sie ein Quadrat sahen. Eine grüne Form signalisierte, dass ein positives Bild (z. B. ein spielendes Kind) folgen würde. Eine rote Form zeigt an, dass als Nächstes ein negatives Bild (z. B. eine Kampfszene) angezeigt wird. Die Probanden wurden dann hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und Genauigkeit bei der Identifizierung der Formen beurteilt.
Im Vergleich zu gesunden Teilnehmern ließen die Elite-Krieger mehr Blut durch ihre Inseln und einige andere Regionen fließen, als sich die Farben der Formen in aufeinanderfolgenden Versuchen unterschieden. Kurz gesagt, sie waren sich des bevorstehenden Wechsels von positiv zu negativ oder umgekehrt und der aktiven Gehirnsysteme bewusster, die an der Modulation emotionaler und interozeptiver Reaktionen beteiligt sind. Sie waren schneller in der Lage, sich auf eine bevorstehende Verschiebung ihrer inneren Verhältnisse vorzubereiten, und kauften sich Zeit, um ihre Reaktionen einzudämmen.
Zusammengenommen zeigen die Studien, dass Männer und Frauen mit extremen körperlichen Fähigkeiten eine stärkere Insulaaktivierung zeigen, wenn sie eine Veränderung ihrer inneren Gefühle erwarten, sei es emotional oder körperlich.
"Für mich ist das wirklich riesig, wenn Sie eine Gehirnregion haben, die eine Reaktion erwartet und den Körper darauf vorbereitet", sagt der Physiologe Jon Williamson vom Southwestern Medical Center der Universität von Texas. "Wenn sich ein Athlet einem Hügel nähert und die Abgabe von Blut an die Muskeln antizipieren kann, kann er oder sie auf diesem Hügel eine bessere Leistung erbringen."
Die bisherigen Studien waren jedoch klein - es ist nicht einfach, Spitzensportler in Bildgebungslabors zu bringen -, so dass noch größere Experimente erforderlich sind, um die Beobachtungen zu bestätigen. Trotzdem spiegeln die Ergebnisse frühere Erkenntnisse über die Beteiligung der Insula an der Zukunftsvorstellung wider, sei es, physische Schmerzen beispielsweise durch einen Boxer-Schlag zu antizipieren oder den Kauf eines überteuerten Artikels in Erwägung zu ziehen.
Für Simmons deuten die Beweise darauf hin, dass die Insel nicht in der Gegenwart, sondern in der Zukunft lebt. "Wir reagieren auf Informationen aus Physiologie, Kognition und unserer Umgebung", sagt Simmons. "Bis wir das alles integriert haben, gehört es der Vergangenheit an." Die Prognosefähigkeit kann auch nach hinten losgehen und Störungen wie Anorexia nervosa hervorrufen, die körperliche Bewusstseinsstörungen mit der Sorge darüber verbinden, wie der heutige Lebensmittelkonsum das Körperbild in Zukunft verändern wird. "Es ist die Vorfreude, die Ihnen im Weg steht", sagt Simmons. Tatsächlich zeigen Gehirn-Scans von Personen mit Essstörungen und posttraumatischer Belastungsstörung, dass die Insula-Aktivität von der Aktivität bei gesunden Probanden abweicht, was auf Beeinträchtigungen in diesem Bereich hindeutet.
Trainiere dein Abfangen
Für angehende Sportler oder Personen, die an einer Inseldysfunktion leiden, gibt es Gründe zu hoffen, dass das Abfangen trainierbar ist. Eine Meditationstechnik namens Achtsamkeit ermutigt die Menschen, sich auf ihre gegenwärtigen Gedanken, Gefühle und körperlichen Empfindungen einzustimmen. Abgeleitet von buddhistischen Lehren, zielt dieses Training darauf ab, das Bewusstsein für Gefühle zu schärfen, aber auch unsere Reaktionen auf diese zu mildern. Die OptiBrain-Forscher haben vorläufige, noch nicht veröffentlichte Daten gesammelt, die darauf hindeuten, dass gesunde Probanden und Militärangehörige, die ein Achtsamkeitstraining erhalten haben, ihre kognitive Leistung in einer stressigen Situation verbessern und auf Herausforderungen mit weniger Emotionen reagieren Die Inselaktivierung ändert sich entsprechend.
Auch kleine Studien an Sportlern zeigen Nutzen. Dieses Bewusstsein für das Gefühl des Augenblicks wurde zum Beispiel gezeigt, um den Erfolg von Basketballspielern auf der Freiwurflinie zu verbessern. Der Sportpsychologe Claudio Robazza von der Universität Chieti in Italien hat aus erster Hand gesehen, wie Achtsamkeit und ähnliche Techniken erfolgreiche Sportler hervorheben können. Er arbeitet seit sechs Jahren für die italienische Olympia-Schießmannschaft, eine mental anstrengende Sportart, die Personen bevorzugt, die ihre Ziele auch dann erreichen können, wenn der Druck am höchsten ist. "Emotionale Zustände können körperliche Veränderungen, eine Erhöhung der Herzfrequenz, Muskelverspannungen und Atmung widerspiegeln - all diese Dinge verursachen Veränderungen in der Leistung und im Endergebnis", sagt Robazza. "Natürlich müssen sich die Athleten ihrer Reaktionen bewusst sein."
Mit Zehntausenden von Menschen, die von den Sitzplätzen des Stadions herabblicken, und Millionen, die mehr auf Fernsehsendungen eingestellt sind, ist ein olympischer Athlet einem hohen Erstickungsrisiko ausgesetzt. Der Stress des Augenblicks kann viele physische Veränderungen auslösen, die die Ausführung selbst tief verwurzelter Manöver beeinträchtigen. Ein erhöhtes Bewusstsein für den Zustand des Körpers, das durch die Insula erleichtert wird, kann einen Champion auf angespannte Muskeln oder flache Atemzüge aufmerksam machen, bevor diese Reaktionen die Leistung beeinträchtigen können. Die Insula - wo der Körper auf das Gehirn trifft - dient als Sprungbrett, von dem aus sportliche Brillanz aufsteigen kann.
Dieses Feature wurde freundlicherweise von Scientific American zur Verfügung gestellt, unserem Content-Partner, der Ihnen alles bietet, was Sie über die Olympischen Sommerspiele wissen möchten, und ist Teil des Winning-in-the-Olympics-Berichts.
