Alle topsporters trainen hard, beschikken over geweldige vaardigheden en blijven mentaal scherp tijdens de competitie. Maar wat onderscheidt een gouden medaillewinnaar van een even toegewijde atleet die op de 10e plaats komt? Een kleine structuur diep in de hersenen kan winnaars een extra voorsprong geven.
Recente studies geven aan dat de insulaire cortex van de hersenen een sprinter kan helpen zijn lichaam net iets efficiënter naar voren te brengen dan zijn concurrenten. Deze regio kan een bokser voorbereiden om een stoot beter af te weren die zijn tegenstander begint te gooien en een duiker helpen bij het berekenen van de positie van haar draaiende lichaam zodat ze het water raakt met nauwelijks een plons. De insula, zoals het gewoonlijk wordt genoemd, kan een scherpschutter helpen een scherpe focus op de roos te houden terwijl zijn vinger de trekker overhaalt en een basketbalspeler bij de vrije worplijn de afleidende schreeuwen en het armzwaaien blokkeren van fans achter het bord gezeten.
De insula doet dit alles door te anticiperen op de toekomstige gevoelens van een atleet, volgens een nieuwe theorie. Onderzoekers van het OptiBrain Center, een consortium gevestigd aan de Universiteit van Californië, San Diego, en het Naval Health Research Center, suggereren dat een atleet een hyper-afgestemde insula bezit die opvallend nauwkeurige voorspellingen kan genereren over hoe het lichaam zich zal voelen in de volgende moment. Dat model van de toekomstige conditie van het lichaam instrueert andere hersengebieden om acties te initiëren die meer zijn toegesneden op de komende eisen dan die van ook-rans en bankaardappelen.
Door dit verhoogde bewustzijn kunnen Olympiërs hun spieren vindingrijker activeren om sneller te zwemmen, verder te rennen en hoger te springen dan alleen stervelingen. In experimenten die in 2012 werden gepubliceerd, bleken hersenscans van topsporters het meest te verschillen van gewone personen in het functioneren van hun insufficiëntie. Opkomend bewijs suggereert nu ook dat dit hersengebied kan worden getraind met behulp van een meditatietechniek die mindfulness wordt genoemd - goed nieuws voor zowel Olympiërs als weekendstrijders.
Topprestatie
Beroofd van de juichende fans, het play-by-play commentaar en alle attributen van rijkdom en roem, beperken professionele sporten zich tot een eenvoudig concept: de atleten die ons boeien zijn experts in het bereiken van specifieke fysieke doelen. Ze voeren lichamelijke prestaties soepel uit, zonder een enkele druppel zweet te verspillen.
Dergelijke prestaties zijn een volledig hersenfenomeen. De motorische cortex en geheugensystemen coderen bijvoorbeeld voor jarenlange oefening. Zenuwvezels worden genesteld in extra lagen van een beschermende omhulling die de communicatie tussen neuronen versnelt en bliksemsnelle reflexen produceert. Psychiatrie Martin Paulus en zijn collega's van het OptiBrain Center begrijpen het brein op zijn atletisch best. Ze stellen voor dat de insula kan dienen als de kritieke hub die cognitie op hoog niveau combineert met een meting van de toestand van het lichaam, om de goede werking van de spieren en botten die speren en landtuimelingen van de hoge balk werpen te verzekeren. "Het kernidee waar we achter staan, is hoe iemand reageert wanneer hij een signaal krijgt dat voorspelt dat er iets ergs zal gebeuren", zegt Paulus. "De mensen die beter presteren zijn degenen die in staat zijn die anticiperende signalen te gebruiken om zichzelf aan te passen en terug te keren naar evenwicht."
Iets groter dan een kumquat, de insula maakt deel uit van de hersenschors, de dikke vouwen van grijs weefsel die de buitenste laag van de hersenen vormen. De dicht gegolfde structuur zit aan de binnenkant van de corticale mantel en lijkt op een kleine Japanse ventilator die netjes in het interieur van de hersenen is gestoken. Het wordt vaak gezien als de zetel van interoceptie, of het gevoel van de interne staat van je lichaam.
De insula genereert dit gevoel door een kaart bij te houden van al je verre organen en weefsels. Bepaalde neuronen in de insula reageren bijvoorbeeld op gerommel in de darmen, terwijl anderen vuren om kiespijn te reflecteren. Om de toestroom van berichten te beheersen die het vanuit het hele lichaam bombarderen, werkt de insula nauw samen met de voorste cingulaire cortex, een gebied dat cruciaal is voor de besluitvorming, om die stimuli te evalueren en prioriteren. Al meer dan een eeuw wordt deze ruwe weergave van lichamelijke signalen verondersteld de oorsprong van emoties te zijn.
Op het eerste gezicht lijkt het insluiten van de insula als cruciaal voor alles bijna zinloos. Het is betrokken geweest bij functies zo divers als besluitvorming, anticipatie, tijdwaarneming, zingen, verslaving, spraak, zelfs bewustzijn. De insula en de voorste cingulaire cortex zijn volgens een studie uit 2011 de meest algemeen geactiveerde regio's in hersenbeeldvormingsexperimenten, waardoor het des te moeilijker is om hun kernfuncties te onderscheiden.
Niettemin is de zaak voor de insula als centrum van atletiek al meer dan tien jaar langzaam aan het groeien. Eind jaren negentig bracht neuroanatomist AD Craig van het Barrow Neurological Institute de paden in kaart die pijn en temperatuursensaties aan de hersenen bezorgen via het ruggenmerg. Toen hij ontdekte dat deze leidingen naar de insula leidden, stelde hij dat een van de kernfuncties van de hersenen is om het lichaam te helpen homeostase of evenwicht te handhaven. De inwendige temperatuur van het lichaam blijft bijvoorbeeld meestal binnen een smal bereik en storingen, geregistreerd door de insula, motiveren ons om het in die comfortabele zone te herstellen - misschien door koud water te drinken, een schaduwrijke plek te zoeken of te stoppen met bewegen. Toen wetenschappers de insula bij ratten beschadigden, was hun vermogen om hun lichaam te reguleren inderdaad aangetast.
Wanneer we oefenen, ageren we onze interne toestand. "Alles wat we doen vereist een berekening van hoeveel energie het ons kost, en dit is wat de insula lijkt te doen", zegt Craig. Door te voorspellen hoe bepaalde inspanningen het lichaam zullen beïnvloeden, kunnen de hersenen acties initiëren om die verstoringen te temperen voordat ze zich voordoen.
Een overtuigende studie uit 2004 toonde duidelijke anatomische verschillen die overeenkomen met variatie in interoceptief vermogen. Hugo Critchley, nu aan de Universiteit van Sussex in Engeland, vroeg de deelnemers om te schatten hoe snel hun harten klopten zonder hun eigen pulsen te nemen. De mensen die hun hartslag het meest nauwkeurig geraden hadden, hadden meer activiteit in de insula en meer grijze massa in deze regio. Dat laatste punt is cruciaal, omdat het suggereert dat de fysieke grootte van de insula rechtstreeks verband houdt met verschillen in bekwaamheid. Deze neurale afdruk is vergelijkbaar met wat wordt gezien in professionele violisten, wiens motorcortex meer onroerend goed wijdt aan de representaties van vingers dan wordt gezien in het brein van een amateur.
De onderzoekers van OptiBrain stelden dat atleten zich intens bewust moeten zijn van sensaties zoals een hartslag - en in staat moeten zijn de belangrijke te herkennen en de rode haringen af te wijzen. "De overgrote meerderheid van de NBA-spelers zijn geweldige atleten. Maar sommige van hen vallen op. Het is niet dat Kobe Bryant of Derrick Rose meer energie heeft, het is hoe ze ervoor kiezen om die energie te besteden op kritieke momenten die hun succes bepalen", klinisch psycholoog Alan Simmons van het Veterans Affairs San Diego Healthcare System zegt.
Vooruit denken
Om het idee te testen dat extreem fitte individuen een superieure interoceptie hebben - en om te onderzoeken hoe deze superioriteit eruit ziet in actie - hebben Paulus en Simmons onlangs een groep topsporters aangeworven om in een scanner te liggen en cognitieve tests uit te voeren terwijl een apparaat hun ademhaling beperkte. Het gevoel van kortademigheid is een onaangenaam gevoel waarvan bekend is dat het de insula opwekt.
Paulus en Simmons testten 10 van 's werelds meest ervaren avontuurracers - mannen en vrouwen die uitdagingen in de wildernis uitvoeren, zoals klimmen, zwemmen, rennen en peddelen. Ze vroegen de racers en 11 gezonde proefpersonen om in een scanner te liggen en door een buis te ademen terwijl ze een neusklem droegen. In de MRI-machine (Magnetic Resonance Imaging) kregen de proefpersonen de opdracht om pijlen naar links of rechts op een scherm te bekijken en op een knop te drukken om de richting te noteren. Sporadisch pasten de onderzoekers de luchtstroom aan zodat ademhalen aanzienlijk moeilijker werd. Een verandering in de kleur van het scherm waarschuwde de deelnemers dat ademhaling op het punt stond moeizaam te worden. De kleurverandering voorspelde echter niet altijd nauwkeurig de ademhalingsbeperking.
In alle fasen van het experiment was de insula actief, maar in verschillende mate. De gezonde vrijwilligers presteerden tijdens de studie even goed op de pijltests - zonder interferentie, wanneer de kleur van het scherm veranderde en wanneer ze moeite hadden om in te ademen. Maar de avontuurlijke racers kregen meer antwoorden correct bij het anticiperen op of ondergaan van de ademhalingsbelasting. Door de interoceptieve ervaring van deze individuen te verstoren, zijn hun prestaties zelfs verbeterd . De racers toonden ook meer hersenactivatie bij het anticiperen op de ademhalingsbeperking, maar niet tijdens het ervaren van de beperking zelf. Het was alsof de hersenen van de racers beter gebruik maakten van signalen om zichzelf voor te bereiden, waardoor ze een cognitief voordeel bereikten. Toen het uitdagende moment aanbrak - toen hun ademhaling werd moeizaam - waren hun insufficiëntie relatief rustig.
Een andere studie van Paulus 'groep, ook gepubliceerd in 2012, voegt nuance toe aan deze bevinding. De groep wilde de cognitieve flexibiliteit van topsporters onderzoeken. Deze vaardigheid wordt beschouwd als een mijlpaal van intelligentie en betekent eenvoudig schakelen tussen tegengestelde eisen. Mentale behendigheid kan echter in een moeilijke situatie dalen. Experimenten met Navy SEALs en Army Rangers onthulden dat blootstelling aan gevechtsachtige omstandigheden hun reactietijden, waakzaamheid, leren, geheugen en redeneren nadelig beïnvloedde. Ook voor atleten op Olympisch niveau is genade onder vuur een belangrijk doel.
Om cognitieve flexibiliteit in actie te observeren, vroeg Simmons 10 Navy SEAL's en 11 gezonde mannelijke burgers om een eenvoudige taak in een hersenscanner uit te voeren. Navy SEALs zijn extreem atletische individuen die zijn opgeleid om te kunnen voldoen aan hoge eisen aan hun fysieke, mentale en emotionele vermogens. De oefening omvatte het observeren van een groene of rode vorm gevolgd door een emotioneel beladen foto op een scherm. Deelnemers moesten op één knop drukken wanneer ze een cirkel zagen en op een andere wanneer ze een vierkant bekeken. Een groene vorm gaf aan dat een positief beeld (zoals een kind dat zou spelen) zou volgen; een rode vorm gaf aan dat een negatief beeld (bijvoorbeeld een vechtscène) vervolgens zou verschijnen. De onderwerpen werden vervolgens beoordeeld op hun snelheid en nauwkeurigheid bij het identificeren van de vormen.
Vergeleken met gezonde deelnemers stuurden de elite krijgers meer bloed door hun ingewanden en een paar andere regio's terwijl de kleuren van de vormen in opeenvolgende proeven verschilden. Kortom, ze waren zich meer bewust van de naderende omschakeling van positief naar negatief of vice versa en betrokken hersensystemen die betrokken zijn bij het moduleren van emotionele en interoceptieve reacties. Ze waren sneller klaar om zich voor te bereiden op een dreigende verschuiving in hun interne toestanden, waarbij ze hun hersens de tijd gaven om hun reacties te verzachten.
De studies geven tezamen aan dat mannen en vrouwen met extreme fysieke vermogens grotere insula-activering vertonen bij het anticiperen op een verandering van hun interne gevoelens, emotioneel of fysiek.
"Voor mij is dat echt enorm als je een hersengebied hebt dat op een reactie anticipeert en het lichaam daarop voorbereidt", zegt fysioloog Jon Williamson van het Southwestern Medical Center van de Universiteit van Texas. "Als een atleet een heuvel nadert en kan anticiperen op de levering van bloed aan spieren, kan hij of zij beter presteren op die heuvel."
De onderzoeken tot nu toe zijn echter klein geweest - het is niet eenvoudig om topsporters in hersenimaginglaboratoria te stoppen - dus grotere experimenten zijn nog steeds nodig om de observaties te bevestigen. Toch weerspiegelen de resultaten eerdere bevindingen over de betrokkenheid van de insula bij het verbeelden van de toekomst, of het nu gaat om het verwachten van fysieke pijn van bijvoorbeeld een bokser of het overwegen van de aankoop van een te duur item.
Voor Simmons suggereert het bewijs dat de insula niet in het heden leeft, maar in de toekomst. "We reageren op informatie uit fysiologie, cognitie, onze omgeving, " zegt Simmons. "Tegen de tijd dat we dat allemaal hebben geïntegreerd, is het verleden tijd." Het vermogen om te voorspellen kan ook averechts werken, met stoornissen zoals anorexia nervosa tot gevolg, waarbij verval in lichamelijk bewustzijn wordt gecombineerd met een bezorgdheid over hoe voedselconsumptie nu het lichaamsbeeld in de toekomst zal veranderen. "Het is de verwachting die je in de weg staat", zegt Simmons. Inderdaad, hersenscans van personen met eetstoornissen en post-traumatische stressstoornis tonen aan dat insula-activiteit afwijkt van die waargenomen bij gezonde proefpersonen, wat wijst op stoornissen op dit gebied.
Train je interoceptie
Voor aspirant-atleten of personen met insulaire disfunctie zijn er redenen om te hopen dat interoceptie trainbaar is. Een meditatietechniek genaamd mindfulness moedigt mensen aan om af te stemmen op hun huidige gedachten, emoties en lichamelijke sensaties. Deze training is afgeleid van boeddhistische leerstellingen en is bedoeld om het bewustzijn van gevoelens te vergroten, maar ook om onze reacties daarop te temperen. De OptiBrain-onderzoekers hebben voorlopige gegevens verzameld, nog niet gepubliceerd, die suggereren dat gezonde proefpersonen en militairen die mindfulnesstraining ontvingen, verbeterden in cognitieve prestaties tijdens een stressvolle situatie - gemeten met een ademhalingsbeperkende taak - en reageerden op uitdagingen met minder emotie, met de insulaire activering verandert in overeenstemming.
Ook kleinschalige onderzoeken onder atleten tonen voordeel. Dit bewustzijn van het gevoel van het moment is bijvoorbeeld aangetoond om het succes van basketbalspelers op de vrije worplijn te verbeteren. Sportpsycholoog Claudio Robazza aan de Universiteit van Chieti in Italië heeft uit de eerste hand gezien hoe mindfulness en soortgelijke technieken succesvolle atleten kunnen onderscheiden. Hij heeft zes jaar gewerkt met het Olympische schietteam van Italië, een mentaal veeleisende sport die individuen begunstigt die nog steeds hun doelen kunnen bereiken wanneer de druk het hoogst is. "Emotionele toestanden kunnen lichamelijke veranderingen, een toename van de hartslag, spierspanning en ademhaling weerspiegelen - al die dingen veroorzaken veranderingen in de prestaties en het uiteindelijke resultaat, " zegt Robazza. "Zeker moeten atleten zich bewust zijn van hun reacties."
Met tienduizenden mensen die naar beneden kijken vanuit stadionstoelen en miljoenen meer afgestemd op televisie-uitzendingen, loopt een Olympische atleet een groot risico op verstikking. De stress van het moment kan veel fysieke veranderingen veroorzaken die zelfs de meest diepgewortelde manoeuvres belemmeren. Een verhoogd bewustzijn van de conditie van het lichaam, vergemakkelijkt door de insula, kan een kampioen waarschuwen voor gespannen spieren of oppervlakkige ademhalingen voordat deze reacties de kans hebben om de prestaties te ondermijnen. De insula - waar het lichaam de hersenen ontmoet - dient als de springplank waaruit atletische schittering kan vliegen.
Deze functie is beschikbaar gesteld door Scientific American, onze contentpartner die u alles biedt wat u wilt weten over de Olympische Zomerspelen, en maakt deel uit van het rapport Winning in the Olympics.
