靠大腦來刷新世界紀(jì)錄？
2014年的德國(guó)柏林馬拉松賽中，肯尼亞選手丹尼斯·金梅托創(chuàng)造了一個(gè)新的世界紀(jì)錄2小時(shí)2分57秒，比之前最好的成績(jī)快了26秒。這是一項(xiàng)非凡的成就，特別是對(duì)從2010年才開始訓(xùn)練的人來說。
現(xiàn)在，馬拉松世界紀(jì)錄僅比2小時(shí)多出3分鐘左右，人們不禁會(huì)想，人類接下來是否能夠突破177秒的差距，使得紀(jì)錄進(jìn)入2小時(shí)內(nèi)？這也成為了馬拉松參賽者們的一大目標(biāo)和面臨的最大挑戰(zhàn)。
突破極限靠什么？
如果想要突破極限，體育科學(xué)家將會(huì)列出以下幾個(gè)熟悉的條件：平坦的跑道、完美的天氣溫度、高攝氧能力、完美的跑步效率和一流的心臟調(diào)節(jié)能力……
隨著運(yùn)動(dòng)界的耐力紀(jì)錄不斷被刷新，科學(xué)家們也開始關(guān)注人類耐力極限，并把重點(diǎn)放在生理環(huán)境上，也就是身體的屬性上。
在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)中，疲勞是指肌肉已經(jīng)無力來維持身體所需的力量，通常被視為人體的“機(jī)械故障”。當(dāng)你達(dá)到了極限時(shí)，向肌肉供養(yǎng)氧的能力會(huì)受限，乳酸在血液積累，你會(huì)覺得四肢酸痛，接著你會(huì)慢下來或者放棄。也可以這么說，你將肌肉中的糖原儲(chǔ)備消耗殆盡，這意味著你已經(jīng)不能創(chuàng)造足夠的能量來運(yùn)行。
在過去的幾十年里，科學(xué)家還逐漸認(rèn)識(shí)到，耐力限制是由耳朵之間的灰色腫塊（腦灰質(zhì)）決定的，而且影響程度比以往想象的更深，人體感覺疲勞后，大腦會(huì)調(diào)節(jié)將速度減緩，或者因不能長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持而逐漸放棄比賽。
美國(guó)生理學(xué)家邁克·喬伊納考慮了人類在馬拉松耐久能力中所有的身體屬性，并計(jì)算出人類馬拉松的極限紀(jì)錄為1小時(shí)57分58秒，這個(gè)數(shù)值比今天的世界紀(jì)錄還要快5分鐘。想要打破世界紀(jì)錄，縮小與極限時(shí)間差距的運(yùn)動(dòng)員，還是要集中于提高這些身體屬性的能力上。
大腦在耐力極限中的角色
在金梅托刷新馬拉松紀(jì)錄的一年后，就有運(yùn)動(dòng)專家制定了一個(gè)雄心勃勃的計(jì)劃，準(zhǔn)備在未來5年里打破馬拉松比賽2小時(shí)這個(gè)極限。鑒于在過去十年中馬拉松紀(jì)錄僅僅快了3分鐘，因此這個(gè)計(jì)劃是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)和野心的計(jì)劃。
能否實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，關(guān)鍵在于運(yùn)動(dòng)員大腦的調(diào)節(jié)能力。
1990年代末就曾有研究者提出，大腦有潛意識(shí)的安全裝置，相當(dāng)于防止器官損害的杠桿。這種自我保護(hù)機(jī)制，被稱為“中央統(tǒng)治者”。
這似乎能解釋，在炎熱天氣下跑步的運(yùn)動(dòng)員，為什么往往在開始時(shí)會(huì)比在較冷天氣下跑得慢些：如果大腦的潛意識(shí)察覺到威脅，它會(huì)減緩你的速度，以防身體的核心溫度上升到危險(xiǎn)的水平。也許這類自我保護(hù)裝置是人類運(yùn)動(dòng)員沒辦法突破2小時(shí)極限的原因。
而且，大腦一旦意識(shí)到身體的力量達(dá)到極限，就會(huì)有意識(shí)地選擇停止運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)于運(yùn)動(dòng)員大腦意識(shí)的訓(xùn)練也是突破運(yùn)動(dòng)極限的必然要求。
控制大腦，突破極限
為此，英國(guó)肯特大學(xué)的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)家薩穆埃爾·馬哥拉招募了10名橄欖球隊(duì)員來進(jìn)行“筋疲力盡實(shí)驗(yàn)”。橄欖球隊(duì)員要踩踏自行車，并且是在一個(gè)固定功率基礎(chǔ)上——比如基于最大攝氧能力的90%，平均功率為242瓦——直到他們快不能再堅(jiān)持下去，然后，當(dāng)橄欖球隊(duì)員們快要放棄時(shí)，研究人員就要求他們必須盡最大可能的努力，再堅(jiān)持5秒鐘。而后他們輸出的平均功率竟然可達(dá)731瓦，這個(gè)數(shù)值明顯超過了之前的平均功率。
馬哥拉表示，雖然橄欖球球員遭受了糖原耗竭和乳酸的折磨，然而這種生理效應(yīng)并沒有直接停止他們的肌肉工作，而是大腦意識(shí)到自己的生理達(dá)到極限而命令身體停止運(yùn)動(dòng)。如果大腦再堅(jiān)持一會(huì)兒，我們就會(huì)突破一個(gè)極限。
馬哥拉根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出一種新的突破極限方法：“大腦耐力訓(xùn)練”方法。2015年，他邀請(qǐng)35名英國(guó)士兵參加一個(gè)60分鐘的循環(huán)試驗(yàn)，在這期間他將測(cè)量受試者的生理狀況。
他將受試者分成2組，所有人每周都要鍛煉3次室內(nèi)自行車，堅(jiān)持12周，但其中一組需要進(jìn)行一種大腦精神訓(xùn)練的任務(wù)——在他們蹬自行車的同時(shí)，要從屏幕上挑選字母組合這樣的腦訓(xùn)練。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組筋疲力盡的時(shí)間比訓(xùn)練前延遲了42%，而腦訓(xùn)練組則延遲了126%，腦訓(xùn)練組甚至覺得這種超強(qiáng)力度的鍛煉也變得不太痛苦了。這就意味著，大腦的訓(xùn)練也能提高運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)。
欺騙大腦，獲得體力
馬哥拉的結(jié)論在耐力研究界引起了轟動(dòng)，但他并不是唯一一個(gè)相信操縱大腦可以提升身體性能的人。
2011年，澳大利亞堪培拉大學(xué)的研究人員凱文·湯普森帶領(lǐng)一群騎自行車的人，進(jìn)行了4千米的“個(gè)人最佳成績(jī)訓(xùn)練”。
實(shí)驗(yàn)中，車手跟屏幕上的頭像進(jìn)行比賽，頭像的速度是車手所認(rèn)為自己的最佳速度，而實(shí)際上頭像的速度比最佳速度快了2%。在這樣的條件下，車手能以與屏幕上一致的速度保持比賽，該速度比以往任何時(shí)候都要快。但是，當(dāng)頭像速度被設(shè)置高出5%，車手就不能應(yīng)對(duì)了。這表明我們身體的能量?jī)?chǔ)備約在2到5個(gè)百分點(diǎn)之間。
因此，研究人員認(rèn)為我們可以欺騙大腦。有趣的是，即使車手知道自己被騙，這個(gè)方法似乎也有效。
比如在2014年另一項(xiàng)研究中，當(dāng)研究人員告訴運(yùn)動(dòng)員們，他們被欺騙了，并要求他們與頭像再進(jìn)行一次比賽，他們?nèi)匀荒鼙葌€(gè)人最好成績(jī)快2%。
不過湯普森的欺騙技術(shù)可能只有在實(shí)驗(yàn)室里才能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于能否欺騙頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員，目前還不確定。畢竟，他們是運(yùn)動(dòng)精英，已經(jīng)訓(xùn)練了他們的頭腦，挖掘了身體的能量?jī)?chǔ)備，與我們大多數(shù)人不同。
電擊大腦會(huì)如何？
此外，世界上一些領(lǐng)先的優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)隊(duì)已開始試驗(yàn)一種更直接的方式：使用電流電擊大腦。
例如，2011年美國(guó)紐約市威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院和馬里布佩波戴恩大學(xué)的科學(xué)家，利用弱電流刺激運(yùn)動(dòng)員的大腦，以此觀察運(yùn)動(dòng)員的反應(yīng)。首先，他們測(cè)量了自行車手蹬車疲憊時(shí)的腦電活動(dòng)。當(dāng)車手疲累時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)皮層與島葉皮層之間的溝通強(qiáng)度會(huì)持續(xù)增加，而運(yùn)動(dòng)皮層是控制運(yùn)動(dòng)，島葉皮層則是處理從肌肉和身體的其他部位而來的信號(hào)的大腦組織。結(jié)果表明島葉皮層響應(yīng)了痛苦的信號(hào)，然后派出指令給運(yùn)動(dòng)皮層，讓它休息。
基于此，研究人員測(cè)量了自行車手被弱電流刺激島葉皮質(zhì)10分鐘的情況。相比于正常情況，運(yùn)動(dòng)員感知力量的水平變低，產(chǎn)生的能量多出了4%。
那么，腦刺激真的能夠幫助優(yōu)秀馬拉松選手節(jié)約177秒，打破2小時(shí)的極限紀(jì)錄嗎？
研究人員認(rèn)為非常有可能，通過弱電流刺激操縱大腦，在合適的條件下，合適的運(yùn)動(dòng)員身上可能會(huì)提高耐力。而該研究方向有望帶來新的方法，挖掘人體內(nèi)隱藏的能源儲(chǔ)量。最終，使大腦提高人類身體耐力，打破紀(jì)錄。
本文源自大科技*科學(xué)之謎2016年第6期雜志、歡迎廣大讀者關(guān)注我們大科技的微信號(hào)：hdkj1997
