Il cervelletto ci aiuta a “conoscere senza saperlo” nello sport e nella vita

Una nuova ricerca identifica come il cervelletto assicura che la pratica renda perfetta.

“Pattina dove sta andando il disco, non dove è stato. Un buon giocatore di hockey suona dove si trova il disco; un grande giocatore di hockey suona dove sarà il disco. “-Wayne Gretzky

La leggenda dell’hockey su ghiaccio Wayne Gretzky è accreditata nel dire l’adagio abusato, “Skate to where the puck sta per essere”, che è stato interpretato letteralmente e figurativamente da innumerevoli allenatori atletici e imprenditori nel corso degli anni. Ad esempio, alla vigilia della presentazione dell’iPhone che cambierà il gioco nel 2007, Steve Jobs ha dichiarato: “C’è una vecchia citazione di Wayne Gretzky che adoro. ‘Pattino fino a dove sarà il disco, non dove è stato.’ E abbiamo sempre cercato di farlo in Apple. Fin dall’inizio, molto. E lo faremo sempre. ”

Fonte: Pexel / Creative Commons

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Le meccaniche cerebrali e le abilità motorie necessarie per “pattinare sul posto dove il disco sta andando” automaticamente nel mondo dello sport professionistico sono molto simili alle abilità motorie del mondo reale necessarie per fare cose quotidiane come andare in bicicletta al lavoro o guidare la macchina al supermercato. Alcuni esempi esotici di abilità motorie simili potrebbero includere la navigazione in un risciò attraverso il centro di Tokyo nel traffico dell’ora di punta o le precise abilità motorie che si possono osservare in un pub pieno di fumo dove un Jedi Master di dardi che lancia con il fuoco laser colpisce il bullseye interno di across la stanza ogni volta.

Con la pratica, la maggior parte delle persone può acquisire la conoscenza intellettuale “esplicita” dell’apprendimento su come colpire un obiettivo bullseye statico o in movimento in varie condizioni, nonché la conoscenza intuitiva “implicita” su come eseguire automaticamente le abilità motorie e senza pensare troppo.

In generale, il controllo motorio esplicito comprende i movimenti che potresti descrivere o imparare a svolgere utilizzando il linguaggio dichiarativo e il controllo implicito del motore coinvolge movimenti ben coordinati che puoi solo imparare a eseguire con fluidità e precisione dopo un sacco di pratica, pratica, pratica.

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Da una prospettiva metacognitiva delle abilità motorie utilizzate per digitare questo post sul blog: Molti utenti di battitura a macchina possono digitare oltre cento parole al minuto senza guardare giù la loro tastiera QWERTY. Ma sorprendentemente, la maggior parte dei dattilografi esperti non ha memoria esplicita o dichiarativa di dove tutti i tasti delle lettere sono fisicamente posizionati sulla tastiera. Tuttavia, una volta che qualcuno con anni di esperienza di battitura a macchina posiziona ogni indice sulle creste braille che definiscono le chiavi di casa di “F” e “J” – lui o lei può raggiungere velocità di digitazione rapidissime senza sforzo.

Poiché ho imparato le abilità motorie implicite ed esplicite richieste per la tipizzazione al tocco nelle scuole superiori, sto rapidamente trascrivendo questo paragrafo del flusso di coscienza nell’oscurità prima dell’alba senza guardare le chiavi. Proprio come la volpe rossa veloce salta sopra il pigro cane marrone, oi pattini da hockey di Wayne Gretzky sul ghiaccio, le mie dita possono scivolare sulla tastiera e colpire accuratamente ogni lettera dell’alfabeto per completare intere frasi e pensieri più velocemente di quanto la mia mente possa elaborare pienamente compito a portata di mano.

Cervelletto (in latino per “piccolo cervello”) in rosso.

Fonte: Database delle scienze della vita / Wikipedia Commons

Dal punto di vista delle neuroscienze, ci si potrebbe chiedere: che cosa fanno tutte queste abilità motorie che coinvolgono sia gli aspetti espliciti del “sapere” esattamente ciò che si desidera che i muscoli facciano e un sesto senso più intuitivo del “conoscere-senza-sapere” dove e come hai bisogno di spostare parti del tuo corpo hanno in comune? L’apprendimento motorio basato sul cervelletto è la risposta.

Per la prima volta, gli scienziati in Giappone hanno identificato che i movimenti umani che toccano la mano si basano su due tipi di apprendimento motorio: (1) acquisizione del controllo motorio esplicito e (2) acquisizione del controllo motorio implicito; entrambi i quali credono si basano sulla funzione del cervelletto. I risultati di questo articolo, “Tandem Internal Models Execute Motor Learning in the Cerebellum”, sono stati recentemente pubblicati in Proceedings of the National Academy of Sciences .

Fonte: Pixabay / Creative Commons

Per oltre tre decenni, c’è stato un dibattito in corso tra i neuroscienziati su come i modelli interni di acquisizione di apprendimento motorio funzionino nel cervello. Una scuola di pensiero era che un preciso controllo motorio nella nostra vita quotidiana e nello sport dipende da un modello interno di “imparare a muoversi” (cioè il calcolo di una destinazione specifica per ogni dato comando motorio). L’altra scuola di pensiero era che padroneggiare i tempi esatti della coordinazione motoria fine-accordata e dell’esecuzione precisa del motore si basava più su “imparare a muoversi” (cioè il calcolo di un comando motore specifico necessario per colpire un bersaglio a bersaglio).

A seconda della propria scuola di pensiero, gli esperti sostengono che il cervello ha usato l’ uno o l’altro modello interno. È interessante notare che i ricercatori del Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science che hanno condotto questa recente ricerca sul cervelletto hanno identificato che entrambi i modelli interni sembrano essere necessari per eseguire movimenti precisi, e sia l’apprendimento motorio implicito che esplicito sembrano coinvolgere il cervelletto.

Come spiegano gli autori, “Nel compiere movimenti abili, gli umani usano le predizioni da modelli interni formati dall’apprendimento della ripetizione. Tuttavia, l’organizzazione computazionale dei modelli interni nel cervello rimane sconosciuta. Qui, dimostriamo che un’architettura computazionale che utilizza una configurazione tandem di modelli interni inversi e inversi consente un apprendimento motorio efficiente nel cervelletto. Il modello prevedeva adattamenti all’apprendimento osservati in esperimenti mano-mano negli esseri umani che indossavano una lente prismatica e spiegava le componenti cinetiche di questi adattamenti comportamentali. Il sistema tandem ha anche predetto una forma di apprendimento motorio subliminale che è stato validato sperimentalmente dopo aver addestrato missioni intenzionali di bersagli a mano “.

Quando i soggetti portavano gli occhiali da prisma, toccavano a destra rispetto agli obiettivi. Tuttavia, dopo movimenti ripetitivi della mano, hanno imparato a spostarsi dall’errore tra il punto di contatto e il punto del bersaglio. Di conseguenza, hanno toccato esplicitamente gli obiettivi. Nota che non potevano toccare implicitamente gli obiettivi in ​​questa fase. Dopo ripetute ed esplicite esecuzioni di movimenti corretti, toccano implicitamente gli obiettivi senza pensarci.

Fonte: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science

Per questo esperimento, l’autore principale Takeru Honda e i coautori hanno fatto ripetutamente compiere ai soggetti umani un movimento a mano con il dito indice per colpire un bersaglio su un touchscreen nel bullseye. Dopo aver imparato questa abilità, ai partecipanti è stato chiesto di indossare un paio di “occhiali da prisma” che distorcono la loro visione di alcuni gradi verso destra e hanno indotto gli occhi a pensare che il bersaglio fosse da qualche parte che non lo fosse (come un hockey in rapido movimento disco). All’inizio, tutti hanno mancato l’obiettivo, come previsto. Ma dopo circa 10 tentativi, le persone hanno capito come le “lenti a prisma” hanno spostato la loro visione e sono state in grado di compensare in modi che permettevano loro di colpire il bersaglio precisamente nel bersaglio senza fare errori e “senza pensare”.

Ancora una volta, ciò che rende questo studio unico è che i partecipanti si sono consapevolmente resi conto di dover apportare questi aggiustamenti usando la conoscenza esplicita, ma i cambiamenti sono anche diventati automatici attraverso l’apprendimento implicito subliminale del motore. Questi risultati suggeriscono che l’apprendimento “dove muoversi” è necessario per l’esecuzione esplicita di movimenti precisi mentre l’apprendimento “come muoversi” è necessario per l’esecuzione implicita di movimenti impeccabili.

In particolare, i ricercatori hanno scoperto che le persone con danni al cervelletto presentavano deficit in entrambi i tipi di apprendimento motorio implicito ed esplicito. In una dichiarazione, gli autori hanno affermato: “In effetti, abbiamo riscontrato entrambi i tipi di deficit nei pazienti cerebellari valutandoli mediante gli indici clinici che abbiamo sviluppato. Pertanto, le applicazioni di questo risultato possono aiutare a sviluppare test clinici per valutare le capacità di apprendimento di diversi tipi di pazienti cerebellari. Il test aiuterà a misurare gli effetti di varie riabilitazioni o nuove terapie per l’atassia cerebellare. Nel campo dello sport, i risultati attuali aiuteranno anche a sviluppare metodi efficaci di allenamento per i migliori atleti “.

The Universal Cerebellar Transform (UCT) Theory and Dysmetria of Thought

Un altro studio recente sul cervelletto e su entrambe le funzioni di controllo motorio e non motorio di Xavier Guell, Jeremy Schmahmann e John Gabrieli del McGovern Institute for Brain Research del MIT e della Harvard Medical School è stato pubblicato online il 23 settembre come prestampa. Questo articolo, “La specializzazione funzionale è indipendente dalla variazione microstrutturale nel cervelletto ma non nella corteccia cerebrale”, fa avanzare un’ipotesi che la specializzazione funzionale cerebellare non è determinata dalla microstruttura e che le funzioni cerebellari possono essere computazionalmente costanti tra i domini.

Guell et al. riassumendo la loro ipotesi nello studio astratto, “Il cervello umano è inteso a seguire i principi fondamentali che collegano la forma (come microstruttura e connettività anatomica) alla funzione (processo percettivo, motorio, cognitivo, emotivo e altri). La maggior parte di questa comprensione si basa sulla conoscenza della corteccia cerebrale, in cui si ritiene che la specializzazione funzionale sia strettamente legata alla variazione microstrutturale e alla connettività anatomica. La teoria della Universal Cerebellar Transform (UCT) ha postulato che il cervelletto ha una diversa organizzazione in funzione della forma in cui la microstruttura è uniforme e in cui la specializzazione funzionale è determinata esclusivamente dalla connettività anatomica con strutture extracerebellari. Tutte le funzioni cerebellari possono quindi essere sottomesse da un substrato microstrutturale comune e quindi computazionale. ”

Jeremy Schmahmann, direttore del Massachusetts General Hospital Ataxia Unit e ricercatore pioneristico che per primo ha identificato la sindrome cognitiva cognitiva cerebrale (CCAS) nel 1998, ha descritto il significato di questo nuovo studio su Twitter: “Prova sperimentale potente e nuova usando la risonanza magnetica cerebrale per supportare le teorie della Trasformazione universale cerebellare e dismetria del pensiero. Cioè, il cervelletto fa la stessa cosa per la cognizione e l’emozione che fa al controllo motorio perché è costruito in quel modo! ”

Riferimenti

Takeru Honda, Soichi Nagao, Yuji Hashimoto, Kinya Ishikawa, Takanori Yokota, Hidehiro Mizusawa, Masao Ito. “I modelli interni in tandem eseguono l’apprendimento motorio nel cervelletto”. Atti della National Academy of Sciences (Prima pubblicazione online: 25 giugno 2018) DOI: 10.1073 / pnas.1716489115

Xavier Guell, Jeremy D. Schmahmann, John DE Gabrieli. “La specializzazione funzionale è indipendente dalla variazione microstrutturale nel cervelletto ma non nella corteccia cerebrale”. BioRxiv (pubblicato per la prima volta online come servizio di stampa: 23 settembre 2018) DOI: 10.1101 / 424176