Nei primi due articoli (clicca qui) (e qui), abbiamo parlato di neuroscienze, e dell’importanza che esse rivestono nello sport.

In questo terzo articolo, Michele Di Ponzio proseguirà il viaggio dedicato alle relazioni tra neuroscienze e sport parlandoci del cervello dell’atleta.

Come fanno gli atleti a controllare i loro movimenti? In che modo il funzionamento del cervello degli atleti differisce da quello dei non atleti? Quanto tempo devono allenarsi i non atleti per ottenere il cervello di un atleta?

Eccellere nello sport: il ruolo delle neuroscienze 

Eccellere nello sport richiede complesse e simultanee attività neurali. Tra queste abbiamo la percezione, la discriminazione degli stimoli, la presa di decisione, la multidimensionalità, la preparazione motoria e l’esecuzione motoria.

Inoltre, lo stato attentivo gioca un ruolo importante nel produrre comportamenti accurati dal punto di vista temporale e spaziale. Il rapido passaggio dall’attenzione ampia a quella selettiva costituisce un importante contributo al successo delle prestazioni.

L’approccio delle neuroscienze per rispondere alle domande su quali siano le precise caratteristiche del cervello di un atleta abbia prevede la misurazione delle attività cerebrali degli atleti. Queste verranno confrontate con i risultati ottenuti dai non atleti (novizi). Infatti, le attività sportive sono fortemente legate a molte caratteristiche neurofisiologiche.

Lo studio delle neuroscienze: i processi neurali alla base della performance

Gli atleti d’élite possiedono diverse caratteristiche peculiari. Tra queste, maggiore velocità, forza, resistenza, coordinazione, precisione, consistenza, automaticità ed efficienza rispetto agli atleti meno abili. Di studiarle nel profondo si occupano le neuroscienze.

A seconda dei requisiti dello sport, queste abilità sono alla base delle prestazioni superiori delle élite. Insieme alle componenti muscolari e cardiovascolari, l’elaborazione neurale differenziata e specializzata contribuisce alle loro eccezionali capacità.

Quattro processi neurali possono migliorare le prestazioni degli atleti:

1. L’efficienza neurale.
2. L’espansione corticale.
3. L’elaborazione specializzata.
4. I modelli interni.

Efficienza neurale

Molti studi in ambito delle neuroscienze hanno evidenziato un‘attività cerebrale più diffusa. Questa indica una minore efficienza neurale, nei principianti rispetto agli atleti esperti. Ciò significa un minore utilizzo dei processi di controllo esecutivo, che possono ridurre l’efficienza. Inoltre, questo potrebbe riflettere l’incapacità di filtrare informazioni inappropriate. Gli esperti, invece, presentano un‘”efficienza neurale” maggiore. Essa è di fatto una tendenza ad un’attivazione neurale più discreta, a seguito di un maggior controllo del gesto motorio.

Il passaggio da un’elaborazione a controllo esecutivo a una più automatizzata può essere considerato un modo per migliorare l’efficienza neurale. Tuttavia, un altro modo è quello di ridurre il dispendio energetico. L’energia può essere risparmiata riducendo l’attività della corteccia sensoriale e motoria in risposta a stimoli familiari o a parametri o richieste di movimento.

Questa forma di efficienza neurale a risparmio energetico può consentire una maggiore riproducibilità con un minore sforzo. Inoltre espande la capacità di controllo necessaria per produrre un’ampia varietà di movimenti.

Musica e neuroscienze: un paragone

Proprio come i musicisti professionisti, i calciatori professionisti possono avere un’espansione della materia grigia nell’area motoria.

Un calciatore professionista come Messi potrebbe reclutare solo una porzione limitata delle sue reti neuronali motorio-corticali per controllare semplici movimenti del piede.

Questo lascia notevoli risorse nelle reti neurali rimanenti, che possono essere assegnate al controllo di movimenti elaborati del piede. Studiare questi elementi è fondamentale per chi si occupa di neuroscienze applicate allo sport.

L’espansione corticale

L’espansione corticale si riferisce a un’area di corteccia progressivamente più ampia che viene utilizzata per la rappresentazione topografica come risultato dell’allenamento delle abilità motorie  e/o di discriminazione sensoriale.

Alcuni studi hanno cercato differenze strutturali e fisiologiche tra atleti principianti ed esperti. Gli atleti d’élite di sport con racchetta mostrano asimmetrie nelle mappe motorie della mano dominante e di quella non dominante. Allo stesso modo si riscontrano differenze nell’intensità necessaria per attivare motoriamente l’area specifica.

È interessante notare che i muscoli di tennisti esperti mostrano un’aumentata facilitazione corticospinale durante l’immaginazione del tennis. Questo non avviene tuttavia per altri sport, come golf o tennis da tavolo.

Interazione compito-specifica nelle neuroscienze

Questo dimostra un’interazione compito-specifica, indotta dalla pratica, e un’interazione tra gerarchie di rappresentazione. L’immaginazione (un processo cognitivo che coinvolge aree diverse dalla corteccia motoria primaria) può portare a un potenziamento della corteccia motoria primaria. Questa è coinvolta direttamente nell’esecuzione.

I giocatori di golf esperti, ad esempio, mostrano un’attivazione maggiore nella corteccia parietale superiore, nella corteccia premotoria dorsale premotoria e nei lobi occipitali rispetto ai novizi. Quindi, come evidenziato dagli studi sulle neuroscienze, gli atleti esperti e principianti usano il cervello in modo diverso.

La specializzazione e i modelli interni

Gli atleti professionisti avevano un’attività significativamente maggiore in due regioni cerebrali: l’area motoria supplementare (SMA) e il cervelletto. Si ritiene che la SMA medi la pianificazione e l’integrazione nell’esecuzione di compiti motori complessi. La SMA potrebbe facilitare la pianificazione del movimento.

In parte, l’elaborazione nella SMA può spiegare perché gli atleti e gli artisti di alto livello non richiedono l’uso estensivo delle regioni frontali come i principianti.

Una maggior attivazione in un’altra area corticale si collegavano i processi che regolano l’automonitoraggio dello stato interno.

Gli studi nelle neuroscienze

In uno studio, i partecipanti dovevano premere un pulsante per avviare la presentazione di uno stimolo visivo quando sentivano che il loro focus attenzionale era ottimale. In questo compito, l’attivazione cerebrale era più specifica negli esperti.

Che questi processi migliorino con l’esperienza negli atleti d’élite può in parte spiegare le loro straordinarie capacità. L’elaborazione specializzata nel cervelletto può consentire agli atleti d’élite prestazioni migliori e un’elaborazione più efficienti rispetto ai principianti. Ciò rende molti dei processi di pianificazione e controllo automatizzati.

I modelli interni simulano le caratteristiche di input e output del sistema di controllo in questione. Nel caso del tiro con l’arco, un modello interno simulerebbe la dinamica dell’arco, tra cui la tensione, l’angolo di mira e la distanza dal bersaglio. L’apprendimento per error-feedback che si basa su un feedback sull’esito del gesto motorio si può utilizzare per addestrare il modello interno.

I processi decisionali e l’anticipazione

Il processo decisionale motorio opera a diversi livelli. Un determinato comportamento deve integrare le decisioni in una gerarchia di rappresentazioni neurali e di tipi di segnali di controllo. Tutte le decisioni riflettono un compromesso tra costi e ricompense. Per cui, è possibile che principi di rinforzo simili operino su errori di previsione di ricompensa multipli. Essi vengono codificati in variabili che sono appropriate al loro livello nella gerarchia decisionale.

Le aree della corteccia frontale mediale e dei gangli della base sembrano valutare sia la ricompensa sia i costi dello sforzo. Inoltre, possono discriminare tra potenziali azioni in conflitto per scegliere l’azione più adeguata in un determinato contesto.

Queste aree supervisionano di conseguenza le aree che controllano il movimento. Gli atleti abili hanno probabilmente allenato i loro circuiti decisionali a fare scelte più rapide e migliori. Ciò avviene in modo analogo a quanto le neuroscienze hanno confermato per la corteccia motoria primaria.

Una lotta contro il tempo

Inoltre, molti sport sono praticati in condizioni di estrema pressione temporale. Una caratteristica chiave che contraddistingue le prestazioni degli esperti è capacità di reagire agli eventi specifici dello sport e prendere una decisione con un tempo a disposizione limitato.

Questa capacità si manifesta spesso in scenari che richiedono scelte complesse. Ad esempio, la scelta del passaggio giusto in uno sport di squadra. In sostanza, l’esperto è in grado di anticipare lo svolgimento di uno scenario sportivo sulla base di una comprensione dettagliata delle probabilità della situazione.

Una stima, ad esempio di dove rimbalzerà una pallina da tenni colpita da un avversario, è ottimale se le aspettative probabilistiche sono combinate con le prove sensoriali disponibili.

Come vengono utilizzate le informazioni rilevanti dagli esperti per facilitare la loro prestazioni?

La raccolta anticipata di informazioni si collega a strutture di memoria altamente sviluppate specifiche per il dominio. Per interpretare e rispondere a uno scenario, l’atleta deve innanzitutto classificarlo in uno scenario riconoscibile. Questo può essere ottenuto sviluppando un’ampia memoria a lungo termine con un accesso rapido e flessibile.

Una parte del vantaggio dell’esperto nell’interpretare gli scenari specifici per lo sport derivi dalla loro maggiore capacità di generare le stesse azioni che devono anticipare. I giocatori di pallacanestro esperti sono in grado di giudicare l’esito di un tiro a canestro meglio di spettatori professionisti o spettatori professionisti o novizi. Ciò avviene basandosi solo sulla cinematica dell’azione di lancio prima del rilascio della palla.

Una conclusione importante da trarre è che gli esperti possiedono un sistema adattivo in grado di anticipare le conseguenze sensoriali dei comandi motori. Ciò sembra avere un’analogia diretta nella capacità di prevedere le conseguenze del getto della palla dalla cinematica del segmento corporeo.

Implicazioni per l’allenamento

Come abbiamo visto, gli atleti d’élite mostrano non solo una maggiore precisione nell’esecuzione. Inoltre posseggono prestazioni superiori a livello di percezione, anticipazione e decisione.

Queste prestazioni superiori sono specifiche per il compito. Esse dipendono da un’ampia pratica e, in una certa misura, da differenze interindividuali. Tuttavia, conoscendo quali sono le caratteristiche neurali che permettono a un’atleta di eccellere, è possibile definire alcuni concetti utili ai fini dell’allenamento. Il compito delle neuroscienze è quindi anche tentare di replicare quel modello di efficienza neurale.

Il concetto di specificità per le neuroscienze

Le prime implicazioni che possiamo trarre riguardano le caratteristiche di specificità, adattamento e presa di decisione dell’atleta d’élite. L’allenamento deve essere specifico e un gesto motorio deve essere ripetuto molteplici volte affinché sia possibile col tempo compierlo con un sempre minor costo energetico e minor reclutamento neuronale.

Tuttavia, questo non può avvenire nelle stesse condizioni e negli stessi contesti. È fondamentale che questo non avvenga sempre con le stesse condizioni temporali, spaziali e di complessità. Una conseguenza di un allenamento ripetitivo sarebbe la cristallizzazione del gesto. Ciò comporta l’incapacità di adattarlo alle varie situazioni di gioco.

Questo è un errore comunemente ritrovabile. L’atleta di élite è invece in grado di adattare sempre il gesto alla situazione e ha in vista sempre il risultato motorio finale. È importante insegnare varie strategie per il raggiungimento di uno stesso obiettivo. In tal modo si favorisce questo processo di adattamento.

La complessità crescente

Inoltre, come dimostrato dalle neuroscienze, la complessità del gesto deve essere sempre crescente. È importante lavorare su situazioni aperte, in cui l’atleta deve pensare per poter decidere cosa fare. La ripetizione di queste situazioni porterà nel tempo a una maggiore efficienza neurale. Inoltre, ci vorrà minor tempo per la presa di decisione. Questa diverrà infine automatica e non richiederà più il coinvolgimento di funzioni esecutive consce.

Un’ulteriore implicazione degli studi riportati sottolinea l’importanza del neuropotenzionamento per il raggiungimento di prestazioni sportivo d’eccellenza.

Conoscere quale è il profilo di eccellenza di sportivi d’élite ci permette di sviluppare protocolli specifici di neurofeedback che possano agire sulla plasticità cerebrale nelle aree maggiormente importanti, migliorandone il funzionamento e rendendolo più simile a quello di atleti di alto livello. In tal modo si migliora la performance sportiva.

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