研究論文

 

November 29, 2018

運動選手の脳へのガイド:持久力

 
執筆者:Kane Russell
 

ランの終わりに、あなたの脳はあなたの筋肉に弱い信号を送っているので、あなたは疲れを感じます。
Halo Sportを使えば、あなたの脳は実行中ずっと強いシグナルを維持することを学びます。

ウサイン・ボルトのロケット弾薬爆発性はスプリントを大流行させました、しかし長いレースの中のボルトの同時代のものについてはどうですか - ちょうど2時間以上で26マイルのマラソンを走らせることができるアスリート?これは1マイルあたり5分足らずです - これまでで最速のシングルマイルが4分弱で走ったことを考えると、驚くべき妙技です。

これはどのように人間的に可能ですか?1日に7、10、さらには12マイルを走ることはもちろん重要ですが、ほとんどのアスリートは持久力の発達が 脳によって大きく左右されることに気づいていません - あなたはそれを推測しました - 。

持久力の古典理論

持久力の理論は伝統的に心血管、呼吸器、代謝、そして筋肉のメカニズムに焦点を当てています。すなわち、持久力は通常、肺換気、心拍出量、および乳酸閾値などの生理学的特性の要因と見なされている。

もちろん、遺伝学および環境はこれらの生理学的特性がどのように発達するかに大きな役割を果たしています。例えば、ケニア人とエチオピア人は中長距離オリンピックのイベントを支配するようになりました、そして最速のマラソンはケニアのDennis Kimettoによって2:02:57に行われました。

理由?ケニア人とエチオピア人は持久力のライフスタイルに有利な適応を提供する遺伝学のユニークなブレンドを持っています。遺伝学を超えて、ケニア人とエチオピア人もまた幼い頃から広範囲に走って歩いているので、彼らの体は持久力のために非常に条件が整ったようになります。また、彼らは通常、そのようなケニアのアバーディア範囲のような場所では、高高度で訓練し、Ethiopia.Theアバーディア範囲のエチオピア高原は11480フィートの平均標高を持ち、そしてエチオピア高原は、最大14928フィートの高さに到達することができます。

米国オリンピック委員会のアスリート・パフォーマンス・ラボラトリーの調査によると、この独自の自然と育成の融合により、最高酸素摂取量が多く、ヘモグロビン濃度が高いなど、高所環境での生存を可能にする適応特性が生まれました。骨格筋線維組成が良好である。

Dennis Kimettoはマラソンの世界記録を保持しています。(2:02:57)

環境と遺伝学はアスリートの持久力プロファイルを大きく左右しますが、持久力スポーツで成功するための真の鍵はトレーニングです。たとえば、30歳のポートランド、または14歳以上のために疲れを知らずに持久力トレーニングを練習し、史上初のマラソンで2:11:11のマラソンで2016年のアメリカンオリンピックのトライアルを勝ち取ったGalen Ruppを連れて行ってください。

RuppはKimettoのようなランナーの遺伝的構造や環境的背景を持っていませんが(彼は同じ遺伝的多型のいくつかを共有することは可能ですが)、彼は長年の集中持久力トレーニングを通して非常に競争力のあるレベルの持久力を開発することができます。 RuppとKimettoの両方が競争力のある持久力アスリートであるという事実は、持久力が完全に遺伝学または環境によって引き起こされる好ましい身体的特徴によるものであるという可能性を否定します。それが、持久力に関する純粋に物理的な理解が不完全な理由です。RuppとKimettoの両方がトレーニングする能力を持っているというもっと基本的なことがあります。それは、脳です。

脳はすべてのバックグラウンドのエリート持久力アスリートを横断する重要な共通点である、それですべてのアスリートはこの魅惑的な器官を訓練することから等しく恩恵を受けることができる。


持久力における脳の役割

多くのアスリートは、脳が持久力に大きな役割を果たすことに気付いていません。しかしながら、科学者たちは、脳が疲労と運動耐性に役割を果たすことを長い間知っていました。1890年には早くも、イタリアの科学者Angelo Mossoが 、認知活動が疲労に及ぼす影響に関する予備的な証拠を提供する本を出版しました。Mossoによると、彼の仲間の生理学教授のうちの2人は一連の講義と口頭試験を学生に与えた後に減少した筋肉持久力を経験しました。

最近になって、Journal of Applied Physiologyに発表された2009年の研究は、認知疲労が運動能力を制限することを発見しました- 疲労までのサイクリングタスクの前に重い認知タスクを実行した個人は平均640秒間しか巡回できませんでした認知タスクを実行しないことは、平均754秒間サイクルすることができた。

※自転車に乗る前に認知課題を行うことが持久力を減らすことが研究によって示されています

持久力におけるその役割にもかかわらず、持久力トレーニングで見過ごされてきたのは、主に持久力が心拍数、一回拍出量、酸素輸送などの生理的変化によって測定されるためです。コーチは通常これらの資質を最適化するためにトレーニングの心血管と呼吸の要素に焦点を合わせます。しかし、運動耐性における脳の重要な役割のために、脳のより慎重なそして集中的なトレーニングが持久力運動選手が全く新しいレベルに長距離スポーツをすることを可能にすることができることは理にかなっています。

持久力に関する脳トレーニングの秘密を解き明かすために、最初に疲労を調節する神経学的メカニズムについて理解を深めましょう。

2種類の疲労が耐久性に影響を与える

MosbyのMedical Dictionaryによると、運動の持久力は「疲労の発症前に追加の数の筋肉収縮を行う努力のように、身体的または心理的ストレスが増しても活動を継続する能力」と定義されています。

一言で言えば、この定義は、持久力は本質的に疲労を軽減する能力であると述べています。

疲労には、末梢性と中枢性の 2つの異なるタイプがあります。末梢性疲労は、伝統的な持久力トレーニングを通じて目標とされる種類の疲労です。中枢性疲労は陸上競技ではほとんど認識されていませんが、運動選手は古典的な持久力トレーニング中にそれを認識することなく自然に中枢性疲労に対処します。どちらのタイプの疲労も筋肉の能力の低下をもたらしますが、それらは異なるメカニズムをたどります。

持久力は、脳の中枢性疲労と筋肉の末梢性疲労によって制限されます。
出典:http : //journal.frontiersin.org/article/10.3389/fphys.2014.00514/full

末梢性疲労は、筋肉群の運動能力の一時的な低下として定義されます。これは、肺換気の低下、代謝産物の枯渇、心拍出量の低下など、さまざまな要因によって引き起こされます。それを文脈に入れると、末梢疲労はランナーが長距離走の終わりに息を切らして息を切らし始める原因となり、そして丘の頂上でサイクリストによって感じられる「やけど」に責任がある。

末梢性疲労とは異なり、中枢性疲労は皮質内興奮性の変化を伴い、これが運動皮質から筋肉への神経駆動を低下させる。言い換えれば、トレーニングが長ければ長いほど、脳から筋肉への信号は弱くなります。ドイツのゲッティンゲン大学のTergauらによって完成された2000年の研究は、徹底的な運動におけるその役割が確認され、徹底的な課題の間に完了したプルアップの数は興奮性脳活動の減少と強く相関している。

興奮と抑制

興奮性脳活動の減少が中枢性疲労の神経機構である場合、興奮性脳活動の維持は持久力の神経機構となる。神経科学者たちは、運動選手が中枢性疲労を軽減する能力を説明する正確な神経回路を同定しました。この回路には、抑制と促進という2つの異なるフェーズがあります。

抑制フェーズは以下のとおりです。

末梢系からの知覚入力は、抑制信号を一次運動皮質に脊髄まで送ります。

一次運動皮質は抑制性GABA受容体の活性の増加を介して運動量を減少させる それは他の脳の領域に追従するよう警告し、運動活動を減らすように体に累積的に合図します。この回路に関与する脳の領域は抑制システムを構成します。

これらのステップをわかりやすく説明しましょう。第一歩は本質的にそれが疲れを感じていることを脳に知らせる体です。私たちはこれを知覚された労作と考えることができます。これは激しい呼吸、筋肉のけいれん、「やけど」などの形で起こる可能性があります。

2番目のステップは、脳が体が疲れているという信号を受け取るときです。そして、それは体に減速するために緑色の光を与えます。アスリートが減速すると、心拍数が低下し、呼吸が遅くなり、動きが弱まります。しかし、運動選手がまだ動き続けるのに十分なエネルギーを持っている場合は、抑制信号を最小限に抑えることができます。これを行うために、運動選手は回路の第2の部分、促進(すなわち興奮)段階を呼び出す。

円滑化段階は次のとおりです。

皮質入力は、一次運動皮質に興奮性信号を送ります。

運動皮質は、抑制性シグナルを打ち消すために、末梢系への運動出力を増加させる。これにより、疲労により低下するのではなく、運動活動を同じレベルに維持することができます。この回路に関与する脳の領域は促進システムを構成します。 繰り返しますが、簡単に言えば、第一歩は運動を続ける運動選手の能力です。

この能力は、行動に翻訳さときの脳は、筋肉が動いて心拍数を維持するために体を合図すなわち、そして選手が息を重くすることができますように、第2のステップは、ある続けるだろう。

ファシリテーションシステムは中枢性疲労を軽減する優れた仕事をしますが、運動選手はそれほど長い間しか運動できません。長時間の徹底的な運動の後、最終的に身体は利用可能なすべての資源を使い果たし、その真の運動能力に達し、その時点で運動選手は活動を終了しなければならない。

神経学的トレーニングの利点に関する研究のポイント

長距離の運動を繰り返し練習することによって、運動選手は自然に疲労を和らげるために彼らの脳を訓練します。そして、それは着実に時間をかけて持久力を築きます。しかし、持久力トレーニングだけで得られるものよりも多くの利益があります。単なる人間のために近距離でマラソンを走らせている間でさえ、持久力アスリートは伝統的な長距離トレーニング方法で彼らの脳の興奮能力のごく一部を活性化しているだけです。

幸いなことに、神経刺激を通して脳をトレーニングすることで、体の持久力が大幅に向上することが科学者たちによって発見されました。このようにして、持久力アスリートは彼らの知覚された運動能力を彼らの本当の運動能力に近づけることができます。

多くの学術論文が持久力を高める効果的な方法として脳刺激を確認しました。脳の可塑性を誘発することによって、運動選手が長期間同じレベルの運動を維持するのを助けるために、神経刺激は脳を訓練して興奮性シグナルを最大にしそして抑制性シグナルを最小にする。

例えば、ミラノ大学のイタリアの科学者グループによる最近の研究は、運動皮質上の経頭蓋直流刺激(tDCS)が、等尺性肘屈曲運動における皮質興奮性と消耗までの時間の両方を増加させることを見出した。一群のブラジルの神経科学者によって行われた別の研究は、運動皮質上のtDCSが徹底的なサイクリング課題において消耗までの時間を有意に増加させることを見出した。

科学者は、等尺性上半身運動中に脳の刺激が消耗までの時間を増加させることを発見しました。

Halo Sport:持久力アスリートのためのトレーニングツール

持久力スポーツにおける脳刺激の可能性を認識して、Halo Neuroscienceは運動選手が脳の最大の運動能力を利用することを可能にする神経技術を開発しました。

Halo Sport は、より強い興奮性脳信号を脳から筋肉に送るために運動皮質にtDCSを適用します。装置は脳を一時的な過形成の状態に置きます、そして、運動トレーニングと結合されるとき、運動選手はよりよく管理して、そして中心的な疲労を食い止めることを学ぶことができます。運動選手はそれから彼らの知覚された最大の行使を彼らの本当の最大の行使にもっと長い期間近づけることができる。

Halo Sportを使用すると、持久力のある選手は、最大限の持久力の可能性に近づくことができます。これにより、より長く、より速く、そしてより激しく運動することができます。

 

※こちらの論文は、原文の一部を翻訳したものになります

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