Dołącz do czytelników
Brak wyników

Wstęp

4 listopada 2015

Wyścigi poza świadomością

77

Czy przewidywanie przyszłości jest możliwe? Tak. Ludzie to potrafią. I nie ma to nic wspólnego z astrologią, wróżeniem z fusów czy zwierzęcych wnętrzności. Odpowiednio wytrenowany mózg reaguje na bodźce, zanim świadomie je „przetrawi”. Na przykład mózg kierowcy bolidu Formuły 1 wie, co się zdarzy, zanim ów kierowca w pełni to dostrzeże.

Jest ciepłe niedzielne popołudnie. Z bólem karku i uczuciem sporego zmęczenia wracam z toru kartingowego. W samochodowym radiu słyszę komentarze o zakończonym właśnie Grand Prix Węgier. Zwyciężył Hamilton, Kubica w swoim jubileuszowym starcie w F1 był trzynasty. W trakcie wyścigu do szpitala w stanie ciężkim trafił Brazylijczyk Felipe Massa. Jego wypadek był zdumiewający. Na łagodnym zakręcie kierowca nagle zjechał na trawę, a następnie, nie wykonując najmniejszego manewru, uderzył w barierę. – Czy Massa podczas jazdy stracił przytomność? – pyta radiowy komentator.
Niewykluczone – myślę. Skoro ja jestem solidnie zmęczony po 20 minutach jazdy gokartem, który ze swoim 6-konnym silniczkiem osiąga maksymalną prędkość 60 km na godzinę, to co dzieje się z kierowcą prowadzącym przez półtorej godziny 800-konną bestię, rozpędzającą się do ponad 300 km/h? W jaki sposób jego organizm wytrzymuje długotrwałe przeciążenia? Co sprawia, że jego mózg nie tylko radzi sobie z ekstremalnymi warunkami, ale również jest w stanie prowadzić walkę z rywalami i wygrywać? Czy przy takich prędkościach percepcja nie zostaje zakłócona?
Moje rozważania przerywa głośny dźwięk klaksonu. Wymusiłem pierwszeństwo na podporządkowanej...

420 kilogramów na zakręcie

Do elitarnego kręgu posiadaczy superlicencji na starty w najszybszych wyścigach świata należy tylko kilkudziesięciu kierowców na świecie, a każdy z nich pilnie strzeże sekretów swojej skuteczności. Skuteczności starannie rozwijanej i wspomaganej – zespoły F1 prowadzą specjalne programy treningowe, których szczegóły oraz wyniki są tajemnicą.
Jednym z podstawowych problemów, z którymi organizm kierowcy musi sobie radzić, są częste i długotrwałe przeciążenia. Przeciążenie jest stanem, w jakim znajduje się ciało poddane działaniu sił zewnętrznych innych niż siła grawitacji. Wypadkowa tych sił powoduje przyspieszenie różniące się od wynikającego z przyciągania ziemskiego. Standardowo przeciążenie wyrażane jest jako wielokrotność przyspieszenia ziemskiego (równego 1g). Podczas jazdy bolidem F1 kierowca poddawany jest przeciążeniom różnej wielkości. W trakcie przyspieszania jest to zazwyczaj 2g, podczas hamowania około 5g, natomiast na zakrętach od 4 do 6g.
W praktyce przeciążenie wiąże się ze zmianą odczuwanego ciężaru ciała. Kierowca F1 ważący w normalnych warunkach 70 kilogramów, podczas zakrętu czuje się sześciokrotnie cięższy (420 kg!), a każdy jego ruch wymaga odpowiednio większej siły. Podczas trwającego około 90 sekund okrążenia toru, kierowca pokonuje zazwyczaj kilkanaście zakrętów, podobna jest również liczba przyspieszeń i hamowań. A w wyścigu jest zwykle 50-60 okrążeń...
Badania reakcji człowieka na przeciążenia zapoczątkowano we Francji w latach 20. ubiegłego wieku. Dotyczyły one pilotów i miały na celu ustalenie, jakie cechy fizyczne i psychiczne predestynują do wykonywania tego zawodu. Już w 1924 roku ustalono, że rzadziej z powodu przeciążeń tracą świadomość ludzie o wysokim ciśnieniu tętniczym. Dowiedziono przy tym, że przyczyną omdleń jest chwilowe niedokrwienie mózgu.
U dorosłego człowieka serce oddalone jest od mózgu o 35–45 cm. Gdy na pilota działa przyspieszenie 6g, krew w jego organizmie staje się 6 razy cięższa. Jeśli mamy do czynienia z dodatnim przeciążeniem pionowym (start samolotu lub katapultowanie) ma miejsce zjawisko, które można przedstawić jako sześciokrotne wydłużenie się drogi, którą krew musi przebyć, aby dotrzeć od serca do mózgu (210–270 cm). W takich warunkach zaopatrywanie mózgu w tlen i glukozę staje się dla serca kolosalnym wysiłkiem. Sprawę pogarsza fakt, że krew, która powinna wracać do serca z dolnych części organizmu, zaczyna tam zalegać, a serce odczuwa jej niedobór. Na szczęście natura wyposażyła nas w swego rodzaju system awaryjny – gdy ciśnienie krwi w tętnicy szyjnej obniża się, następuje skurcz naczyń krwionośnych. Zwiększa to ciśnienie krwi i ułatwia pracę sercu (wykonującemu w tym momencie około 200 uderzeń na minutę), by mogło poradzić sobie przez kilkanaście minut z przeciążeniami nieprzekraczającymi 3g. Niestety, powyżej tej wartości skuteczność systemu awaryjnego dramatycznie maleje (przy 6g przeciętny człowiek jest w stanie utrzymać świadomość przez kilkadziesiąt sekund).
[nowa_strona] Niewydolność układu krwionośnego w pierwszej kolejności skutkuje zaburzeniami wzroku. W wyniku niedokrwienia siatkówek obraz docierający do mózgu blednie i pokrywa się mgłą, kolory stają się coraz mniej wyraziste, a pole widzenia zawęża się, powodując efekt widzenia tunelowego. Chwilę później obraz całkowicie znika. Jeśli przeciążenie nie ustępuje, ręce, nogi i głowa stają się coraz cięższe, człowiek traci możliwość poruszania nimi. Przestaje także słyszeć i wkrótce potem traci świadomość.
Kierowcy F1 podczas jazdy bolidem mają do czynienia z przeciążeniami poziomymi, które organizm znosi nieco lepiej niż przeciążenia pionowe. Ale na torze wyścigowym wystąpić może sytuacja, która raczej nie zdarzy się w powietrzu, a która stanowi dla kierowcy śmiertelne zagrożenie. Nagłe hamowanie, bo o nim mowa – mające miejsce najczęściej podczas zderzenia z barierą lub innym bolidem – oznacza wytracenie prędkości z ponad 200 km/h do 0 w ułamku sekundy. W tym momencie przeciążenia potrafią przekroczyć nawet 100g. W badaniach post mortem ustalono, że przeciętny człowiek nie przeżyje przeciążenia 28g trwającego ponad jedną setną sekundy. Jednak doświadczenia z torów F1 pokazują, że kierowcy nie podlegają tej regule. Gdy w czerwcu 2007 roku, podczas Grand Prix Kanady, bolid Roberta Kubicy roztrzaskał się przy prędkości 220 km/h, kibice na całym świecie wstrzymali oddech. Szczytowe przeciążenie zarejestrowane przez urządzenie ADR (Accident Data Recovery – rodzaj czarnej skrzynki) wynosiło aż 75g. Teoretycznie Kubica nie powinien przeżyć, tymczasem wyszedł z tego wypadku bez większych obrażeń. Niekwestionowany rekord ustanowił jednak w 1977 roku inny kierowca F1 – David Purley, który podczas wypadku w kwalifikacjach Grand Prix Wielkiej Brytanii przeżył hamowanie ze 173 km/h do 0 na odcinku 66 cm. Odpowiada to przeciążeniu 179,8 g. Wypadek ten zakończył się złamaniami nogi, miednicy i żebra, jednak po rekonwalescencji Purley wrócił do wyścigów.

20 metrów na mrugnięcie

Jadąc z prędkością 300 km/h, kierowca F1 w ciągu jednej sekundy pokonuje dystans ponad 83 metrów. Podczas trwającego około 0,25 sekundy szybkiego mrugnięcia oczami bolid przemieszcza się o 20 metrów. Przy takiej prędkości kluczowa jest szybkość percepcji wzrokowej.
Przetwarzanie informacji wzrokowej rozpoczyna się w momencie, gdy sygnał świetlny dotrze do siatkówki. W ciągu pierwszych milisekund (1 ms = 0,001 sekundy) ponad 130 milionów fotoreceptorów, w chemicznym procesie transdukcji sygnału przekształca światło w impulsy elektryczne, które za pomocą 1.200.000 aksonów składających się na nerw wzrokowy przekazywane są do skrzyżowania wzrokowego, by następnie rozejść się w różne miejsca. Jednym z nich jest ciało kolankowate boczne – pierwszy na tej drodze, złożony z 1.500.000 neuronów „superkomputer”. Tu informacja zostaje opracowana i po przetworzeniu dociera między innymi do kory wzrokowej (mieszczącej się w płacie potylicznym), gdzie następuje jej integracja. Teraz informacja rozdzielana jest na dwa szlaki. Pierwszy z nich, nazywany grzbietowym (biegnie w kierunku płata ciemieniowego), odpowiada za przetwarzanie danych o ruchu. Drugi – brzuszny (biegnący w kierunku płatów skroniowych) – analizuje cechy widzianych obiektów.
Dopiero w tej chwili „oglądane” obiekty zostały „zauważone”. Minęło właśnie 120 milisekund od momentu, kiedy sygnał świetlny dotarł do siatkówki. W tym czasie bolid przejechał 10 metrów, a sytuacja na torze mogła się diametralnie zmienić. Tymczasem to dopiero początek. Zanim kierowca będzie w stanie uświadomić sobie, co zobaczył, minie jeszcze 180 milisekund, bolid przemieści się o kolejne 15 metrów, ale droga do reakcji na bodźce będzie wciąż jeszcze daleka. Dodatkowo sprawę komplikuje fakt, iż ludzkie oko potrafi widzieć ostro jedynie niewielki obszar – 1 procent całego obrazu rozciągającego się wokół. Aby dokładnie zobaczyć wszystko, należałoby wykonać około 100 szczegółowo zaplanowanych ruchów oka. Czasem rzeczywiście ruchy te są planowane, jednak zazwyczaj wykonujemy je automatycznie. W ciągu sekundy ludzkie oko wykonuje od 20 do 70 mikroruchów, nazywanych sakadami. Steruje nimi wzgórek czworaczy, do którego sygnał z siatkówki dociera po kilkudziesięciu milisekundach. Przy każdym kolejnym ruchu proces przetwarzania informacji wzrokowej rozpoczyna się od nowa...
Badania kierowców wykazują, że w 90 procentach czas reakcji na zagrożenie drogowe mieści się w przedziale od 0,3 do 1,7 sekundy. Jeśli przyjmiemy, że auto mknie z szybkością 300 kilometrów na godzinę, to od momentu, kiedy kierowca skierował wzrok na dany obiekt do podjęcia reakcji, pokonuje ono od 25 do 141 metrów (czas reakcji maszyny – np. droga hamowania – nie jest w tym wyliczeniu brany pod uwagę).
[nowa_strona] Z czego wynika rozbieżność? Powoduje ją wiele czynników, z których najważniejsze to: poziom automatyzacji reakcji i koncentracja uwagi. Jeśli kierowca spotyka się z nową, niespodziewaną dla niego sytuacją, zanim zareaguje, musi uświadomić sobie, co widzi. Mózg potrzebuje na to około 0,3 s. Następnie w płatach czołowych analizowane są możliwości reakcji i wybierana jedna. W dalszej kolejności kora sensomotoryczna planuje ruch i wysyła odpowiednie impulsy do rdzenia kręgowego. Z odprowadzeń w poszczególnych kręgach wędrują one motoneuronami do włókien mięśniowych, które odpowiedzialne są za konkretną reakcję ruchową. Cały proces zajmuje około 1 sekundy – przy założeniu, że widoczność jest dobra, kierowca wypoczęty, a jego uwaga nie jest zaabsorbowana czymś innym (np. dumaniem na temat jadącego z tyłu samochodu). Jeśli kierowca nie jest skoncentrowany tylko i wyłącznie na jeździe, czas ten wydłuża się o około 0,6–0,7 s.
Czasy reakcji profesjonalistów są oczywiście znacznie krótsze – nie przekraczają 200 milisekund. Jak to możliwe?

Automatyzacja zamiast świadomości


Niemal każdy, kto uczył się jeździć samochodem pamięta, jak trudne wydawało mu się to początkowo. Trzeba myśleć o wciśnięciu sprzęgła, zmianie biegu, delikatnie dodać gazu, powoli puścić sprzęgło, kontrolować obraz w lusterkach... Nie ma szans, by podczas pierwszych lekcji pozwolić sobie w czasie jazdy na swobodne rozmowy z instruktorem. Jednak bardzo szybko poszczególne sekwencje ruchów stają się naturalne. Jest to klasyczny przykład automatyzacji w procesie uczenia. Na poziomie psychologicznym opisuje się go jako cztery etapy:

POLECAMY

  1. nieświadomej niekompetencji (nigdy nie próbowaliśmy prowadzić pojazdu i dziesiątki składowych problemów pozostają dla nas kompletnie niedostrzegalne),
  2. świadomej niekompetencji (wiemy już, że nie znamy schematu działania, a każda reakcja wymaga głębokiej analizy spektrum możliwości),
  3. świadomej kompetencji (doskonale znamy już schematy reakcji, musimy tylko pamiętać o kluczowych elementach),
  4. nieświadomej kompetencji (reakcje stały się dla nas tak naturalne, że nie musimy w ogóle o nich myśleć – co więcej, opisanie schematu krok po kroku nastręcza nie lada trudności).
Jeśli spojrzymy na sprawę w aspekcie neuronalnym, to okazuje się, że przejście z etapu pierwszego do drugiego odzwierciedla się w większym zaangażowaniu płatów czołowych. Badania z wykorzystaniem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego wykazują, że podczas rozwiązywania nowych problemów, wzrasta aktywność kory czołowej oraz przedniego zakrętu obręczy. Elektryczny ślad tego, rejestrowany za pomocą elektroencefalografu (EEG), charakteryzuje się coraz większą obecnością szybkich fal o małej amplitudzie – fal beta i gamma. W etapie trzecim aktywność ta nieco maleje. Wnioskowanie zastępuje pamięć – umiejętność już przecież posiedliśmy, musimy tylko przypomnieć sobie, jak się daną czynność wykonuje. Słabnie zaangażowanie zakrętu obręczy, natomiast wzrasta rola hipokampa. W sygnale EEG rejestrowanym z płatów czołowych pojawia się coraz więcej wolnych fal theta, które są nośnikiem informacji pomiędzy tymi płatami a hipokampem. Aktywność ta jest już niemal niezauważalna w etapie czwartym. Skomplikowany na początku program kolejnych czynności został zautomatyzowany i zapisany w pamięci proceduralnej jako sekwencja prostych ruchów. Jego wykonanie jest od teraz traktowane przez mózg niczym odruchowa odpowiedź na bodziec, a jej nadzorowaniem zajmują się powstałe w drodze uczenia sieci neuronowe. Zwalniają się zasoby mózgu, które można wykorzystać do bardziej złożonych obliczeń – np. przewidywania ruchu.
Gdy kierowca mknie z prędkością 300 km/h, informacje wzrokowe, jakie otrzymuje mózg, są w momencie ich przetwarzania delikatnie mówiąc, „lekko nieaktualne”. Bazując tylko na nich, kierowca rozbiłby się na pierwszym zakręcie. Kluczową rolę odgrywa zatem umiejętność przewidywania zdarzeń – szczególnie trajektorii ruchu obiektów – na podstawie posiadanych informacji. Brzmi to skomplikowanie, jednak ten p...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy