Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי מדעי המוח ופסיכולוגיה פורסם: 21 בדצמבר, 2018

חביטה בכדור בייסבול מצריכה שימוש במוח

תַקצִיר

אנו נוטים לחשוב על ספורט ועל משחקי ספורט כאילו שהם פעילויות אשר תלויות אך ורק בכוח ובמהירות פיזיים, ועל קריאה ובעיות מתמטיות כאילו שהן פעילויות מנטליוֹת שתלוּיוֹת אך ורק בהיותנו שׂכליים וחכמים. אומנם זה נכון שחביטה בכדור בייסבול דורשת כּוֹח רב ומהירוּת – צריך להיות מסוגלים להרים את המחבט ולהניפוֹ (ואם אתם טובים, אתם יכולים להשלים הקפות ריצה מלאוֹת!) אולם זו גם בעיה שתלוּיה באופן נכבד במוח!

זה עשוי להיראות משונה, אך זה נכון: כמעט כל דבר שאתם עושים נשלט על-ידי המוח שלכם, אפילו דברים שאתם עשויים לא “לחשוב” עליהם במוּדע. לדוגמה, אם אתם יושבים ופותרים בעיה קשה במתמטיקה, חלקים שונים במוח שלכם, כמו למשל קליפת המוח הקדם-מצחית, פועלים יחד בהילוך גבוה ומאפשרים לכם לשחק עם המִּסְפרים ולפתור את הבעיה. אולם אפילו כשמדובר בדברים “פשוטים” יחסית, כמו התבוננות בחדר סביבכם וזיהוי שולחן או כיסא, גם הם נשלטים על-ידי פעילוּת מוחית, אפילו אם זה לא משהו שאתם צריכים לחשוב עליו כדי לבצעו (איור 1).

איור 1 - אזורים שונים במוח.
  • איור 1 - אזורים שונים במוח.
  • מידע חזותי (ראייתי) במוח מתחיל להיות מעובד בחלק שנקרא “הָאֻנָּה העורפית”. “הָאֻנָּה המצחית” חשובה עבור תכנון ומחשבה. המוח הקטן (“צרבלום”) חשוב לשיווי משקל ולפעולות פיזיות. סיבה אחת לכך שכל כך קשה לחבוט בכדור מהיר (fastball) בליגה המקצוענית היא שלוקח למידע זמן להגיע אל האונה הקדמית (בערך 80 אלפיות השנייה), והכדור מגיע מהר מאוד לנקודה שבּה כבר צריך להתחיל להניף את המחבט (כעבור בערך 250 אלפיות השנייה), מאחר שהכדור מגיע לעמדת החובט בסביבות 400 אלפיות השנייה אחרי שהוא יצא מידו של המגיש. לכן, יש מעט מאוד זמן לחשוב על הפעולות שמְבַצעים!

הדבר תקֵף גם לגבי קבוצות של פעולות, כמו למשל ריצה, זריקת כדור וחביטה. אף על פי שאינה נדמית כפעולה שדורשת חשיבה מרובה, ריצה דורשת תיאום מדויק בין עשרות שרירים כדי לוודא שלא נופלים בדרך לבסיס הראשון (First base). באופן דומה, חביטה בכדור בייסבול דורשת מֵחֶלְקֵי המוח השונים לתאֵם סדרה של פעולות. התיאום התנועתי הזה מבוצע על-ידי שני אזורים במוח שנקראים קליפת המוח התנועתית והמוח הקטן. רעיון מעניין שהועלה לאחרונה על-ידי Nicolas Schweighofer ועמיתיו הוא שאימון החביטות המבוצע על-ידי שחקנים רבים לפני תחילת משחק, מסייע לכונן את אותם המעגלים החשמליים במוח הקטן שמתאמים בין תנועות הגוף, וכתוצאה מכך הפעולות שמתבצעות במהלך המשחק הן מדויקות יותר וניתנות לשחזור באופן הרצוי [3].

אולם ישנן סיבות נוספות לכך שחביטה בכדור בייסבול נשענת ברוּבּה על המוח. סיבות אלה קשורות לעובדה שכדור הבייסבול נע במהירות רבה, ברמה של הליגה המקצוענית, והוא נזרק על-ידי מגיש שלא רוצה שיצליחו לחבוט בכדור. באותו הזמן חובט מקצועי (כמו David Oritz מקבוצת Boston Red Sox) מתכונן להנפה ועליו להחליט: “האם זו הגשה שאני מעוניין לנסות לחבוט בה?” נוסף על כך עליו לקבוע: “לאן הכדור עומד להגיע?”, “מתי הוא עומד להגיע לשם?” ו“האם עליי לזוז לפני שהכדור יפגע בי?!”.

כיצד כל זה קורה, זו שאלה קשה. הבעיה נובעת מהעובדה שכמעט אין זמן לקבל את ההחלטות האלה. כמה זמן זה “כמעט אין זמן”? כדור מהיר ממוצע שמוגש בליגה המקצוענית מגיע אל עמדת הבית של החובט (Home plate) תוך פחות מחצי שנייה. כדי לתאר כמה מהר זה עבוּר המוח, אנו יכולים להשתמש בעובדה שמדענים לעיתים קרובות שואלים אנשים שאלות טיפשיות כדי לראות כמה מהר הם מסוגלים להגיב. אחת השאלות היא להראות להם ריבוע כמו שמוצג באיור 2, ולשאול אם הריבוע שהם רואים הוא אדום או ירוק. מתברר שלמרבית האנשים – אפילו לילדים חכמים ולמבוגרים חכמים – לוקח זמן רב יותר לענות על השאלה “באיזה צֶבַע הריבוע הזה?” מאשר שלוקח לכדור בייסבול מהיר בליגה המקצוענית להגיע מידוֹ של המגיש אל עמדת הבית של החובט!

איור 2 - מה הצבע של הריבועים האלה? אפילו אם אתם יודעים את התשובה – מֵאַחַר שאתם מכירים זמן רב את שמות הצבעים – ככל הנראה למוח שלכם עדיין לוקח זמן רב יותר להחליט על “אדום” או “ירוק” מכמות הזמן שיש לחובט להגיב לכדור מהיר שמוגש לכיוונו.
  • איור 2 - מה הצבע של הריבועים האלה? אפילו אם אתם יודעים את התשובה – מֵאַחַר שאתם מכירים זמן רב את שמות הצבעים – ככל הנראה למוח שלכם עדיין לוקח זמן רב יותר להחליט על “אדום” או “ירוק” מכמות הזמן שיש לחובט להגיב לכדור מהיר שמוגש לכיוונו.

כדי למדוד דברים שקורים מהר אנו זקוקים ליחידת מידה קטנה יותר משנייה: המילישנייה (אלפית השנייה). מילישניוֹת הן יחידות מידה קטנות – כל כך קטנות למעשה, ש-500 מהן מרכיבות חצי שנייה, ו-250 מהן מרכיבות רבע שנייה.

לכן, בהינֵּד עפעף, ומהר יותר מאשר רוב האנשים מסוגלים לזהוֹת צבעים, המוח של שחקן בייסבול מקצועי כמו David Ortiz צריך לקבל שורה של החלטות מוּרכבוֹת. למרבה המזל, Ortiz יכול להשתמש במידע מקדים כדי לסייע לעצמו להגיע לתשובה, כלומר הוא יכול קצת “לנחֵשׁ”. לדוגמה, אם Ortiz עומד מול Adam Wainwright, שהיה המגיש של קבוצת St. Louis Cardinal במשחקי הגמר (פלייאוף) של השנה שעברה, עשוי להיות לו מידע מקדים כלשהו לפני ההגשה לגבי הסבירוּת שבה Wainwright יבצע סוג מסוים של הגשה (למשל הגשה שנקראת ,Sinker שהיא הגשה בזווית חדה מאוד כלפי מטה). המידע המקדים הזה יכול לעזור ל-Ortiz להחליט אם, מתי וכיצד לבצע את החבטה. מתוך למידת הסטטיסטיקה של Wainwright ממשחקים קודמים אנו יודעים שההגשה הראשונה שלו לחובט שמאלי )Ortiz הוא שמאלי), כאשר אין חובטים אחרים (Runners) בבסיס, תהיה לרוב מסוג Sinker (ורק לעיתים רחוקות יותר היא תהיה מסוג Curveball, שמתארת כדור סיבובי אשר משנה את זווית מעופו תוך כדי תנועה באוויר). אולם אם ישנם חובטים בבסיס, Wainwright יתחיל בהגשת Sinker לעיתים רחוקות הרבה יותר, וככל הנראה יתחיל עם Curveball (בסבירוּת גבוהה משמעותית מכל סוג אחר של הגשה). לכן, אם אין חובטים בבסיס Ortiz עשוי פשוט “לנחֵשׁ” שההגשה הראשונה תהיה sinker והוא לרוב יצדק; אם ישנם חובטים בבסיס, Ortiz צריך לחזות ש-Wainwright ככל הנראה יגיש Curveball.

סיבה אחת לכך שזה כל כך חשוב היא שאם אתם מסתכלים על המסלול שהכדור מְבַצֵּעַ בדרך לעמדת הבית של החובט, כמעט ואין הבדל בין הגשות שונות מאוד. Michal Richmond, פיזיקאי מהמכון הטכנולוגי של רוצ’סטר (RIT), שִׂרטט את המסלול שמבצע כדור מידוֹ של המגיש ועד לכפפה של התופס (ראו איור 3) [2]. אפילו אחרי 200 מילישניות מרגע שחרור הכדור על-ידי המגיש, שזה בערך חצי מהמסלול שהכדור מבצע עד לעמדת הבית של החובט, קשה מאוד להבחין איפה יסיים כל כדור מכל אחת מההגשות. ה-Fastball (קו שחור), ה-Changeup (קו ירוק; כדור שנראה לחובט כמו Fastball אבל למעשה מגיע לאט יותר אל עמדת הבית של החובט וכך מבלבל אותו), וה-Curveball (קו כחול) כמעט זהים במסלוליהם במאות המילישניות הראשונות אחרי ההגשה. רק בשלב מאוחר יותר, אחרי שהחובט כבר נדרש להחליט אם להניף את המחבט, ההגשות השונות נעשות מובחנות לעין. לכן במקרים כאלה שימוש במידע מקדים על ההגשה הוא הכרחי עבור ביצוע חביטה מוצלחת בכדור.

איור 3 - תרשים שמציג עד כמה המסלולים של כדורי בייסבול שמוגשים בצורות שונות (Fastball בשחור, Changeup בירוק ו-Curveball בכחול) חופפים במאות המילישניות הראשונות של מעופם לכיוון עמדת הבית של החובט.
  • איור 3 - תרשים שמציג עד כמה המסלולים של כדורי בייסבול שמוגשים בצורות שונות (Fastball בשחור, Changeup בירוק ו-Curveball בכחול) חופפים במאות המילישניות הראשונות של מעופם לכיוון עמדת הבית של החובט.
  • שימו לב שמרחק עמדת הבית של החובט מעמדתו של המגיש הוא 60 רגל ו-6 אינץ’, כלומר כמעט 18.5 מטרים.

אפילו כשעושים שימוש במידע המקדים הזה, האם המוח של David Ortiz מסוגל להחליט בפועל איזו הגשה הוא רואה? זו שאלה קשה עבור מדענים מאחר שקשה להביא את David Ortiz למעבדה ולבדוק אותו (או שחקני בייסבול אחרים), וחשוּב להיות מסוגלים לבצע את המבדקים האלה על שחקני בייסבול כדי לקבל תשובה חד-משמעית לשאלה הזו.

לפני 100 שנים כמעט, מדענים הצליחו להביא את שחקן הבייסבול המקצועי Babe Ruth למעבדה באוניברסיטת קולומביה. הם מצאו שכֹּל זמני התגובה שלו היו מהירים בהרבה משל אנשים ממוצעים, מה שעשוי להסביר חלק ממיומנוּת החביטה שלו. המידע העכשווי הטוב ביותר על המתאמים המוחיים לזיהוי סוג ההגשה מגיע מלפני כמה שנים, כאשר שלושה חוקרים מאוניברסיטת קולומביה (Paul Sajda, Jason Sherwin, Jordan Muraskin) הביאו אנשים שאינם שחקני בייסבול למעבדה וחיברו אותם למכוֹנה בשם אלקטרואנצפלוגרם (EEG – Electroencephalography), אשר מוֹדדת פעילוּת חשמלית במוח, בזמן שהם היו בתוך סורק דימות תהודה מגנטית (MRI – Magnetic Resonance Imaging), ורשמו את הפעילות המוחית שלהם בעת שהם ניסו לזהוֹת סוגים שונים של זריקות מתוך צילומי וידיאו. מה שהם מצאו היה שפעילוּת המוח באזורים כמו Lateral Occipital Complex, שמעורב בזיהוי פריטים, ו-Medial Temporal (או בקיצור MT, שמעורב בתפיסה של תנועה), הם הכרחיים עבור זיהוי ההגשה.

באיור 4 אפשר לראות גרף המציג את יכולת ההבחנה בין צורות ההגשה השונות כתלות בזמן, ואת הפעילות המוחית שמתרחשת בזמנים השונים (בתחתית האיור). כדורים מהירים (שמוצגים בכחול) מגיעים קודם אל הקו המקווקו, שמייצג את רגע הזיהוי, מהר יותר מכדורים המוגשים בצורות אחרות. אתם יכולים גם לראות שהאות שקשור לזיהוי סוג ההגשה מתחיל באחורי המוח (מצד שמאל למטה, בצהוב), היכן שממוקמים אזורי הראייה.

איור 4 - התפתחות בזמן (למעלה) ובמרחב (למטה) של יכולת הבחנה מוחית בין צורות הגשה שונות.
  • איור 4 - התפתחות בזמן (למעלה) ובמרחב (למטה) של יכולת הבחנה מוחית בין צורות הגשה שונות.
  • התמונה לקוחה ממאמרם של Sherwin ואחרים .[1] הקווים בצבעים השונים בחלק העליון של התמונה מראים צורות הגשה שונות )Fastballs בכחול, Slider באדום – זהו כדור שמבצע מסלול סיבובי בזווית חדה כלפי מטה, ו-Curveball בירוק). “הבחנה” מתייחסת ליכולת לפרשׁ את המידע העצבּי לזיהוי נכון של כל הגשה. בתחתית התמונה אפשר לראות מַפָּה של האותות החשמליים במוח בעת ההתבוננות בכדור, כאשר אזורים כתומים וכחולים מתארים אותות חזקים וחלשים, בהתאמה. האזורים הצהובים והירוקים מראים אזורים פחות חשובים עבור הבנת זיהוי סוג ההגשה, אולם ממחישים את העובדה שהאותות נמדדים (באמצעות סורק MRI( מהמוח כולו.

יש משהו מצחיק בגרף הזה, כשמבינים כמה מהר נדמה שהמוחות של אנשים מזהים הגשות. אף על פי שהמידע מראֶה כי המוחות של אנשים שאינם שחקני בייסבול (כמו האנשים שהשתתפו במחקר הנ“ל) מזהים הגשות תוך פחות משנייה, הם עדיין איטיים מאוד ביחס לחובטי בייסבול מקצועיים. למעשה, אם זו הייתה המהירות שבּה שחקנים מקצועיים היו מזהים הגשות, הם לא היו מספיקים להתחיל את ההגשה שלהם עד סביבות חצי שנייה אחרי שהכדור כבר הגיע לכפפתו של התופס! כאמור, האנשים האלה אינם שחקני בייסבול, והם לא נדרשו להתמודד עם הגשות וּלתכנֵת את המערך המורכב של תנועות השרירים המהירוֹת שנדרשות כדי לחבוט בכדור. האנשים האלה גם לא היו צריכים לדאוג מהשאלה: ”היי, האם אני צריך לזוז כדי שהכדור לא יפגע בי?!”.

שאלה פתוחה ומעניינת היא כיצד היותם של אנשים שחקני בייסבול מקצועיים משפיעה על המוח שלהם. לדוגמה, אתם עשויים להיות ”מומחים“ בזיהוי סוגים מסוימים של מוזיקה, וההורים או המורה שלכם עשויים להיות מומחים בזיהוי סוגים אחרים של מוזיקה: זה מאפשר לכם לזהות בקלות ובמהירות את סוגי המוזיקה שאתם אוהבים, אולם יהיה לכם קשה יותר להבחין בין סוגי המוזיקה שאחרים אוהבים. כשאנשים מומחים במשהו, במיוחד בזיהוי סוגים מסוימים של פריטים, המוח שלהם משתנה ומשקף את המומחיות שלהם. זו עודנה שאלה פתוחה כיצד מוחו של שחקן בייסבול מקצועי משתנה בתגובה לאלפי שעות האימון שהוא מקדיש לחביטה בהגשות של המגישים הטובים בעולם! אולי יום אחד אתם תפתרו את החידה הזו.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Sherwin, J., Muraskin, J., and Sajda, P. 2012. You can’t think and hit at the same time: neural correlates of baseball pitch classification. Front. Neurosci. 6:177. doi: 10.3389/fnins.2012.00177

[2] Richmond. 2009. The Effect of Air on Baseball Pitches. Available from: http://spiff.rit.edu/richmond/baseball/traj/traj.html

[3] Schweighofer, N., Lang, E. J., and Kawato, M. 2013. Role of the olivo-cerebellar complex in motor learning and control. Front. Neural Circuits 7:94. doi: 10.3389/fncir.2013.00094