A portable solution for simultaneous human movement and mobile EEG acquisition: readiness potential for basketball free-throw shooting

कल्पना कीजिए कि आप एक कार के इंजन को समझने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन आपको इसे केवल तभी देखने की अनुमति है जब वह एक शांत गैरेज में खड़ी हो, बिल्कुल स्थिर। आप इसके पुर्जों को देख सकते हैं, लेकिन आपको इस बात का कोई अंदाज़ा नहीं है कि जब कार वास्तव में हाईवे पर तेज़ दौड़ रही होती है, ऊबड़-खाबड़ रास्तों से गुज़रती है, या मोड़ लेती है, तो वे कैसे व्यवहार करते हैं। यह बिल्कुल उसी समस्या को दर्शाता है जिसका सामना वैज्ञानिक मानव मस्तिष्क का अध्ययन करते समय करते हैं। दशकों से, मस्तिष्क की गतिविधि का मानचित्र बनाने के लिए सबसे अच्छे उपकरण, जैसे कि एमआरआई (MRI) मशीनें, लोगों के लिए बिल्कुल स्थिर लेटे रहना आवश्यक बनाती थीं। यहाँ तक कि अधिक लचीले ब्रेन स्कैनर भी, जो स्कैल्प (खोपड़ी) पर छोटे सेंसर का उपयोग करते हैं, आमतौर पर भारी कंप्यूटरों से बंधे होते थे, जिससे वास्तविक रूप में चलते-फिरते लोगों का अध्ययन करना कठिन हो जाता था।

लेकिन क्या होगा यदि हम देख सकें कि कोई व्यक्ति बास्केटबॉल खेल रहा है, नृत्य कर रहा है, या दौड़ रहा है, जबकि उसका मस्तिष्क अंदर से कैसा दिख रहा है? यह "मोबाइल ब्रेन इमेजिंग" की रोमांचक दुनिया है। वैज्ञानिक अब पूछ रहे हैं: क्या हम किसी जटिल कार्य को करने की तैयारी करते समय मस्तिष्क के "प्रिपरेशन मोड" (तैयारी की अवस्था) को देख सकते हैं? एक प्रसिद्ध संकेत जिसे वे देखते हैं, उसे "रेडीनेस पोटेंशियल" (RP) कहा जाता है। आरपी (RP) को मस्तिष्क के आंतरिक "3, 2, 1... गो!" काउंटडाउन के रूप में समझें। यह एक धीमी, शांत विद्युत तरंग है जो आपके हाथ या पैर को हिलाने का निर्णय लेने से ठीक पहले मस्तिष्क में बनती है। आमतौर-तरीके से, हम यह काउंटडाउन केवल तब देखते हैं जब लोग लैब में एक साधारण बटन दबाते हैं। लेकिन क्या यह काउंटडाउन अलग दिखता है जब एक पेशेवर एथलीट फ्री थ्रो (free throw) लेने की तैयारी कर रहा होता है? और क्या उस काउंटडाउन की ताकत हमें यह बताती है कि शॉट सफल होगा या नहीं? यही वह बड़ा सवाल है जिसका उत्तर यह नया अध्ययन एक बैकपैक में फिट होने वाले सेटअप का उपयोग करके देने की कोशिश करता है।

जेब के आकार की ब्रेन लैब

मिगुएल और उनकी टीम से मिलिए, वैज्ञानिकों का एक समूह जिन्होंने लैब को इमारत से बाहर निकालकर बास्केटबॉल कोर्ट पर पहुँचाने का निर्णय लिया। विशाल, महंगे मशीनों के बजाय, उन्होंने दो स्मार्टफोन, एक वायरलेस ब्रेन-सेंसर कैप और एक छोटे रिस्टबैंड का उपयोग करके एक "पॉकेटेबल" सेटअप बनाया। यह किसी साइंस-फिक्शन फिल्म के तकनीकी गैजेट जैसा लगता है, लेकिन इसे सरल, सस्ता और इतना हल्का बनाया गया था कि खिलाड़ियों को इसका अहसास भी न हो।

उन्होंने 26 बास्केटबॉल खिलाड़ियों को इकट्ठा किया, जिनकी आयु 18 से 32 वर्ष के बीच थी, और उनसे वही करने को कहा जिसमें वे माहिर हैं: प्रत्येक खिलाड़ी से 120 फ्री थ्रो लेना। जब खिलाड़ी बास्केट (हूप) पर ध्यान केंद्रित कर रहे थे, तब टीम ने एक ही समय में दो चीजें रिकॉर्ड कीं: खिलाड़ियों के मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि (वायरलेस कैप के माध्यम से) और उनके शरीर की हलचल (स्मार्टफोन के कैमरों और एक रिस्ट सेंसर के माध्यम से)। लक्ष्य यह देखना था कि क्या वे खिलाड़ियों द्वारा गेंद उठाने से ठीक पहले उस "3, 2, 1... गो!" मस्तिष्क संकेत (रेडीनेस पोटेंशियल) को पकड़ सकते हैं, और क्या वह संकेत इस आधार पर बदलता है कि शॉट "स्विश" (सीधे नेट में) हुआ या "क्लैंक" (रिम से टकराकर)।

मस्तिष्क का काउंटडाउन वास्तविक है (लेकिन यह भविष्य बताने वाला क्रिस्टल बॉल नहीं है)

सबसे पहले, टीम जानना चाहती थी: क्या हम वास्तव में एक शोर-शराबे वाले, गतिशील बास्केटबॉल खेल के बीच में मस्तिष्क के तैयारी संकेत को देख सकते हैं? इसका उत्तर एक जोरदार हाँ था।

एक शांत लैब की तरह ही, वैज्ञानिकों ने मस्तिष्क के सामने और मध्य क्षेत्रों में एक स्पष्ट "काउंटडाउन" संकेत पाया। खिलाड़ियों द्वारा अपनी शूटिंग की गति शुरू करने से लगभग 400 मिलीसेकंड (यानी आधे सेकंड से भी कम) पहले, मस्तिष्क में एक विशिष्ट नकारात्मक विद्युत गिरावट दिखाई दी। यह सिर के ऊपरी हिस्से (Cz चैनल) पर सबसे मजबूत थी, जहाँ सिग्नल काफी नीचे गिर गया, जो गति से ठीक पहले -13.52 माइक्रोवोल्ट तक पहुँच गया। इसने यह सिद्ध कर दिया कि खिलाड़ियों के हिलने-डुलने, पसीना बहाने और गेंद फेंकने के बावजूद, टीम अपने स्मार्टफोन सेटअप का उपयोग करके मस्तिष्क के "तैयारी करने वाले" संकेत को सफलतापूर्वक कैप्चर कर सकती थी। यह एक भीड़ भरे स्टेडियम में फुसफुसाहट सुनने जैसा है; टीम ने शोर को अनसुना करने और मस्तिष्क की शांत तैयारी को सुनने का तरीका ढूंढ लिया था।

अधिक जानकारी के लिए, आप इस अध्ययन को यहाँ देख सकते हैं: https://juliuswelzel.github.io/eeg_basketball_website/

"मैजिक सिग्नल" का मिथक: क्यों मस्तिष्क स्कोर की भविष्यवाणी नहीं करता

यहाँ कहानी दिलचस्प हो जाती है। टीम की एक दूसरी, बड़ी उम्मीद थी: वे यह देखना चाहते थे कि क्या उस मस्तिष्क काउंटडाउन की ताकत यह बता सकती है कि शॉट सफल होगा या नहीं। शायद, उन्होंने सोचा, एक मजबूत "काउंटडाउन" का अर्थ है कि खिलाड़ी अधिक केंद्रित है और शॉट लगा लेगा, जबकि एक कमजोर काउंटडाउन का अर्थ है कि शॉट मिस हो गया।

लेकिन डेटा ने 'ना' कहा।

जब उन्होंने सफल शॉट्स (हिट्स) बनाम असफल शॉट्स (मिस) के लिए मस्तिष्क संकेतों की तुलना की, तो उन्हें कोई अंतर नहीं मिला। मस्तिष्क का "काउंटडाउन" लगभग वैसा ही था चाहे गेंद बास्केट के अंदर गई हो या रिम से टकराई हो। टीम ने गणना की कि मस्तिष्क का संकेत सफलता और विफलता के बीच के अंतर को 5% से भी कम समझा पाता है। दूसरे शब्दोंм, मस्तिष्क का तैयारी संकेत कोई क्रिस्टल बॉल नहीं है जो आपको बता सके कि बास्केटबॉल खिलाड़ी स्कोर करेगा या नहीं। खिलाड़ियों का मस्तिष्क मिस करने के लिए भी उतनी ही मेहनत से तैयार हो रहा था जितनी कि हिट करने के लिए।

शरीर एक अलग कहानी बताता है

यदि मस्तिष्क का संकेत स्कोर की भविष्यवाणी नहीं कर सका, तो क्या शरीर की हलचल ने की? टीम ने खिलाड़ियों की मुद्राओं (poses) का विश्लेषण करने के लिए अपने स्मार्टफोन कैमरों का उपयोग किया, यह देखते हुए कि हर क्षण उनकी कलाई, कोहनी और कंधे कहाँ थे।

इस बार, उन्हें कुछ सुराग मिले, लेकिन वे पेचीदा थे। लगभग 38% खिलाड़ियों (26 में से 10) के लिए, शॉट मारने और मिस करने के दौरान उनके शरीर को रखने के तरीके में विशिष्ट अंतर थे। उदाहरण के लिए, कुछ सफल शूटरों ने शॉट लेने से पहले अपनी कलाइयों को कूल्हों के सापेक्ष थोड़ा नीचे रखा, जबकि अन्य ने रिलीज के समय अपनी कलाइयों को ऊपर रखा। हालाँकि, ये अंतर प्रत्येक व्यक्ति के लिए बहुत विशिष्ट थे। जो एक खिलाड़ी के लिए काम करता था, वह दूसरे के लिए नहीं। एक "अच्छे शॉट" की शारीरिक भाषा कोई एक सार्वभौमिक नियम नहीं थी; यह एक व्यक्तिगत हस्ताक्षर की तरह थी। यहाँ तक कि उन खिलाड़ियों के लिए भी जहाँ शरीर की स्थिति मायने रखती थी, मुद्रा (pose) ने सफलता के अंतर को केवल 4.5% ही समझाया।

निष्कर्ष: मस्तिष्क को देखने का एक नया तरीका

तो, इस अध्ययन ने वास्तव में क्या सिद्ध किया? इसने सिद्ध किया कि आप केवल दो स्मार्टफोन और एक वायरलेस कैप का उपयोग करके एक सस्ती, पोर्टेबल ब्रेन लैब बना सकते हैं, और यह जटिल खेल क्रियाओं के दौरान मस्तिष्क के "काउंटडाउन" संकेत को देखने के लिए पर्याप्त प्रभावी है। यह विज्ञान के लिए एक बड़ा कदम है, जो यह दिखाता है कि मस्तिष्क का अध्ययन करने के लिए हमें कुर्सी से बंधे रहने की आवश्यकता नहीं है।

हालाँकि, इस अध्ययन ने एक लोकप्रिय विचार को भी खारिज कर दिया: कि इस मस्तिष्क संकेत की ताकत एक एथलेटिक सफलता का सरल भविष्यवचक है। मस्तिष्क तैयार होता है, लेकिन वह तैयारी गारंटी नहीं देती कि शॉट सफल होगा। सफल शॉट के असली रहस्य प्रत्येक खिलाड़ी के शरीर की गति के सूक्ष्म, व्यक्तिगत गुणों में छिपे होते हैं, न कि किसी एक ज़ोरदार मस्तिष्क संकेत में।

यह शोध सुझाव देता है कि हालांकि अब हम वास्तविक दुनिया में मस्तिष्क की तैयारी को सुन सकते हैं, लेकिन यह समझना कि वह तैयारी वास्तव में एक सटीक शॉट में कैसे बदलती है, अभी भी एक जटिल पहेली है। यह केवल मस्तिष्क के "गो" कहने के बारे में नहीं है; यह इस बारे में है कि वह "गो" प्रत्येक खिलाड़ी के लिए अलग-अलग मांसपेशियों और जोड़ों के एक अद्वितीय, व्यक्तिगत नृत्य में कैसे परिवर्तित होता है। खेल विज्ञान का भविष्य केवल सफलता के लिए एक जादुई नंबर खोजने के बारे में नहीं होगा, बल्कि यह समझने के बारे में होगा कि हमारे मस्तिष्क और शरीर गति में एक साथ मिलकर कितने अनूठे, जटिल और अद्भुत तरीके से काम करते हैं।