Reaktionstid, tjuvstart, gener och proteser

Jag ser inte mycket på TV, men det har ju varit svårt att undgå att det pågår ett VM just nu. Trots att jag helst springer långt, så har jag alltid tyckt att 100-metersfinalen är något av en höjdpunkt. Det går snabbt och det är dramatik. Detta VM var inget undantag.

Vad händer i starten?
Mycket hänger på starten i ett 100-meterslopp. Det är en sekvens av fem händelser:

1. Startpistolen avfyras.
2. Ljudet från pistolen fångas upp av örat.
3. Örat registrerar vågrörelsen och skickar den till hjärnan.
4. Hjärnan tolkar ljudet som en startsignal och skickar en signal till motor cortex att börja springa.
5. Signalen från hjärnan når fram till musklerna och sprintern skjuter iväg ur startblocket.

Punkt 2 till 5 brukar kallas reaktionstiden och om sprintern rusar iväg innan 0,10 s efter startskottet då anses det vara en tjuvstart. En genomgång av alla starter visar att reaktionstiden, d v s tiden mellan punkt 2 och 5, i snitt ligger på 0,15 s. Det verkar inte heller som om reaktionstiden kan tränas upp. Däremot påverkas den om man riskerar diskvalificering. Det var det som hände Carl Lewis 1991. Han var snabbare än sin konkurrent Leroy Burrell över 100 m, men han var 0,05 s långsammare ur startblocken p g a en tidigare tjuvstart. Alla hade rätt till en tjuvstart, sedan blev man diskad. Rädslan att bli diskvalificerad försenade reaktionen i de neurala kretsarna och han förlorade loppet och världsrekordet med tre hundradelar. Sedan dess har reglerna gjorts om. I tidigare mästerskap riskerade alla att diskvalificeras efter att någon gjort en tjuvstart. Det rationella valet för en sprinter var då att chansa i första försöket eftersom det kan ge några hundradelars fördelar medan nackdelarna med rädsla sprids över hela fältet. Nu när ingen tjuvstart tillåts kanske tiderna försämras något, ungefär som när Lewis tvekade i starten 1991?

När man tittar på reprisen i videon nedan ser man att Yohan Blake rycker lite med benet och det kan vara den rörelsen som triggar Bolt. Det sker helt omedvetet och Bolt är knappast medveten om att något rör sig till höger om honom. Det medvetna hinner inte med när det handlar om så korta tidsförlopp. Hjärnan jobbar hela tiden på en omedveten nivå och förbereder kroppen för handling innan det medvetna blir informerat. Blakes benryck och Bolts rusning är omedvetna handlingar och de kan inte hållas ansvariga för dem. Blakes ryckning kan i och för sig vara medveten, men det finns inget sätt att ta reda på det. Bolt rusade iväg utan medvetande, men efter en halv sekund hinner medvetandet ikapp och han sliter av sig tröjan i förtvivlan. Våra omedvetna reaktioner är en del av våra handlingar och regler ska följas. 

Ljudets och ljusets hastighet 
Eftersom ljudet färdas med ca 340 m/s tar det 0,303 sekunder för ljudet att förflytta sig till målet 100 meter bort. Ifall det står någon som ska klocka tiden vid målet måste den alltså reagera på rökpuffen ur pistolen och inte ljudet som kommer långt senare. Det är alltså bra att befinna sig nära startpistolen som sprinter. Det ändrades först 1995 då startskottet ersattes av ett ljud i startblocken för att ge alla sprinters lika chans. 4-5 hundradelar av förbättringarna på 100 meter kan alltså förklaras av bättre tidtagning. Före 1995 hade alltså sprinters med innerspår en markant fördel. Tre meter är en hundradel och en hundradel kan vara avgörande i ett 100 meters lopp.

Källa Nasa.

Vi upplever alltid en tjuvstart när vi tittar på ett sprinterlopp på avstånd. Om man sitter 60 meter från starten så har ljuset som bär bilden av sprintern till näthinnan kommit fram inom 0,0000002 s. Alltså i princip i samma ögonblick. Ljudet är dock en miljon gånger långsammare och når örat först efter 0,18 s och då har de flesta löparna redan börjat springa. Från åskådarplats ser det ut som en tjuvstart, som om löparna springer iväg innan startskottet. För åskådare som sitter tre km bort och ser loppet genom kikare går löparna i mål före startskottet. 

Vad händer i hjärnan? 
När tryckförändringen i luften som orsakas av startpistolen når örat omvandlas den först till ett ljud. Från innerörat till hjärnstammen tar det ungefär 0,01 s. Därefter skickas signalen vidare till auditiva cortex och senare till motor cortex där rörelsen planeras och därefter skickas kommandon ut till musklerna. För en löpare som är 180 cm tar det 0,026 s innan signalerna från hjärnans motoriska centrum når fötterna. Man har räknat ut att den sammanlagda tiden för alla dessa skeenden inte kan understiga 0,10 s och därmed klassas en starttid snabbare än så som tjuvstart. Fram tills nu har forskarna trott att i väntan på startskottet så börjar hjärnan planera rörelsen genom att öka aktiviteten hos nervcellerna. Det heter "rise-to-threshold"-hypotesen. I nyare studier har man dock funnit att reaktionstiden inte beror aktiviteten i sig utan på vilken bana som den neurala aktiviteten följer i hjärnan. Ju närmare den neurala aktiviteten är slutdestinationen, ju snabbare reaktion. 

Öst- och Västafrika 
Bolt föll på en tjuvstart i ett fält bestående av sprinters som nästan alla härstammar från Västafrika. Av de hundra bästa tiderna på 100 meter skulle jag tro att en överväldigande majoritet gjorts av västafrikaner och deras amerikanska och västindiska slavättlingar. 

Bolt från väst och Haile från öst. Om Bolt tränar lite uthållighet kanske han slår världsrekord på 200 m.

Jag känner inte till några kenyanska eller etiopiska sprinters. Man ska aldrig helt utesluta kulturella förklaringar, men det handlar om en så övervägande procent att jag tror det handlar om gener. En afrikan från Västkusten ser inte likadan ut som en afrikan från Östkusten. De skiljs åt av tusentals år av evolution i olika miljöer. I väst finns djungler. Där kan man inte vara uthållighetsjägare. Djungelmiljön gynnar den som rusar fort. Östra Afrika består av savanner och öken. Där gynnas uthållighetslöpare och det var där människosläktet uppstod och jämfört med andra djur är vi framför allt uthållighetslöpare. Bolt skulle förmodligen få stryk av en ko på 100 m, men inget däggdjur slår de bästa ultralöparna på 150 km. Eftersom européer och asiater är nära släkt och ursprungligen kommer från Östafrika, är vi alltså mer lika uthållighetslöparna. Men vi har också fått ett litet tillskott av neandertalgener. Jag vet inte om vi kan skylla östafrikanernas överlägsenhet på neandertalarna. Forskningen rusar fram just nu och om tio år vet vi mycket, mycket mer om detta. 

Bladerunnern Oscar Pistorius 
Efter att jag skrev inlägget om mannen som skar av sin fot var det roligt att se Oscar Pistorius. Vilken kämpe och vilket föredöme. Men lite kluven är jag. Var går gränsen? Vi kan ersätta kroppsdelar och snart också förbättra kroppsdelar. Det finns glasögon och det finns hörselimplantat och snart finns det proteser som gör löpare snabbare. Pistorius protes väger mindre och kräver mindre energi, men han är inte lika snabb ur startblocken och det går inte lika fort att accelerera. Hursomhelst måste man glädjas med honom och han är en personlighet.

"You're not disabled by the disabilities you have, you are able by the abilities you have." - Oscar Pistorius.