出品：科普中國
製作：中國科學院神經科學研究所 王飛
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
2016年里約奧運會已近尾聲，這場奧運不僅為我們呈現了一場場精彩的賽事，更是在此次奧運會中全方位的展現了運動員們的精神面貌和個人魅力。
當然，運動員們的努力和付出都不是表面看起來那麼輕鬆，誰能想到看似無憂無慮的泳壇表情包傅園慧用「洪荒之力」獲得銅牌的背後，是她曾經歷過雙重的低谷，並且一度飽受傷病的困擾；誰又能想到取得一金一銀好成績的孫楊，在參加奧運會之前一直遭受骨折的痛苦。
表情帝傅園慧和呆萌帝孫楊
一次又一次，運動員們在競技場上總是展現出強於他人的體魄，有時候會讓我們忽略掉成為一個運動員具備的其他能力。甚至有個別人說，運動員們就是「頭腦簡單，四肢發達」的人，只要他們訓練出一身的肌肉，流夠足夠的汗水，就能取得好成績了。其實，這種想法真是大錯特錯，就比如孫楊和傅園慧，在身體狀態欠佳的情況下，依然能夠取得好的成績，不僅是職業運動員意志力比拼的體現，還是運動員頭腦的競技。。運動員的頭腦並不比科學家們的差勁，甚至可以說奧運冠軍裡人人都有「最強大腦」。
運動員們的「最強大腦」
我們既然這樣說，當然是有理有據。先讓我們看看奧林匹克格言吧。1913年經顧拜旦提議，經國際奧委會批准，奧林匹克的憲章中寫明，「更快，更高，更強」是奧林匹克運動宗旨。用我們的話說，那就是三個字：快，準，狠。一個運動員只要達到了這三點，才有可能獲得獎牌。而這三點的達到，不僅僅是有一身的肌肉就可以，還需要人體神經系統的高度發達才能實現。今天就讓我們了解下大腦是如何達到「快」的目標的。
如何快速反應？多感覺整合
又有人要說了，快還不簡單，有一雙大長腿，卯足了勁兒跑就是了。其實，對于田徑項目專業選手而言，能夠快速對開始信號響應才是王道。在專業比賽中，起跑時反應慢了0.1秒，就是致命的打擊。
如果讓運動員們放棄大長腿的優勢，跟我們來比搶答按鈴，我想他們對開始信號的快速反應，還是會甩我們幾條街的。那運動員的大腦是如何快速反應的呢？
奧運會田徑賽場上，各國運動員各就各位，等待發令槍響。隨著一聲槍響，一股白煙冒出，緊張激烈的比賽由此開始。我們都知道光速比聲速快，所以運動員只要看白煙就行了，其實不然。
奧運會採用的發令槍，槍響後同時發生三件事情：
1.起跑線旁的擴音器播放聲音，確保運動員聽到起跑令；
2.發令槍發出閃光，讓運動員們看到開始的信號；
3.發令槍通過後面的線纜向計時裝置發送起跑脈衝。
奧運會用的發令槍和起跑線旁的擴音器
正是因為這個設計，參賽選手不僅要對起跑的聲音有反應，也要時刻關注發令槍產生的白煙。起跑線旁擴音器播放的聲音傳遞聽覺刺激，在同一時間閃光傳遞視覺刺激，大腦對這兩個信號加以整合，迅速做出反應。聽覺與視覺刺激在時間和空間上的疊加造成了1+1>2的效果，這就是運動員大腦反應快的奧秘。
在腦科學中，大腦會整合多種感覺信號的輸入，最終得到更為精準和快速的反應，這種效應叫做多感覺整合。研究表明，多感覺整合存在於上丘腦、高級聯合皮層等多個腦區。多種感覺通道的相互作用，不僅是單感覺功能區到多感覺功能區的前饋聯結，還存在多感覺功能區對單感覺功能區的反饋聯結。而運動員就是在日復一日的訓練中，使得這些腦區的功能得到加強，進而擁有了一顆更為發達的感覺大腦。
雷聲和閃電通過多感覺整合進入人腦
其實多感覺整合在日常生活中很常見，比如我們先看見閃電再聽到雷聲會感覺雷聲很響亮。如果我們閉上眼睛，只聽雷聲，你就感覺不到那麼響亮的雷聲了。
還有開車時為什麼不讓接打手機？因為本來視覺系統和聽覺系統在很好得合作，以便對道路和汽車的變化做出及時的反應。而一旦你接打手機，不僅對道路判斷的聽覺信號輸入會大打折扣，過度的分心甚至會影響你視覺的判斷。有研究稱，開車接打手機會導致對突發事件反應延時長達0.5秒，這就是多感覺輸入之間的相互幹擾造成的。
所以，知道大腦多感覺整合的效應，不僅能幫助運動員拿到好成績，對於我們日常生活也有很大幫助。
注意力決定成敗
除了多感覺整合，良好的注意力也極為重要。
相信很多人會對2011年百米大戰牙買加飛人出局的情節記憶猶新吧。但事實就擺在眼前，博爾特因為搶跑犯規，被剝奪了比賽資格。
搶跑，是指運動員在發令槍響前或聽到槍響後到做出起跑反應小於0.1秒的情況。
那為什麼飛人還沒等發令槍開始，就開始起跑了？其實可能不是他有意要違反規則，而是在那種緊張的情況下，注意力極度提升，外界一點風吹草動就會被他認為是開跑的信號。而這個注意力錯誤就導致了博爾特被罰下，自此與冠軍無緣。
博爾特因為搶跑被罰下賽道
也就是說，除了日常的體能訓練外，注意力的訓練對於運動員也極其重要。他們需要適應在嘈雜環境下，尤其是大賽中高度緊張的情況下，集中注意力，準確判別開始信號。射擊運動員則更需要在整個參賽過程中時刻保持注意力的集中，所以我們就會看到裡約奧運會女子10米氣手槍冠軍張夢雪「冷漠」的表情。
張夢雪的專注和「冷漠」
注意在大腦中是由三個網絡構成的：警覺網絡，定向網絡和執行網絡。有研究表明，注意力的定向網絡由大腦內側額頂葉的腦區負責。集中注意力時，額葉腦區先興奮，之後頂葉的腦區也參與其中，導致了對視覺輸入信號的加強。而運動員要想取得好成績，其注意的神經網絡就要鍛鍊的很發達。
集中注意時活動的腦區和隨時間變化情況
注意力是如此重要，如果心不在焉，在考場和跑道上都會表現不佳。所以不要認為運動員們學習起來肯定不如你，雖然他們每天看似只是叱吒在運動場上，但是當他們坐下來時，專注力很可能非常高。
俄羅斯教育家烏申斯基曾指出:「注意是我們心靈的惟一門戶，意識中的一切，必然都要經過它才能進來。」注意力決定我們對感覺輸入的取捨，也決定了我們是否要採取行動，因此注意力往往決定了事情的成敗。
比專注更牛的技能——預測
當然，要想達到更快的反應，運動大神們有更為絕密的技巧。喜歡看足球比賽的同學們也許會知道，這個技巧就是預測。
其實預測是大腦完成的一件非常複雜的任務。足球場上，守門員別看不能亂跑，可是起了關鍵的作用。尤其在點球大戰時，守門員的表現，極大程度決定了整場比賽的輸贏。而一個好的守門員，往往在射手開球之前，就已經預測出球要向那個方向踢。
守門員提前預測球踢出的方向
點球時，球距離球門的距離很短，而專業射手踢出的球速度又極快，已經大大超出人的反應速度。這時候，不僅需要守門員眼觀六路，定神凝氣，更重要的就是憑藉自己的經驗對射手的動作進行預測。所以，有經驗的守門員往往是通過對射手跑動時的動作提前判斷球的走向，而沒有經驗或者判斷失誤的守門員，會向著球相反的方向撲過去，不是他們反應不及時，是他們大腦中預測出現了錯誤。
預測失誤的守門員撲向球相反的方向
在動物界裡，預測對於一個物種的生存至關重要。例如蜥蜴要提前知道飛行的蟲子的軌跡，以便快速伸出舌頭吃到好吃的。這就像奧運會上飛碟射擊項目一樣，運動員要朝著飛碟運動的前方射擊才有可能擊中。
蜥蜴通過預測蟲子的飛行方向捕食
科學家們對大腦如何對運動物體進行預測進行了深入的研究。貝葉斯理論就是一種基於前期經驗的預測模型，其不僅充分利用先驗信息，而且將預測模型與普通回歸模型的預測結果進行比較，最後做出更優的結論。例如，飛碟射擊運動員會根據飛碟發出時的方向，預測之後的飛行軌跡。當射出的子彈沒有打中飛碟時，他就會調整自己的預測期望，得到一個新的預測軌跡。這樣，經過數百次甚至上千次的訓練後，在他的大腦中就有一幅清晰的飛碟飛行的軌跡了。
託馬斯-貝葉斯和他的概率模型公式
運動員贏得比賽，包括身體、大腦、精神、心理、外部環境影響等多種因素，但是從上述分析可以看出，運動員擁有一顆強大的大腦並且持之以恆的鍛鍊才能指揮其身體獲得比賽的更大勝算，所以說，在軀體強大的同時，頭腦的豐盈更顯得重要。
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