出品：科普中國
製作：王飛（中國科學院神經科學研究所）
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
一次又一次，運動員們用他們滿身的肌肉和敏捷的身手徵服了我們，讓我們感受到了人體的極限和運動之美。不過，有人說運動員們都是些『四肢發達，頭腦簡單』的人。只要他們訓練出一身肌肉，流淌足夠的汗水，奧運冠軍就會成為他們的了。其實，奧運會不單單是身體的競技，更是頭腦的比拼。運動員們的頭腦並不比科學家們的要差勁，從某些方面來說，奧運冠軍都有一顆『最強大腦』。
藥不能亂吃，話不能亂說。我們既然這樣說，一定是有理有據。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的，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。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。
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。
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。
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。
相信很多人會對歷屆奧運會比賽中運動員的搶跑行為印象深刻，有些運動員還因為搶跑犯規，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。
那為什麼有的運動員還沒等發令槍開始，就起跑了？
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。
所以，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，所以我們就會看到張夢雪、易思玲等奧運冠軍在賽場上異常「冷漠」的表情了。
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。
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，極大程度上得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。
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。
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。
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。
由此看來，運動員確實需要一顆強大的大腦才能指揮其身體贏得比賽。在軀體強大的同時，頭腦的豐盈更顯得重要。
參考文獻:
1、https://pixabay.com
2、Janelle Weaver.(2007). The Neural Cascade of Attentional Control.PLoS Biology ,5(1):e27-e28
3、Stephen M. Deban and David B. Wake. (1997). Salamander with a ballistic tongue .Nature,389(4):27-28