[科普中國(guó)]-四肢發(fā)達(dá)，頭腦簡(jiǎn)單？NO！

一次又一次，運(yùn)動(dòng)員們用他們滿身的肌肉和敏捷的身手征服了我們，讓我們感受到了人體的極限和運(yùn)動(dòng)之美。不過，有人說運(yùn)動(dòng)員們都是些‘四肢發(fā)達(dá)，頭腦簡(jiǎn)單’的人。只要他們訓(xùn)練出一身肌肉，流淌足夠的汗水，奧運(yùn)冠軍就會(huì)成為他們的了。其實(shí)，奧運(yùn)會(huì)不單單是身體的競(jìng)技，更是頭腦的比拼。運(yùn)動(dòng)員們的頭腦并不比科學(xué)家們的要差勁，從某些方面來說，奧運(yùn)冠軍都有一顆‘最強(qiáng)大腦’。

（圖片來源：Veer圖庫(kù)）

藥不能亂吃，話不能亂說。我們既然這樣說，一定是有理有據(jù)。先讓我們看看奧林匹克格言吧。1913年經(jīng)顧拜旦提議，經(jīng)國(guó)際奧委會(huì)批準(zhǔn)，奧林匹克的憲章中寫明：“更快，更高，更強(qiáng)”是奧林匹克運(yùn)動(dòng)宗旨。用我們的話說，那就是三個(gè)字：快，準(zhǔn)，狠。一個(gè)運(yùn)動(dòng)員只要達(dá)到了這三點(diǎn)，才有可能獲得獎(jiǎng)牌。而這三點(diǎn)的達(dá)到，不僅僅是有一身的肌肉就可以的，還需要人體神經(jīng)系統(tǒng)的高度發(fā)達(dá)才能實(shí)現(xiàn)。今天就讓我們了解下大腦是如何達(dá)到“快”的目標(biāo)的。

如何快速反應(yīng)？多感覺整合

又有人要說了，快還不簡(jiǎn)單，有一雙大長(zhǎng)腿，卯足了勁兒跑就是了。其實(shí)，對(duì)于田徑項(xiàng)目專業(yè)選手而言，能夠快速對(duì)開始信號(hào)響應(yīng)才是王道。在專業(yè)比賽中，起跑時(shí)反應(yīng)慢了0.1秒，就是致命的打擊。那運(yùn)動(dòng)員的大腦是如何快速反應(yīng)的呢？

奧運(yùn)會(huì)田徑賽場(chǎng)上，各國(guó)運(yùn)動(dòng)員各就各位，等待發(fā)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(yùn)動(dòng)員只要看白煙就行了，其實(shí)不然。

奧運(yùn)會(huì)采用的發(fā)令槍，槍響后同時(shí)發(fā)生三件事情：

1.起跑線旁的擴(kuò)音器播放聲音，確保運(yùn)動(dòng)員聽到起跑令；

2.發(fā)令槍發(fā)出閃光，讓運(yùn)動(dòng)員們看到開始的信號(hào)；

3.發(fā)令槍通過后面的線纜向計(jì)時(shí)裝置發(fā)送起跑脈沖。

奧運(yùn)會(huì)用的發(fā)令槍和起跑線旁的擴(kuò)音器(王飛 繪制)

正是因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)，參賽選手不僅要對(duì)起跑的聲音有反應(yīng)，也要時(shí)刻關(guān)注發(fā)令槍產(chǎn)生的白煙。起跑線旁擴(kuò)音器播放的聲音傳遞聽覺刺激，在同一時(shí)間閃光傳遞視覺刺激，大腦對(duì)這兩個(gè)信號(hào)加以整合，迅速做出反應(yīng)。聽覺與視覺刺激在時(shí)間和空間上的疊加造成了1+1>2的效果，這就是運(yùn)動(dòng)員大腦反應(yīng)快的奧秘。

在腦科學(xué)中，大腦會(huì)整合多種感覺信號(hào)的輸入，最終得到更為精準(zhǔn)和快速的反應(yīng)，這種效應(yīng)叫做多感覺整合。研究表明，多感覺整合存在于上丘腦、高級(jí)聯(lián)合皮層等多個(gè)腦區(qū)。多種感覺通道的相互作用，不僅是單感覺功能區(qū)到多感覺功能區(qū)的前饋聯(lián)結(jié)，還存在多感覺功能區(qū)對(duì)單感覺功能區(qū)的反饋聯(lián)結(jié)。而運(yùn)動(dòng)員就是在日復(fù)一日的訓(xùn)練中，使得這些腦區(qū)的功能得到加強(qiáng)，進(jìn)而擁有了一顆更為發(fā)達(dá)的感覺大腦。

雷聲和閃電通過多感覺整合進(jìn)入人腦（圖片來源：Veer圖庫(kù)）

其實(shí)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(huì)感覺雷聲很響亮。如果我們閉上眼睛，只聽雷聲，你就感覺不到那么響亮的雷聲了。

開車時(shí)為什么不讓接打手機(jī)？因?yàn)楸緛硪曈X系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)在很好得合作，以便對(duì)道路和汽車的變化做出及時(shí)的反應(yīng)。而一旦你接打手機(jī)，不僅對(duì)道路判斷的聽覺信號(hào)輸入會(huì)大打折扣，過度的分心甚至?xí)绊懩阋曈X的判斷。有研究稱，開車接打手機(jī)會(huì)導(dǎo)致對(duì)突發(fā)事件反應(yīng)延時(shí)長(zhǎng)達(dá)0.5秒，這就是多感覺輸入之間的相互干擾造成的。

所以，知道大腦多感覺整合的效應(yīng)，不僅能幫助運(yùn)動(dòng)員拿到好成績(jī)，對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ钜灿泻艽髱椭?/p>

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(huì)對(duì)歷屆奧運(yùn)會(huì)比賽中運(yùn)動(dòng)員的搶跑行為印象深刻，有些運(yùn)動(dòng)員還因?yàn)閾屌芊敢?guī)，被剝奪了比賽資格。

搶跑，是指運(yùn)動(dòng)員在發(fā)令槍響前或聽到槍響后到做出起跑反應(yīng)小于0.1秒的情況。

那為什么有的運(yùn)動(dòng)員還沒等發(fā)令槍開始，就起跑了？

其實(shí)可能不是他有意要違反規(guī)則，而是在那種緊張的情況下，注意力極度提升，外界一點(diǎn)風(fēng)吹草動(dòng)就會(huì)被他認(rèn)為是開跑的信號(hào)。而這個(gè)注意力錯(cuò)誤就導(dǎo)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(xùn)練外，注意力的訓(xùn)練對(duì)于運(yùn)動(dòng)員也極其重要。他們需要適應(yīng)在嘈雜環(huán)境下，尤其是大賽中高度緊張的情況下，集中注意力，準(zhǔn)確判別開始信號(hào)。射擊運(yùn)動(dòng)員則更需要在整個(gè)參賽過程中時(shí)刻保持注意力的集中，所以我們就會(huì)看到張夢(mèng)雪、易思玲等奧運(yùn)冠軍在賽場(chǎng)上異常“冷漠”的表情了。

注意在大腦中是由三個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的：警覺網(wǎng)絡(luò)，定向網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)。有研究表明，注意力的定向網(wǎng)絡(luò)由大腦內(nèi)側(cè)額頂葉的腦區(qū)負(fù)責(zé)。集中注意力時(shí)，額葉腦區(qū)先興奮，之后頂葉的腦區(qū)也參與其中，導(dǎo)致了對(duì)視覺輸入信號(hào)的加強(qiáng)。而運(yùn)動(dòng)員要想取得好成績(jī)，其注意的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就要鍛煉的很發(fā)達(dá)。

集中注意時(shí)活動(dòng)的腦區(qū)和隨時(shí)間變化情況（王飛 繪制）

注意力是如此重要，如果心不在焉，在考場(chǎng)和跑道上都會(huì)表現(xiàn)不佳。所以不要認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員們學(xué)習(xí)起來肯定不如你，雖然他們每天看似只是叱咤在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上，但是當(dāng)他們坐下來時(shí)，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(shí)中的一切，必然都要經(jīng)過它才能進(jìn)來?！弊⒁饬Q定我們對(duì)感覺輸入的取舍，也決定了我們是否要采取行動(dòng)，因此注意力往往決定了事情的成敗。

比專注更牛的技能——預(yù)測(cè)

當(dāng)然，要想達(dá)到更快的反應(yīng)，運(yùn)動(dòng)大神們有更為絕密的技巧。喜歡看足球比賽的同學(xué)們也許會(huì)知道，這個(gè)技巧就是預(yù)測(cè)。

其實(shí)預(yù)測(cè)是大腦完成的一件非常復(fù)雜的任務(wù)。足球場(chǎng)上，守門員別看不能亂跑，可是起了關(guān)鍵的作用。尤其在點(diǎn)球大戰(zhàn)時(shí)，守門員的表現(xiàn)，極大程度上得決定了整場(chǎng)比賽的輸贏。而一個(gè)好的守門員，往往在射手開球之前，就已經(jīng)預(yù)測(cè)出球要向那個(gè)方向踢。

守門員提前預(yù)測(cè)球踢出的方向（王飛 繪制）

點(diǎn)球時(shí)，球距離球門的距離很短，而專業(yè)射手踢出的球速度又極快，已經(jīng)大大超出人的反應(yīng)速度。這時(shí)候，不僅需要守門員眼觀六路，定神凝氣，更重要的就是憑借自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)射手的動(dòng)作進(jìn)行預(yù)測(cè)。所以，有經(jīng)驗(yàn)的守門員往往是通過對(duì)射手跑動(dòng)時(shí)的動(dòng)作提前判斷球的走向，而沒有經(jīng)驗(yàn)或者判斷失誤的守門員，會(huì)向著球相反的方向撲過去，不是他們反應(yīng)不及時(shí)，是他們大腦中預(yù)測(cè)出現(xiàn)了錯(cuò)誤。

預(yù)測(cè)失誤的守門員撲向球相反的方向（王飛 繪制）

在動(dòng)物界里，預(yù)測(cè)對(duì)于一個(gè)物種的生存至關(guān)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(yùn)會(huì)上飛碟射擊項(xiàng)目一樣，運(yùn)動(dòng)員要朝著飛碟運(yùn)動(dòng)的前方射擊才有可能擊中。

（圖片來源：Veer圖庫(kù)）

科學(xué)家們對(duì)大腦如何對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行預(yù)測(cè)進(jìn)行了深入的研究。貝葉斯理論就是一種基于前期經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)模型，其不僅充分利用先驗(yàn)信息，而且將預(yù)測(cè)模型與普通回歸模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，最后做出更優(yōu)的結(jié)論。例如，飛碟射擊運(yùn)動(dòng)員會(huì)根據(jù)飛碟發(fā)出時(shí)的方向，預(yù)測(cè)之后的飛行軌跡。當(dāng)射出的子彈沒有打中飛碟時(shí)，他就會(huì)調(diào)整自己的預(yù)測(cè)期望，得到一個(gè)新的預(yù)測(cè)軌跡。這樣，經(jīng)過數(shù)百次甚至上千次的訓(xùn)練后，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(yùn)動(dòng)員確實(shí)需要一顆強(qiáng)大的大腦才能指揮其身體贏得比賽。在軀體強(qiáng)大的同時(shí)，頭腦的豐盈更顯得重要。

參考文獻(xiàn):

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