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

雖然東(dong) 京奧運會(hui) 已經閉幕，但全球頂級運動員們(men) 展現出的力量之美、運動之美，依然縈繞在我們(men) 的腦海中。特別是運動員們(men) 超快的反應速度，更是給大家留下了深刻的印象。

蘇炳添在東(dong) 京奧運會(hui) 上的矯健身姿（圖片來源：人民日報）

比如，在東(dong) 京奧運田徑男子100米半決(jue) 賽中，中國短跑名將蘇炳添以9秒83的成績打破亞(ya) 洲紀錄，他當時的起跑反應時間僅(jin) 為(wei) 0.124秒。頂級運動員們(men) ，是如何實現“快速反應”的呢？這離不開頂級的身體(ti) 和大腦的協同合作。

如何快速反應？多感覺整合

對於(yu) 田徑項目專(zhuan) 業(ye) 選手而言，快速響應開始信號的能力非常重要。

在專(zhuan) 業(ye) 比賽中，起跑時反應慢了0.1秒，都會(hui) 造成成績的差距。那運動員的大腦是如何快速反應的呢？

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(men) 都知道，光速比聲速快，所以會(hui) 想當然地認為(wei) ，運動員隻要看白煙就行了，其實不然。

奧運會(hui) 用的發令槍和起跑線旁的擴音器(圖片來源：作者繪製)

奧運會(hui) 采用的發令槍槍響後，會(hui) 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(men) 看到開始的信號；

3.發令槍通過後麵的線纜向計時裝置發送起跑脈衝(chong) 。

運動員起跑 （圖片來源：Veer圖庫）

正是因為(wei) 這個(ge) 設計，參賽選手不僅(jin) 要對起跑的聲音有反應，還要時刻關(guan) 注發令槍產(chan) 生的白煙。

起跑線旁擴音器播放的聲音會(hui) 傳(chuan) 遞聽覺刺激，在同一時間，閃光會(hui) 傳(chuan) 遞視覺刺激，大腦則對這兩(liang) 個(ge) 信號加以整合，迅速做出反應。

聽覺與(yu) 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了。

在腦科學中，大腦會(hui) 整合多種感覺信號的輸入，最終得到更為(wei) 精準、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(yu) 上丘腦、高級聯合皮層等多個(ge) 腦區。多種感覺通道的相互作用，不僅(jin) 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。

而運動員就是在日複一日的訓練中，使得這些腦區的功能得到加強，進而擁有了一顆更為(wei) 發達的感覺大腦。

雷聲和閃電通過多感覺整合進入人腦（圖片來源：Veer圖庫）

其實，多感覺整合在日常生活中很常見。比如，我們(men) 先看見閃電再聽到雷聲，會(hui) 感覺雷聲很響亮，但如果我們(men) 閉上眼睛，隻聽雷聲，就會(hui) 感覺雷聲沒那麽(me) 響亮了。

還有一項交通規則也和多感覺整合有關(guan) ，那就是開車時不讓接打手機。因為(wei) ，本來視覺係統和聽覺係統在默契地合作，以便對道路和汽車的變化做出及時的反應。而一旦你接打手機了，不僅(jin) 道路判斷的聽覺信號輸入會(hui) 大打折扣，過度的分心甚至會(hui) 影響你視覺的判斷。

有研究稱，開車接打手機會(hui) 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。

注意力決(jue) 定成敗

除了多感覺整合，良好的注意力也極為(wei) 重要。

相信很多人會(hui) 對運動員的搶跑行為(wei) 印象深刻，部分搶跑者還會(hui) 因為(wei) 犯規被剝奪比賽資格。

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(yu) 0.1秒的情況。

那為(wei) 什麽(me) 有的運動員還沒等發令槍開始，就起跑了？

其實，這可能不是他有意要違反規則，而是在緊張的情況下，注意力極度提升，將外界一點風吹草動誤判為(wei) 開跑的信號所致。

所以，除了日常的體(ti) 能訓練外，注意力的訓練對運動員也極其重要。他們(men) 需要適應嘈雜環境，以及大賽中高度緊張的情況，去集中注意力，準確判別開始信號。

而射擊運動員則更需要在整個(ge) 參賽過程中，時刻保持集中注意力，所以我們(men) 就會(hui) 看到楊倩等奧運冠軍(jun) 在賽場上非常冷靜的表情了。

楊倩在東(dong) 京奧運會(hui) 女子10米氣步槍決(jue) 賽賽場上（圖片來源：央視截圖）

“注意力”在大腦中是由三個(ge) 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(nei) 側(ce) 額頂葉的腦區負責。集中注意力時，額葉腦區先興(xing) 奮，之後頂葉的腦區也參與(yu) 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，神經網絡就要鍛煉得很發達。

集中注意時活動的腦區和隨時間變化情況（圖片來源：作者繪製）

注意力太重要了，如果心不在焉，無論是考場上，還是跑道上，都會(hui) 表現不佳。

俄羅斯教育家烏(wu) 申斯基曾指出:“注意力，是我們(men) 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(jue) 定了我們(men) 對感覺輸入的取舍，也決(jue) 定了我們(men) 是否要采取行動，因此，注意力往往決(jue) 定了事情的成敗。

比專(zhuan) 注更牛的技能——預測

當然，要想達到更快的反應，運動大神們(men) 有更為(wei) 絕密的技巧，那就是預測。

其實，預測是大腦完成的一件非常複雜的任務。足球場上，別看守門員不能在場內(nei) 叱吒風雲(yun) ，其實在緊要關(guan) 頭，守門員至關(guan) 重要。點球大戰時，守門員的表現，極大程度決(jue) 定了整場比賽的輸贏。而一個(ge) 好的守門員，往往在射手開球之前，就能夠對球的方向做出預判。

守門員需提前預測球的方向（圖片來源：Veer圖庫）

點球時，球距離球門的距離很短，而專(zhuan) 業(ye) 射手踢出的球速度又極快，已經大大超出常人的反應速度。這時候，不僅(jin) 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(hui) 向著球相反的方向撲過去。這不一定是反應不及時，而是他們(men) 大腦中的預測出現了錯誤。

在動物界裏，“預測”能力對生存至關(guan) 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美味佳肴。這就好比奧運會(hui) 上飛碟射擊項目，運動員要朝著飛碟運動的未來軌跡射擊才有可能擊中。

（圖片來源：Veer圖庫）

科學家們(men) 對大腦如何對運動物體(ti) 的預測進行了深入的研究。貝葉斯理論就是一種基於(yu) 前期經驗的預測模型，它不僅(jin) 充分利用先驗信息，而且將預測模型與(yu) 普通回歸模型的預測結果進行比較，最後做出更優(you) 的結論。

例如，飛碟射擊運動員會(hui) 根據飛碟發出的方向，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(hui) 調整自己的預測期望，得到一個(ge) 新的預測軌跡。這樣，經過數百次甚至上千次的訓練後，在他的大腦中就會(hui) 有一幅清晰的飛碟飛行的軌跡了。

由此看來，體(ti) 育競技需要大腦與(yu) 身體(ti) 的充分配合。大家在生活中也不妨多多運動，在體(ti) 育活動中強健自己的體(ti) 魄和大腦。

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

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