“熟能生巧”是怎么一回事
神经科学家经常通过研究在某一领域有所专长的人，来解锁大脑功能的一些线索。为此，我去见了一个叫奥斯汀·纳贝尔（AustinNaber）的10岁小男孩，他拥有一项过人天赋：他是竞技叠杯运动的儿童世界纪录保持者。
奥斯汀用我的眼睛几乎跟不上的流畅动作，把一摞叠起来的塑料杯子摆成了对称排列的三座独立金字塔。接着，他双手舞动，又把金字塔拆成了两摞，再将之变成一座高大的金字塔，之后又恢复为初始状态下的一摞杯子。
本体感觉
就算闭上眼睛，你也能知道自己的四肢在哪里：左胳膊是向上还是向下？腿是伸直的还是弯曲的？背是挺直的还是弓着的？这种知道自己肌肉状态的能力，叫作本体感觉。肌肉、肌腱和关节的受体提供了关节角度、肌肉张力和长度的信息。总的来说，这为大脑提供了肌肉姿态的丰富画面，使其可以进行快速的调整。
如果你曾试过在一条腿麻木之后走路，那就能体验到本体感觉暂时的失灵。感觉神经受到挤压，无法发送、接收相应的信号。没有了自己肢体的位置感，如切食物、打字或走路等简单的行为就都做不到了。
奥斯汀·纳贝尔是世界竞速叠杯运动10岁以下组的冠军。他根据特定的动作套路，在数秒之内构建并拆解杯塔。
他在5秒之内完成了这一系列动作。我试了一下，自己的最好成绩是43秒。
观察奥斯汀的动作，你大概猜想，他的大脑一定是在超负荷地运转，燃烧较多的能量，才能迅速地协调这些复杂动作。为了检验这一假设，我着手在一场双人叠杯挑战赛里测量他和我自己的大脑活动。在研究员何塞·路易斯·孔特雷拉斯－维达尔博士（Dr.José Luis Contreras-Vidal）的协助下，奥斯汀和我分别戴上了电极帽，测量颅骨内部密集神经元产生的电活动。之后解读所测得的脑电波，直接比较挑战赛期间我们的大脑付出的努力。我们头上都配置好了设备，一扇洞察我们头骨内部世界的窗户打开了。
奥斯汀向我演示了他所用的套路步骤。为了不被10岁小孩赢得太离谱，我先反复练习了大约20分钟，挑战赛才正式开始。
我的努力最终没什么用。奥斯汀完胜了我。他圆满完成了整个套路的最后一步时，我才差不多完成了整个套路的1/8。
我的失利并不出人意料，但脑电图揭示了些什么呢？如果说，奥斯汀的完成速度比我快8倍，那么，说他的能耗比我高8倍，似乎是个合理的假设。但这一假设忽视了大脑掌握新技能的基本原则。脑电图结果最终表明，超负荷运转、燃烧海量能量以完成这一复杂新任务的是我的大脑，而非奥斯汀的。我的脑电图显示，与大量的问题解决相关的β波频段高度活跃。对比来看，奥斯汀的α波段高度活跃，这种状态是与大脑的休息放松相关的。也就是说，尽管他的动作速度快又复杂，可他的大脑却很平静。
有意识的思考会燃烧能量。图中显示的是我（左）和奥斯汀（右）大脑的脑电活动图。颜色代表活动幅度。
脑电波
脑电图是监听来自神经元的整体电活动的一种方法。我们在人的头皮表面上放置小电极以接收“脑电波”，“脑电波”是一个口语词汇，指的是下层复杂神经活动产生的平均电信号。
1924年，德国生理学家兼精神病学家汉斯·贝格尔（HansBerger）首次记录了人类的脑电波。20世纪三四十年代，研究人员确定了若干种不同的脑电波：睡眠期间出现的δ波（低于4Hz）；与睡眠、深度放松和视觉想象相关的θ波（47Hz）；人放松且平静时出现的α波（8～13Hz）；我们思考活跃、解决问题时可见到的β波（13～38Hz）。这之后还识别了处在其他范围的重要脑电波，包括γ波（39～100Hz），与推理和计划等专注的精神活动相关。
我们的整体大脑活动是所有这些不同频率的组合，但取决于我们正在进行的行为，组合中会主要展现某一种频率。
奥斯汀的天赋和速度是他大脑生理变化的结果。经过多年练习，他大脑里神经连接的特定模式已经形成。他把叠杯的技术刻录进了神经元的结构里。因此，奥斯汀现在用来叠杯的能量消耗得比我少得多。与此相反，我的大脑则要用有意识的思考去解决这个问题。我使用的是通用认知软件，他则把该技能转移到了专门的认知硬件当中。
我们练习新技能的时候，这些技能就变成了物理硬接线，沉到意识层面之下。有些人想把这叫作肌肉记忆，但实际上，技能并不存储在肌肉里，相反，叠杯套路编织在奥斯汀大脑密密麻麻的连接丛林里。
经过练习，技能被写入了大脑的微观结构。
多年的叠杯练习，改变了奥斯汀大脑网络的复杂结构。程序记忆是一种长时记忆，是关于怎样自动做事情的记忆，比如骑自行车、系鞋带等。对奥斯汀来说，叠杯成了写入大脑微观硬件的程序记忆，这让他的动作变得又快又节能。通过练习，重复信号沿神经网络传递，强化了突触，从而把技能刻入回路。实际上，奥斯汀的大脑已经培养出了高度专业化的技能，他甚至能蒙上眼睛完美地完成叠杯套路。
对我来说，在学习叠杯的过程中，我的大脑征调的是前额叶皮质、顶叶皮质和小脑等速度缓慢又耗能多的区域，而奥斯汀完成叠杯套路早已不再需要它们。在学习一种新运动技能的初期，小脑起着特别重要的作用，它协调着那些需要精准度以及要完美把握时机的动作。
技能变成硬接线后，就沉到了意识控制层面之下。到了这时候，我们就能够不假思索地自动执行一项任务——也就是说，不需要有意识参与了。在某些情况下，一种技能接线程度极深，有研究者在大脑下面的脊髓里发现了它的回路。在实验中被摘除了大部分大脑的猫，仍然能够在转轮上走动：步态所涉及的复杂程序存储到了更下层的神经系统里。
