大腦具有一種特殊的處理和適應環境的方式，以使我們對運動更加熟練。研究試驗大量研究運動員，以加深我們對大腦可塑性機制的理解。
我們將討論技能開發和掌握，通過精神焦點進行學習，通過神經認知和敏捷性進行學習，通過觀察進行學習以及對學習的內在和外在影響背後的神經科學。
技能模式
在克拉克（Clark，1995）的《成為熟練者：模式和約束》書中，作者概述了動態系統的四個主要組成部分：約束，自組織，模式和穩定性。約束髮生在個人，環境或任務中，並且所有這三種約束共同限制了行為的結果。在這些約束下，個人必須通過內在的自組織過程找到平衡或穩定。一個人的先天特徵決定了他們的個人約束。例子包括身高，體重，健康水平，動機和焦慮。這些身體，心理和情感屬性一直在變化，並在很大程度上影響運動員的技能水平。舉個例子，超重，嗜睡，無動力的球員將與努力，健壯和充滿活力的球員大不相同。儘管所需的功能動作相同，但方法卻大不相同。健壯的運動員將有效地比賽並適應比賽的動態，而無動力的運動員則可能缺乏在心理和身體上對比賽動態做出反應的能力。環境限制包括設施，比賽場地，周圍的人（運動員，教練，父母），天氣，噪音水平和照明等。運動員感受到的環境壓力會極大地影響運動技能的獲得，從而影響比賽玩法。環境中的任何不適都會阻礙正確地學習。例如，如果年輕運動員在巨大的父母壓力下無法在一項特定的運動中表現出色，他們可能會在運動學習發展中投入過多的自覺努力，從而導致技能學習不正確或不充分。
輔導技巧
· 創建輕鬆的學習過程，以便大腦可以開發靈活的運動技能模式，以應用於動態比賽情況下的各種比賽場景。如果運動員感到壓力，則他們的模式太僵硬，太僵硬而無法動態適應。
· 教練可以通過幾種方式來處理特定任務的約束，包括更改比賽規則，最終目標或用於完成任務的設備。很好的例子是用較小的球門或更重的球踢足球，具有較小的球門或限制在18碼球門內射擊的能力。這些場景要求運動員將先前獲得的技能應用於新的任務約束，稱其為大腦和身體的動態運動範圍。身體不斷適應內部和外部的新環境，而無需自覺地處理通過感覺傳遞到大腦的多餘信息。通過在相同環境下練習相同的動作，可以增強以前從特定技能動作生成的每個模式。或者將其重新連接以產生動態相似的運動並達到相同的目標。競技運動的動態性質提供了一個很好的示例，說明了如何在比賽過程中考慮技能模式和限制並在運動技能發展過程中進行調整。
技能保留
保持技能可能是學習過程中最關鍵的部分。沒有保留，該過程將變得毫無意義。雅各比的類比指出，特定運動的結果可以通過有意識的過程或簡單地從記憶中檢索解決方案來實現。
如果從以前的嘗試中重新想到解決方案，則可以跳過該過程以實現相同的解決方案。為了使逐步超負荷發生，我們必須始終將解決問題的方法納入訓練計劃中。
這是一種為大腦提供具有思想處理能力的可變性的方法，而不是簡單地無思想地檢索。認知過程永久性地增強了運動路徑，但是一旦重複停止，很容易就忘記了恢復。
阻塞順序練習會重複運動，以增強模式，直到它成為我們肌肉記憶的一部分。9根據理論，隨著時間的流逝，不再需要解決問題來得出我們最初學到的結論。
通常，高技能的運動員不了解他們如何出色地完成一項運動。他們無法解釋這一過程。這是否意味著他們已經忘記了？Lee，Swanson和Hall（1991）質疑一個人在這種封閉式學習環境下構建未來行動計劃的能力。
相反，隨機順序練習在學習發展中使用了多種技能。這裡的理論是，大腦需要為每個試驗完全重組並執行新的計劃，從而帶來新的學習機會。
比較封閉順序和隨機順序的做法時，隨機組的參與者在保留和轉移學習方面的表現優於封閉組。情境干擾提供了超出學習閾值所必需的認知刺激。
輔導技巧
· 訓練中變化性的增加是任何教練在實踐中都能做到的簡單解決方案。
· 在兩次試驗之間略微調整運動動作可以鼓勵大腦解決問題的能力保持活躍。減少認知和身體疲勞是其他好處。
· 進行相同風格的動作似乎對運動員及其運動特別有效。但是，過度使用，對於傷害的增加風險和缺乏技能保留的特性並不值得。最好培養出具有紮實的問題解決能力和多功能性的全面性運動員，以適應許多比賽中的情況。
專注學習
在田徑運動中，毫無疑問，心理技能在所取得的成績中起著至關重要的作用。不專心的運動員無法滿足其運動的需求，並且常常缺乏這樣做的動力。焦點集中在哪裡。運動員是否將內在的注意力集中在有意識地控制身體動作上，從而掌握了準確的技能？還是專注於無意識產生的運動的外部影響？通過內部關注，運動員專注於所需的特定步驟和運動方式。這傾向於通過過於注重分鐘的技巧動作而不是眼前的比賽場景來限制系統。但是，在學習新技能或糾正技能錯誤時，內部專注是有益的。通過外部關注，運動員可以直觀地選擇最有效的運動模式來完成任務，而只關注移動的結果。一些研究表明，進行運動學習的新手運動員確實會從內部專注中受益，並且如果他們從訓練中分心，則會抑制學習。相反，對於擁有高水平能的精英運動員，他們主要在表現情況下使用潛意識自主動作。
Porter和Sims（2013）進行了一項有趣的研究，研究了指令的側重於內部提示運動和外部環境提示以及指令對短跑表現的影響。他們發現，在沒有收到指示的對照組中，短跑表現要比收到內部和外部焦點提示的組好得多。研究人員認為，沒有提供指導，運動員就自然可以選擇他們最有效的運動和智力途徑來獲得最大的衝刺努力。
輔導技巧
· 教練應避免出現諸如「將手臂從身體中拉出，使腳後跟保持低位並將腳趾用力推入地面」這樣的衝刺提示。這些是內部焦點提示，可能會妨礙運動員的潛意識效率。
· 取而代之的是，更通用的提示（例如「在跑道上變快」或「突圍而出」）可能會更有效，從而使運動員能夠在必要的框架內使其個人的運動技能得到滿足。
優秀運動員的神經認知
Fitts and Posner運動技能學習的三階段模型從認知到關聯到自主學習水平發展。認知階段的學習曲線陡峭，我們在學習基本運動時要牢記總體目標。在關聯階段（也稱為提煉階段）中，基本動作被呈現出來，並通過實踐變得更加實用。最後，在自主階段，我們在潛意識水平上執行運動技能，這是完全掌握和高水平的標誌。自動化程度的提高與熟練程度有關，因為在此水平以下，有意識和受控的過程效率低下，需要引起注意。此階段的運動員表現出平穩，輕鬆且完全有效的動作。較低的學習水平可以實現自動化嗎？自動化並不總是表示高水平的狀態。但是，高水平的運動技能確實表明了自動化。一些運動員由於對自己的能力和常規感到舒適，因此屬於中等水平的自動化類別。重複僅僅是通過一種習慣即可產生自動化。但是如果精細分析，運動員的運動能力將停滯在潛意識平台上。儘管他們的反應似乎是自動的，但高水平運動員擁有完善的場內決策方法。從理論上講，許多可能的動作是並行釋放的，因此在選擇最佳動作時甚至在接收環境中的所有信息之前，都具有速度優勢。這不同於仍處於認知或聯想學習階段的新手或中級運動員的處理系統。可能採取的行動有意識地引起運動員的注意，進行單獨評估，並在決策過程中進行權衡。兩組的反應時間截然不同。神經科學中一個尚未被完全理解得令人驚奇的概念是大腦的激活，它是通過視覺上想像特定的動作或場景而產生的。
例如，一個優秀的運動員可以迅速預見到指導足球下場的各種可能結果，其中包括許多傳球機會。這發生在偶數觸球之前的瞬間圖像中。在實際執行動作之前，大腦的功能性MRI將顯示出強烈的運動路徑激活。最強烈的神經反應將成為選擇的決定。所有這些都是在沒有運動員自願控制比賽的情況下發生的。發展高水平運動員的自動性可能會涉及比當前科學家理論更高的潛在認知程度。輔導技巧· 在制定敏捷性訓練計劃時，請不要忽略神經認知和神經肌肉連接，因為它是至關重要的訓練組成部分。為了使運動員進步到高水平，他們必須達到並掌握一定的潛意識感知-認知反應能力。
觀察學習
我們開發技能的兩種主要方法是通過內在和外在學習。當學習者進行並使用自我分析來產生試驗之間的反饋時，就會發生內在發展。外部學習需要刺激我們的環境以啟動運動路徑的發展，並就我們在該環境中的表現進行後續反饋。示範是教授新技能的好方法。示範要求學習者從環境中提取與感知相關的信息，以制定通用的運動計劃。Buchanan和Dean（2010）進行的一項研究調查了針對任務目標採用多種戰略解決方案的效果。與沒有口頭幫助的一組相比，一組得到了口頭指導和視覺示範，並且表現得更快，更準確。作者還解釋說，如果不是視覺或言語幫助，探索性學習會阻礙運動發育。Hayes等人的研究。（2007年）測試了視頻活動是否有助於兒童學習新技能。孩子們觀看了保齡球動作的視頻，並被要求模仿該動作。研究人員發現，兒童利用視覺信息產生相對運動功能，從理論上講，這在學習協調的早期非常重要。孩子的目標是模仿視頻的簡化版本，以達到相同的結果。除非兒童接受指導性信息或認知分解策略，否則研究人員建議，將缺乏一致性。Domuracki，Wong，Olivieri和Grierson（2015）進行的一項研究探討了有缺陷和無缺陷示範對臨床學員的影響。
他們的結論是，只要受訓人員知道他們正在觀察錯誤的動作，那麼有缺陷的示範就會為改善表現提供錯誤。有缺陷的示範方法提供了有關錯誤技能的反饋。示範提供了一種快速掌握新穎運動技能的絕佳方法。在大多數情況下，他們允許採用通用的運動計劃。在發展過程中，兒童尤其受益於口頭指導。完美和不完美示範的混合觀察可能是實現最大技能發展的必要媒介。
輔導技巧
· 任何教練都可以在工具箱中添加示範。該工具應根據運動員的年齡和成熟度來應用。
學習中的神經科學
Huang，Hazy，Herd和O'Reilly（2013）提出了一種雙向學習模型，該模型由慢學習途徑和快速學習海馬途徑組成。這適用於教學學習作為一種刺激-響應（SR）機制。大腦最大的受累區域位於外側額葉前皮質，運動前和頂葉後皮質。頂葉緩慢途徑處理更簡單的常規映射，而快速海馬途徑通過SR映射處理新指令。基於教學的學習易於遵循，並且易於逐步指導。而且，與新的馬達模式試圖在舊的馬達模式上重寫（慢速路徑）相比，學習的速度更快。
觀察性學習表現出略有不同。當有人觀看示範時，前額葉皮層F5運動區的鏡像神經元被直接激活。Huang研究的重點是：快速海馬可以輕鬆記住指令，然後通過前額葉皮層-基底神經節系統的自上而下的處理來複製指令。
量化鏡像神經元發展和處理的速度將是有用的。另一方面，進行並行比較觀察和指導學習的並行研究會很有趣。這些發現將有助於研究人員了解哪種學習方法可以使大腦更快地適應。
鏡像神經元
如前所述，觀察性學習直接激活前額葉皮層F5運動區的獨特鏡像神經元。F5區域包含運動神經元嘴和手動作的表示。鏡像神經元具有幾個與大腦其他神經元不同的特徵。首先，他們非常專業。在觀察過程中，鏡像神經元僅在「生物效應器」或引起運動的身體部位與物體相互作用時觸發。換句話說，一隻手在休息時不會發射鏡像神經元。當模仿特定運動時，鏡像神經元也不會被激活。例如，投球會激活鏡像神經元，而沒有球的投擲動作不會。
鏡像神經元的許多證據都區分了任何遺傳易感性或關聯性。聯想學習理論解釋說，鏡像神經元在大腦中的神經通路是環境刺激的結果。一些觀察理論表明，心理狀態，策略，意圖或合理化會影響鏡像神經元的發育。但是，關聯理論純粹是基於自動性。這種培養模型無法說明在環境中未觀察到的嬰兒的能力，例如手握和物體操縱。嬰兒即使看不到自己的臉也可以通過手勢觀察到自己的面部。這表明某種先天的，預先建立的神經元途徑負責這種能力。但是，這種遺傳模型也有局限性。
研究人員提出了運動神經元生長和發育的表觀遺傳模型，表明基於環境影響，尤其是在兒童早期發育期間，穩定選擇的表型性狀。這將自然與養育這兩種理論整合到一個無所不包的模型中。