如果你是一名健身爱好者，或者只是想增加一些体重，使自己的肌肉增多一些，那么，你挑战自己的肱二头肌、肱三头肌、股四头肌、胸大肌、三角肌、背阔肌、斜方肌、腹肌、臀大肌、小腿肌肉以及腘绳肌，等等，就很容易追踪观察你的健身效果。你可以采用录像的测量方法，或者简单地每天照一照镜子，感受一下你的进步。如果你采用跑步、骑车或游泳等方法来增强耐力，那可以通过测量心率、呼吸的方式来观察你的进展，也可以看自己能够持续地跑、骑、游多长距离，直到肌肉由于乳酸的累积而颤抖为止。
但如果你要挑战自己的心理能力，比如说，想要精通微积分、学会演奏一件乐器或懂一门外语，那就不同了。要观察你的大脑因这些挑战而发生的改变并不容易，因为它会逐步地适应你强加给它的日益提高的要求。艰苦地训练一天后，你的大脑皮层并不会酸痛。你的脑袋也不会真的变大，不必由于以前的帽子现在戴不下了，而出去重新买顶新帽子。你不用在额头上训练出六块肌肉来。由于大脑中的任何变化你无法亲眼看见，所以你很容易以为，这些训练真的不会给你带来太大的变化。
不过，这是错误的。越来越多的证据表明，大脑的结构与运行都会为了应对各种不同的心理训练而改变，而且，很大程度上像你的肌肉和心血管系统响应体育锻炼那样。在诸如核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等脑部成像技术的方法帮助下，神经学家开始研究拥有特定技能的人们的大脑与不具备那些技能的人们的大脑，到底有什么区别，同时，他们开始探索各种练习可以产生哪些类型的改变。尽管在这个领域中，要学习的知识依然很多，但我们已经足够清楚地知道，有目的的练习和刻意练习，怎样既增强我们的身体能力，又强化我们的心理能力，并使我们能够做一些此前从没做过的事情。
关于我们的身体怎样适应训练，我们了解到的绝大多数知识来自对跑步运动员、举重运动员和其他各类运动员的研究。不过，有趣的是，迄今为止，科学界围绕“大脑为响应大量训练会怎样改变”而开展的一些质量最高的研究，并没有聘请音乐家、棋手或数学家作为研究对象（这些更传统的研究对象，一般用来研究训练对表现和水平所产生的影响），而是请出租车司机参与其中。
伦敦出租车司机的大脑
世界上几乎没有哪座城市可以像伦敦那样使GPS系统陷入混乱。首先，这座城市并没有由大道构成的道路网络来指示方位和路径，好比纽约曼哈顿、巴黎或东京那样。相反，城市的主干道相互之间都形成奇怪的夹角。主干道则呈曲线状地弯曲着。城市中到处都是单行道，环形交叉路和“断头路”也随处可见，而且，泰晤士河在城市中央穿过，因此，伦敦的市中心被十几座桥梁跨过，使得人们在这座城市中不论进行多长时间的旅行，可能都得至少跨过一座桥梁（有时候甚至更多）。此外，伦敦市采用古怪的编号系统，有时候会让你搞不清楚，要到哪里才能找到某个特定的地址，即使你已经找对了地址上标明的街道。
所以，对游客来说，最好的建议是别想着租一辆带车载导航的车去环游伦敦，而是要靠这座城市的出租车司机把你带到想去的地方。他们无处不在，而且有着令人震惊的能力，能以最高效的方式把你从甲地载到乙地，不仅考虑了各种可行路线的长度，考虑了一天中的时间、预期的交通状况、临时路况以及道路关闭情况，还可能想到了与旅行有关的其他各种细节。在伦敦，大约有2.5万名出租车司机，每天驾驶着他们像箱子似的大型黑色出租车，穿梭于城市的大街小巷。另外，你告诉出租车司机自己想去某个地方，不一定要提供传统的街道地址。假设你打算再逛一次查令十字街上那家专卖各种时髦帽子的小店，你又无法完整回忆起来它的名字，比如Load抯或Lear或类似的名字，但你记得，帽子店的隔壁是一家出售纸杯蛋糕的面包房，没关系，有这些信息就够了。把你知道的一切都告诉出租车司机，很快你会发现，出租车就跟自动导航似的，把你载到了那家店铺的门前。
世界上最难的测试
你可能想到了，鉴于普通人在伦敦很难找到正确的路径，并不是人人都可以当好伦敦的出租车司机。事实上，在伦敦，要想当一名获得许可的出租车司机，必须通过一系列测试，这些测试一直被人们认为是世界上最难的测试。测试由伦敦的交通部门管理，那个机构将“知识”（也就是出租车司机必须了解的信息）描述为如下内容。
为了获得许可，成为一名“全伦敦”的出租车司机，你得对以查令十字街为圆心的约9.6千米的半径范围内的区域有全面的了解。你得知道：所有的街道，房产，公园和开放区域，政府机构和部门，金融和商业中心，外交机构，市中心，登记办事处，医院，宗教场所，体育场馆和休闲中心，机场，车站，酒店，俱乐部，剧院，电影院，博物馆，艺术会展中心，学校，学院和大学，警察局和总部建筑，民事、刑事和验尸官法庭，监狱，以及游客感兴趣的其他地点。事实上，出租车乘客可能到达的任何地点，都得掌握。
以查令十字街为圆心的9.6千米的半径范围内，大约有2.5万条街道。但是，想要成为出租车司机的人士，必须熟悉比那个数目还要多的街道与建筑物。任何的地标性建筑，你都可以拿来参照，但也许没什么用。2014年，《纽约时报》杂志刊登了一则关于伦敦出租车司机的新闻故事。故事讲道，主管测试的机构曾经让一位参加测试的出租车司机把主考官带到一尊“手拿奶酪”的两只老鼠的雕像面前；那尊雕像只有1英尺高（约为0.3米），周围全是高耸入云的建筑物。
还要指出的是，参加测试的出租车司机还得向主考官显示，他们可以尽快从甲地到达乙地。测试包括很多“回合”，主考官给出伦敦的两个地点，被测试对象必须先说出两个地点的精确位置，描述出它们之间的最佳线路，然后依次说出沿途每一条街道的名字。每一回合测试结束后，都由主考官根据出租车司机答案的准确性进行打分，然后，随着分数的累积，测试变得越来越难，因为主考官对终点的描述会越来越模糊，行驶路线也更长、更绕、更复杂。到最后，大约一半甚至更多的出租车司机在测试中被淘汰。没被淘汰并获得许可的那些人，早已将伦敦的地图内化于心，某种程度上好比胸中装着谷歌地图，可以随时调用卫星照片，具有深不可测的记忆力和处理能力。只要乘客提供模糊的地址，他们便能驾驶着装有摄像头的出租车，准确地把客人载到指定目的地。
为了掌握那些“知识”，打算参加测试的出租车司机要花上数年时间，把伦敦的大街小巷全都熟记于心，并做好笔记，详细记录哪个地方是怎样的，以及如何从这里去往那里。第一步是掌握指导手册中提供给出租车司机候选者的320回合的清单。对于某个特定回合，候选者通常首先借助摩托车，实地走一遍各种可能的线路，搞清最短的路径是什么，然后再实地探索这些线索的起点和终点附近地区。这意味着要在那些地方约400米的范围内闲逛，把周围的建筑物以及附近的标志性建筑拿笔记下来。反复这样做过320次之后，参加测试的出租车司机已经积累了伦敦市内320条最佳线路，而且探索并记下了查令十字街周边9.6千米内的中心地带的每一处位置。这是一个开始，但成功的候选者还得继续挑战自己，以确定许多其他回合的最佳路线是不是也在清单上，并记下他们此前可能漏记了的，或者也许是最近才建成的建筑物和地标。事实上，即使是已经通过测试并获得许可的伦敦出租车司机，也要继续提升他们对伦敦街道的掌握。
由此而产生的记忆力和导航技能，让人感到震惊，因此，对于有兴趣了解这些现象，特别是了解人们如何学习导航技能的心理学家来说，伦敦出租车司机有着不可抗拒的吸引力。伦敦大学学院的神经系统科学家埃莉诺·马圭尔（Eleanor Maguire）曾对出租车司机进行了迄今为止最深入的研究，那些研究也向我们揭示了训练如何影响大脑。
大脑就像肌肉，越练越大
早在2000年，马圭尔就发表了关于出租车司机的研究成果，那是她围绕这一主题的最早研究成果之一。她利用核磁共振成像来观察16位出租车司机的大脑，并将他们与另外50位男性的大脑进行比较，后者年龄与出租车司机相仿，但没有从事出租车司机的职业。她特别观察了海马体，也就是大脑中涉及记忆发展、形状像海马的部位。通过空间导航和记住空间中事物的位置，尤其能够激活海马体（实际上，每个人都有两个海马体，它们分别位于大脑的两侧）。例如，那些在不同地方贮存食物的鸟类，必须能记住不同的位置，因此，和另一些与之有紧密亲缘关系的、但不会在不同地方贮存食物的鸟类相比，前者的海马体相对较大。更重要的是，至少在某些鸟类中，海马体的大小十分灵活，有的大，有的小。有些鸟的海马体因存储食物的经验增大了30%，人类是不是也一样呢？
马圭尔发现，在出租车司机的大脑之中，海马体的一个特定部位比其他实验对象更大，这个部位是海马体的后部。此外，当出租车司机的时间越长，海马体的后部也就越大。几年之后，马圭尔又进行了一项研究，将伦敦出租车司机与公共汽车司机进行对比。公共汽车司机也在伦敦开了好几年车，不同的是，公共汽车司机几年来只反复走一条线路，不必去思考从甲地到乙地的最佳线路是什么。马圭尔发现，出租车司机的海马体后部，明显比公共汽车司机海马体的同样部位大得多。这其中的含义很清楚：不论是什么原因导致海马体后部的尺寸产生如此大的差别，都与驾驶汽车本身并没有关系，而是与职业要求的导航技能有特定的关系。
不过，这一结论依然不够严谨：也许研究中的出租车司机从一开始就拥有后部更大的海马体，使得他们在伦敦寻找位置和路线更有优势，而他们接受的这种广泛的测试，只是一个淘汰程序，以重点关注符合条件的出租车司机。这些司机天生就能更好地学会在伦敦的大街小巷中熟练地穿梭。
马圭尔运用十分简单却很有说服力的方法解答了上述这些怀疑：她追踪观察一组正在申请许可的出租车司机的情况，从他们接受培训开始，直到他们要么通过了测试，成为获许可的出租车司机，要么中途被淘汰并继续从事其他职业。特别是，她招募了刚刚开始接受培训、正在申请许可的79名出租车司机（全部都是男性）作为研究对象，另外招募了31名年龄相仿的男性作为控制组。她对所有人的大脑进行了扫描，发现正在申请许可的出租车司机与控制组成员之间的海马体后部的大小并无差别。
四年后，她重新观察了这两组对象。这个时候，当初的79名申请许可的出租车司机中，已有41人获得了许可，成为出租车司机，另外的38人则不再接受培训，或者没能通过测试。因此，此时参加对比的有三个小组：已经获许可的出租车司机，他们对伦敦的街道已然十分熟悉，并通过了系列测试；曾接受培训的出租车司机，他们对伦敦的街道并不十分熟悉；以及那些根本没有接受过培训的控制组成员。马圭尔再度扫描了他们的大脑，并计算了每个人海马体后部的尺寸。
研究结果让她备感震惊。不过，如果她曾经测量过健身爱好者的肱二头肌，本不应该对这些结果感到惊奇，但她没有这样做过，她只是测量了大脑中不同部位的尺寸。在接受过出租车司机培训的那两组实验对象中，继续参加培训并成为获许可的出租车司机的那些人，海马体后部的体积明显大一些。相反，中途不再参加培训或者没能通过出租车司机系列测试的人们，或是那些和出租车培训项目毫无关系的控制组成员，其海马体后部的尺寸没有变化。几年过去了，由于熟练掌握了伦敦的地理情况，获许可的出租车司机的海马体后部已经变大了，这是因为它负责空间导航。
2011年，马圭尔发表了这项研究的成果，这也许是证明人类大脑为响应密集训练而发展和改变的最引人关注的证据。此外，她的研究还有一层清晰的含义：获许可的出租车司机的海马体后部，潜藏着更多的神经元和其他组织，增强了他们的导航能力。你可以把伦敦出租车司机的海马体后部想象成男性健美运动员经过高强度训练之后的胳膊和肩膀。他们年复一年地训练哑铃、鞍马、双杠、自由体操，练就了一身的肌肉，而这些肌肉又与他们在那些不同器械上要做的各种运动完美匹配起来，实际上，这使得他们可以做各种体操动作，远远突破了他们刚开始训练时的极限。出租车司机的海马体后部也同样“膨胀”，但其中充满的是脑组织，而不是肌肉纤维。
大脑拥有无限的适应能力
21世纪头10年之前，大多数科学家断然否认类似马圭尔等人对伦敦出租车司机的大脑进行研究的成果，他们觉得这不可能。科学界一般认为，一旦某个人已成年，他的大脑“布线”就已经相当固定了。没错，我们每个人都明白，在你学习一些新知识时，大脑的某些部位一定会有一些调整，科学家们认为，这些调整只不过是强化了某些神经连接，弱化了另一些神经连接，因为大脑的整个结构及其各种各样的神经网络仍然是固定的。上述这种观点，与下面这种观点密切相关：个人在能力上的差别，主要由大脑“布线”的不同而导致，它是由遗传基因决定的，而学习，只不过是发挥某人遗传潜能的一种方式而已。
一个常用的隐喻是把我们的大脑描述成电脑：学习就像载入数据或安装新的软件，使你可以做一些以前做不到的事情，但你的最终效果总是受到一些因素的限制，比如随机存取存储器（RAM）中的数据数量，以及中央处理器（CPU）的能力，等等。
身体的适应能力
相反，如我们已经提到的那样，人们身体上的适应能力总是更容易辨别。关于身体的适应能力，我最喜欢用做俯卧撑的例子来证明。如果你在20多岁的时候身体相对健康，而且是男性，你也许能做40个或50个俯卧撑；如果你能做100个，你的朋友可能对你刮目相看，而且，如果他们和你打了赌，那他们毫无疑问会输。那么，根据上面的这些信息，你认为俯卧撑的世界纪录会是多少个？500个还是1000个？1980年，一位日本人创下了连续做10507个俯卧撑的纪录。在此之后，吉尼斯世界纪录不再接受人们提交的纪录申请，转而接受在24小时之内做完的最多次数俯卧撑的纪录。1993年，一位美国人在21小时21分钟之内做完了46001个俯卧撑，这一纪录当前仍然没有被打破。
或者，想一想引体向上的例子。即使是相对健康的男性朋友，通常也只能做10个或15个，尽管如此，如果你真的训练过，也许可以做40个或50个。但在2014年，一位捷克人在12小时之内做了4654个引体向上。
简单地讲，人类身体的适应能力令人难以置信。这种适应能力，不仅仅是骨骼肌肉的，还是心脏、双肺、循环系统、身体的能量储存以及更多其他方面的，凡是与身体爆发力和耐力相关的各个方面，都包括在内。尽管适应能力依然存在极限，但并没有迹象表明我们已达到那些极限。
从马圭尔以及其他学者的研究成果中，我们了解到，大脑的适应能力也与我们身体的适应能力非常相似，不但程度相近，而且类别相差无几。
盲人大脑如何“重新布线”
对这种适应能力（或者像神经系统科学家所说的“可塑性”）最早的观察结果，在一些研究中多次出现，这些研究着眼于盲人或聋哑人的大脑怎样“重新布线”，以便为大脑中专门用于处理视觉或听觉的部分找到新的用途，这些部分对于失明或失聪的人来说已经用不上了。绝大多数失明者由于眼睛或视觉神经出了问题，无法看见东西，但视觉皮层和大脑中其他的部位依然在充分运转；他们只是无法从眼睛那里获得任何信息。如果说大脑真的像电脑那样是硬连接的，那么，这些视觉区域永远在那里空闲着。不过，我们现在知道，大脑会重新分配它的神经元的路径，以便这些以其他方式无法得到运用的区域也可以用来做其他的事情，特别是涉及其他感觉（如触觉、味觉、嗅觉等）的事情。失明者必须依靠其他那些感觉，从周边的环境中获得信息。
例如，为了能够阅读，失明者要用他们的指尖来触摸布莱叶点字法（盲文的一种）上突起的小点点。研究人员使用磁共振成像机器来观察失明的研究对象在阅读盲文时大脑的活动，看到大脑中发亮的部分，就是视觉皮层。对于视力正常的人们，视觉皮层可能在处理来自双眼（而不是指尖）的信息时才会发亮；但对于失明者，视觉皮层帮助他们解读在指尖触摸到盲文上突起的小点点时的感觉。
有趣的是，重新布线并不只是发生在没有以其他方式得到运用的大脑部位上。如果你足够多地练习做某件事情，你的大脑会改变某些神经元的用途，以帮助完成那件任务，即使它们已经有了其他事情要做。在这方面，最引人关注的证据也许来自20世纪90年代科学家所做的一个实验。研究人员观察了一组十分熟练的盲文阅读者在阅读时，控制他们手上各个不同手指的大脑部位的情况。
参与研究的是用三个指头来阅读盲文的失明者，也就是说，他们用食指来阅读构成单个字母的点的图案，用中指来判断字母之间的空间，用无名指来追踪他们阅读时特定的行数。大脑中负责控制手指的部位通常开始布线，以便每个手指头的动作都有一个截然不同的部位负责。例如，正是因为这样，我们才有可能清晰地判断哪个指头的指尖碰到了物体，以及碰到的物体究竟是铅笔笔尖还是一颗图钉，而根本不需要低头去看我们的手指。研究中的参与对象是一些盲文老师，他们每天都要用手指头去触摸盲文，一摸就是几个小时。研究人员发现，他们经常使用三个手指头，已经使大脑中专门用来负责这三个指头的部位增大了许多，以至于那些部位到最后都重叠起来了。结果，参与研究的对象对这三个指头上的触觉格外敏感，和视力正常的研究对象相比，他们能够察觉到轻柔得多的触碰，但通常无法分辨到底是触碰了三个指头中的哪一个。
这些对失明研究对象的大脑可塑性的研究，类似于对失聪研究对象的大脑可塑性的研究，其结果告诉我们，大脑的结构和功能并不是固定不变的。它们会根据你对它们的运用而改变。因此，通过清醒的、刻意的练习，以我们期望的方式来塑造大脑，包括你的大脑、我的大脑以及任何人的大脑，都是可能的。
研究人员刚刚开始探索可以将这种可塑性付诸运用的各种不同方式。迄今为止最引人关注的结果，可能对一些特定人群有特别的含义，即那些随着年龄增大而饱受远视痛苦影响的人们。几乎每个50岁以上的人，对那种远视都有切身体会。这项研究是由美国和以色列的神经系统科学家及视力研究人员进行的，其结果于2012年发布。科学家组织了一组中年志愿者作为研究对象，他们所有人都难以对附近的物体聚焦。这种情况，官方的名称是老花眼，是由于眼睛本身的问题而造成的，因为眼睛的晶状体失去了伸缩性，使得人们更难充分地聚焦，以观察微小的细节。此外，老花眼还存在一种难以觉察亮与暗之间的对比度的情况，这加剧了聚焦的难度。这些结果，对于验光师和眼镜商来说是一种好处，却时刻困扰着50岁以上的人群，他们中几乎所有人都需要佩戴老花镜才能阅读或者从事需要细致观察的工作。
研究人员让研究对象每周来实验室3次左右，连续3个月保持这样的频率，并且每次花30分钟来训练他们的视力。研究人员要求他们观察一张小小的图片，将图片放置在与其形状非常相似的背景之中；也就是说，图片与背景之间的对比度很小。要观察图片，需要高度集中注意力，还得付出巨大的精力。随着时间的推移，研究对象学会了迅速而准确地辨别图片。到3个月的训练结束时，研究人员组织了测试，以了解研究对象能够观察多大尺寸的图片。总体而言，研究对象能够阅读比他们在刚开始训练时小了60%的文字，而且，每位研究对象都改进了视力。此外，在训练之后，研究对象能够不戴眼镜读报了，这是他们中大多数人在接受训练之前无法做到的。不但如此，他们读报的速度也比从前更快了。
令人惊奇的是，所有这些改进，并非由眼睛本身的变化造成。研究对象的眼睛还和从前一样，晶状体依然缺乏伸缩性，而且难以聚焦。相反，这些改进是由他们大脑中某些部位的改变引起的，这些部位负责解读来自眼睛的视觉信号。尽管研究人员并没有准确地指出这些改变到底是什么，但他们认为，研究对象的大脑学会了对图片“去模糊”。人们看图片模糊，是由两种不同的视觉缺陷共同引起的，一是无法看清微小的细节，二是难以察觉对比度中的差别。这两个问题，都可以借助在大脑中执行的图片处理来缓解，其方式很大程度上与电脑中的图片处理软件一样，或者像照相机那样，可以通过操纵对比度等来修饰图片。开展这项研究的研究人员认为，他们的训练教会了研究对象的大脑对视觉信号进行更好的处理，这反过来使研究对象能辨别更加细微的细节，不需要改善来自眼睛本身的信号。
走出舒适区的重要性
为什么人类的身体与大脑一开始就具有如此强大的适应能力呢？讽刺的是，它全都源于这样一个事实：单个的细胞和组织在尽最大的努力使一切保持相同。
身体偏爱稳定性
人类的身体有一种偏爱稳定性的倾向。它保持稳定的内部温度，保持稳定的血压和心率，并使得血糖稳定、PH值（即酸碱度水平）平衡。它使我们的体重日复一日地保持合理的一致。当然，所有这些全都不是完全静态的。例如，如果进行锻炼，人们的心率会加快；如果暴饮暴食，人们的体重会增加；如果节食，人们的体重会下降。但是，这些变化通常是暂时的，而身体最终会回到它原来的模样。对于这种现象，技术上的术语是“体内平衡”（homeostasis），它只是意味着一个系统（可以是各种类型的系统，但最常见的是一种活着的生物，或者是活着的生物的某些部位）以一种保持其自身稳定性的方式来行动的趋势。
单个的细胞也喜欢稳定性。它们保留一定的水分，并且通过控制着哪些离子和分子留在细胞膜之内，哪些则排出细胞膜之外的方式，调节正离子和负离子（特别是钠离子和钾离子）以及各种各样小分子的平衡。对我们来说更为重要的是，如果要让细胞有效地运转，就需要一个稳定的环境。假如周围的组织过热或者过冷；假如它们的流动水平过快，超出了理想的范围；假如氧气含量下降过快；或者假如能量供应过于缓慢，都会破坏细胞功能的发挥。如果这些变化幅度太大且持续时间过长，细胞就开始死去。
因此，身体需要各种各样反馈机制的支持，这些反馈机制着力维持现状。想一想，当你进行某种强有力的体育活动时，会发生什么。肌肉纤维的收缩使单个的肌肉细胞扩大它的能量与氧气的供应，这些能量与氧气需要由附近的血管来补充。但现在，随着血流中的氧含量和能量供应量下降，身体需要采取各种措施来响应。
心跳开始加快，以增加血液中的氧含量，并排放更多二氧化碳。身体储存的各种不同能量都转换成肌肉可以使用的那种能量，并注入血流之中。与此同时，血液循环也加快，以便更好地将氧气和能量传送到需要它们的身体部位上去。
只要体育锻炼并非费力到让身体的体内平衡机制无法正常运行，那么，它基本上不会引起身体上的生理变化。从身体的角度来看，它没有理由改变；一切还是照常运转。但当你从事持续而有力的体育锻炼，使得身体超出了体内平衡机制能够补偿的界限时，就是另一回事了。
被迫走出舒适区之后
超出界限后，你的身体系统和细胞自身会处在异常状态下，含氧量和各种与能量相关的化合物含量都异常低，比如葡萄糖、二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），等等。各种细胞的新陈代谢不再像往常那样继续下去，因此，细胞中的生物化学反应，与正常状态下完全不同，产生的生物化学产品也和细胞通常产生的完全不同。细胞对这种状态的改变不满意，它们通过升高细胞DNA中的一些不同的基因来响应。（DNA中的大多数基因，在任何特定的时间都是不活动的，而细胞会“打开”和“关闭”各种不同的基因，这取决于它在那个时刻需要些什么。）这些刚刚激活的基因将打开或者提升细胞内部各种生物化学系统，由那些系统来改变细胞的行为，使细胞顺应这样的事实：细胞和周围的系统已经被迫走出了它们的“舒适区”。
细胞内部到底是怎样进行活动以应对这些压力的，其细节极为复杂，研究人员还只是刚刚开始揭示它们。例如，在一项关于老鼠的研究中，从事研究的科学家计算了112种不同的基因，当老鼠后腿的某块特定肌肉上的负荷突然增大时，这些基因便会打开。通过已经打开的特定基因来判断，顺应包括许多方面，比如肌肉细胞的新陈代谢发生改变、细胞的结构发生改变以及肌肉细胞形成的速度发生改变。所有这些改变，最终的结果是强化了老鼠的肌肉，以便它们能够应对增加的负荷。老鼠还被逼着走出了舒适区，而肌肉对此的顺应方式是：变得足够强壮，以建立新的舒适区。这样就重新建立了体内平衡。
这就是体育锻炼制造身体变化的一般模式。当身体的系统（比如某些肌肉、心血管系统或者其他系统）感受到压力，以至于原来的体内平衡无法继续保持下去时，身体便会开始响应那些变化，目的是重新建立体内平衡。比如，假设你开始执行一个有氧运动的计划，如每周慢跑三次，每次跑半个小时，使你的心率保持在最大心率的70%左右的水平（对于年轻人，应当超过140次）。这种持续的活动，将使得供应腿部肌肉的毛细血管的氧含量降低。于是，你的身体将通过生长新的毛细血管的方式来应对，以便为腿部的肌肉提供更多的氧，并使你的双腿重新回到它们的舒适区。
这正是我们可以怎样利用身体对体内平衡的渴望而推动变化的例子：足够努力地锻炼，并且保持足够长的时间，那么，身体将以各种方式来改变，使得那种努力变得更容易。你会稍稍变得更强壮一些，积累一定的耐力，身体也变得更协调一些。但这里也有一个陷阱：一旦补偿已发生，也就是说，新的肌肉纤维已经生长出来并变得更加高效，新的毛细血管也已长出，等等。那么，身体就能轻松应对以前感到十分艰难的那些体育锻炼活动了，它会再度感到舒服。改变也停止了。因此，要使改变不断进行下去，你必须不断地加码：跑得更远一些、更快一些，并且爬坡跑。如果你不继续给自己施加一些压力，身体将会保持体内平衡，尽管此时的体内平衡不同于以前，但你将停下改进的脚步。
挑战越大，变化越大，但不要太过
这解释了持续将自己推出舒适区的重要性：你要使身体的补偿变化不停地发生，但如果一下子推得太猛，使自己远远离开了舒适区，就有可能受伤，而且，事实上反而阻碍了你的提高。至少，这是身体响应体育锻炼活动的一种方式。对于这些方面，科学家已经了解了许多，但他们对人类大脑如何响应心理上的挑战，却知之甚少。
身体与大脑的一个主要差别是：成年人大脑中的细胞，一般并不会分裂并组成新的大脑细胞。当然，也有少数几种例外，比如在海马体中，新的神经元可以生长，但发生在绝大多数大脑部位之中的、为了顺应心理挑战而进行的改变（比如通过训练对比度来提高人们的视力），没有包含新的神经元的长出和发育。相反，大脑会以各种不同方式来“重新布线”那些网络，例如，强化或弱化神经元之间的各种连接，同时还增加新的神经元连接或摒弃旧的神经元连接。髓磷脂的含量也会增加，在神经细胞周围形成的隔离鞘，允许神经信号更加迅速地传递；髓鞘形成可以使神经脉冲的速度提高10倍之多。因为这些神经元网络负责思考、记忆、控制移动、解读感官信号以及大脑的所有其他功能，重新调整和加快这些网络的运转速度，使人们可以做各种各样的事情，譬如不用戴眼镜读报，或者迅速确定从甲地到乙地的最佳路径等，那些事情都是以前做不了的。
一个人遇到的挑战越大，在一定程度上，大脑中的变化也越大。一方面，最近的研究表明，人在学习一项新的技能时，如果能够触发大脑结构的变化，那么，这种学习比起只是继续练习已学会的某项技能时的学习要高效得多。另一方面，在过长的时间内过分地逼迫自己，可能导致倦怠和学习低效。大脑和身体一样，对于处在舒适区之外却离得并不太远的“甜蜜点”上的挑战，改变最为迅速。
练习改变大脑结构
人类大脑和身体通过发展新的潜力以响应各种挑战的事实，其背后潜藏的原理是有目的的练习和刻意练习的有效性。伦敦出租车司机、奥运会体操选手或者音乐节上小提琴演奏家等人的训练，事实上是一种充分利用大脑和身体的适应能力发展和提升新能力的方法，而这些能力，我们以前并没有通过其他方式来发展和提升。
音乐训练如何改变大脑
要证实上述观点，最好是观察音乐能力的发展与提升。过去20多年，研究人员极为细致地研究了音乐训练如何影响大脑，以及那些影响反过来如何造就在音乐上的极高造诣。最有名的研究发表在1995年的《科学》（Science）期刊上。阿拉巴马大学伯明翰分校的心理学家爱德华·陶布（Edward Taub）与四位德国科学家合作，招募了六位小提琴演奏家、两位大提琴演奏家和一位吉他演奏家，这些人全都不是左撇子。研究人员对他们的大脑进行了扫描。另外，他们还招募了六位并非音乐家的实验对象作为控制组成员，作为那些音乐家的参照对象。陶布想了解的是，这两群人在他们的大脑中专门用于控制手指的部位上有哪些区别。
陶布最感兴趣的是音乐家左手的手指。演奏小提琴、大提琴或者吉他，需要对那些手指进行超常的控制。手指得在乐器上来回滑动，而且需要在琴弦之间来回切换（有时，这种切换的速度奇快无比），还必须异常准确地把手指放在特定的位置。此外，从乐器中发出的许多抖动的声音，比如颤音等，涉及手指放在某些位置时的滑动或颤动，通常需要大量的练习才能熟练掌握。左手的大拇指几乎不会用到，主要只是用一些力气，以便左手握紧乐器。右手的功能也比左手简单得多，对大提琴和小提琴演奏家而言，主要是握住琴弓，而对吉他来说，主要是拨弹或捏住弦。简单地讲，对这类乐器演奏者的训练，重点是加强他们对左手手指的控制。因此，陶布提出的问题是：这会对大脑产生什么影响？
陶布的团队使用脑磁波描记器来确定研究对象的大脑控制了哪些手指，这种仪器通过检测大脑中细微的磁场，勾画了大脑的活动。特别是，实验人员还触碰了研究对象的单个手指，并观察每次触碰时，他的大脑的哪些部位给予了响应。实验人员发现，与非音乐家研究对象相比，音乐家大脑中控制左手的区域明显大得多。特别是控制手指的大脑区域，已经占据了通常专门用于控制手掌的那些区域的一部分。此外，音乐家开始演奏的时间越早，这种膨胀就越明显。相反，在音乐家与非音乐家的实验对象控制右手手指的大脑区域中，研究人员并没有发现任何差别。
这些研究的含意是明显的：音乐家年复一年地练习某种弦乐器，使他们大脑中控制左手手指的区域逐渐变化，从而使他们控制那些手指的能力也日渐增强。
这次研究之后的20年里，其他研究人员详细阐述了其研究成果，并描述了音乐训练影响大脑构造和运行的各种不同方式。例如，与非音乐家的研究对象相比，音乐家在控制移动中发挥着重要作用的大脑部位，也就是小脑，通常大一些，而且，音乐家训练的时间越长，小脑也越大。与非音乐家的研究对象相比，音乐家在皮层的各种不同部位中拥有更多的脑灰质（一种包含神经元的大脑组织），包括躯体感觉区（触觉和其他感觉）、顶上区（来自双手的感觉）以及前运动皮层（计划移动和引导在空间中的运动）。
对于那些没有接受过神经科学培训的人们，一旦知道哪些大脑区域中到底会发生什么，可能会让他们感到震惊，但从宏观来看，却是十分清楚的：音乐训练以各种不同方式改变了大脑的结构与运行，使人们的音乐演奏能力进一步增强。换句话讲，最有效的训练形式其实不只是帮助你学会某种乐器的那些训练，而且是更深入和更高级的训练，这些训练确实增强了你演奏乐器的能力。当你演奏音乐时，这些训练改变了你大脑中的部位，从某种程度上提升了你自己的音乐“天赋”。
从纯智力技能到纯体格技能
除了音乐领域之外，科学家在其他行业或领域所做的这类研究不是太多，尽管如此，在科学家已经研究的每一个行业或领域，结果都相同：长期的训练，使大脑中与那种特定技能相关的部位发生了改变。这些研究有的着眼于纯智力的技能，比如数学能力。例如，与非数学家的研究对象相比，数学家的顶下小叶中的脑灰质明显多得多。这个大脑区域负责数学计算和看见空间中的物体，在数学领域的许多方面，这些功能十分重要。此外，它恰好也是研究过阿尔伯特·爱因斯坦的神经系统科学家十分关注的大脑区域。那些科学家发现，爱因斯坦的顶下小叶比常人大许多，而且形状也格外异常，这些发现使得科学家们推测，爱因斯坦的顶下小叶，可能在他进行抽象数学思考方面发挥着至关重要的作用。难道像爱因斯坦那样的人，一生下来就拥有比常人更发达的顶下小叶，因而具有擅长数学思考的天赋吗？你可能会这样想，但是，研究人员对数学家与非数学家大脑部位的尺寸进行过研究，结果发现，那些从事数学研究工作时间越长的数学家，其右侧的顶下小叶中脑灰质越多，这可能意味着，顶下小叶这个部位更大，是他进行大量数学思考的结果，而不是天生就如此。
许多科学家对那些既有心理因素又有生理因素的技能开展了众多研究，比如音乐演奏。最近的一项调查关注了滑翔机飞行员和非飞行员的大脑，发现飞行员的大脑在几个不同区域中拥有更多的灰色区域，包括左腹侧前运动皮层、前扣带皮层以及辅助眼区。这些区域似乎涉及许多方面，包括学习怎样使用滑翔机的控制杆，在飞行时将指示滑翔机方位的身体平衡信号与视觉信号进行对比，以及控制眼睛运动等。
即使是我们通常认为的纯“体格技能”，比如游泳或体操（这些运动需要谨慎地控制身体的移动），大脑也在其中发挥着重要的作用，研究发现，训练也造就了大脑的改变。例如，竞技跳水运动员与非竞技跳水者相比，在测量大脑区域中脑灰质数量的一个指标（即皮层厚度）上，前者在三个特定区域中都更厚一些，所有这三个区域都在觉察和控制身体的移动方面发挥着作用。
三个重要细节
尽管由于技能不同，具体细节也各不相同，但总的规律不变：经常性的训练会使大脑中受到训练挑战的区域发生改变。大脑通过自身重新布线的方式来适应这些挑战，增强其执行那些挑战所需功能的能力。从那些关于训练对大脑影响的研究中，我们应当可以得出这样一条基本信息，但还有其他更多细节值得一提。
第一个值得一提的细节是：训练对大脑的影响。可能随着年龄增长，在几个方面有所不同，最重要的方面是：年轻人的大脑，即儿童和青少年的大脑，比成年人的大脑更具适应能力，因此，年纪越小，训练产生的影响也越大。因为年轻人的大脑会以诸多不同方式来发育，因此，幼年时期进行的练习，实际上可以塑造后来的发育路线，从而造就更大的改变。这就是“折弯幼枝效应”。如果你将一根刚刚长出来的幼枝稍稍折弯一点点，那么到最后，那根树枝生长的位置，可能会发生重大改变；而如果你去折弯已经长成了的树枝，这种影响则小得多。
这种效应的一个例子是，与非音乐家相比，成年钢琴家大脑的某些区域通常拥有更多的脑白质，这种差别完全由他们在儿童时期经常练习所致。孩子越早开始练钢琴，长大后脑白质也就越多。因此，尽管你也可以在成年以后再开始学弹钢琴，但与儿童时期开始学相比，大脑中不会产生更多的脑白质。目前，并没有人知道这在现实中有怎样的含义，但一般来讲，脑白质增多，可以加快神经信号的传送，因此，在儿童时代练习弹钢琴，似乎能使练习者具有一定神经学上的优势，这是成年以后练钢琴无法比拟的。
第二个值得一提的细节是，通过超长时间的训练来发展大脑中的某些部位，可能得付出一些代价。在许多案例中，那些已经超常发展了某项技能或能力的人，在另一些行业或领域则出现了退化。马圭尔对伦敦出租车司机的研究，也许就是最好的例子。到了四年的训练结束时，受训者要么完成了训练，成为获许可的出租车司机，要么不再尝试，此时，马圭尔再用两种方法测试他们的记忆。一种方法涉及认识不同伦敦地标的位置，对此，已经成为获许可出租车司机的人比其他实验对象强得多。第二种方法是空间记忆的标准测试，即在延迟30分钟之后再记住复杂的图案，这一次，获许可的出租车司机，比那些从来没有接受过出租车司机培训的实验对象，表现却差得多。
相反，那些已被淘汰的受训者与那些从未受过培训的实验对象几乎相差无几。由于在为期四年的实验开始之时，所有三组实验对象在这项记忆测试上的得分都很好，因此，唯一的解释是，那些获许可的出租车司机尽管提高了对伦敦街道的记忆，却导致其他类型的记忆力出现下降。尽管我们不能确定地知道是什么导致这种现象的发生，但是，似乎那些密集的训练导致受训者的大脑将越来越大的部分专门用于这种记忆，从而留给其他类型记忆的脑灰质变少了。
最后，由训练引起的认知和生理变化需要继续保持。如果停止训练，它们便开始消失。例如，在没有重力的太空中待了几个月的宇航员，一旦回到地球，会发现自己难以正常行走。另外，由于骨折或者韧带撕裂而停止训练的运动员，他们无法训练的肢体将丧失大部分的力量和耐力。同样的现象也在自愿参加研究的运动员身上出现。在这些研究中，他们必须卧床一个月左右的时间。结果，力量下降了，速度减缓了，耐力消失了。
同样的现象，对大脑也是一样的。马圭尔研究一组伦敦出租车司机时发现，他们海马体后部区域中的脑灰质比活跃的出租车司机少一些，不过，依然比那些已经退休、从来没有当过出租车司机的研究对象多一些。一旦这些出租车司机停止每天都运用自身导航记忆的训练，那么，由于这种训练而引起的大脑改变也将开始消失。
潜能可以被构筑
一旦我们以这种方式理解了大脑和身体的适应能力，便开始以完全不同的视角来思考人类的潜力，而且，这将我们引向了一种完全不同的学习路径。
想想这个：大多数人在生活中从来没有受到特别的身体挑战。他们坐在办公桌前，或者即使需要四处走动，也不用走动很多。他们不会奔跑和跳跃，不会去举重物或者长距离投掷物体，而且不会进行大量的平衡和协调的运动。因此，他们的身体能力处于相当低的水平，尽管对日常活动来说已经足够，甚至足以步行、骑单车，或在周末的时候玩一玩高尔夫或网球，但远远达不到受过高度训练的运动员拥有的体能。这些“正常”的人们，不能在5分钟之内奔跑1.5千米，或者在1小时之内跑完16千米；无法把棒球打到90多米的地方去，或者将高尔夫球击出近300米；他们做不到在冰上做出三周跳的动作，或者在自由体操项目中完成三个后空翻。这些事情需要人们进行艰辛的训练，通常比大多数人愿意做的训练量大得多，但不管怎样，这些能力也是能够培养出来并发展提高的，因为人类的身体具有足够的适应能力来响应训练。大部分人做不到这些事情，并不是因为他们不具备做这些事情的能力，而是因为他们满足于在舒适区中生活，从来没有尝试走出舒适区。他们生活在“足够好”的世界中。
对于我们从事的所有心理活动，同样是这个道理，从写报告到驾驶汽车，从教课到经营组织，从卖房子到做大脑手术。我们在日常生活中已学到足够多的东西，但是，一旦我们抵达了那个界限，很少迫使自己超出“足够好”的范围。我们很少去挑战自己的大脑来生产新的脑灰质、脑白质，或者以有望成为伦敦出租车司机的人们或小提琴学生可能采用的方式，对整个大脑进行“重新布线”。很大程度上，这没问题。一般说来，“足够好”就是足够好。但重要的是记住，选择总是存在。如果你希望变得更擅长某件事情，你就可以做到。
而且，传统的学习方法与有目的的练习或者刻意练习的方法之间存在着一种关键的差别，那便是：传统方法并不是专门用于挑战体内平衡的。它假设，不论是有意的还是无意的，这种学习全都涉及发挥你的内在潜力，并且意味着你可以发展某一特定的技能或能力，而不用走出你的舒适区太远。从这种视角观察，只要你进行训练，便可以发展自己的潜力。事实上，训练也是你唯一能做的。
然而，对于刻意练习，我们的目标不仅仅是发掘自己的潜能，而且要构筑它，以便从前不可能做到的事情变得可能做到。这要求挑战体内平衡，也就是走出你的舒适区，并迫使你的大脑或身体来适应。一旦你做到这一点，学习便不再只是执行某些遗传命运的方式；它变成了一种控制你自己命运的方式，也是一种按照你选择的方法构筑潜力的方式。
下一个明显的问题是：挑战体内平衡和发展那种潜力的最佳方式是什么？我们将在本书余下的大部分内容中回答那个问题，但在那之前，要解决在本章中抛出的一个问题：我们到底在试图提升大脑的什么？我们明显知道，是什么改进了我们的身体能力。如果你长出了更多和更大的肌肉纤维，你就会变得更强壮。如果你增加了肌肉的能量贮存、提高了肺活量、改进了心跳能力以及循环系统的能力，那你的耐力将得到增强。但是，当你在参加培训，立志当一位音乐家、数学家、出租车司机或者外科医生时，你的大脑产生了什么样的变化？令人惊奇的是，在所有这些区域中的改变，有一个共同的主题。理解该主题，是理解人们怎样用心理组成要素在任何一个行业或领域发展并提升超常能力的关键。接下来我们会进行讨论。