或许一项针对新手和高手临场发挥时大脑运作情况的研究可以帮助解释两者在控制技能上的差别。2005年，心理学家拉塞尔·波特拉克及他的同事做了一项实验，观察从新手变成技术娴熟的高手这一过程中大脑的变化。可惜我们不可能在功能性磁共振成像扫描仪下挥杆击球，更不可能拿着高尔夫球棒进行扫描，因为磁共振成像扫描仪是块大磁铁，高尔夫球棒会像矛一样被吸到磁场的中心，根本不能受磁场里人的控制。人在挥杆击球时肯定会移动，我们也很难得到击球时人脑部的画面。所以，波特拉克和他的研究队伍勉强选择了一个简单的运动技巧来考察大脑的变化。

在这个实验中，人躺在功能性磁共振成像扫描仪中，面前的电脑屏幕上有一个标志物，标志物位于屏幕上标示的4个方位之一。测试对象要尽快根据标志物的位置作出反应，按下身旁键盘上对应的离屏幕标志物最近的4个键中的一个，而这4个键是连在一起的。参与者马上会发现标志物的位置以恒定不变的顺序反复出现，这就像人们学会击打高尔夫球入洞或在足球中带球一样。当大脑开始学会一系列动作时，扫描仪会给出大脑内部活动的画面。从画面可以看到测试对象大脑的内部活动，比如足球初学者学习运球这种反复动作（包括踢球、跑、再踢）时大脑内部的活动情况。扫描仪也能反映大脑随着训练而发生的改变。

毫无疑问，随着训练的不断进行，人们对反复活动的处理能力越来越强。波特拉克发现人们在反复做动作时，大脑的很多区域都参与到了这个活跃网络中，特别是与工作记忆和注意力控制有关的大脑额叶。然而，在进行高强度的训练后，测试对象在反复做这些动作时，大脑之前活跃的区域的活动就减少了。一旦你掌握了技艺，大脑（至少是前额叶皮层）往往就不需要再用活跃状态来显示你施展了这些技艺了。

人学习那些需要双手协调性（对诸如演奏钢琴、网球发球等很多音乐活动和体育项目而言非常重要）的技能时，大脑也会发生同样的变化。在简单的敲击键盘任务中，职业钢琴演奏者用到的大脑网络区域比普通人要小，因为他们前额叶皮层和顶叶皮层的活动减弱了。有经验的高尔夫球手击球时、技术娴熟的射手射击时，他们的大脑与初学者相比运转得更有效率，高手和新手要完成相同的动作时也是如此。总的来说，随着学习的深入，前额叶皮层等其他工作记忆集中的大脑区域（例如前扣带皮层和顶叶皮层）的神经活动会减弱，这些区域曾在步骤分解的运动中起着控制作用。

马里兰大学体育运动科学家布拉德利·哈特菲尔德把高水平运动员和新手的大脑活动进行了比较，证明高水平运动员的大脑镇定、冷静、沉着，与新手的大脑不同。哈特菲尔德让运动员戴上布满电极的大帽子，这个帽子很笨重，但能在他们运动时呈现出运动员神经活动的画面。

人脑数以亿计的神经元通过产生微弱的化学电信号进行交流。将一个测量电能的仪器放在大脑细胞旁，只要神经元活动，这顶帽子就能记录下电压的变化。但是电势相对较低，如果不真正进入大脑就无法单独进行检测，至少到目前不能。这是因为有太多神经元，周围的神经元又常常一起处于活跃状态，不过放在头皮上的探针可以测量神经元簇的活动。

哈特菲尔德发现，体育高手与偶尔运动的人有很大不同。在正常情况下，初学者的大脑几乎到处都很活跃。与此不同的是，高手的大脑很平静。在一项对高手和初学者的调查中，哈特菲尔德发现，技术娴熟的射手瞄准时与快要扣动扳机时神经活动相对要弱。高手在扣动扳机前那一刻，大脑活动更为明显。技术娴熟的射手大脑运动区域与诸如前额叶皮层的其他大脑区域（推理、观察活动就发生在此区域）间的协调与交流减少。一旦扣动扳机，这些区域彼此间频繁的交流就停止了。这种协调性的减弱在初学者身上就没有发现。