Los primeros estudios de neuroimagen revelaron que los regímenes de entrenamiento a largo plazo se asocian con diferencias tanto en la materia gris como en la blanca. Así, los músicos clásicos que comenzaron a entrenar antes de los 7 años tienen un cuerpo calloso más grande que los que comenzaron su entrenamiento más tarde y controles no musicales. Este enorme conjunto de fibras nerviosas contiene fibras que se cruzan de un lado a otro del cerebro y coordina la actividad de las extremidades. Y la destreza requerida de los violinistas profesionales está asociada con una amplia reorganización de la representación de los dedos en la corteza somatosensorial primaria. La representación de los dedos de la mano izquierda en la corteza somatosensorial era mayor en los músicos que en los controles no musicales sanos, y la diferencia era más pronunciada en los que habían comenzado su formación a una edad más temprana.
La representación cortical de la mano derecha, con la que los instrumentistas de cuerda sostienen el arco, permaneció sin cambios. Estudios más recientes proporcionan hallazgos similares.
Utilizando una técnica de neuroimagen llamada morfometría basada en vóxeles, los investigadores han demostrado que los teclistas profesionales tienen mayores volúmenes de materia gris en las regiones motoras, auditivas y visoespaciales del cerebro en comparación con los músicos aficionados y los controles no musicales, y que la magnitud del cambio vuelve a estar correlacionada con la duración del tiempo como músico.
Otros han utilizado imágenes con tensor de difusión (DTI) para demostrar que la práctica del piano altera las vías de la materia blanca del cerebro, y que los efectos dependen del período de edad durante el cual tuvo lugar el entrenamiento. Los cambios se observan en el cuerpo calloso y en las fibras que descienden de las corticales sensoriales y motoras, y fueron más pronunciados en los pianistas profesionales de concierto que comenzaron a entrenar antes.
De manera similar, los cinturones negros de karate exhiben tractos de materia blanca en la corteza motora y el cerebelo significativamente mayores que los de los novatos y los controles, lo que les da una coordinación motora superior y les permite introducir más potencia en sus puñetazos y patadas.
La mayoría de estos estudios consistieron en reclutar pequeños grupos de expertos o profesionales y comparar la estructura o función de sus cerebros con los de aficionados o novatos en un solo momento. Este diseño experimental transversal no puede establecer de manera concluyente si las diferencias observadas son el resultado del entrenamiento o si reflejan diferencias anatómicas y genéticas que estaban presentes al nacer -puede ocurrir que ciertas personas sean bombas con cerebros que las predispongan a adquirir una habilidad o pericia particular más fácilmente que otras -.
Para distinguir entre esas posibilidades se necesitarían estudios longitudinales en los que los miembros de cada grupo se sometan a escáneres cerebrales repetidos a lo largo de un período de meses o años. Los pocos estudios longitudinales de resonancia magnética que se han realizado hasta la fecha sugieren que por lo menos algunas de las diferencias observadas se deben efectivamente a la capacitación. Por ejemplo, aprender a hacer malabares durante un período de varios meses conduce a un aumento de la densidad de la materia gris en la corteza occipitotemporal, que contiene neuronas sensibles al movimiento . También amplía los tramos de materia blanca que se encuentran debajo del surco intraparietal, que contiene regiones cerebrales que integran la información perceptiva y motora y que son fundamentales para controlar y coordinar los movimientos de los brazos y los ojos.
