打开大脑的“黑匣子”

朱老师：

近期，华东师范大学联合“中国教育三十人论坛”和美国密涅瓦大学，举行了“脑科学与教育创新高峰论坛”，可谓适逢其时，所以引起了社会各界的广泛关注。

自一九九〇年代以来，在世界范围内，脑科学的研究与发展日益得到重视。我国的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》将“脑科学与认知”列入基础研究八个科学前沿问题之一，并在科学界、学术界逐步形成以“认识脑”为主体和核心，“保护脑”“模拟脑”两翼并举的研究共识。

作为一种学习方式，阅读有助于人类丰富自我认知和提升社会认知，同时也有助于大脑的健康发展，让大脑保持可持续的、不断自我更新的状态。

那么，从脑科学的角度，你是怎么理解阅读这一古老的人类学习方式的？

                                                       ——林茶居

茶居兄：

你好！你的敏锐经常让我吃惊。我的每一个会议、每一篇文章、每一场讲演，几乎都在你的视野之内。这次“脑科学与教育创新高峰论坛”，的确引起了社会各界的广泛关注，上午的论坛现场和网络就有超过6万人同时收看。

熟悉我的人也许都知道，我是研究心理学出身。当年学习心理学的时候，老师告诉我们，人的大脑仍然还是一个“黑匣子”，人类的许多心理奥秘要等待我们打开这个黑匣子才能真正发现。

的确，人类为了打开这个“黑匣子”已经付出了长期艰巨的努力。对于远方的探索近乎人类的本能。非常有意思的是，离人类最遥远的星际首先引起了我们的关注，在许多古老的摩崖石刻上，仍然残留着我们的先辈对于宇宙星空的好奇和探索的印记，天文学也成为科学家族中的老大哥，伽利略因此也被认为是近代科学的奠基人。接着是牛顿和爱因斯坦的物理学，人类对自然界的探索从天上落到地下，物理学成为科学家族的领头雁。物理学研究大至宇宙、小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。它充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的根本标准，至今仍然被认为是最精密的一门自然科学学科。20世纪中叶开始，人类才开始真正把目光投向自己，生命科学等开始发展起来，以基因组成、基因表达和遗传控制为核心的分子生物学的思想和研究方法极大地推动了生命科学的发展。。

生命的最复杂的系统是人。人的最复杂的系统是大脑。上个世纪九十年代开始，以美国为代表的发达国家开始把脑科学研究作为重大战略。美国101届国会通过了一个议案，命名1990年1月1日开始的十年为“脑的十年”。1995年夏，国际脑研究组织IBRO在日本京都举办的第四届世界神经科学大会上提议把21世纪作为为“脑的世纪”。欧盟成立了“欧洲脑的十年委员会”及脑研究联盟，日本推出了“脑科学时代”计划纲要。脑科学开始成为科学的家族的“显学”，成为当今世界科学研究的最前沿领域。2013年1月和4月，欧盟和美国分别投入10亿欧元和46亿美元，全面启动面向未来的人类脑科学研究计划。

我国也在2006年开始前瞻布局脑科学研究，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020)将“脑科学与认知”列入基础研究八个科学前沿问题之一。2015年，中国科学家也对脑科学与类脑研究的“一体两翼”的研究计划达成共识，即以阐释人类认知的神经基础(认识脑)　为主体和核心　(一体)，同时展现“两翼”:其中一翼是大力加强预防、诊断和治疗脑重大疾病的研究　(保护脑);另一翼是在大数据快速发展的时代背景下，受大脑运作原理及机制的启示，通过计算和系统模拟推进人工智能的研究　(模拟脑)。2017年，“脑科学与类脑研究”（中国脑计划）作为重大科技项目被列入国家 “十三五”规划。2018年1月，国务院发布实施《关于全面加强基础科学研究的若干意见》，明确提出，加强基础前沿科学研究，围绕生命起源、脑与认知等开展探索，加强对脑科学等重大科学问题的超前部署。前不久，北京脑科学与类脑研究中心和上海复旦大学“脑科学前沿科学中心”先后成立，后者成为国家“珠峰计划”首个前沿科学中心。华东师范大学也刚刚成立了脑科学与教育创新协同研究中心。

在中国，不仅科学家关注大脑科学的研究，普通老百姓也因为江苏卫视的《最强大脑》真人秀节目，对脑科学产生了浓厚的兴趣。从2014年第一季到2018年第五季，季季火爆，集集精彩，引发了人们对于脑科学研究的兴趣。

特别应该指出的是，脑科学研究在得到了科学家和社会各界的广泛关注的同时，教育界也一直没有缺席。因为，在一定程度上可以说，学习的本质是大脑的改变的过程，即脑的可塑性。科学家发现，人脑有将近870亿个神经元，每个神经元的连接又有许多通路，每一秒钟都有数十万新的连接建立和旧的连接的“修剪”。人的阅读与学习活动在很大程度上会影响甚至决定这些连接的命运。无论是知识的获得、技能的培养，习惯的养成，行为的变化等，其背后就是对神经连接模式的塑造。

我不是脑科学专家，为了回答你的问题，我专门查阅了包括《大脑与阅读》（法国科学院院士史坦尼斯勒斯.狄汉著，洪兰译，台湾信谊2012年版）和《教育与脑神经科学》（美国学者大卫.苏泽等著，方彤等译，华东师范大学出版社2014年版）等著作，做了一点功课。专家们在他们的著作中提出了一个非常有趣的现象，即相对于人类的大脑而言，阅读这一人类的学习方式根本不算“古老”，甚至连“年青”也谈不上。因为大脑的进化史告诉我们，人类的大脑皮质是千百万年以来在没有书写文字的世界中演化而来的。人类的文字出现只有几千年的历史，所以，“演化是没有时间在人类的大脑上去发展出一个专门为阅读的神经回路”。

按照狄汉的观点，人类之所以可以阅读，不是因为大脑已经拥有了一个专门的阅读的区域和功能，而“完全是靠运气”，具有很大的偶然性。“假如书和图书馆在人类文化演进上扮演了主控的角色，那是因为我们的大脑有足够的可塑性，可以重新训练我们灵长类的视觉系统来做语言的工具。阅读的发明使我们大脑神经回路发生突变，成为阅读的工具”。也就是说，虽然人的大脑事先并没有为阅读做好准备，而阅读实践的“横空出世”，让大脑有点“措手不及”，幸亏因为大脑皮质区“天生就有将视觉符号连到语音和其意义的能力，阅读才变得可能”。而阅读能力的出现，使人类出现了第一个“心智的人造假肢”（prosthesis of the mind),拥有了魔法般的能力——能够“用我们的眼睛听死者说话”。

脑科学的研究表明，儿童的阅读能力与早期的学习经历有着非常密切的关系。其中涉及到连接大脑的两个区域：与耳朵相关的语言回路和与眼睛相关的物体辨识系统。研究发现，在怀孕的最后三个月，婴儿在母亲的子宫中就已经知道自己的母语是什么了，“他们的语言能力已经依靠到左脑的神经回路上去了左上颞回分析语音，而颞叶阶层性的组织使它可以抽出音素、字和句子”。而负责处理文法规则和说话的布罗卡区域在出生以后三个月听到句子时也已经“活化”了。两岁孩子的词汇量已经很大，而且以惊人的速度在成长。与此同时，婴幼儿视觉系统也快速发展。刚刚出生的头几个月，婴儿已经能够把一个景像分离出物体和背景，“当物体移动时，他的眼睛会跟着动，即使有短暂时间这个物体是被遮住，他的视线还是会跟着移动，期待物体的再出现。”这两个系统的迅速成长，为阅读准备了基本的物质条件。

关于阅读能力的形成过程，英国心理学家福瑞斯（Uta Frith,1985)曾经提出过一个“图画——语音——构字”三阶段的模式。第一阶段发生在5-6岁左右，这个阶段的特点是儿童还没有掌握到文字，视觉系统尝试要辨认，但往往是把它当做意符或者图像来认识的。由于儿童只能依靠几个表层的线索辨认，而无法解码字的深层结构，所以错误率很高。第二个阶段的特点是，儿童实现了从字形到字音的转换。在这个时候，“整个字已经不再被处理了，孩子学会去注意比较小的结构，例如单独的字母或相关 的字母组。他把字形连到字母对应的语音，然后练习把它们组装起来变成字”。把字形与字音联系起来，就实现了阅读的关键一步。当儿童掌握阅读到某种程度后，就进入了第三个阶段，构字规则的阶段。在这个阶段，“各种不同大小的视觉单位纷纷进驻心理词库”，阅读时间不再受到字的长短或字形复杂程度的影响，“一眼看去便能抓住整个字串，把它有效率的分解出来，这个神经元的分析像个阶层的树，，可以毫不费力的用平行法，把讯息传送到大脑处理字形和字音的地方去。”这时，大脑的文字解码通道就顺利形成了。心理学家已经找到了在大脑中将字母与语音匹配的部位，这就是位于大脑皮层后部枕叶、顶叶、颞叶之间的交点——“角回”（angular gyrus),它是连接视觉字词识别系统和其他语言处理系统之间最佳的桥梁，也是构建默读通道的重要器官。

阅读的三个不同阶段对应的是大脑的三个不同的部位。专家认为，在第一个阶段，儿童把字当做图画辨认，大脑两半球都对阅读有贡献。但是随着时间的推移，儿童越来越掌握阅读时，就越来越集中到大脑的左枕--颞叶的“字母盒区”了。研究还发现，在学习阅读的过程中，大脑结构也发生着重要的变化，如连接两个半球由神经纤维构成的胼胝体后端在识字人的脑中比较厚，“这个发现显示大量的讯息通过胼胝体到达彼岸的脑半球，或许着可以解释为什么应识字的比文盲语言记忆上好了这么多”。

心理学家还发现，拼读和书写是“阅读的先导”。字词的奇妙之处，在于它既可以说可以听，也可以读可以写。在人的大脑中，为了传送字词有着纵横交错、连接不同感知与思维系统的通道。读始于看见构词字母的眼睛；说始于源自记忆系统中所存的一种想法或形象，并通过运动皮层发出可理解的语音；写的开头类似说，但整个过程需要经过运动控制系统来指挥运用书写工具的手；听则始于耳朵并将听到的信息录入记忆系统。为什么读和写是阅读的先导？因为阅读和书写时用到的词汇要超过说话时用到的词汇，阅读和书写时大脑采用的是“自动导航模式”，能够使用到存入长时记忆中的大量词汇，而在说话时能够使用的词汇不仅是已知的，而且是必须马上能够发音的，边说话还要边注意听者的反应，这就限制了大脑寻找更复杂词汇的能力。

大脑与阅读的研究虽然还没有完全打开“黑匣子”，但毕竟给我们提供了许多新知，提醒我们关于阅读应该注意的许多关键问题。如应该重视儿童发展的“机会之窗”。在心理学家看来，机会之窗是指儿童之脑从环境中接受特定的输入信息并经此创建或巩固神经网络的重要时刻。有些与身体发展有关的机会之窗往往是时不再来、过时不候的。如一个儿童即使大脑毫无问题，但如果2岁前从未接受视觉刺激，就可能终身失明。12岁前从未听到别人谈话，很可能一辈子学不会任何一种语言。心理学家M.Diamond & Hopson认为，“一旦这些机会之窗关闭，原本用来完成这些任务的脑细胞或被剪除或被调用执行其他的任务”。虽然科学家还没有发现人类所有能力的机会之窗，但是，在儿童发展的早期，为他们提供尽可能丰富的机会与刺激。

此外，大量的阅读对于提高阅读能力具有重要的作用。因为在阅读的过程中会不断激活大脑中相关区域的神经元，“额叶用来辨析声音，顶叶用来体味因字词引发的情感，枕叶用来勾勒字词带来的视觉画面。所有这些反应活动所费时间不超过毫微秒，额叶再综合所有的反应来帮助你理解你所读的内容。当你的脑中布满了纵横交错、四通八达的通道，你就能辨析词义，记住所读过的内容。”也就是说，当一个人的大脑高度自动化时，他就能够流畅、熟练地阅读。心理学家还发现，经过编码的信息更容易被长期记住，这个编码的过程被称作“5R”，即识别（recognizing)、简化（reducing）、记录（recording）、记住（remembering）和提取(recalling)。

总而言之，大脑与阅读有着发出密切的关系，与我们人类的行为更有着密切的关系，理解这些关系，对于改进我们的阅读活动，提高我们的阅读效率具有重要的作用。人类在发明了文字，创造了阅读的同时，也在不断完善自己的大脑。大脑与阅读彼此相依，互相促进，让人类的智慧不断成长。关注和学习脑科学的知识，应该成为中小学教师的自觉行动。

朱永新

2018年6月5日写于北京滴石斋