人的大脑发育确实有关键期,认知训练，可改变大脑智商

作者 | 中国科学院院士、神经生物学家、复旦大学教授 杨雄里

大脑是极其复杂的系统，它的复杂性表现在它有天文数字的神经细胞。大家知道，人脑的神经细胞大概上千亿，更准确地说是860亿左右。这些神经细胞又通过上千倍数量的突触，组成神经环路。不仅如此，脑的结构和功能不是一成不变的，而是不断发生变化的，是一个动态系统。由天文数字的神经细胞，通过突触形成环路，形成一个动态系统，我想大家都会同意，这是个宇宙间最复杂的系统。科技界有一个共识，就是揭示大脑的奥秘是自然科学界面临的最重大的挑战，是科学探索最后的疆域。

谈到与教育有关的脑科学活动的基本规律时，首先要谈的是神经环路。尽管脑是由神经细胞组成，但是单个神经细胞不可能实施脑和神经系统功能，而必然通过突触，形成神经环路，才有可能行使脑和神经系统的功能。感觉、听觉、视觉等都有特殊的神经环路，而这些神经环路之间又有紧密的联系，并且相互作用，最后形成大脑的神经网络。这是实施脑的复杂的高级功能，如感知、认知、思维、情绪、决策等的结构基础。

在这样一种神经网络中，某一个神经细胞是怎么活动的、产生怎样信号，并没有特殊意义，重要的是整个神经环路细胞活动的模式。就是说，在这样的神经环路的不同部位、不同位置的神经细胞，产生此起彼伏的信号的模式，对于实施功能才具有关键意义。以大家非常熟悉的柴可夫斯基的第一钢琴协奏曲第一乐章为例，它给人的感觉是气势恢宏、荡气回肠。之所以会产生这样的感觉，是因为它的旋律。但仔细分析它的旋律，不过是由很简单的音符组成的，所以每个音符发出的声音并不重要，重要的在于艺术家、作曲家把它组织成这个旋律，是这个旋律才使得第一钢琴曲的第一乐章不同于其它音乐作品。所以，重要的是在于旋律，由音符组成的旋律。

第二个与教育密切相关的是脑的可塑性。大脑不是一成不变的，在发育过程中，它的结构和功能不断发生着变化。更重要的是，在脑发育成熟以后，脑的结构和功能继续具有强大的可塑性。这表现在，它的功能因为某种特殊训练会出现非常明显的变化。如果测定一个训练有素的小提琴演奏家前运动皮层的神经细胞的活动，与一名普通的小提琴新手进行比较，前者前运动皮层产生的活动要强烈得多。可以这么说，如果神经系统和脑的结构功能没有可塑性的话，我们连最简单的学习都做不到。

以上这两点，是我们谈及脑科学和教育之间关系的背景与前提。

教育需要遵循脑活动的规律

对于脑科学和教育的关系，我想强调的第一点是，教育需要遵循脑活动的规律。

从传统角度来看，孔子提出了“因材施教”。“因材施教”的含义就是按个性脑的认知能力“施教”。此外，还必须遵循另一些重要的规律。

脑功能发育是有关键期的。脑的可塑性虽保持终生，但是在某一个时期，脑的可塑性特别强。在这一时期，如果外界条件发生变化，脑的功能发生的变化就非常剧烈。可以这么说，在关键期内，适宜的经验和刺激，是运动、感觉、语言及其他脑功能正常发育的前提。这方面研究取得显著进展的是感觉和语言两个方面，感觉方面主要是指视觉。

有一个非常著名的病例。一名6岁的意大利男孩，单眼失明，医生为他做了详细的眼科检查，并没有发现有明显的眼疾。医生们大惑不解，为什么会出现这样的情况？经过仔细调查了解才发现，这个孩子在幼儿期间，因为单眼的轻度感染，曾经用绷带把这个眼睛包扎起来，虽然只是很短的时间，但是因为包扎的时机是在关键期内，所以他长大以后，那个眼睛再也不可能恢复正常工作。

美国科学家和瑞典科学家曾经对视觉关键期问题进行了非常系统的研究，他们因此获得了1981年的诺贝尔生理学或医学奖。他们在理论上的研究结果证明，视觉在发育过程确实存在关键期。这一研究结果对临床实践产生重大影响。对于先天性白内障，以前的处理方法是等白内障比较成熟以后，等孩子长大以后，用手术摘除白内障。但是后来发现，这种情况下，即使把白内障摘除，孩子成年后视力的恢复仍然有限。这是因为先天性白内障使这些孩子在关键期内未能得到正常的视觉刺激，其视觉系统已经产生了不可逆转的改变。在他们的理论基础上，现行的原则是：只要孩子的条件能够进行手术，马上摘除它的白内障，使其在关键期得到正常的视觉刺激，使其有正常的视觉发育。一般认为，人视觉发育最敏感的时期是出生后半年内，可以长达4~5年。

另外一个关键期是关于语言的。大家都知道印度狼孩的故事。由于他在0~6岁一直处在狼窝里面，所以他被拯救出来以后，四年才学了两个单词，他始终不能融入人类社会。对于外语学习来讲，现有研究表明，如果在7岁以前移民的话，其语法错误要显著比成年移民者少，习得语言的水平几乎可以达到母语的水平。但是如果是7~15岁移民，其词法错误会随着年龄的增大而逐渐增加。在这个过程当中，他犯的错误常表现在词法上，比如英语里主语与动词之间“数”的统一。到了15岁以后，他在语法上犯的错误跟成年移民者十分相近。所以对于学习外语，从脑科学的规律来讲，显而易见是越早越好，这个没有问题。但这只是问题的一个方面。

“注意”（Attention）对学习的影响。如果给一个视觉刺激，在漫不经心的情况下，在视觉中枢几乎检测不出神经细胞活动。但是如果集中注意力，视觉中枢（枕叶）就有明显的反应。这说明，注意力集中与否，对学习功能，对脑其他功能的实施，有着非常关键的作用。我还记得自己在大学时学俄语和英语，曾经尝试这样的方法：在5分钟之内高度集中注意力，硬要记住50~100个单词。5分钟之后，尽管有些单词忘掉了，但还是记住了大部分单词，比漫不经心背诵单词效果远远好得多。

脑神经科学为教育提供的实证研究仍亟须拓展深入

然而，脑科学能够提供给教育的很翔实信息的规律目前还相当有限，对这些基本规律的认识还有待拓展和深入。一种情况是，有些现象的规律还几乎没有研究。譬如，对关键期的研究现在较多的是在视觉和语言方面，而对其他感觉系统，对其他功能是不是存在着关键期，关键期又会怎样影响功能的发育，我们还很少了解。1981年获得诺贝尔奖的戴维·哈贝尔曾经对视觉关键期进行过深入的研究，他曾经说过：“将来最令人兴奋的，就是把视觉关键期的研究拓展到其他功能方面。”他说，实验心理学家和实验精神病学家都强调，早期经历对随后的行为模式十分重要，如果在生命早期使机体与社会相隔离，或者使其处在有着其他异常、不良的精神因素环境中，相关的脑区会到底发生怎样的变化，人们几乎一无所知。另一情况是，对脑活动的规律，认识上并不都一致。比如对儿童双语教学的问题，一种观点认为，双语学习会影响儿童智力的发展。但是现在又有很多证据表明，双语学习不仅不影响儿童的认知，而且有可能提高儿童认知的控制能力；进一步证据表明，如果是成年时开始双语学习，患老年性痴呆的年龄更晚。

不仅如此，科学家们还发现，左侧顶叶灰质随着双语学习的年龄越早密度越高。就是说第二语言越熟练灰质密度就越高。所以到底要不要在儿童时期进行双语学习的问题，人们无所适从。对这些的规律，还需要科学家们进一步深入研究。

教育必须遵循其自身的规律

在现实社会里，教育作为塑造人的身心的一种社会活动，作为生产力和生产关系的综合反映，它必然有自己的规律，必然与意识形态和政治有密不可分的联系，必然随着各种外界因素而发生变化。所以，当我们决定教育走向、教育方式、教育资源分配、安排的时候，我们不可能也不应该只遵循脑科学的规律，还必须考虑其它因素。

还是以学外语为例，从脑科学的规律来讲，当然是学得越早越好，如果都是在关键期学外语，也许都能够讲一口纯正的、标准的外语。但要知道在关键期要学的东西何止是外语？有一句耳熟能详的口号是“不要让孩子输在起跑线上”，学外语要趁早，学音乐、学美术也要趁早；学计算机要从娃娃抓起，踢足球，也要让从娃娃抓起。请问，在这样的关键期，孩子们做得了这么多吗？让孩子们所有的都在关键期来做，目的是不让他输在起跑线上，但是结果恰恰是让孩子输在起跑线上了。

问题的另一个方面，到底为什么学外语？对绝大多数人来讲，外语无非是一种工具。因此，在关键期学什么、怎么学，就得全面考虑。即使大张旗鼓从娃娃开始就搞双语教育，还要看有没有足够量的合格的师资；如果没有合格的老师，孩子们学的外语可能会大成问题。有些地区的人分不清“La”“Na”发音的差别，上海人则是王、黄不分。这就说明关键期所学到的东西是多么根深蒂固。因此，要一个水平不高的老师去教孩子外语，孩子学得的是一口带有地方口音的外语，长大后改都很难。所以，教育是一个涉及面很广的问题，一定要全面考虑，一定要按照教育的规律来处理。

综上所言，遵循大脑活动的规律，从实证研究的角度确乎言之成理；但现状是，可能为教育提供翔实信息的脑的基本规律还十分有限。教育作为一门科学，显然有其特有的规律。因此，在决定教育的走向、方式、布局和资源的配置时，必须综合考虑其特殊规律和脑科学规律。

在正确处理脑科学和教育之间的关系上，还有漫长的路要走。在这一过程中，教育家和脑科学家携手并进，有希望探索出一条适合国情、适合现状的道路。

大脑终生具有可塑性，认知训练可改变成人的学习能力

作者 | 国际神经科学学会主席、深圳市神经科学研究院院长 谭力海

我们通常认为，儿童的大脑具有高度可塑性。最近三十年神经科学领域的重大发现之一是：正常成年人的大脑在某些功能方面也具有高度的可塑性。比如，有研究者让正常成年人接受为期三个月的“三个球”杂耍游戏训练后发现，大脑负责视觉运动区的灰质（主要是胞体和树突）体积会显著增加。另一项研究发现，二三十岁重新回归社会的哥伦比亚游击队队员，经过两到三年阅读训练之后，其大脑负责阅读区域的白质神经纤维束显著增多。在香港大学笔者的硕士研究生曾做过一个实验，让正常大学生像婴儿一样学习用新的词汇对颜色方块重新命名，研究发现，经过不到两个小时的训练，大脑负责颜色加工的V2/3区域灰质体积显著增加。这说明，正常的成年人大脑仍具有高度可塑性。

以前，心理学家假设人的智商（IQ）发展到青少年时期便趋于稳定。但最近有研究者在青少年被试平均年龄为14岁和18岁时分别测一次IQ，结果发现这两次测试中青少年IQ的变化是巨大的，而且该变化和大脑相应区域的灰质体积变化显著相关。这一结果说明，不仅IQ变化了，大脑结构也发生了变化。所以我们说，“终身学习”是有道理的。

大脑的语言表达存在文化特异性

如前文所述，既然正常儿童和正常成年人的大脑均具有很强的可塑性，那么，对学习不同类型的语言文字者来说，在经过多年训练之后，其大脑主管不同语言的区域应该也有明显的差异。

世界上现存六千多种口头语言，其中两百多种有书面文字。这些文字在字型、字音、语义、语法方面有共同点，也有差异。那么，大脑对语言的表达是否会受到语言特点的影响呢？一百多年来，国际神经科学领域的学者普遍主张大脑语言功能区“统一论”（Universal Theory），认为世界上所有各类语言均由相同的大脑区域处理，这一理论主要是基于对西方语言的研究所作出的结论。相应的研究有许多重要的发现，比如负责“说”的区域是布洛卡区，负责“听”的言语理解的区域是威尔尼克区。而对阅读来说，颞枕区、颞顶区和额下回三个脑区特别重要，其中最重要的是颞顶区，如果它的结构或功能出现异常，就会产生非常严重的阅读障碍。

中文的汉语跟西方的英语显著不同，不仅口头语言有差别，书面语言也存在着差别。过去二十多年的研究发现，大脑主管汉语和西方语言“听”和“说”的区域确实有重要重叠。比如左额下回，这个脑区既负责汉语的“说”，也负责英语的“说”；左颞叶负责“听”。但是大量研究同时也发现，右颞上回对于汉语理解有着独特的作用，它的主要功能是对汉语的声调进行加工。

关于阅读能力发展问题，汉语使用的是视觉形状的文字，其在字形、字音、字义各个方面和西方都不一样。比如我们的语音，是整个汉字直接匹配到音节上。例如，国家的“国”这个汉字，没有一个部件或者笔画能够发出“g”“u”“o”的音，而在英文里每一个字母都是可以单独发音的(例如cat一词的每个字母都可以发音)。在过去二十年里，我们实验室主要采用功能磁共振和结构磁共振的方法，研究正常成人和儿童的阅读能力。我们发现，大脑的左侧额中回对中文加工非常重要，临近额中回区域的白质体积与中文阅读能力显著相关，与英文阅读能力则没有关系。

在一项研究中，我们使用磁共振机器扫描60多岁未接受过教育的香港渔民和同龄但接受过高等教育的大学生的大脑，结果发现正常大学生识别汉字时左脑额中回的激活程度非常强，不能读书识字的渔民左脑的额中回则没有激活。进一步研究发现，相对于正常儿童，患有中文阅读障碍的儿童识别汉字时左脑额中回激活非常弱，而右脑负责视觉加工的非语言区域激活则非常强。这说明阅读障碍儿童还在初级视觉加工水平上挣扎着，他们的左脑额中回的灰质数量也显著少于正常儿童。

一系列的研究发现，中文和西方语言的阅读障碍患者相比，大脑出现结构性病变的部位是不同的，显示出两种语言的阅读障碍者患有两种截然不同的大脑发育失调。人脑负责中文听说读写加工的区域，和负责英文的区域相比，数量上是有区别的（数量多或少和好与坏无关）。所以我们提出了大脑语言功能区文化特异性理论，认为语言类型影响神经表达，中文属于表意文字，汉语属于带调语言，与拼音文字（如英文）在语言特征和神经表达方面有显著区别。

我们的研究结果得到了国内外十几个实验室所发表的研究结果的重复和支持。比如哈佛大学医学院用我们的行为实验任务以近红外的方法采集大脑活动，发现左脑额中回主管中文的语音加工，而左脑颞叶区负责英文的语音加工。伦敦大学的团队使用语义任务，发现额中回的最强激活点与我们通过语义任务所发现的最强激活点在坐标上几乎完全一致。佛罗里达大学的教授研究中美两国被试在数字大小加工时的大脑活动，发现中国人受中文阅读经验的影响，左脑额中回和临近区域不但支配语言加工，而且也控制国人的数学计算能力。2009年，北京天坛医院神经外科把我们关于左脑额中回的基础研究成果应用到临床上，在颅脑手术时为脑疾病患者设计个体化入路切除病灶，结果发现，在左侧额中回中心点十毫米之内造成脑组织破坏的话，会导致严重的语言障碍。这个成果获得了国家科技进步二等奖。这是医学界第一次把我们团队的基础研究成果应用于临床，在手术中保护脑疾病患者的语言功能。

过度使用拼音输入法会影响大脑中文阅读中枢的发育和发展

为什么左脑额中回主管中文阅读？为什么左脑的颞顶区负责英文的阅读？从脑的结构图可以看出，负责英文阅读的颞顶区靠近大脑听觉区，负责中文阅读的额中回靠近大脑运动区。大家都知道，学中文靠写，儿童上小学时，一个汉字需要写十遍、百遍，每天都要写一两个小时，不然很难记住。但学英文不靠写，靠听就够了。这就是两种语言阅读区域临近的大脑功能区不同的原因。这是大脑语言功能区发育形成的一个环境因素。

我们曾经做过书写和阅读能力之间关系的研究。在我们提出大脑中文阅读区的形成受书写经验的影响这一结论之前，全球研究中文阅读能力发育发展的学者，都是用语音测试的任务来研究影响中文阅读的因素。但我们发现，书写和中文阅读的关系最为密切，书写技能能够解释中文阅读能力变异的最大部分。语音意识的能力和中文阅读有关系，但相对次要很多。既然书写这么重要，那么现在的儿童如果过度使用手机、电脑、iPad，使用拼音输入法，使用智能拼音输入法，高级联想的拼音输入法，会产生什么样的后果呢？

先前我们曾做过一项调查，在北京、广州和济宁调查了将近6000个儿童，分别在字水平上和句子水平上测试这些儿童的阅读能力。我们发现，平均阅读年龄滞后两个年级的儿童大概占25%~28%。也就是说五年级的儿童阅读三年级教材上的句子都难以达标。这在西方已经算阅读障碍了，但是我们发表这一成果时把它叫作阅读困难，因为阅读障碍者存在脑部发育失调，而阅读困难者可能没有这种情况。

我们发现，阅读和书写能力之间存在着正相关，而且随着年级的升高，这种正相关越来越强。另一方面，阅读和拼音输入法的使用时间存在着负相关，随着年龄的增加，负相关也越来越强。大家可以想象一下，用拼音输入法输入一个字，比如“谭”字，“Tan”和“言西早”之间没有任何关系，你天天用拼音“Tan”，还会写“言西早”吗？

那么拼音输入法的使用会不会影响大脑中文阅读中枢的发育和发展呢？来自山东德州的50个儿童参加了我们在北京组织的夏令营活动，并经父母和学校同意参加了我们的脑成像实验。我们将儿童分成两组，一组儿童每天平均使用拼音输入法的时间多于65分钟，另外一组儿童每天平均使用拼音输入法不到9分钟。通过磁共振设备扫描发现，每天使用拼音输入法65分钟的儿童，其主要阅读中枢的活动显著少于较少使用拼音输入法的儿童，两者左脑额中回的结构和功能均存在着显著差异。这一研究是首都师范大学的周蔚博士、罗劲教授和笔者一起完成的。

几十年以前，信息科学、计算机科学领域的科学家们成功解决了汉字的数码化问题，但是现在的研究发现，智能拼音输入法的使用，会影响中国儿童的阅读能力的发展甚至是智力的发展。所以近年来，我们一直在呼吁国家要立法限制拼音输入法的使用时间。我们不反对小学生学习拼音，拼音是学习汉字的“拐杖”。但是学了拼音以后，要适度使用。中文阅读能力的发展，主要是靠书写来形成和维持。如果没有书写，如何保证阅读能力、书写能力的发展？所以我们一定要严格限制拼音输入法的使用时间。我一直提议，凡是给儿童使用的电脑、电子设备，一定要自带书写功能。既可以书写，也可以使用拼音，用拼音输入法半个小时，电脑就自动切换到手写。否则我们中文的书写能力、语言能力将受到很大的影响，再过二十年，会写两千个汉字的中国人将会很少。当我们连两千个汉字都不会写的时候，我们的民族文化怎么传承？所以这是一个非常严峻的问题。由于西方语言的特点，西方国家可以不立法限制使用电子设备，但中文不同，中国应该建立有关限制使用拼音输入法时间的法律法规。语言能力是人类最重要的能力，语言是人类区别于动物的最主要的交流工具、最主要的思维载体。