核心概念神经科学与心理学出版日期:2013年11月13日

去学校塑造大脑

作者

年轻的评论家

大流士

当我还是个孩子的时候，我认为上学是父母强加给我的义务，我想很多孩子都有同样的感觉。我父亲过去常说:“你需要努力学习，为自己建立一个更好的未来，”但我认为，如果我父亲告诉我“学习对你未来的大脑有好处”，那么我可能会更专注于我在学校的学习。在这里，我将讨论学校教育如何影响大脑这一主题，尤其侧重于我们周围环境所引起的大脑皮层的变化。这些发现将用历史的观点来解释，以支持所提出的观点。

众所周知，大脑皮层是神经系统中最“人类”的部分，因为它的活动与那些将人类与其他哺乳动物区分开来的能力的出现直接相关。当然，大脑作为一个整体工作，大脑皮层与大脑的许多区域相连，而正是这些连接对大脑皮层的整体功能至关重要。尽管我们还不知道大脑皮层到底有什么特别之处，但正是由于大脑的这个部分，我们才能完成如此惊人而复杂的任务，比如写书或飞向月球。但这怎么可能呢?从生物学的角度解决心理过程的问题可能是现代神经科学所能做出的最重要的贡献之一。

目前，文化和教育的影响在使我们的大脑发展这些技能方面是至关重要的，这是公认的。这一点在古希腊哲学家时代就已经很清楚了，尽管他们没有把这些观察结果与大脑结构的变化联系起来(这发生在许多年后;见下文)。例如，生活在公元前5个世纪的著名哲学家和数学家，萨摩斯的毕达哥拉斯说:“教育孩子，就没有必要惩罚男人。”另一个有趣的引用来自圣胡安(1529-1588)的医生和哲学家胡安·华特(Juan Huarte)在他的经典著作中科学技术测试1575年，他在信中提出了以下有趣的观点:

一个人在两三年的时间里学会了他的(祖先)在两千年里所做的一切。事实上，如果人类必须通过经验来获得这样的知识，那么他必须活三千年，通过试验药物，他将首先杀死无数的人，然后才能确定他们的品质。然而，这可以通过阅读理性和经验丰富的医生的书来避免，他们在生活中发现了一些书面警告．

当然，如果没有出生在他们所处的文化时代，玛丽·居里(1867-1934)、阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955)和巴勃罗·毕加索(1881-1973)等伟人的贡献是不可能实现的。之所以如此，是因为我们有能力通过观察或与他人互动来学习，而学校就是一个绝佳的例子，它提供了这样做的机会。你能想象从人类诞生之初起，有多少人能够在艺术和科学领域取得杰出成就吗?如果他们当时拥有当时的文化工具和知识氛围的话。菲尔·柯林斯(Phil Collins)的歌曲《天堂的另一天》(Another Day In Paradise)中的歌词突然浮现在我的脑海中，他说:“三思，因为这是你我在天堂的另一天。”你能想象如果世界上所有的孩子都能像我们一样上学吗?我们很幸运地生活在这样一个天堂里——我们不能浪费这个机会，不仅是为了我们自己，而且也要努力改变世界，帮助下一代，让政客们相信教育是一项应该得到支持和重视的国宝。

我们都知道在学习的时候，获取知识需要巨大的脑力劳动——它需要日复一日的刻苦学习!但问题是“教育为什么或如何影响我们的大脑?”这就是被认为是现代神经科学之父的圣地亚哥Ramón y卡哈尔(1852-1934)出现的地方。卡哈尔在这一领域最重要的贡献之一是试图从结构的观点来解释这些事实，他相信大脑容易受到“可塑性”(即灵活的)变化的影响，而神经细胞是独立的单位。他说，神经细胞是独立的单位，它们之间没有物理连接，而是通过细胞间的接触来相互交流。这一假设被称为神经元理论，与当时最广泛接受的观点形成了对比，即相邻神经细胞的过程融合形成一个连续的神经纤维“网”，包括树突和轴突(网状理论)。1894年，卡哈尔在《科学复兴》(Revista de Ciencias Médicas de Barcelona)杂志上写了以下一段话，他在其中漂亮地描述了这个想法:

与网状理论相反，有能力发展的细胞过程的自由树状化理论似乎不仅最有可能，而且最令人鼓舞。一个连续的预先建立的网——就像一个由电线组成的网格，不能在其中建立新的站点或线路——在某种程度上是僵硬的、不可改变的、不能被修改的，这与我们对思想器官的所有概念是相悖的，即在一定的范围内，思想器官是可塑的，能够通过指导良好的心理体操得到完善，尤其是在其发展时期。如果我们不害怕做过多的比较，我们可以这样为我们的观点辩护:大脑皮层就像一个种满了无数树的花园，锥体细胞，由于聪明的培育，它们可以繁殖出更多的树枝，把根扎得更深，每天结出更精致的花朵和果实．

卡哈尔是脑体操的狂热支持者，他认为这是一种增强我们大脑能力的机制，他明确指出，通过对持续刺激做出反应的“可塑性”机制，增加神经元连接的潜力是存在的。通过这种方式，他提出，在经常进行深度脑力锻炼的个体中观察到的更高的智力能力是由于大脑体操会导致神经元过程的发展“超出正常观察到的范围，迫使建立新的和更广泛的皮质内连接。”卡哈尔提出的可塑性机制和理论代表了我们对这一迷人主题的一些现代想法的起点，这些想法现在已被证明是正确的。

大脑结构的变化与心智过程和运动技能(即运动技能)的成熟之间存在联系的观点得到了强有力的支持，如果我们考虑到，在发育过程中，我们的大脑不仅体积增加(从新生儿的案例中可以明显看出)，而且，如图所示图1，在神经元过程的复杂性方面也有了令人印象深刻的发展，这与神经元之间连接的变化有关。我们中任何一个家里有弟弟、妹妹或孩子的人都能亲眼目睹他们的行为和技能每天都在发生着巨大的、惊人的变化——比如学会说话，表达越来越复杂和抽象的思想，或者学会控制自己的情绪。我们(即我们的大脑)仍然是一样的，但改变的是大脑的结构和功能组织，特别是神经元及其连接的形态，以及其他结构、分子、遗传和生理上的变化。然而，这些变化并不局限于开发的早期阶段，如图1．重要的是，一个人成长的环境(或条件)从我们出生到青春期，甚至在我们成年后的生活中扮演着重要的角色。

图1 -大脑体积的增加和皮层回路的成熟。

心理过程和运动技能的成熟与大脑大小扩大约四倍有关[1］．A.， B.分别是一个1个月和6岁孩子的大脑照片。这种大小的增加伴随着神经元过程复杂性的戏剧性发展，这反过来又受到遗传背景和环境的影响。这种复杂性的增加在一个1个月大的婴儿大脑皮层的高尔基染色皮层神经元图中很明显(C.显示皮层区域称为“额回下三角部”;D.显示“眶回”)和一个6岁的儿童(E.“额回下三角部”;F.“眶回”)。A和B的比例尺:2厘米。

目前，大量的神经成像研究，使用不同的方法来成像人脑的结构(结构成像)或功能(功能成像)，已经表明文化和训练改变了年轻人和成年人大脑的功能组织和解剖结构。例如，学习阅读，语言处理方式的改变，以及运动技能的习得都与大脑特定区域灰质和白质体积的变化有关。

有大量以小鼠和大鼠为实验对象的研究表明，当这些动物在丰富的环境中饲养时，它们在学习、记忆和视觉敏锐度方面优于那些在非丰富的笼子中饲养的动物。这些研究表明，大脑中的多个回路被修改，从而提高了认知能力。例如，在微观解剖水平上，丰富的环境已被证明可诱导大脑皮层神经元复杂性的增加。类似地，在具有不同教育水平的人类大脑皮层中进行的研究报告显示，随着教育水平的提高，神经元的复杂性也在增加。

因此，我们的想法不是试图把我们的大脑塑造成一个天才，而是通过教育来最大限度地利用我们个人的基因组成来提高我们的认知能力。换句话说，通过我们在学校的努力来塑造我们的大脑将获得更大的大脑容量，使我们在上学期间和毕业后都受益。