年轻心灵的前沿

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核心概念 神经科学与心理学 收藏的文章 发布日期:2020年6月11日

磁共振成像研究阅读大脑的神奇艺术

摘要

在《哈利·波特》系列小说中,摄神取念咒被用来进入并读取另一个人的思想。然而,魔法总是伴随着巨大的责任,应该谨慎使用。同样,磁共振成像(或MRI)是一种强大的工具,可以让我们拍摄身体不同部位的详细图像,包括大脑。但MRI也应谨慎使用和解释。核磁共振成像让我们有机会从外部观察身体的不同部位。一些麻瓜(非巫师)使用核磁共振来研究人类大脑的秘密。虽然它不能用来读懂一个人的思想,但它可以告诉我们大脑的外观、工作、生长和学习情况。例如,核磁共振成像可以帮助我们了解大脑是如何学习阅读的,以及在学习阅读方面有困难的儿童可能有什么不同。

你喜欢读书吗?你读过哈利波特系列小说吗?阅读是一种通过教导(例如,老师或父母教你)习得的能力,需要在家或在学校大量练习。许多不同的事情帮助我们成为伟大的读者。随着我们的成长,我们有很多经历,我们的身体,我们的思维,我们的感觉,我们周围的环境总是在变化。在生命的早期,我们学习更简单的技能,比如理解某些声音的含义,识别面孔,或者走路。事实上,学习甚至在我们出生之前就开始了!随着我们的成长,我们学习更复杂的技能,比如说单词和句子,阅读,以及如何与他人互动。学习新技能与大脑的发展是密切相关的。但是许多不同的事情会影响我们的发展,包括我们环境的变化,我们的学习经历,甚至我们的DNA,这是我们父母传递给我们的生物信息。

阅读也是如此。阅读是一种需要长期练习才能熟练掌握的能力。但这种习惯早在我们拿起第一本书或上学之前就开始了。在我们出生之前,我们就开始听声音,听语言的基本部分。这些经历塑造了大脑的某些区域,这些区域后来帮助我们培养阅读技能。1983年,一位名叫珍妮·查尔的教授[1他说学习阅读有几个阶段(图1).如今,我们知道有许多不同的因素会影响这些阅读阶段,而且阅读学习在每个孩子之间以及在全球范围内都是不同的。这种差异之所以存在,是因为许多因素都会影响阅读的发展,比如我们在哪里长大,我们说哪种语言,我们语言的词汇量,我们用语音玩游戏的能力(例如,说“banana”时不发/b/这个音),以及我们理解故事的能力[[2].

图1 -我们一步一步地学习阅读。
  • 图1 -我们一步一步地学习阅读。
  • 要成为流利的读者,我们可能要经历几个阶段。学习阅读从婴儿开始成长开始,一直持续到上学,直到成年(插图:N. M. Raschle;此图表的上半部分改编自Chall [1])。

大脑如何学习阅读

脑成像技术,例如核磁共振成像(核磁共振成像)使研究大脑如何学习成为可能。核磁共振成像就像一个大相机,可以拍摄身体不同部位的图像,比如大脑。核磁共振成像的工作原理是测量来自体内水分子的信号。身体的每个部分都有一点不同,正因为如此,来自每个部分的核磁共振信号也有一点不同。使用计算机科学家可以从这些信号中创建详细的图像(如果你有兴趣阅读更多关于核磁共振的物理知识,你可以阅读“核磁共振成像的物理原理以及我们如何用它来揭示心灵的奥秘——凯瑟琳·布罗德豪斯写给孩子们的3.])。核磁共振成像使我们能够研究当我们做某事或感觉某事时,大脑是如何工作的(大脑的功能),以及大脑是如何构建的(它的结构)。

当大脑发育和学习时,大脑不同部分之间的联系就建立起来了。随着时间的推移,这些联系形成了网络。网络是大脑中协同工作的不同部分。就像一个训练有素的音乐团体一样,大脑网络帮助我们学习阅读等技能。当我们学习的时候,大脑的细胞(称为神经元)通过伸出它们的小手臂(叫做轴突),甚至长出新的手臂。随着时间的推移,许多轴突相互连接,形成长长的高速公路,称为白质束.这些高速公路允许信息从大脑的一个部分传输到另一个部分。通过核磁共振成像,科学家们已经了解到,我们能够阅读是因为大脑的不同部分在学习过程中变得更加活跃,并相互交流。这些大脑区域有听起来很有趣的名字:枕颞区,或大脑的“信箱”(我们处理字母和单词的地方);颞顶叶区(帮助我们处理语言中的发音,比如弄清楚“banana”没有/b/的发音是“anana”);以及额下区(指挥我们的“船长”)。当大脑区域经常相互交流时,高速公路就会变得更强。

阅读的一条重要道路是轴突的集合,我们称之为弓状束,因为它的形状像一个弧形。在帮助我们阅读的大脑区域网络中,弓形束等路径允许信息从一个区域传输到另一个区域。在阅读困难的儿童中,大脑的阅读网络有时会建立得有点不同,或者信息采取了其他途径。在某些大脑中,在阅读区域之间传输信息的高速公路可能很窄,就像只有一条车道而不是两条车道。或者,高速公路可能不那么平坦,就像一条凹凸不平的路面或许多红绿灯。这些差异使得大脑区域之间的交流具有挑战性,在一些儿童中,阅读成为一项困难的任务(图2).

图2 -阅读大脑。
  • 图2 -阅读大脑。
  • 在顶部,你可以看到用于阅读的大脑区域的名称和功能。这些大脑区域共同形成了大脑的阅读网络。在阅读过程中,这些区域变得更加活跃并相互交流。有时在这个网络中的信息传输很顺利(左下),但有时可能更有挑战性(右下)(插图:N. M. Raschle)。

发展性阅读障碍和阅读障碍悖论

人类大脑的发育是复杂的,有些人的大脑发育不同于其他人也就不足为奇了。有时候,这些差异的后果只有在以后的生活中才会被发现。在一个普通学校的班级里,20个孩子中大约有一两个觉得学习阅读极具挑战性。许多研究人员希望能够尽早预测哪些孩子在阅读方面存在困难。在孩子开始出现问题时帮助他们要比等到几年后再去帮助他们容易得多。当我们年轻的时候,我们的大脑在语言等方面更灵活,这使得我们更容易学习新事物和解决问题。此外,如果帮助来得很晚,一些挣扎的孩子可能会变得悲伤、沮丧,或遭受欺凌,甚至可能不想学习。有些父母可能会变得不耐烦,认为他们的孩子不够努力。这些是科学家们想要尽早帮助识别这些儿童的重要原因。

一些有阅读困难的孩子可能被诊断为发育障碍难语症这是一种阅读障碍。通常,这种诊断是在孩子们尝试学习阅读一段时间后(比如二年级或三年级)做出的。阅读的挣扎与缺乏练习、懒惰或缺乏尝试无关。然而,到了这个时候,孩子们需要赶上很多才能在学校取得好成绩,这是一个很大的挑战。如前所述,研究表明,帮助孩子阅读的最佳时间是在幼儿园或一年级,这个时候的大脑更容易塑化。当我们发现有阅读困难的孩子和他们何时可以得到最好的帮助之间的差异被称为阅读障碍悖论,因为这是一种自相矛盾的现象。图3).

图3 -阅读障碍悖论。
  • 图3 -阅读障碍悖论。
  • 在大多数孩子中,阅读问题直到二年级或三年级才被发现(绿色区域)。然而,帮助他们的最佳和最有效的窗口是更早的(粉红色区域)。

科学家已经证明,我们可以通过口语、写作或电脑测试来发现阅读困难的早期迹象。我们很好奇,核磁共振成像是否也可以用来检测最终会有阅读困难的儿童大脑的早期差异。我们发现,那些后来学习阅读有困难的孩子似乎有一个不同的阅读网络[4- - - - - -6].但是,通过支持和正确的教学,这种情况是可以改变的。

帮助他人的魔力

与《哈利·波特》中的巫师不同,科学家不能读心术,也不能使用任何其他形式的魔法。但是我们已经提出了各种方法和技术来研究学习大脑,其中之一就是核磁共振成像。核磁共振成像使科学家们能够研究大脑中使我们能够阅读的部分,并向我们展示了阅读困难儿童的大脑中可能发生的情况。在每一项研究中,科学家们对我们如何学习以及为什么有些人比其他人更难学习有了更多的了解。最终,这些信息可能会帮助我们支持每个孩子实现他或她的目标。能做到这一点才是真正的魔法。

术语表

核磁共振成像代表磁共振成像。核磁共振成像技术使科学家能够拍摄人体所有部位的图像。它利用强磁铁和无线电波工作。

神经元大脑或脊髓内的神经细胞。

轴突神经细胞的一部分,可以与其他细胞连接,并以这种方式将信息从一个细胞传输到另一个细胞

白质束连接大脑不同区域的许多轴突的集合。

难语症一种学习障碍,由于识别语音和学习它们与字母和单词的关系有困难,导致阅读困难。

利益冲突

作者声明,这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的,这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

致谢

我们要感谢那些帮助翻译本合集中的文章,使英语国家以外的孩子更容易理解这些文章的人,并感谢雅各布斯基金会提供必要的资金来翻译这些文章。manbetxapp在线登录对于这篇文章,我们特别要感谢Nienke van Atteveldt和Sabine Peters的荷兰语翻译。我们想说声谢谢,并将这篇文章献给所有正在或正在努力学习阅读的孩子,以及帮助他们的教育工作者、父母和专业人士。


参考文献

[1]查尔,1983年。阅读发展的阶段.纽约州纽约:麦格劳-希尔图书公司。

[2]2018年,《城堡》A,《城堡》K,《国家》K。终结阅读战争:从新手到专家的阅读习得。Psychol。科学。公共利益。19:5-51。doi: 10.1177 / 1529100618772271

[3]Broadhouse, K. 2019。核磁共振成像的物理原理以及我们如何用它来揭示心灵的奥秘。前面。年轻人23。doi: 10.3389 / frym.2019.00023

[4]Raschle, N. M., Zuk, J.和Gaab, N. 2012。发育性阅读障碍的左脑后区功能特征先于阅读开始。Proc。国家的。学会科学。美国109:2156 - 61。doi: 10.1073 / pnas.1107721109

[5]Raschle, N. M., Chang, M.和Gaab, N. 2011。与阅读障碍相关的大脑结构改变早于阅读开始前。科学杂志57:742-9。doi: 10.1016 / j.neuroimage.2010.09.055

[6]兰格,N.,佩萨霍维奇,B.,祖克,J.,卓塔尔,M.,斯里瓦,D.,史密斯,S.等。2017。有发育性阅读障碍风险的婴儿白质改变。Cereb。皮质27:1027-36。doi: 10.1093 / cercor / bhv281

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