神經教育學：腦、心智、行為與教育的跨學科整合

鄭晨燁+++崔艷妮+++方瑩

神經教育學是新興的教育學與神經科學之間的交叉學科，強調的是以教育學為核心的跨學科整合。生命科學，尤其是分子生物學、基因工程學和腦成像技術的飛速發展，為探索“教與學”的科學帶來了前所未有的新機遇。因此，神經教育學的發展如火如荼。在唐孝威院士的帶領下，浙江師范大學杭州幼兒師范學院與浙江大學腦科學交叉實驗室共同開展了神經教育學的研究，并取得階段性成果。為推動相關研究的進一步發展，2016年4月17～19日，首屆兒童神經教育學國際論壇在杭州舉行。本次論壇由中國教育學會神經教育學分會，浙江省教育學一級學科重點研究基地、浙江省人文社會科學重點研究基地——浙江師范大學兒童研究院主辦，浙江師范大學杭州幼兒師范學院及“中加人類發展聯合實驗室”承辦。出席本次論壇的專家學者有美國加州大學Gail Heyman教授，加拿大多倫多大學Kang Lee教授，美國普林斯頓大學Gabriel博士后，加拿大多倫多大學Merry Mo博士，浙江師范大學秦金亮教授、傅根躍教授、盧英俊副教授等，30多名碩博研究生參加了論壇活動。本次論壇重點探討道德神經教育學、人際知覺神經機制及其教育意義和音樂神經教育學等問題，旨在推動神經科學與兒童教育學的學科交叉，并促進中外學者在神經科學與兒童教育學領域的跨學科合作。

神經教育學是一門正在形成中的學科，其研究內容仍在不斷深化和發展中。此次論壇對核心論題進行了全面回顧，對研究現狀展開了深入討論。下面就本次論壇的三個核心論題（道德發展、人際交往面孔知覺、音樂教育）綜述如下。

一、道德發展的神經教育學

道德發展是個體社會化過程中的重要內容，是調節人與人之間或人與社會之間關系的行為準則的內化過程，顯著影響個體的社會性發展。“說謊”是道德發展的一種重要表現形式，其研究源于Charles Darwin對其2歲兒子說謊行為的觀察報告，Charles Darwin總結出早期兒童說謊的兩大特征。Kang Lee教授、傅根躍教授分別報告了他們近期的研究成果以及他們對說謊神經科學研究現狀的看法。

（一）兒童說謊行為的發展

“說謊行為是何時產生的”一直是研究者們關注的關鍵問題之一。Kang Lee教授在報告中指出，他們采用“抵制誘惑”研究范式發現，大部分2歲兒童會坦白自己的違規行為，而隨著年齡的增長，兒童會選擇說謊否認。目前，國內外學者一致認為，2～4歲是兒童說謊行為發展的關鍵期。3歲左右，兒童開始出現說謊行為，隨著年齡的增長，說謊頻率增加。到了青春期，說謊頻率又會下降，這可能與兒童的認知能力和社會性發展水平密切相關。

（二）影響說謊的因素

1.認知

不同年齡兒童的說謊行為存在差異，這表明早期兒童不會說謊的原因可能源于認知能力的不足。研究者發現，兒童心理理論、執行功能等可能影響兒童的說謊行為。

關于說謊行為與心理理論的關系，目前存在兩種假說。一種假說認為，兒童說謊與一級心理理論理解相關；另一種假設則認為，兒童說謊的能力與二級信念理解相關。Kang Lee研究團隊采用“抵制誘惑”研究范式發現，年長兒童在違背規則后假裝不知道的可能性更高，他們的成功說謊與二級信念任務得分相關。兒童否認偷看行為只需要一級錯誤信念的理解，但想維持謊話且不被發現則需要二級錯誤信念的參與。國內劉秀麗等人對此進行了驗證性研究，得到了相同的結論，即具有較高心理理論水平的兒童，其說謊一致性優于較低水平兒童。

執行功能也被認為是影響說謊行為的重要認知因素。當兒童說謊時，需要回憶真實信息，抑制說真話的優勢反應，且需具備靈活應變能力以成功維持說謊。傅根躍教授在報告中指出，以往研究表明，執行功能與說謊之間存在顯著相關，尤其表現在抑制控制上。研究還發現，隨著年齡的增長，執行功能也逐步發展，不僅有助于兒童說謊，還能促進兒童說謊行為向更高水平發展，可使其能根據不同情境說出可以讓人置信的謊言。但Kang Lee教授指出，雖然兒童總體執行功能與說謊行為相關，但并非每個維度都與說謊行為相關。總之，執行功能與說謊行為之間的關系及其各維度對說謊的影響尚未被明確探知，有待進一步驗證。

2.社會

從古至今，“奉承”是普遍存在的現象。人們常常會根據不同的人與不同的情境，選擇說好聽的話來恭維他人。兒童的“奉承”行為也引起了學者的關注。Kang Lee教授和傅根躍教授在報告中都提到，他們采用“評畫”研究范式發現，作者在場時，兒童對作品的評價會表現出較多的奉承，尤其是對熟悉人的作品。這表明，學前兒童已經會考慮他人的感受，而不是直言不諱地表達自己真實的想法。

遵守承諾是兒童社會化發展過程中道德自律的重要表現。已有研究主要集中在兩個方面：一是承諾對說謊與說真話的影響，二是承諾是否有效。Kang Lee教授對此分享了他們團隊近期的研究成果：3～7歲兒童做了違規行為后，如承諾過要說真話就能夠減少說謊的可能性，同樣的結論也適用于兒童舉報他人的違規行為。此外，他們還考察了承諾行為與揭穿父母違規行為的關系，發現即使父母要求兒女對他們的違規行為加以隱瞞，大部分3～11歲兒童在承諾過說真話之后，仍會揭穿父母的違規行為。這表明，承諾與說謊之間存在密切關系，是減少兒童說謊的重要手段之一。

3.文化

Kang Lee教授在報告中指出，文化是影響說謊行為的重要因素。他們團隊在考察7～11歲中國與加拿大兒童在親社會和反社會兩種情境下說真話與說謊的差異時發現，在親社會情境下，中國兒童比加拿大兒童更會說謊以示謙虛；而在反社會情境下，兩國兒童都更愿意說真話。此外，Kang Lee教授還提到，7～11歲中國大陸兒童比加拿大華裔、歐洲和加拿大兒童更會說謊以示謙虛，做了好事通常會選擇否認，且隨著年齡的增長，11歲兒童說謊以示謙虛的表現最為突出。總之，中國兒童更愿意為集體利益說謊，體現出了明顯的集體主義傾向；歐洲兒童正好相反，更加關注個人；而加拿大國籍的中國兒童則會根據具體情境選擇性說謊。這些研究均證實不同文化背景對兒童道德的發展影響深遠。

（三）神經影像學的新發現

近年來，國內外研究者開始采用神經科學方法（ERP、fMRI、fNIRS等）來探究說謊背后的神經機制，并取得了一定的進展。ERP測謊主要以P300作為主要指標，從說謊所需的抑制沖突及復雜認知負荷的角度展開探討。Kang Lee教授在報告中提到，國外有研究發現，說謊誘發的P300波幅比說真話小，相較誠實者，裝病者對刺激產生反應時，P300波幅顯著降低。由此表明，個體做出說謊反應時，大部分注意力集中在抑制真實反應上。而針對刺激反應，研究者發現，相比無關刺激，探測刺激能誘發更高的P300波幅。除此之外，N400、N2、CNV、LPC等成分也可作為測謊的指標。

雖然ERP技術在時間維度上為說謊神經機制提供了許多證據，但其空間分辨率存在局限，無法完全解釋說謊的腦機制。功能性磁共振成像（fMRI）對此有補充作用，可有效進行腦區定位。Kang Lee教授表示，以往基于fMRI技術的說謊研究，較為一致地證實了說謊反應在前扣帶回與前額葉皮質引起更多的激活。而他們探究偽裝失憶個體的大腦激活時，發現偽裝失憶與前額葉、顳葉及頂葉等多個腦區有關。他認為，這可能是由于在偽裝失憶過程中，認知負荷加大，由此激活了更多的腦區。傅根躍教授補充說道：有研究者提出，不同類型的謊言在反應階段可能涉及不同的神經加工回路，如Gains發現無意識說謊涉及前扣帶回皮層和后部視覺皮層，而有意識說謊則激活了右側前額葉；Abe等對否認事情和捏造事情兩種謊言的神經機制進行了研究，結果發現，背側、腹側與內側前額葉與這兩種謊言均相關，而前扣帶回只在“否認事情”時被激活。傅根躍教授在報告中提到，他們曾利用功能性近紅外腦成像探究自發性說謊的神經反應，結果顯示，自發性說謊引起左前額區更大的神經活動，同時還發現correct-truth（預測與報告都是正確時）比incorrect-truth（預測錯誤而報告正確時）在左側額中回和右側額上回的神經活動更明顯。由此表明，該過程有獎賞系統的參與。

綜上，說謊主要包括抑制真實反應和執行說謊反應兩個過程，涉及抑制、工作記憶、認知控制等高級認知功能，且在腦活動上也得到了體現。目前，有關說謊神經機制的研究越來越深入，但仍存在局限。一是實驗范式的生態化問題，已有研究大部分采用實驗室情境下的說謊測試，這種情形下的說謊與真實社會互動情境中的說謊是否一致，有待進一步驗證。第二，應用fMRI等技術研究社會互動過程中的腦機制尚有方法學上的限制，無法在不受干擾的狀態下記錄兒童說謊的神經狀態；而ERP、fNIRS則不需要特別控制實驗環境，能夠在較真實的情境下記錄大腦活動，從而提高實驗結果的生態化效度。第三，從說謊加工過程看，說謊可分為決策階段、反應階段及評價階段。目前，大部分研究主要集中在說謊的反應階段，其次是決策階段，而對說謊評價階段的研究甚少，有待進一步完善。

二、人際知覺（人臉、種族）神經機制與教育意義

人際知覺是對人與人之間關系的知覺，其敏感性對個體的社會性發展起著重要作用。人際知覺途徑主要包括面孔知覺、語言與行為知覺及外在特征知覺。而面孔作為一種非語言性刺激，包含了復雜、多維的信息，如年齡、性別、表情等。及時、準確的面孔知覺是維持社會生存，開展各項社會活動的基本能力，也是人際知覺最重要的途徑。對此，Merry Mo博士、盧英俊副教授報告了他們近期的研究成果。

（一）面孔加工相關模型

面孔加工神經機制的探討一直是社會心理學的一個重要研究內容。盧英俊副教授指出，新生兒偏愛關注面孔刺激以及因腦缺陷造成的先天性面孔失認癥病例等論據，均提示可能存在先天的面孔特異性神經機制。此外，對腦損傷病人功能的雙重分離研究發現，面孔和物體識別在功能上是相互獨立（并行）的。腦成像研究進一步定位了面孔加工特異性腦區，如梭狀回面孔區（FFA）等。目前面孔加工模型主要有以下幾種： Baucer的雙路線模型，De Gelder和Rouw的動態雙路線模型，Bruce和Young的面孔識別信息加工模型，Haxby、Hoffman和Gobbini的面孔知覺神經系統模型。大部分學者對后兩種模型更為認可。

（二）影響面孔加工的相關因素

1.面孔吸引力

面孔吸引力是指目標人物所誘發的一種積極愉悅的情緒體驗并驅使他人產生接近意愿的程度，對傳遞社會情感性信息和人際交往具有重要影響。研究發現，兒童對面孔進行加工時，更偏好吸引力相對較高的面孔，這種偏好存在跨年齡、性別的一致性。近年來，盧英俊團隊的系列研究發現，面部空間特征關系、膚色、亮度、繪圖方式及臉型對面孔吸引力具有一定影響，且在腦機制上得到體現，具有高吸引力的面孔誘發顯著的LPC波幅。

2.面部表情

面部表情是一種非語言符號，是實現個體情感交流和情緒體驗的重要基礎與前提。通過識別面部表情可以間接了解他人的心理狀態。秦金亮教授在報告中提到，面部表情認知發展受先天遺傳因素和后天環境因素的雙重影響。兒童最初只會區分高興與不高興的表情，而后從不高興的表情中分化出生氣和恐懼的表情。多數研究得出了類似的結果，兒童對積極表情的識別能力發展最為連貫，其識別能力顯著早于消極。兒童面部表情認知的發展順序為：高興、生氣、悲傷、恐懼、驚訝和厭惡。腦成像顯示：前額葉、前腦島、基底神經節、眶額皮層、前扣帶回和杏仁核較多地參與了表情加工。

3.異族效應

“異族效應”是指識別與再認自己本族人面孔的成績顯著優于異族面孔，具體表現為“對于異族面孔無法進行分辨，看起來都很相似”。此結論最早由Feingold得出，目前Merry Mo博士、Fu團隊一直在進行這方面的研究。他們認為，異族效應可更一般化地定義為本族和異族面孔加工的差異性。該差異主要體現為：（1）異族分類效應。（2）異族再認效應。（3）異族的視覺加工效應。（4）異族的神經生理效應。

Merry Mo博士在報告中提到，異族效應是一種非常穩定的現象，存在跨年齡、文化的一致性。如Kelly研究發現，3個月大的嬰兒能正確再認各種族面孔，未表現出異族效應；6個月能再認東亞面孔和高加索面孔，無法再認中東和黑人面孔；9個月卻只能再認本族面孔。此后，他們運用相同研究范式對中國嬰兒進行探究，結果發現，中國嬰兒也存在相似的發展規律。

談及異族效應的神經機制，Merry Mo博士表示，目前ERP和fMRI技術應用最為廣泛。她提到，部分研究者發現異族面孔會引發更大的N170波幅和潛伏期，但也有研究者得到了相反的結果。她認為，差異可能源于實驗任務難易的不同。在簡單的分類面孔任務中，被試對本族面孔的加工深度高于異族面孔。而在難度較大的再認任務中，被試需要注意面孔身份信息，異族面孔信息難度大，需消耗更多的認知資源，導致N170波幅上升。fMRI研究發現，本族面孔激活更大的梭狀回面孔區，而左側梭狀回的激活程度與異族面孔分類及本族面孔再認成績呈正相關。

（三）教育意義

兒童需習得分辨面孔的細微差別、記憶面孔和識別各種面部表情等能力，這些是人際知覺中必需具備的能力，對兒童的社會性發展影響深遠。“異族效應”的神經機制顯示，個體對本族面孔與異族面孔加工存在差異，這是由于個體知覺在發展過程中出現了窄化現象，可能需要有更多認知資源投入于對異族面孔的加工。由此，Merry Mo博士提到，在與異族人群交往的過程中，出現“臉盲”“本族偏好”等現象均屬正常，不要因此產生猜忌，懷疑他人種族歧視。此外，Tanaka和Sengco的研究發現，個體在加工本族人臉時，采用整體特征性加工方式，加工異族面孔時，則采用個別特征加工方式，從而造成再認成績的差異。兩種加工方式的不同主要源于對面孔認知經驗程度的不同。由此推測，增加兒童接觸異族面孔的頻率，可以降低異族效應。在討論這一問題時，秦金亮教授指出，隨著國際化發展的日益加快，兒童未來將會接觸到更多的異族面孔，教育者可有效利用相關資源，減少兒童對本族面孔與異族面孔的加工差異，強調生態化訓練。

三、音樂的神經教育學

音樂是一種超時空、跨文化的藝術形式，幾乎涉及人類所有的活動，如呼吸、心跳等。音樂感知是人類的一項基本能力，包括辨別音色、音高、節奏和旋律等，同時還包括整體性結構分析。近年來，隨著對腦科學研究關注度的逐步提高，各領域均出現了向腦科學延伸的發展趨勢，音樂學也不例外。研究者嘗試通過探究腦機制來更深入地了解音樂認知加工的本質，揭示音樂對個體全面發展的重要性。

（一）音樂加工的神經機制

唐孝威院士指導的“音樂神經教育學”團隊已有多年的研究積累，其相關研究始于對“失樂癥”的探索。所謂“失樂癥”是指個體失去感知或表達音樂的能力，包括感受性失樂癥和表達性失樂癥。最早，研究者通過對謝貝里和朗格拉斯等患有失樂癥的作曲家進行診斷發現，他們的“失樂癥”都是由右顳葉受損引起的，從而提出了音樂功能定位于右半球的觀點。該結果與斯佩里“裂腦人”研究的結論相符。但之后，有臨床證據顯示，大腦左側受損也可能導致音樂感知加工受阻。因此，目前針對音樂表達加工的腦區定位結論尚未達成一致，如Botez等發現，右側額葉受損的患者無法進行樂器演奏；Basso等發現，左側顳葉、頂葉、枕葉受損的指揮家失去了作曲能力。學者們較為一致地認為，音樂表達可能需要多個腦區的共同參與。2011年，Koelsch等提出了音樂知覺加工模型理論，認為音樂知覺存在層級加工模式。第一個階段是對聲音特征的提取階段，由基底神經核團和初級聽覺皮層負責解碼分析。第二階段為格式塔片段形成階段，對音色、節奏、頻率類似的聲音進行重構，且開始初步對旋律進行加工。第三階段為音程分析，即在格式塔片段的基礎上進一步分析旋律輪廓信息的變化，以及和弦內部或旋律內部音與音之間的音程關系。最后一個階段則是進行音樂結構加工，大腦對和弦功能及其關系進行分析，對音樂旋律信息進行整合。

（二）莫扎特效應

“莫扎特效應”是指聆聽某種類型的音樂能提高相關行為能力或引起神經生理活動的改變，是一種音樂與認知及其他學科關系交叉最突出的一種現象。目前行為學層面的研究未達成一致性結果，部分研究成功再現了“莫扎特效應”，如Rauscher和Shaw運用折紙、剪紙任務比較三種狀態下（聆聽錄音故事、聆聽莫扎特音樂以及無音樂刺激）被試的時空推理能力，結果發現，莫扎特音樂組被試的成績得到了顯著提升。此外，研究還發現，長時間音樂訓練能提升幼兒的時空推理能力，但也有部分實驗未能再現“莫扎特效應”，如Aheadi等指出，“莫扎特效應”存在限制性條件：該效應僅適用于非音樂家群體。有學者對學齡期兒童也進行了類似實驗，也未能證實該效應。

有關神經機制方面的研究，則較為一致地證實了莫扎特音樂對大腦獨特的影響。有研究團隊在莫扎特K448作品對腦電功率譜的影響研究中發現，莫扎特音樂對大腦α1頻段腦電功率譜的作用最為顯著，尤其在左側額區與顳區。ERP實驗結果顯示：以莫扎特音樂為背景完成視覺Oddball范式能增加左半球ERP成分的潛伏期，右半球卻縮短。此外，fMRI、fNIRS實驗結果均較為一致地證實，莫扎特音樂能廣泛激活顳葉及與時空推理相關的背外側前額葉、枕葉等腦區。目前，有研究表明，莫扎特音樂對某些特殊群體具有顯著的康復治療作用，如，可以顯著減少癲癇癥患者的發病頻率，幫助患有輕度認知障礙的老年人康復等。

關于“莫扎特效應”的產生機制，目前主要有“直接啟動說”與“間接偏好、心境和喚醒說”兩種學說。“直接啟動說”認為，莫扎特音樂能夠啟發、激發或增強時空推理任務所使用的固有神經放電模式，從而提高時空推理能力，產生“莫扎特效應”。“間接偏好、心境和喚醒說”對該理論提出質疑，認為莫扎特效應的本質是由音樂所導致的偏好、心境或喚醒度差異。兩種理論都得到一些實驗的支持，支持“直接啟動說”的研究主要來自認知神經科學，如有相關研究顯示，莫扎特音樂激活了與時空任務相關的腦區。而支持“間接偏好、心境和喚醒說”的研究基本來自行為學，如Thompson等發現，速度較快、情感愉悅的音樂能提升個體空間能力，情感悲傷、速度較慢的音樂則無效。“莫扎特效應”機制研究至今尚未定論。

此外有研究者還探討了莫扎特音樂的本質特征。研究發現，莫扎特音樂具有最高程度的結構化與長時程周期性，能產生“莫扎特效應”的音樂需要具備高度結構化及長時程周期性等特征，而這與大腦皮層高度組織化的微觀解剖結構可能存在某種相似性。“高度結構化、長時程周期性”假說解釋了“莫扎特效應”的成因，間接支持了“直接啟動說”，并得到了一些實證研究的支持。

（三）教育意義

音樂感知所涉及的腦區與語言、記憶、動作及時空推理等均有關聯，可見音樂感知能力的發展間接促進認知的發展。音樂訓練能增強兒童大腦的可塑性，對學習產生持續積極的影響。在早期教育過程中，不能忽視“音樂”對兒童全面發展所具有的積極作用。例如，教育者可以選擇具備長時程周期性和高結構化特征的音樂，使之融入兒童的一日生活，讓兒童通過聆聽以促進和鞏固其時空推理能力的發展。此外，樂器演奏學習對工作記憶及認知策略均有促進作用。家長與幼兒園應重視音樂的認知開發功能，適當為兒童安排一些選修性的音樂課程，如鋼琴、豎笛和歌唱等，在激發兒童興趣的基礎上加以引導，以促進其認知能力的發展。

總之，神經教育學的發展，使教育研究者和神經科學研究者之間逐步形成互補關系。哈佛大學Kurt Fischer教授曾提出“可用的知識”這一概念，在研究與實踐之間架起橋梁，需要科學研究和實踐知識的交互作用，這正是神經教育學關注的關鍵問題。當教師將神經科學知識運用于實踐，將其與兒童的學習方式及特點相聯系，神經科學將被賦予更高的價值。