研究腦科學和教育的關系須遵循各自規律

楊雄里

腦是極其復雜的系統，它的復雜性表現在它有天文數字的神經細胞。大家知道，人腦的神經細胞大概上千億，更準確地說是860億左右。這些神經細胞又通過上千倍數量的突觸，組成神經環路。不僅如此，腦的結構和功能不是一成不變的，而是不斷發生變化的，是一個動態系統。由天文數字的神經細胞，通過突觸形成環路，形成一個動態系統，我想大家都會同意，這是個宇宙間最復雜的系統。科技界有一個共識，就是揭示大腦的奧秘是自然科學界面臨的最重大的挑戰，是科學探索最后的疆域。

談到與教育有關的腦科學活動的基本規律時，首先要談的是神經環路。盡管腦是由神經細胞組成，但是單個神經細胞不可能實施腦和神經系統功能，而必然通過突觸，形成神經環路，才有可能行使腦和神經系統的功能。感覺、聽覺、視覺等都有特殊的神經環路，而這些神經環路之間又有緊密的聯系，并且相互作用，最后形成大腦的神經網絡。這是實施腦的復雜的高級功能，如感知、認知、思維、情緒、決策等的結構基礎。

在這樣一種神經網絡中，某一個神經細胞是怎么活動的、產生怎樣信號，并沒有特殊意義，重要的是整個神經環路細胞活動的模式。就是說，在這樣的神經環路的不同部位、不同位置的神經細胞，產生此起彼伏的信號的模式，對于實施功能才具有關鍵意義。以大家非常熟悉的柴可夫斯基的第一鋼琴協奏曲第一樂章為例，它給人的感覺是氣勢恢宏、蕩氣回腸。之所以會產生這樣的感覺，是因為它的旋律。但仔細分析它的旋律，不過是由很簡單的音符組成的，所以每個音符發出的聲音并不重要，重要的在于藝術家、作曲家把它組織成這個旋律，是這個旋律才使得第一鋼琴曲的第一樂章不同于其它音樂作品。所以，重要的是在于旋律，由音符組成的旋律。

第二個與教育密切相關的是腦的可塑性。大腦不是一成不變的，在發育過程中，它的結構和功能不斷發生著變化。更重要的是，在腦發育成熟以后，腦的結構和功能繼續具有強大的可塑性。這表現在，它的功能因為某種特殊訓練會出現非常明顯的變化。如果測定一個訓練有素的小提琴演奏家前運動皮層的神經細胞的活動，與一名普通的小提琴新手進行比較，前者前運動皮層產生的活動要強烈得多。可以這么說，如果神經系統和腦的結構功能沒有可塑性的話，我們連最簡單的學習都做不到。

以上這兩點，是我們談及腦科學和教育之間關系的背景與前提。

教育需要遵循腦活動的規律

對于腦科學和教育的關系，我想強調的第一點是，教育需要遵循腦活動的規律。

從傳統角度來看，孔子提出了“因材施教”。“因材施教”的含義就是按個性腦的認知能力“施教”。此外，還必須遵循另一些重要的規律。

腦功能發育是有關鍵期的。腦的可塑性雖保持終生，但是在某一個時期，腦的可塑性特別強。在這一時期，如果外界條件發生變化，腦的功能發生的變化就非常劇烈。可以這么說，在關鍵期內，適宜的經驗和刺激，是運動、感覺、語言及其他腦功能正常發育的前提。這方面研究取得顯著進展的是感覺和語言兩個方面，感覺方面主要是指視覺。

有一個非常著名的病例。一名6歲的意大利男孩，單眼失明，醫生為他做了詳細的眼科檢查，并沒有發現有明顯的眼疾。醫生們大惑不解，為什么會出現這樣的情況？經過仔細調查了解才發現，這個孩子在幼兒期間，因為單眼的輕度感染，曾經用繃帶把這個眼睛包扎起來，雖然只是很短的時間，但是因為包扎的時機是在關鍵期內，所以他長大以后，那個眼睛再也不可能恢復正常工作。

美國科學家和瑞典科學家曾經對視覺關鍵期問題進行了非常系統的研究，他們因此獲得了1981年的諾貝爾生理學或醫學獎。他們在理論上的研究結果證明，視覺在發育過程確實存在關鍵期。這一研究結果對臨床實踐產生重大影響。對于先天性白內障，以前的處理方法是等白內障比較成熟以后，等孩子長大以后，用手術摘除白內障。但是后來發現，這種情況下，即使把白內障摘除，孩子成年后視力的恢復仍然有限。這是因為先天性白內障使這些孩子在關鍵期內未能得到正常的視覺刺激，其視覺系統已經產生了不可逆轉的改變。在他們的理論基礎上，現行的原則是：只要孩子的條件能夠進行手術，馬上摘除它的白內障，使其在關鍵期得到正常的視覺刺激，使其有正常的視覺發育。一般認為，人視覺發育最敏感的時期是出生后半年內，可以長達4～5年。

另外一個關鍵期是關于語言的。大家都知道印度狼孩的故事。由于他在0～6歲一直處在狼窩里面，所以他被拯救出來以后，四年才學了兩個單詞，他始終不能融入人類社會。對于外語學習來講，現有研究表明，如果在7歲以前移民的話，其語法錯誤要顯著比成年移民者少，習得語言的水平幾乎可以達到母語的水平。但是如果是7～15歲移民，其詞法錯誤會隨著年齡的增大而逐漸增加。在這個過程當中，他犯的錯誤常表現在詞法上，比如英語里主語與動詞之間“數”的統一。到了15歲以后，他在語法上犯的錯誤跟成年移民者十分相近。所以對于學習外語，從腦科學的規律來講，顯而易見是越早越好，這個沒有問題。但這只是問題的一個方面。

“注意”（Attention）對學習的影響。如果給一個視覺刺激，在漫不經心的情況下，在視覺中樞幾乎檢測不出神經細胞活動。但是如果集中注意力，視覺中樞（枕葉）就有明顯的反應。這說明，注意力集中與否，對學習功能，對腦其他功能的實施，有著非常關鍵的作用。我還記得自己在大學時學俄語和英語，曾經嘗試這樣的方法：在5分鐘之內高度集中注意力，硬要記住50～100個單詞。5分鐘之后，盡管有些單詞忘掉了，但還是記住了大部分單詞，比漫不經心背誦單詞效果遠遠好得多。

腦神經科學為教育提供的實證研究仍亟須拓展深入

然而，腦科學能夠提供給教育的很翔實信息的規律目前還相當有限，對這些基本規律的認識還有待拓展和深入。一種情況是，有些現象的規律還幾乎沒有研究。譬如，對關鍵期的研究現在較多的是在視覺和語言方面，而對其他感覺系統，對其他功能是不是存在著關鍵期，關鍵期又會怎樣影響功能的發育，我們還很少了解。1981年獲得諾貝爾獎的戴維·哈貝爾曾經對視覺關鍵期進行過深入的研究，他曾經說過：“將來最令人興奮的，就是把視覺關鍵期的研究拓展到其他功能方面。”他說，實驗心理學家和實驗精神病學家都強調，早期經歷對隨后的行為模式十分重要，如果在生命早期使機體與社會相隔離，或者使其處在有著其他異常、不良的精神因素環境中，相關的腦區會到底發生怎樣的變化，人們幾乎一無所知。另一情況是，對腦活動的規律，認識上并不都一致。比如對兒童雙語教學的問題，一種觀點認為，雙語學習會影響兒童智力的發展。但是現在又有很多證據表明，雙語學習不僅不影響兒童的認知，而且有可能提高兒童認知的控制能力;進一步證據表明，如果是成年時開始雙語學習，患老年性癡呆的年齡更晚。

不僅如此，科學家們還發現，左側頂葉灰質隨著雙語學習的年齡越早密度越高。就是說第二語言越熟練灰質密度就越高。所以到底要不要在兒童時期進行雙語學習的問題，人們無所適從。對這些的規律，還需要科學家們進一步深入研究。

教育必須遵循其自身的規律

在現實社會里，教育作為塑造人的身心的一種社會活動，作為生產力和生產關系的綜合反映，它必然有自己的規律，必然與意識形態和政治有密不可分的聯系，必然隨著各種外界因素而發生變化。所以，當我們決定教育走向、教育方式、教育資源分配、安排的時候，我們不可能也不應該只遵循腦科學的規律，還必須考慮其它因素。

還是以學外語為例，從腦科學的規律來講，當然是學得越早越好，如果都是在關鍵期學外語，也許都能夠講一口純正的、標準的外語。但要知道在關鍵期要學的東西何止是外語？有一句耳熟能詳的口號是“不要讓孩子輸在起跑線上”，學外語要趁早，學音樂、學美術也要趁早;學計算機要從娃娃抓起，踢足球，也要讓從娃娃抓起。請問，在這樣的關鍵期，孩子們做得了這么多嗎？讓孩子們所有的都在關鍵期來做，目的是不讓他輸在起跑線上，但是結果恰恰是讓孩子輸在起跑線上了。

問題的另一個方面，到底為什么學外語？對絕大多數人來講，外語無非是一種工具。因此，在關鍵期學什么、怎么學，就得全面考慮。即使大張旗鼓從娃娃開始就搞雙語教育，還要看有沒有足夠量的合格的師資;如果沒有合格的老師，孩子們學的外語可能會大成問題。有些地區的人分不清“La”“Na”發音的差別，上海人則是王、黃不分。這就說明關鍵期所學到的東西是多么根深蒂固。因此，要一個水平不高的老師去教孩子外語，孩子學得的是一口帶有地方口音的外語，長大后改都很難。所以，教育是一個涉及面很廣的問題，一定要全面考慮，一定要按照教育的規律來處理。

綜上所言，遵循大腦活動的規律，從實證研究的角度確乎言之成理;但現狀是，可能為教育提供翔實信息的腦的基本規律還十分有限。教育作為一門科學，顯然有其特有的規律。因此，在決定教育的走向、方式、布局和資源的配置時，必須綜合考慮其特殊規律和腦科學規律。

在正確處理腦科學和教育之間的關系上，還有漫長的路要走。在這一過程中，教育家和腦科學家攜手并進，有希望探索出一條適合國情、適合現狀的道路。