學習障礙的腦機制

楊剛堯 薛貴

當孩子在學習過程中表現出注意力無法集中、記憶能力差、不能舉一反三等問題時，很多家長和老師常常將問題歸咎于學習態度不端正、學習動機與興趣不足，或者學習方法不對等原因。這樣的做法不僅效果差，還會給孩子帶來額外的心理負擔和精神壓力，帶來一系列次生危害。近年來，隨著相關研究的不斷深入，以及科學知識的不斷普及，學習障礙的概念日漸為人們所知曉。盡管如此，大眾對學習障礙背后的認知和腦機制卻仍然知之甚少。這些關鍵知識的缺失會造成一系列問題。首先，容易導致老師和家長無法真正理解學習障礙的原因，進而深刻改變對學習障礙兒童的情感和態度，做到真正地接納。其次，因缺乏相關科學知識，父母的分辨能力不夠，未能讓孩子及時接受科學的、有針對性的干預訓練，導致孩子錯過治療的重要時期。最后，學校老師在制定教學方案時，沒有考慮學習障礙兒童的大腦功能特點，導致教學效率低下。因此，更加深入普及學習障礙的腦機制等相關知識，提高公眾意識，提升選擇能力，發展科學方法，對于學習困難兒童的健康發展已經刻不容緩。

什么是學習障礙？

雖然不同的組織對學習障礙的定義各有所側重，但綜合《美國精神障礙診斷與統計手冊》《國際疾病分類手冊》《中國精神障礙分類與診斷標準》的定義，可以總結出學習障礙這一概念的兩個關鍵因素：孩子的學業表現嚴重落后于其智力水平所應達到的表現;孩子并不存在視力、聽力以及神經系統障礙。因此，患有學習障礙的孩子在身體、智力發育方面通常與同齡人無顯著區別，只有在學習或運用特定領域的知識時才會表現出一系列癥狀。

對于學習障礙的分類，不同研究者與組織從不同角度，運用不同研究方法對學習障礙的類別進行了劃分。提出學習障礙概念的特殊教育家塞繆爾·柯克將學習障礙分為發展性學習障礙和學習性學習障礙兩種類型。發展性學習障礙是指學生在達到學習目標所應具有的學習能力上出現障礙，這些學習能力包括注意、記憶、知覺、推理等。學習性學習障礙則是指學生在通過學校學習所習得的技能上存在缺陷，這些技能包括閱讀、計算、書寫和寫作。美國學習障礙聯合會的分類方法將學習障礙按照是否涉及語言的理解與表達分為語言型學習障礙與非語言型學習障礙兩種。《精神障礙診斷與統計手冊》（第五版）指出，學習障礙主要以障礙發生的學業領域為依據，分為閱讀障礙（Dyslexia）、計算障礙（Dyscalculia）與書寫障礙（Dysgraphia）。

根據美國心理學會的定義，閱讀障礙的癥狀包括閱讀的準確性、閱讀速度和流暢性下降，以及閱讀理解能力受損。患有這類學習障礙的孩子在閱讀時可能常常會省略句子中的幾個字，讀句子讀不全;在不適當的位置停頓，讀出來的內容不連貫;不清楚文章所描繪的一系列事件發生的時間地點以及事件發生的先后順序;或是無法從文章中總結出作者想表達的內容。計算障礙主要癥狀為數學計算技巧受損，并且難理解數字和數學事實。英國倫敦大學學院的心理學教授布萊恩·巴特沃斯（Brian Butterworth）在美國Science雜志上發表文章，列舉了計算障礙的常見指標：兒童在年齡已經較大時仍然經常使用手指來進行簡單的加減與數數任務;難以進行數量估計，比如在估計普通房間的高度時可能會回答60米。書寫障礙則是兒童清晰、流暢地書寫數字與文字的功能受損，包括語法、標點和書寫方面的障礙。

大量研究表明，這三種學習障礙中閱讀障礙和計算障礙十分常見。基于山東師范大學的張承芬教授、香港教育大學的鐘華杰教授等人的研究，我國學齡兒童漢語言閱讀障礙的流行率為4.5%—9.7%;美國明尼蘇達大學的米歇爾·馬佐科教授（Michelle Mazzocco）的調查則發現，在學齡兒童中，計算障礙的流行率達到了6%—11%。這兩種學習障礙深深地困擾著我國的學齡兒童及他們的家長和老師，因此也成了相關領域的研究重點。

學習障礙的腦機制

學習作為人腦的高級功能，需要一系列認知過程的密切配合，并由大腦所對應的多個腦區來實現。從這個意義上說，這些腦區中的任何一個出現損傷都可能會導致學習障礙的發生。在20世紀60年代學習障礙剛剛為人們所關注時，人們僅能從認知、行為的角度研究學習障礙的成因。但隨著腦科學研究的深入，認知功能背后的大腦基礎已日漸被科學探明。如今，人們已經愈發了解學習障礙背后的腦機制。

科學的研究發現，漢語閱讀障礙有兩個重要原因：一個是語素意識缺陷，另一個是根據漢字的字形來獲得讀音和語義的缺陷。語素是語言中最小的語音和語義單元（也叫音義結合體）。漢語中80%的詞匯為雙字詞，由兩個語素組合構成，如“馬車”一詞就由“馬”和“車”這兩個語素構成。這兩個語素可以和別的語素結合，構成其他意義的詞語，比如“賽馬”“卡車”。語素意識，即對語素的識別、分解、組合等能力。漢字中常見字只有3500多個，但它們可以構成數萬個詞。因此，語素意識對于快速掌握詞語意思，對漢字的閱讀都至關重要。香港中文大學的心理學教授凱瑟琳·麥克布萊德教授的研究表明，語素意識能夠獨立預測兒童的漢字識別能力。北京師范大學舒華教授及其合作者的研究則發現，對于漢語閱讀障礙兒童而言，語素意識缺陷是最主要的類型，76%的患者會表現出語素意識缺陷。為探究語素意識障礙的神經基礎，北京師范大學劉麗教授與其合作者在進行核磁掃描時讓被試進行了語素任務，研究發現，閱讀障礙兒童在完成語素任務時側額下回的背后區域（BA9）與腹前側區域（BA47）均表現出激活異常（見圖1）。

除了語素意識外，譚力海教授及其團隊在Nature雜志上發表文章指出，流暢閱讀漢語材料對形音轉化與形義轉化的能力具有較高要求。而左側額中回正是實現整合漢字的字詞、讀音和語義信息的關鍵。閱讀障礙兒童不僅在閱讀任務中的反應速度與準確性較差，同時在左側額中回的功能也有損傷，表現出活動水平不足，興奮性不夠。在后續的研究中，譚力海教授的團隊還證實，漢語閱讀障礙的兒童在左側額中回區域不僅存在活動水平不高等功能障礙，還存神經細胞減少這樣的器質性缺陷（見圖2）。

對于計算障礙，美國斯坦福大學教授維諾德·梅儂（Vinod Menon）按照障礙產生的原因，將計算障礙分成了兩類。其中第一類是“領域特殊性”障礙，包括數感障礙以及計算問題解決障礙;另一類是 “領域一般性”障礙，主要包括工作記憶能力的缺陷。

數感，也稱為“感數”，是人們知覺數量多少并做出判斷的能力。比如我們不用數，就能迅速知道桌子上有2個還是3個蘋果;或者能快速估計出草原上有200只左右的綿羊。法國魯汶大學的克里斯托夫·穆索林教授（Christophe Mussolin）及其合作者用圓點來表示數量的多少，要求兒童判斷屏幕左邊還是右邊的圓點數量更多。相較于正常發育兒童，計算障礙兒童不僅需要更長的時間進行數量大小判斷，而且當屏幕左右兩側的數量接近時，比如左側為“5”，右側為“6”，計算障礙兒童的正確率也顯著較低。穆索林教授以及加文·普萊斯（Gavin Price）教授團隊運用功能性磁共振的技術方法，發現計算障礙兒童在進行數量加工的時候，頂內溝（IPS）對數量的敏感性都更差（見圖3）。除了這種功能上的缺陷以外，斯蒂芬妮·羅澤爾（Stephanie Rotzer）教授等人的研究還發現計算障礙兒童也存在右側頂內溝神經細胞數量減少等結構異常情況。

除了感數的能力，計算障礙兒童還存在計算問題解決上的缺陷。美國心理學家羅伯特·西格勒（Robert Siegler）提出，隨著大腦發育，普通兒童的計算問題解決能力會不斷提升，從一開始需要依賴手指數數來進行加法運算，過渡到依靠口頭計數的幫助完成運算，到最后發展到能夠直接記住諸如“3+5=8”這樣的數學事實。然而美國心理學家大衛·吉里（David Geary）的研究表明，存在計算障礙的兒童，他們計算問題解決能力提升的時間進程會顯著慢于普通兒童，甚至可能無法擺脫對手指的依賴。美國斯坦福大學教授維諾德·梅儂團隊研究了一群7—9歲的計算障礙兒童。這些兒童與普通兒童在智力、工作記憶能力以及閱讀能力方面均匹配。研究者要求他們完成計算復雜度較低的“X+1”任務與計算復雜度較高的“X+Y”任務。結果發現計算障礙的兒童在完成計算復雜度高的任務時的正確率顯著低于普通兒童，而在頂內溝等多個大腦區域的興奮性也存在不足。

工作記憶能力的不足也會導致兒童的計算障礙。工作記憶是一種對信息進行暫時加工和貯存的記憶系統，相當于計算機的內存。工作記憶在許多復雜的認知活動中起重要作用，但卻是一個容量優先的系統，大概記住4個物體或者7個數字。美國心理學家大衛·吉里提出，當人們進行計算問題解決、數字排序等任務時，需要對工作記憶中存儲內容進行操作。因此，工作記憶容量的不足，就會嚴重影響計算的效率和準確性。美國斯坦福大學教授維諾德·梅儂團隊使用標準的工作記憶測試任務，發現相較于普通兒童，計算障礙兒童視覺空間工作記憶能力存在缺陷。

需要特別指出的是，雖然現有研究者發現了學習困難兒童在大腦結構和功能上的缺陷，但這些缺陷并不是永久和不可改變的。兒童的大腦還處在快速發展的階段，具有相當大的可塑性。大量的科學研究發現，經過科學的干預和訓練，不僅可以讓學習障礙兒童的學習能力提高到同齡人的水平，其大腦的結構和功能也可以恢復正常。

總結與展望

可以看到，目前腦科學工作者在學習障礙的腦機制研究上已經取得了許多重要進展與突破，但相關領域的知識想要在日常的教育教學中發揮作用仍有許多工作要做。首先，應該加強相關知識的普及，讓家長和老師知曉學習障礙兒童在腦功能發展上存在的客觀缺陷，對學障兒童大腦發育情況引起足夠的重視，同時避免給學障兒童安排不合理的學習任務和心理負擔。其次，腦科學領域的研究者和相關的應用機構需要基于學習障礙的腦機制，發展相應的科學測評診斷，以及干預治療的技術和工具，積極推動包括數字療法在內的先進治療方法，促進學習障礙的科學診斷與治療。最后，我們也呼吁國家相關部門和各級政府加強在學習困難領域的立法，加強對學習障礙的診斷、鑒定和治療等方面的標準制定和監管，加大在科學研究、轉化應用、學校家庭資助等方面的投入，促進學習障礙兒童的健康發展。