[摘要]  大脑是一个复杂而动态的系统，受学习、训练以及各种经验等因素的影响，其结构和功能都会出现动态的修复或重组，也就是体现出所谓的可塑性。当前认知神经科学研究表明，在个体发展的生命全程中枢神经系统都具有一定的可塑性，如儿童大脑、成人大脑以及非正常人大脑均具有可塑性。由于在个体发展的不同阶段可塑性是动态变化的，而且不同脑区在不同时间其功能活性以及可塑性本身也不一样，所以，在制定相关的教育方案或干预措施时，必须综合考虑影响大脑可塑性的这些因素，加强教育的针对性和实效性，实现科学的保护脑、使用脑、开发脑；充分利用大脑的可塑性，重视早期教育；提供丰富而适宜的教育环境，全面开发大脑的潜能，促进大脑的整合式发展；全面了解影响大脑可塑性的因素，寻求大脑可塑性与教育的最佳结合点。

    [关键词]认知神经科学；教育；大脑；可塑性

[作者简介]王亚鹏，教育部北京师范大学基础教育课程研究中心，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室兼职助研、博士；董奇，北京师范大学副校长，北京师范大学认知神经科学与学习研究所所长，教育部北京师范大学基础教育课程研究中心主任，教授、博士生导师  (北京100875)

近年来，随着脑成像技术的发展和完善，认知神经科学研究逐渐注重从动态的视角来研究大脑受发展与经验的影响而出现的结构与功能的变化，即大脑的“可塑性”问题。大脑是一个复杂的系统，也是一个动态的系统，其结构和功能组织是在发展的过程中形成的。受学习、训练以及经验等因素的影响，大脑皮层会出现结构的变化以及功能的重组，即出现所谓的可塑性。在人类发展的生命全程，中枢神经系统都具有一定的可塑性。人类探索大脑活动的规律，全面认识大脑的可塑性，正确理解有关大脑可塑性的研究对教育的启示并自觉应用于教育实践，对于实现科学使用脑、保护脑，进而开发大脑的潜力，推进教育的科学化和实效化，促进人才的培养具有重要的意义。

一、正常儿童大脑的可塑性研究

    在个体发展的过程中，其神经系统的结构与功能都呈现出动态的发展变化过程。传统的观点一直认为，儿童的大脑具有极强的可塑性，虽然现在的一些研究对这种观点提出了置疑，有些研究者甚至对关键期的提法也提出了置疑，认为儿童大脑的可塑性可能并没有人们想象得那么大。但另有许多研究表明，不仅在动物身上存在所谓的发展的敏感期，在人类身上也存在发展的敏感期。如果在敏感期大脑不能得到足够的刺激或开发，其功能就不能得到充分的开发，甚至会造成一些难以估量的后果。这种所谓的敏感期效应不仅存在于视觉和听觉等个别领域，而且像语言、记忆、运动技能等高级认知领域也同样存在发展的敏感期。就语言而言，如果在儿童语言发展的敏感期没有接受到相关的语言刺激或语言经验，他们的言语和语言发展就会受到影响。古德米顿(Gold in Meadow)的研究表明，如果有听力缺陷的儿童没有获得相关的口语或手语刺激，他们就不能按照正常的语言发展序列获得语言。对于正常儿童而言，如果他们经历了严重的语言刺激剥夺，他们也会出现类似的现象。

    运动皮层是可塑性较强的大脑皮层之一，因而许多研究者对运动技能学习过程中运动皮层的可塑性进行了研究。对于弦乐器弹奏家而言，他们在进行弦乐实践和演出时，其左手的第二到第五个手指头(D2～D5)要连续弹弦，而拇指则主要起抓握和固定乐器的作用，活动较少，因而他们是研究大脑可塑性的理想人选之一。艾伯特(Elbert)等所作的研究发现，相对于没有弦乐弹奏经验的对照组被试而言，弦乐器演奏家的左手的D1和D5区皮层表征中心偏移了0．5cm～0．7cm，但两组被试的右手的皮层表征区则没有差异。同时，对弦乐手开始学习乐器的时间与其左手D5的皮层表征区神经反应变化幅度的相关分析表明，尽管那些青春期过后才开始常规的弦乐器实践的被试，其左手的皮层表征区仍然大于普通被试；而在青春期以前就开始常规的弦乐实践的被试，其皮层表征区最大。这一方面提示了中枢神经系统即使在发育成熟以后仍然具有可塑性，同时也显示了在进行音乐学习和实践时，大脑早期的可塑性更强。

二、正常成人大脑的可塑性及其研究

中枢神经系统不仅在发展的过程中存在可塑性，而且在其发育成熟以后仍然存在可塑性。虽然在中枢神经系统发育成熟以后其可塑性可能没有所谓的敏感期强，但在大脑发育成熟以后，这种因经验引起的大脑结构与功能的改变可能比最初人们所想象得要大得多。库尔(Coull)和弗瑞斯顿(K．J．Friston)做过一个非常经典的因联想学习而引起的神经连接变化的实验。他们以25～36岁的成人为被试，运用功能磁共振成像技术(fMRI)研究了视觉物体与其方位之间联想学习的神经基础。结果发现，与物体及其空间方位有关的特异皮层的激活随着时间进程而减弱，但是，与物体和空间方位加工有关的皮层系统之间的有效连接却加强了，并且这些可塑性变化的时间进程与单个的学习表现高度相关，提示了不同脑区之间的交互作用是形成联想学习的基础。

    尽管敏感期对儿童语言的习得和发展是非常关键的，但有些研究发现，中枢神经系统即使在发育成熟以后，其语言皮层仍具有一定的可塑性。对于日本成人而言，他们往往在区分英语的r和i时存在困难。基于此，丹尼尔(Daniel)对9位日本成人被试进行了为期一个月的反馈式的r、i语音辨别训练，并对其训练前后大脑在进行语音辨别时的激活模式进行了评估。结果发现，训练结束后被试在区分r、i时不仅其听觉语音皮层出现了重组，而且以前与听觉语音加工无关的双侧脑区以及一些皮下组织也出现了激活。总之，许多研究发现，正常成人受经验或训练的影响其语言皮层仍具有一定的可塑性。此外，有关运动技能学习、人工语言学习和镜像阅读等方面的研究也表明，在人工语言学习和技能学习过程，中枢神经系统伴随着可塑性的重组。

三、非正常人大脑的可塑性及其研究

    就人类被试而言，有关大脑可塑性的研究最初是在一些脑损伤患者身上发现的。许多研究发现，当脑损伤患者因为各种缘故大脑受损时，他们相关的认知功能会受到影响，但是随着时间进程的推移，他们的大脑皮层会表现出可塑性等重组过程。后来的许多研究发现，不仅脑损伤患者的大脑存在可塑性，而且一些非正常人群的大脑皮层也存在可塑性。

    莫索(M．Musso)等学者运用正电子发射断层扫描技术(PET)对大脑左半球外侧受损的失语症患者在训练情景下的大脑可塑性进行的研究表明，所有病人的行为表现在训练结束后都得到了明显的改善。这一研究结果还表明，因具体的训练引发的听觉理解能力的改善伴随着大脑功能的重组。此外，科瑞斯腾(Christine)等学者的研究也发现，失语症患者在其语言恢复过程中会导致语言加工皮层内(外)侧化模式的可塑性变化。

    大脑的这种可塑性现象不仅在脑损伤患者身上有所表现，在盲人身上也有所发现。盲人在进行触觉阅读时，需要将触觉信息转换成有意义的语法和语义属性。库亨(Cohen)利用透颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation，TMS)技术对盲人所作的研究发现，对盲人视觉皮层的短暂刺激导致了其在阅读任务上出现了错误，并且引发了其触觉的失常表现。相反，对正常被试相同皮层区域的刺激，其触觉表现并没有失常，但却引发了其视觉行为的失常。这表明，在生命早期就失明的盲人其视觉皮层转向了对躯体感觉信息的加工，这种跨模块的皮层可塑性可以部分解释盲人出众的触觉能力。相关研究还发现，盲人的初级视觉皮层卷入触觉信息的加工存在关键期，他们的顶叶皮层与盲文的触觉阅读有关，而且对准确的阅读而言是非常关键的，通过无创性神经生理技术可以促进可塑性变化的功能结果。

四、大脑的可塑性研究对教育的启示

尽管著名教育家布卢姆曾经认为从脑科学到教育还有一段很长的路要走，但勿庸置疑，当前认知神经科学的研究表明，在个体发展的生命全程，中枢神经系统都具有一定的可塑性。大脑的这种可塑性现象对教育教学实践具有重要的启示。

首先，要充分利用大脑的可塑性，重视早期教育。人脑大约有140亿个脑细胞，而经常处于活动状态的只占总数的8%左右。因而，从理论上讲，大脑具有极强的可塑性。有关大脑可塑性的研究确实也表明，在个体发展的生命全程，大脑都具有一定的可塑性，因而要充分利用大脑的可塑性，最大程度地开发大脑的潜能。然而，在个体发展的不同阶段，大脑的可塑性并不一样。在敏感期，大脑的可塑性较强，进行教育或干预的效果更佳；相反，如果在敏感期大脑不能得到足够的开发，其功能就不能得到充分的开发，甚至会造成一些难以估量的后果。同时，有关大脑可塑性的行为研究表明，早期教育的效果不仅仅局限于早期。此外，有关脑损伤患者和盲人的研究也表明，如果在个体发展的早期进行教育和干预的话，那么，大脑皮层会体现出比较强的重组或补偿效应。同时，由于早期造成的脑损伤或其他病变随着时间的推移还有可能恶化或引发其他脑区的病变，因而要重视早期教育。当然，重视早期教育并不意味着其他时段的教育不重要，由于在生命全程大脑都具有一定的可塑性，因此，在重视早期教育的同时，也不能忽视其他时段的教育。

    其次，要提供丰富而适宜的教育环境，全面开发大脑的潜能，促进大脑的整合式发展。认知神经科学以及有关大脑可塑性的研究表明，大脑正是因为受经验的影响才产生可塑性的变化，因而经验在大脑可塑性方面起着十分重要的作用。就经验本身而言，其对大脑的影响有时是积极的，有时则是消极的，因而要大量提供和创设有利于大脑潜能开发的适宜环境，同时要尽量避免诸如经验剥夺以及忽视等对个体发展不利的经验对大脑的消极影响。

    大脑的可塑性既是多层面的，也是多通道的。大脑的视觉、听觉、躯体感觉以及运动皮层都具有极强的可塑性，同时，不同的大脑皮层之间还存在跨模块的可塑性，因而提供和创设丰富的教育环境不仅可以加强神经元之间连接的强度，而且可以诱发神经网络(跨通道)层面的大脑可塑性，这样才能达到全面开发大脑的目的。

    另外，要全面了解影响大脑可塑性的因素，寻求大脑可塑性与教育的最佳结合点。认知神经科学的研究表明，多种因素会影响大脑的可塑性，年龄是影响大脑可塑性的一个很重要的因素。一方面，在个体发展的不同阶段，可塑性是动态变化的；另一方面，就大脑各脑区的发展而言，它们并不是同步的，因而不同脑区在不同的时间其功能活性以及可塑性本身也不一样。

    就训练或强化而言，训练或强化与所期望的行为的关联程度，训练或强化的类型、强度、持续时间等都会影响大脑的可塑性。脑损伤患者或其他一些患者其发病的时间、病灶的大小、受损部位及其成熟情况、受损部位周围的脑区以及对侧脑区的完整性等都会影响大脑的可塑性。所以，对于教育工作者而言，在制定相关的教育方案或干预措施时必须要综合考虑影响大脑可塑性的这些因素，才能加强教育的针对性和实效性。

    当前，在世界范围内，脑的研究与应用出现了一个新的趋势，即在对脑进行多层面研究的基础上，高度重视并概括该方面的研究成果指导教育实践，提高教育质量。我国庞大的人口基数与高素质人才的相对匮乏已经成为制约我国教育、经济与社会发展的瓶颈。人类对自身脑的研究不仅可以增进对脑与行为关系的理解，而且还可以通过掌握脑的活动与发展规律，实现科学地保护脑、使用脑、开发脑，进而指导教育教学实践，但是从实际情况看，现阶段我国教育科学实践与脑科学的研究还没有很好地结合起来。大脑可塑性的研究成果对于早期教育、终身教育以及特殊教育等都有重要的启示和指导意义，因此，了解大脑可塑性的影响因素，系统总结有关大脑可塑性的研究成果，并进而指导教育教学实践将是摆在我国教育工作者面前的一项急切的任务。

教育研究2005.10