大腦是人體最復(fù)雜精妙、神秘的器官，這個“3磅宇宙”中藏著無盡的奧秘，破譯大腦運(yùn)轉(zhuǎn)密碼、揭開生命之謎是令無數(shù)科學(xué)家殫精竭慮的艱難課題。我國眾多科學(xué)家的探索腳步，清晰地印在了神經(jīng)科學(xué)漫漫的發(fā)展路途上，他們在神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展中推動著人類在不斷自我找尋中發(fā)現(xiàn)新的未知。杭州師范大學(xué)教育學(xué)院心理學(xué)系教授李葆明就是這眾多神經(jīng)科學(xué)家中的一員，他參與和見證了中國神經(jīng)科學(xué)研究的發(fā)展歷程。
出生于江西宜豐縣的李葆明從小酷愛數(shù)學(xué)，1979年，李葆明參加高考，考入當(dāng)時的江西大學(xué)（現(xiàn)南昌大學(xué)），陰差陽錯被錄取到了生物系本科學(xué)習(xí)?！爱?dāng)時懵懵懂懂的，根本不知道生物學(xué)到底要學(xué)什么?！钡疫\(yùn)的是，他遇到了非常優(yōu)秀的老師，特別是動物學(xué)胚胎學(xué)和解剖學(xué)老師，將生命的奧秘、動物的進(jìn)化講得活色生香。那個時代沒有PPT、沒有投影儀，老師就拿著粉筆畫受精卵分裂、胚胎發(fā)育、人體結(jié)構(gòu)，一筆一畫撥動著學(xué)生的心弦，李葆明就這樣被牽引著進(jìn)入了一個神奇的世界。他感嘆于生命的神奇、進(jìn)化的偉大，從此迷戀上了生物學(xué)，特別是當(dāng)他看到英國動物學(xué)家珍妮·古道爾（Jane Goodall）的傳奇故事（為了觀察黑猩猩，珍妮20多歲來到非洲原始森林，度過了38年的野外生涯，寫下了《在人類的陰影下》）后，李葆明大受觸動，從小被灌輸?shù)闹R是動物沒有思維、沒有情感，行為是反射性的，但在珍妮的筆下，非洲黑猩猩的行為與人類行為非常相近，于是他產(chǎn)生了要從事行為神經(jīng)生物學(xué)方面研究的想法。
1983年，李葆明考上了中國科學(xué)院昆明動物研究所的研究生，被中國科學(xué)院上海生理研究所委托培養(yǎng)，師從著名生理學(xué)家梅鎮(zhèn)彤教授，1988年到日本京都大學(xué)靈長類研究所進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，師從靈長類前額葉皮層功能研究先驅(qū)久保田競教授（Kisou Kubota）。李葆明至今依然記得，為給他做出國擔(dān)保，梅鎮(zhèn)彤教授拖著受傷的腿，跟他步行到幾公里外的公證處去做擔(dān)保公證，并語重心長地對他說：“葆明，學(xué)成后，你可要回來，我們國家的科研事業(yè)方興未艾，正需要人才?！碑?dāng)時正值“出國潮”，很多人出國后，留在國外發(fā)展。但李葆明深深記得梅教授的囑托。1990年10月，李葆明按期歸國，在中國科學(xué)院上海生理研究所做博士后，之后留在了上海生理研究所任助理研究員、副研究員、研究員、所長助理，并每年回昆明動物研究所開展學(xué)術(shù)交流。
2001年，李葆明隨楊雄里院士加盟復(fù)旦大學(xué)，先后擔(dān)任復(fù)旦大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)研究所常務(wù)副所長、復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院副院長、醫(yī)學(xué)神經(jīng)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，繼續(xù)開展大腦前額葉皮層認(rèn)知功能的研究。李葆明的研究工作重點(diǎn)是學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)機(jī)制，尤其是關(guān)于認(rèn)知記憶的去甲腎上腺素能調(diào)控。他圍繞前額葉皮層去甲腎上腺素α2受體在工作記憶和行為抑制功能中的作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，首次提供了行為藥理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)的直接證據(jù)，表明前額葉皮層α2受體是工作記憶所必需的，為注意力缺損多動癥（ADHD）的發(fā)病機(jī)制提供了新的理論認(rèn)識，為開發(fā)無副作用的多動癥治療藥物提供了新的靶點(diǎn)。
近些年來，李葆明專注于腦科學(xué)與教育融合方面的研究，重點(diǎn)關(guān)注父母照料對兒童前額葉皮層結(jié)構(gòu)及認(rèn)知功能發(fā)育的影響。為此，圍繞腦科學(xué)與教育的系列相關(guān)問題，記者采訪了李葆明教授。
李葆明
杭州師范大學(xué)教育學(xué)院心理學(xué)系教授、腦科學(xué)研究所所長。曾任中國生理學(xué)會副理事長，現(xiàn)任中國生理學(xué)會副監(jiān)事長。
早期不良經(jīng)歷對兒童認(rèn)知和情感發(fā)展構(gòu)成巨大威脅
《教育家》：李老師，近些年您一直在研究童年經(jīng)歷對人一生的影響。俗話說“一朝被蛇咬，十年怕井繩”，人們對負(fù)面或痛苦的經(jīng)歷會產(chǎn)生恐懼記憶。那么童年時期負(fù)面的經(jīng)歷是如何影響大腦認(rèn)知功能的？幸福的經(jīng)歷是不是可以促進(jìn)大腦的發(fā)育呢？
李葆明：童年時期的負(fù)面經(jīng)歷嚴(yán)重影響腦的認(rèn)知功能，尤其是情感功能。這首先要從我們的大腦前額葉皮層說起。前額葉皮層是腦認(rèn)知活動的最高中樞，它的重要性體現(xiàn)在注意力調(diào)控、行為抑制、工作記憶、行為計劃、思維推理、社會交往、情感調(diào)控等方面。前額葉皮層（尤其是前額葉眶回和背外側(cè)部）的結(jié)構(gòu)和功能的發(fā)育成熟需要漫長的時間，發(fā)育過程一直持續(xù)到20歲或更晚，對于童年時期的負(fù)性應(yīng)激高度敏感。
研究表明，患有虐待相關(guān)的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）的兒童，其前額葉（尤其是眶回）、顳葉和胼胝體的體積顯著小于正常兒童；虐待經(jīng)歷發(fā)生時的年齡越小，虐待持續(xù)時間越長，腦的體積就越小，學(xué)校課程成績越差；家庭應(yīng)激事件越多，眶回功能發(fā)育越差。一句話，身心受到虐待的兒童，腦的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，早期不良經(jīng)歷通過這種潛在機(jī)制對兒童的認(rèn)知和情感發(fā)展構(gòu)成巨大威脅。
同樣地，兒童早期遭受的忽視也會導(dǎo)致大腦基本結(jié)構(gòu)受損，包括大腦白質(zhì)神經(jīng)纖維連接出現(xiàn)偏差，髓鞘化的軸突顯著減少。神經(jīng)纖維連接的靶向特異性降低、突觸密度的降低、髓鞘化程度的降低，將損害前額葉皮層在諸多認(rèn)知功能中發(fā)揮作用。這些發(fā)現(xiàn)揭示了早期逆境如何影響大腦前額葉皮層的結(jié)構(gòu)與功能，并解釋了與忽視相關(guān)的兒童認(rèn)知功能缺陷。
幸福的經(jīng)歷當(dāng)然會促進(jìn)兒童大腦功能發(fā)育。教育家顧明遠(yuǎn)說：“沒有愛就沒有教育”。大腦的發(fā)育是一個漫長的過程，突觸的形成和神經(jīng)回路的構(gòu)建主要發(fā)生在出生前后。人類在出生后數(shù)月中，大腦的突觸迅速形成，密度與成年時接近；1—2歲時所有腦區(qū)的突觸密度達(dá)到高峰，比成人高50%。大腦不同區(qū)域的突觸密度達(dá)到高峰的時間點(diǎn)有所不同。人類和非人靈長類動物初級感覺和運(yùn)動皮層（例如，視皮層）的突觸密度在出生后8個月內(nèi)達(dá)到高峰，而高級聯(lián)合皮層（例如，前額葉皮層）的突觸密度在出生后15個月左右達(dá)到高峰，這種高密度突觸水平一直持續(xù)到青春期，之后不斷經(jīng)過“修剪”減少至成人水平。這種“修剪”過程受成長環(huán)境和生活經(jīng)歷的調(diào)控。快樂、幸福、豐富的生活和成長環(huán)境促進(jìn)突觸的成熟和神經(jīng)回路的鞏固，尤其是在那些與學(xué)習(xí)記憶、認(rèn)知功能和情感調(diào)控密切相關(guān)的腦區(qū)，例如海馬區(qū)、邊緣系統(tǒng)和前額葉皮層。
高質(zhì)量的母親照料促進(jìn)嬰幼兒的腦發(fā)育和情感發(fā)展
《教育家》：現(xiàn)在都在探討“原生家庭”的問題，剛才您也談到兒童早期遭受的忽視可能會導(dǎo)致大腦基本結(jié)構(gòu)特性受損。那么，父母照料對嬰幼兒大腦結(jié)構(gòu)與功能有哪些影響？從您的專業(yè)角度出發(fā)，您對年輕父母有什么具體建議？
李葆明：兒童腦的發(fā)育和心智成熟是一個漫長的過程，需要家庭、學(xué)校和社會巨大和持續(xù)的投入，首先是父母愛的投入。以親子關(guān)系為例，親子依戀關(guān)系，尤其是母嬰依戀關(guān)系，是最緊密、最牢固的人際關(guān)系。來自母親的有質(zhì)量的照料是嬰幼兒大腦正常發(fā)育的重要保證。母嬰依戀關(guān)系形成的關(guān)鍵期是在嬰兒出生后的6—18個月，依戀關(guān)系的有無以及質(zhì)量的好壞對嬰幼兒產(chǎn)生巨大的影響。在嬰兒出生后的幾年里，來自母親的忽視或母嬰分離對嬰兒前額葉皮層的結(jié)構(gòu)、認(rèn)知功能及心理情感活動產(chǎn)生深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。
研究表明，在母親與嬰幼兒的互動過程中，母嬰雙方體內(nèi)的催產(chǎn)素分泌、腦電活動節(jié)律、心率乃至心理行為均會出現(xiàn)同步化。無論是在系統(tǒng)發(fā)生（進(jìn)化）上，還是在個體發(fā)育中，催產(chǎn)素和多巴胺這兩個分子驅(qū)動著母嬰依戀關(guān)系的建立與維持。在催產(chǎn)素和多巴胺的作用下，母親更愿意付出巨大的努力去養(yǎng)育和照料孩子；而健康成長的孩子以及表現(xiàn)出來的豐富依戀行為，反過來激勵母親更多的養(yǎng)育付出。因此，母嬰親子關(guān)系的互動是不可替代的，它是由生命進(jìn)化和基因所決定的。
母親照料（母愛）對嬰幼兒大腦神經(jīng)元精細(xì)結(jié)構(gòu)、突觸傳遞、認(rèn)知功能和心理發(fā)育有著巨大的影響。高質(zhì)量的母親照料促進(jìn)嬰幼兒的腦發(fā)育，而低質(zhì)量的照料或母愛的缺失則顯著延緩或損害嬰幼兒的腦發(fā)育。在動物上的實(shí)驗(yàn)研究表明，母嬰分離導(dǎo)致子代前額葉皮層神經(jīng)元樹突上的成熟型樹突棘減少（樹突棘是神經(jīng)元的信號接收“天線”），神經(jīng)元軸突上的髓鞘化受損或穿孔（軸突是神經(jīng)信號輸出的“電纜”，髓鞘是包在“電纜”外的絕緣層），工作記憶等認(rèn)知功能變差，并表現(xiàn)出焦慮樣的行為，這種負(fù)面影響持續(xù)到成年。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國留守兒童群體中罹患精神疾病的比例顯著高。
因此，年輕父母不要輕易把自己的幼小孩子托付給他人或機(jī)構(gòu)，要盡可能親自給孩子提供優(yōu)質(zhì)的照料和撫育。
學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)過重會破壞兒童大腦的功能靈活性和可塑性
《教育家》：學(xué)習(xí)和記憶是腦的基本功能，學(xué)習(xí)和記憶是大腦神經(jīng)回路對環(huán)境變化的適應(yīng)，它使我們能對以往經(jīng)歷的事情做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。中小學(xué)生的首要任務(wù)是學(xué)習(xí)，那么，關(guān)于學(xué)習(xí)記憶，您有什么特別要對家長、學(xué)校說的嗎？
李葆明：學(xué)習(xí)有不同的方式，包括非聯(lián)合學(xué)習(xí)（習(xí)慣化和敏感化）、聯(lián)合型學(xué)習(xí)（巴甫洛夫條件反射和操作式條件反射）、認(rèn)知社會學(xué)習(xí)（隱性學(xué)習(xí)、觀察學(xué)習(xí)、洞察學(xué)習(xí)）。記憶有不同的類型，包括陳述性記憶（也稱“外顯記憶”，包括情景記憶和語義記憶）和非陳述性記憶（也稱“內(nèi)隱記憶”，包括習(xí)慣形成、啟動效應(yīng)、知覺記憶、分類記憶、運(yùn)動技巧、認(rèn)知技巧、情緒記憶），不同類型的記憶依賴于不同的腦系統(tǒng)。
我們通過認(rèn)知和社會學(xué)習(xí)來獲得知識。家長一定要多帶孩子走進(jìn)大自然、走進(jìn)植物園、動物園、圖書館、博物館，走進(jìn)社會，讓孩子在不知不覺中學(xué)習(xí)，在觀察和模仿中學(xué)習(xí)，而不是無休止地逼著孩子寫作業(yè)，上各種各樣的補(bǔ)習(xí)班。
兒童的陳述性記憶能力是超一流的，可以利用這一點(diǎn)讓他們多背誦一些經(jīng)典（例如，單詞、童話、詩詞，等等），但沒有必要刻意去訓(xùn)練他們的記憶（例如，記憶撲克牌、記憶那些毫無意義的“人造記憶素材”），因?yàn)檫@種訓(xùn)練極有可能會破壞兒童大腦的思維靈活性。如果一定要訓(xùn)練孩子的記憶，我建議重點(diǎn)訓(xùn)練工作記憶能力，因?yàn)楣ぷ饔洃浐蛨?zhí)行功能是認(rèn)知活動的核心要素。
相對于陳述性記憶，兒童最需要訓(xùn)練的是非陳述性的記憶，例如習(xí)慣形成（生活習(xí)慣、學(xué)習(xí)習(xí)慣）、分類記憶（知識分類、思維導(dǎo)圖）、運(yùn)動技巧（體育運(yùn)動、樂器演奏）、認(rèn)知技巧（美術(shù)、寫作）。為什么這么說？因?yàn)榉顷愂鲂杂洃浄浅２蝗菀撰@得，需要大量的訓(xùn)練，一旦獲得就不會遺忘。重要的是，這些記憶和技巧的獲得和養(yǎng)成存在“機(jī)會窗口期”或“關(guān)鍵期”，錯過了機(jī)會窗口期就很難建立。
大腦是由神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞組成的。神經(jīng)元是大腦的基本功能單位。然而，單個的神經(jīng)元是無法實(shí)現(xiàn)神經(jīng)功能的，神經(jīng)功能的實(shí)施依賴于神經(jīng)元與神經(jīng)元之間形成的神經(jīng)通路或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的通信通過突觸連接來實(shí)現(xiàn)。突觸信息傳遞（“突觸傳遞”）的效率并非固定不變，而是有著巨大的可塑性，這個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致腦功能的異常。神經(jīng)科學(xué)研究表明，突觸可塑性是學(xué)習(xí)、記憶和認(rèn)知功能的基礎(chǔ)。
學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)過重會導(dǎo)致疲勞，使得應(yīng)激激素（腎上腺素、皮質(zhì)醇等）及過氧化物大量產(chǎn)生；這些“垃圾”分子嚴(yán)重破壞大腦海馬區(qū)、杏仁核、邊緣系統(tǒng)及前額葉皮層的突觸可塑性，從而損害學(xué)習(xí)、記憶、情感和認(rèn)知功能，破壞兒童大腦的功能靈活性和可塑性。
極端應(yīng)激將嚴(yán)重?fù)p害認(rèn)知能力，尤其是依賴于前額葉皮層的執(zhí)行功能。研究表明，前額葉皮層體積和工作記憶能力的個體差異與累積的應(yīng)激總量存在關(guān)聯(lián)。具體地說，累積的應(yīng)激總量越大，前額葉皮層灰質(zhì)和白質(zhì)越小，工作記憶能力和執(zhí)行功能越差。例如，兒童青少年長期處于超負(fù)荷的學(xué)業(yè)壓力下，前額葉皮層灰質(zhì)和白質(zhì)的體積會變小，作為學(xué)習(xí)能力重要指標(biāo)的工作記憶會變差。學(xué)習(xí)壓力等負(fù)面情緒的累積導(dǎo)致前額葉皮層結(jié)構(gòu)的變化，從而損害兒童青少年的認(rèn)知功能。
因此，家長、學(xué)校要避免給孩子們布置過重的學(xué)習(xí)任務(wù)。“保護(hù)兒童大腦”應(yīng)該成為全社會的共同行動，這關(guān)系到我們國家的未來。
教育需要遵循神經(jīng)科學(xué)揭示的腦認(rèn)知活動的規(guī)律
《教育家》：腦科學(xué)的發(fā)展為教育研究與教育實(shí)踐帶來了許多新的思考，由于它注重教與學(xué)的腦生理機(jī)制，強(qiáng)調(diào)教育的實(shí)證研究，明確指向教育決策與實(shí)踐的科學(xué)化，近年來已成為許多國家教育發(fā)展的戰(zhàn)略基礎(chǔ)。那么，腦科學(xué)如何應(yīng)用到教育中？您有哪些建議？
李葆明：近20多年來，以闡明腦的工作原理為目標(biāo)的腦科學(xué)（神經(jīng)科學(xué)）取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在這一過程中，越來越多的腦科學(xué)研究者開始對和教育有關(guān)的腦科學(xué)問題給予特別關(guān)注，中國“腦科學(xué)計劃”對和教育有關(guān)的腦科學(xué)問題的研究也給予了特別的重視。同時，教育界與民眾呼吁我們的教育實(shí)踐要更多地遵循腦的工作原理，這反映了社會與民眾希望運(yùn)用科學(xué)手段改進(jìn)我國教育實(shí)踐中某些不盡如人意之處的迫切心情與殷切期待。
教育作為“塑造人的心智，開發(fā)腦的認(rèn)知”的重要途徑，需要遵循腦科學(xué)揭示的腦認(rèn)知活動的規(guī)律。正如楊雄里院士所強(qiáng)調(diào)的那樣，“教育作為一種生產(chǎn)力、生產(chǎn)關(guān)系和政治的綜合反映，有它特有的規(guī)律。我們在考慮教育的走向、教育的方式、教育的布局和資源分配的時候，必須把教育所具有的、特有的規(guī)律和遵循腦科學(xué)的規(guī)律融合統(tǒng)一起來”。我認(rèn)為，這應(yīng)該是“教育腦科學(xué)”或“教育神經(jīng)科學(xué)”的基本遵循。
教育神經(jīng)科學(xué)不是單純的教育學(xué)、心理學(xué)或神經(jīng)科學(xué)，而是一個新型交叉學(xué)科。在我國當(dāng)前形勢下，教育神經(jīng)科學(xué)首先應(yīng)該是面向教育問題的神經(jīng)科學(xué)研究。兒童大腦具有巨大的可塑性，但又非常脆弱。我國教育發(fā)展不充分、不平衡的現(xiàn)狀，使得分?jǐn)?shù)及升學(xué)率掛帥以及由此帶來的問題解決起來困難重重，包括家庭教育錯位、學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)過重、睡眠嚴(yán)重不足、運(yùn)動鍛煉缺乏，等等。教育神經(jīng)科學(xué)首先要對這些問題開展深入研究，用科學(xué)告訴全社會，這些問題是如何摧殘兒童的大腦和天性的。
另一方面，基于神經(jīng)科學(xué)的教育方式方法創(chuàng)新正在成為教育神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展方向。人們寄希望通過對教育實(shí)踐和兒童青少年成長的各層面、各維度過程中（例如，德智體美勞，家庭教育、學(xué)校教育、社會教育，學(xué)習(xí)、記憶、認(rèn)知、情感）的腦結(jié)構(gòu)、腦網(wǎng)絡(luò)、腦功能開展研究，以期把實(shí)驗(yàn)室研究成果應(yīng)用于指導(dǎo)課堂教學(xué)實(shí)踐。然而，教育是一門系統(tǒng)科學(xué)和工程，有著自身特有的規(guī)律，腦科學(xué)目前能夠給教育提供的啟示還相當(dāng)有限。正如楊雄里院士所說，“在正確處理腦科學(xué)和教育之間的關(guān)系上，還有漫長的路要走。在這一過程中，教育家和腦科學(xué)家攜手并進(jìn)，有希望探索出一條適合國情、適合現(xiàn)狀的道路。”
