/ 香港大學(xué)教育學(xué)院、教育神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授

在當(dāng)今科技飛速變革的時(shí)代，我們所處的社會(huì)形態(tài)，我們的生活方式，我們每天所接觸到的人和事，都在告訴我們，我們的時(shí)代是一個(gè)巨變的信息爆炸的時(shí)代。家長(zhǎng)和孩子面臨著前所未有的挑戰(zhàn)--似乎是無(wú)限增長(zhǎng)的校內(nèi)外的課程和作業(yè)，以及孩子越來(lái)越少的自主時(shí)間。

適應(yīng)這樣一個(gè)時(shí)代需要怎樣的教育變革？一個(gè)教育者應(yīng)該思考的一個(gè)核心問(wèn)題在于，對(duì)于早期兒童發(fā)展與教育來(lái)說(shuō)，在與眾多的基于具體學(xué)習(xí)科目相關(guān)的能力中，什么是他們從小最需要獲取的基本能力呢？是否有這樣一種能力，強(qiáng)化了它，就能夠?qū)ζ渌芰ζ鸬狡毡榈膹?qiáng)化作用？如果把這種能力定位成一種核心學(xué)習(xí)能力，那么作為教育者應(yīng)該如何引導(dǎo)孩子去探索并獲得呢？

這就離不開(kāi)對(duì)腦科學(xué)知識(shí)的普及運(yùn)用了。作為一個(gè)腦科學(xué)研究工作者，我問(wèn)自己，盡管大腦有那么多的功能，能讓人類通過(guò)視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等系統(tǒng)，感知到大千世界呈現(xiàn)給我們的無(wú)窮無(wú)盡的信息，能讓我們摸索出自然界的各種科學(xué)規(guī)律，能讓我們創(chuàng)造出文學(xué)、藝術(shù)，體會(huì)到人類作為萬(wàn)物之靈的充盈情感，乃至執(zhí)著地追尋個(gè)人的精神信念，所有這些是建立在什么共有的物質(zhì)基礎(chǔ)之上呢？

首要關(guān)注的，自然是大腦中的神經(jīng)細(xì)胞。一個(gè)有意識(shí)的人，他的腦神經(jīng)細(xì)胞一定是在不斷產(chǎn)生電脈沖，并通過(guò)化學(xué)物質(zhì)把脈沖信號(hào)迅速地傳輸給其它細(xì)胞的。成千上萬(wàn)的腦細(xì)胞通過(guò)此方式連接成網(wǎng)絡(luò)。由于大腦要不斷學(xué)習(xí)新的東西，這些細(xì)胞所組成的網(wǎng)絡(luò)就要根據(jù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容隨時(shí)調(diào)整連接形態(tài)。所有連接都由一種叫做突觸的結(jié)構(gòu)組成，而突觸的可塑性，正是各類學(xué)習(xí)能力所共有的神經(jīng)機(jī)制。那么，如何在大腦的早期發(fā)展階段為強(qiáng)化突觸的可塑性創(chuàng)造條件呢？

早期“變化”環(huán)境提升突觸的可塑性

在美國(guó)新墨西哥州大學(xué)心理學(xué)系的一個(gè)發(fā)展神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室里， 我們給剛剛出生的老鼠幼崽創(chuàng)造了兩種生活環(huán)境：一種環(huán)境是少變化的，另一種則有系統(tǒng)性的重復(fù)變化（見(jiàn)圖一，1、2）。 我們讓每窩老鼠幼崽中的一半，在嬰兒期就每天都離開(kāi)它們所熟悉的家（籠子），去另外一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)新穎的（或者說(shuō)“不熟悉”的）籠子里呆短短的三分鐘。 這個(gè)不熟悉的地方并沒(méi)有大家所期待的更“豐富”的環(huán)境， 比如原先籠子里所沒(méi)有的玩具等。

圖一

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的之一，是探討能否通過(guò)很小但是重復(fù)的環(huán)境變化，來(lái)強(qiáng)化大腦學(xué)習(xí)機(jī)制的可塑性。作為對(duì)照組，另一半同胎生的老鼠幼崽，在其它任何方面都得到同樣的待遇，比如說(shuō)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的精心控制，所有的幼崽都經(jīng)歷了同等時(shí)長(zhǎng)的與媽媽的短暫分離，所有的幼崽都經(jīng)歷了等量且同時(shí)的與實(shí)驗(yàn)人員的接觸。通過(guò)在對(duì)母嬰重逢后的行為進(jìn)行系統(tǒng)觀察，我們知道老鼠媽媽更多的關(guān)注了待在家里的幼崽（見(jiàn)圖一，2）。

在這些老鼠成年后，我們對(duì)這兩種早期環(huán)境下養(yǎng)育出的個(gè)體的海馬體（hippocampus）進(jìn)行了突觸可塑性研究（見(jiàn)圖二，3）。海馬體是一個(gè)有著多種與學(xué)習(xí)，記憶，壓力和情緒調(diào)節(jié)相關(guān)功能的重要腦區(qū)。 我們的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管這些老鼠幼崽在嬰兒期（出生后的3個(gè)星期）之后的經(jīng)歷完全相同，但嬰兒期的三周內(nèi)不同環(huán)境所帶來(lái)的差別，在它們成年后依然存在──經(jīng)歷過(guò)以上變化的老鼠， 它的突觸就比對(duì)照組的老鼠具有更高的可塑性。

作為可塑性的一個(gè)最常用指標(biāo)，海馬突觸的長(zhǎng)時(shí)增強(qiáng)作用（long-term potentiation），從對(duì)照組的大約35%提升到了變化組的大約60%。有趣的是，變化環(huán)境的這種效應(yīng)特別表現(xiàn)在右側(cè)海馬的可塑性上。這種在神經(jīng)層面的左右不對(duì)稱性（asymmetry），在行為層面上也有表現(xiàn)。 在新穎環(huán)境下偏右轉(zhuǎn)的老鼠在空間學(xué)習(xí)和社會(huì)學(xué)習(xí)能力上要比偏左轉(zhuǎn)的老鼠更強(qiáng)。

早期干預(yù)強(qiáng)化多種學(xué)習(xí)能力

那么，這種看似簡(jiǎn)單的早期環(huán)境改變，是否真對(duì)多種行為層面的能力有影響呢？通過(guò)行為研究我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷過(guò)早期環(huán)境變化的老鼠，與對(duì)照組的老鼠相比較，不僅表現(xiàn)出了更高的與海馬相關(guān)的空間記憶能力（spatial memory）（見(jiàn)圖一，1、2；圖二，4），而且表現(xiàn)出了更高的對(duì)社交對(duì)象的記憶能力（social memory）（見(jiàn)圖二，5），更快速地適應(yīng)新環(huán)境的能力（habituation）（見(jiàn)圖一，1；圖二，6），以及更有效地鞏固操作學(xué)習(xí)結(jié)果的能力 （operant conditioning）（見(jiàn)圖一，1）。

具體來(lái)講，在一項(xiàng)被稱之為“水迷宮”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，經(jīng)歷過(guò)重復(fù)環(huán)境變化的老鼠，能夠更快地學(xué)會(huì)如何用空間參照物找到逃脫辦法。 在與其他老鼠的社交活動(dòng)中，經(jīng)歷過(guò)重復(fù)環(huán)境變化的老鼠，能夠更長(zhǎng)久地記住相遇過(guò)的其它老鼠；在進(jìn)入一個(gè)新的環(huán)境后，同樣能夠更快地戰(zhàn)勝對(duì)新環(huán)境的初始恐懼，提高再進(jìn)入時(shí)的行為活動(dòng)水平； 最后，在學(xué)習(xí)“選擇哪一個(gè)氣味能得到獎(jiǎng)勵(lì)”的試驗(yàn)中，它們也能更好地鞏固已學(xué)會(huì)的知識(shí)，而對(duì)照組老鼠則更容易遺忘。

神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)與學(xué)習(xí)

突觸的可塑性不是一成不變的， 而是受很多化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)的。各種神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)（neuromodulators）不僅要搭配得當(dāng)，其自身還需要?jiǎng)討B(tài)平衡。比如白天，大腦需要接收大量來(lái)自環(huán)境的信息，需要將這些信息如實(shí)地通過(guò)神經(jīng)表征記錄下來(lái)。這種模式可以稱為 “l(fā)earning mode”（學(xué)習(xí)模式）。而在夜間睡眠中，大腦會(huì)對(duì)白天得到的信息再加工，進(jìn)一步鞏固近期學(xué)到的內(nèi)容，并將新舊內(nèi)容進(jìn)行融合。這種模式可稱為“recall mode” （回憶模式）。

其實(shí)在白天，類似的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)也是常常需要的。 比如大腦在遇到新穎的，或者不熟悉不常見(jiàn)的事物時(shí)，就會(huì)進(jìn)入更接近學(xué)習(xí)模式的狀態(tài)；而在遇到熟悉的事物時(shí)，則會(huì)進(jìn)入一個(gè)更接近“回憶模式“的狀態(tài)。這些不同的學(xué)習(xí)狀態(tài)，和各種神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響分不開(kāi)。一個(gè)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的大腦，應(yīng)當(dāng)是一個(gè)能夠?qū)ι窠?jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)的大腦。

圖二

早期干預(yù)強(qiáng)化對(duì)壓力激素的調(diào)節(jié)能力

壓力激素, 學(xué)名皮質(zhì)醇（cortisol），可以被看作神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的一種。 這是因?yàn)樗粌H能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生電脈沖的能力，而且能夠調(diào)節(jié)突觸的可塑性。腎上腺（adrenal gland）制造的壓力激素通過(guò)血液傳送到大腦的各個(gè)角落，哪里的神經(jīng)元上有它的受體，哪里的神經(jīng)元和突觸就會(huì)受到激素的調(diào)節(jié)。由于壓力激素受體在大腦中的廣泛分布，它能夠?qū)Υ竽X學(xué)習(xí)功能起到全局性的調(diào)控作用。

有效的壓力激素調(diào)節(jié)至少要包括以下兩個(gè)方面：一是在沒(méi)有需要的時(shí)候，盡量維持一個(gè)較低但非零的水平。二是在需要的時(shí)候，能迅速地提高激素水平以適應(yīng)環(huán)境變化的需要。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷了早期環(huán)境重復(fù)變化的老鼠， 不僅能夠把靜息狀態(tài)下的壓力激素維持在較低水平（見(jiàn)圖二，5）；而且能夠在需要時(shí)（比如說(shuō)“一分鐘游泳挑戰(zhàn)”實(shí)驗(yàn)），將激素水平快速提升到較高水平（見(jiàn)圖二，7）。有以上特征的老鼠，就能夠避免不必要的壓力激素生成以及它所帶來(lái)的長(zhǎng)期負(fù)性效應(yīng)，并能夠利用壓力激素提高學(xué)習(xí)時(shí)所需要的神經(jīng)細(xì)胞電活動(dòng)和突觸的可塑性。

培養(yǎng)個(gè)體對(duì)變化的免疫力

從以上對(duì)老鼠幼崽的長(zhǎng)期跟蹤對(duì)照實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，早期環(huán)境變化的重復(fù)體驗(yàn)，不僅可以強(qiáng)化大腦中與學(xué)習(xí)能力密切相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制（突觸可塑性），還可以提升對(duì)壓力激素的自我調(diào)節(jié)能力。 更重要的是，這種干預(yù)不僅強(qiáng)化了學(xué)習(xí)的神經(jīng)機(jī)制，而且強(qiáng)化了學(xué)習(xí)能力在行為層面多個(gè)不同領(lǐng)域里的表達(dá)，從非聯(lián)想性學(xué)習(xí)到空間學(xué)習(xí)、社會(huì)學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)等。

綜合這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們不妨大膽推測(cè)以上兩類老鼠幼崽的心態(tài)：一類經(jīng)歷過(guò)變化和相對(duì)新穎環(huán)境帶來(lái)的不確定感，所以對(duì)變化的事物有了一定的“免疫力”，這種免疫力使得這類老鼠幼崽能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程中，保持一種淡定和自信的探索心態(tài)； 另一類缺少對(duì)變化事物的重復(fù)體驗(yàn)，稍有變化就會(huì)讓它們恐慌和焦慮，因而失去對(duì)學(xué)習(xí)的專注，失去對(duì)學(xué)習(xí)樂(lè)趣的體驗(yàn)，從而失去更好的學(xué)習(xí)結(jié)果。

未來(lái)研究方向：從動(dòng)物模型到人的轉(zhuǎn)換

那么，如何才能謹(jǐn)慎而有效地將以上發(fā)現(xiàn)運(yùn)用到人類嬰幼兒的培養(yǎng)中去呢？什么才是對(duì)人類嬰幼兒有效的早期環(huán)境變化呢？如何對(duì)不同的孩子進(jìn)行個(gè)體差異化的早期環(huán)境設(shè)計(jì)，這是一個(gè)在科學(xué)研究方法中稱為“普適性”的重要問(wèn)題。從動(dòng)物模型到人的跨越，從實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)實(shí)環(huán)境下學(xué)習(xí)規(guī)律的跨越，從實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)范式下的學(xué)習(xí)到自然非范式學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)換，還有母親所起的作用（見(jiàn)圖二，8），都是需要用更多的篇幅，以及更多更新的科學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)深入探討的問(wèn)題。

最后， 我要回到我最初的問(wèn)題：什么是孩子最需要獲取的基本能力呢？是否有這樣一種能力，一旦強(qiáng)化就能夠?qū)ζ渌芰ζ鸬狡毡榈膹?qiáng)化作用？以上研究結(jié)果啟示我們，對(duì)“變化”的適應(yīng)能力，是一種比具體科目的學(xué)習(xí)更基礎(chǔ)的能力，而這種能力可以通過(guò)早期環(huán)境的重復(fù)性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。換言之，一個(gè)能夠適應(yīng)環(huán)境變化的個(gè)體，必然是一個(gè)成功的學(xué)習(xí)者。