脑子不好使不能怪父母

脑子不好使不能怪父母

很少有家长会否认天赋的存在。但大家都知道每个孩子的天赋不同。虽然孩子总是自己的好,可惜作为父母,也只能赶上什么算什么。不过,除了认命外,家长对孩子的脑子究竟还能做什么呢?脑子好使不好使,后天能塑造吗?

这是个困扰人类几千年的问题,至今仍然没有明确的答案。

脑子不好使不能怪父母

1815年,德国医学家Johann Spurzheim提出:人体的器官组织随着锻炼会增长。因为当人锻炼某一器官组织时,就增大了这一组织中的血液循环。而滋养这一器官的养分,又是由血液带来的。这一原则,不仅适用于肌肉,恐怕也适用于大脑。1819年,意大利解剖学家Malacarne提出经验可以改变大脑结构的假设。创建了进化论的达尔文则于1874年观察到:家兔的脑子远比野兔要小。他推想这可能是因为家兔数代被关起来笼养,不用面对大自然种种意想不到的挑战,其智力、本能、感觉、运动能力等等都得不到锻炼,远不如野兔机敏。这大概也影响到其大脑的构造。1911年,获得了诺贝尔奖的解剖学家Ramon y Cajal 提出“大脑运动”可以建立更多的神经细胞连接的假设。他指出,大脑在出生后就不再生成新的神经细胞,但细胞通过使用会变大。

到了1920年代,美国加州大学伯克利分校心理学教授Robert Tryon发现,他的实验室养的老鼠中,有些跑出迷宫的技能明显超过另外一些。于是,他根据跑迷宫的能力逐渐培育了两种老鼠:一种是聪明的,一种是笨的。到了1950年代,伯克利的心理学家David Krech和诺贝尔化学奖得主Melvin Calvin提出了这两种老鼠脑子所分泌的化学成分可能不同的假设。接着,Melvin Calvin让自己实验室的神经化学家Edward Bennet和David Krech及另一位心理学家Mark Rosenzweig组成一个研究小组。他们通过对这两种老鼠的解剖发现:聪明的老鼠大脑中分泌的某种化学物质要比笨老鼠要多得多。由此证明:大脑的聪明度,确实和大脑中既有的生理现象有关。

不过在他们之前,远在加拿大McGill大学的Donald Hebb于1949年另有发现。Hebb属于比较纵容孩子的家长,让孩子们养的宠物老鼠在自己的房子里面随便乱跑。有一天他心血来潮,把这些随便乱跑惯了的老鼠拿到学校的实验室,让这些老鼠和学校那些实验室笼养的老鼠比赛跑迷宫游戏。结果发现:这些自由惯了的老鼠,“解决问题能力”明显高出一筹,比那些笼养老鼠更快地跑出迷宫。于是他得出了初步的结论:他家里的环境,包括大房子里的楼梯、走廊、作为伴侣的孩子等等,刺激了这些老鼠的智力发育,让它们在迷宫的“智力竞赛”中轻易击败了缺乏这种刺激环境的笼中鼠。如果说伯克利小组的研究证明不同种的老鼠因为其大脑分泌的化学物质不同而有不同天赋的话,Hebb则揭示出不同的后天环境同样可以导致不同的智能。这也基本印证了达尔文在对家兔和野兔的观察中提出的理论。

1958年,在Manitoba大学的两位年轻心理学家Rod Cooper和John Zubek 进行了另一项研究。他们饲养了两种基因明显不同的小鼠,一种是走迷宫的好手,一种则是走迷宫的笨蛋。这两种小鼠在这方面的能力区别,是经过几代测试不断被印证的。他们把每一种的小鼠都分成三组,放在三种不同的环境中饲养:强刺激环境(有各种玩具和滑梯、秋千、镜子、坡道、钟等游乐设施),正常环境(普通的墙壁和一点玩具),贫乏环境(除了食物和饮水盘外几乎什么都没有)。他们预期的结果是:在好环境中生长的小鼠,跑迷宫的能力都会有增强,犯的错误会减少。但两种小鼠还是各有各的能力。比如,在优越环境中成长的笨鼠,也许能力有接近在贫乏环境中成长的聪明鼠的趋势。但后者还是能保持自己能力上的优势。用图表示如下:

脑子不好使不能怪父母

但是,结果远远超出他们的假设。在正常环境中成长,聪明的小鼠表现远远超出笨鼠。但是,如果大家在强刺激的环境中成长,笨鼠的能力就会大大接近聪明小鼠。而在贫乏环境中成长,则两种小鼠的能力都将到同一水平上。如图所示:

脑子不好使不能怪父母

这说明,环境在一些条件下几乎能把基因的优势全部抹杀,在强刺激的环境下,则可以是笨老鼠的表现接近聪明老鼠。假设这条法则能够适用于人类,那么我们可以大致地说,在一般环境中,聪明孩子和笨孩子的能力差距很大。但是,双方都接受了一流的教育,笨孩子几乎快追上聪明孩子了。如果大家都荒废学业,

那么就会同样地笨。动物中则法则当然未必适用于人类。不过,理解动物对我们理解人类总是非常有帮助的。

伯克利小组则试图发展Hebb的研究,饲养了两组刚出生的小鼠:第一组有十二只,放在强刺激的环境中,即一个大笼子,内有多种多样的玩具;第二组则是单只,孤独地关在一个缺少刺激的环境(即没有任何玩具的笼子)中。两组比赛迷宫游戏,结果第一组优胜。再解剖两组小鼠的大脑,第一组中那种特殊的化学物质分泌多于第二组的单只。这一结果已经和最开始不同种类老鼠之间的对照有本质的不同:不同种类的老鼠中大脑化学分泌物质的不同也许是先天的,但这次实验中同种小鼠的大脑中化学分泌物的不同,则证明了后天环境的塑造力量。

此时,一位奇女子玛瑞安·戴蒙德出现在伯克利小组面前。严格地说,她是个受过严格的脑神经解剖学训练的家庭主妇,一直在康奈尔大学伴随着当教授的丈夫,养着两个婴儿,并忙里偷闲地代几门解剖课。她一天在刚哄孩子睡着后读到了伯克利小组的研究,兴奋得恨不得马上就要参与。恰巧她丈夫此时在伯克利拿到个教职,她立即收拾家当带着孩子落户伯克利,并到研究小组自报家门。当时学界还鲜有女性,那几位教授虽然吃惊不小,但马上给她安排了工作。

她的突破也正是从这里开始。她不是对照小鼠脑中的化学分泌物,而是解剖分析其大脑,看看其结构是否有所不同。结果发现:在高刺激环境中成长的小鼠,大脑皮层要比在缺乏刺激环境中生长的小鼠要厚6%。这是历史上第一次有人发现早期的生活环境对动物大脑的结构会产生实质性的影响。为了保险起见,她又重复了九例解剖,又确证了起初的结果。到了1963年,已经有了三个孩子,在大学干半职的她,把自己的发现摆在研究小组的领袖David Krech面前。次年,以她领衔的三名科学家把这一结果发表出来。戴蒙德在首都华盛顿,面对全美解剖学会的两百多位同行,作了平生第一次学术报告。她讲完后礼貌的掌声刚落,身后一位教授模样的人就高声地用权威的语气说:“年轻的女士,大脑是不会变的!”她转过身来平静地回答:“对不起,先生。我们不仅用初期的实验,而且还用重复的实验证明了大脑是会变的。”

【从鼠脑到人脑】

既然科学家们很容易就设计并证明了通过后天环境为小鼠造就更聪敏的大

脑的有效办法,那么人类是否能够设计出理想的环境来给自己的孩子造个好脑子呢?答案似乎是显而易见的。但是,这其中涉及的问题,则远比表面上看起来的要复杂得多。

戴蒙德的突破,在动物研究中不断被印证。比如,加拿大Lethbridge大学的神经学家Sergio Pellis和澳大利亚Monash大学的神经学家Andrew Iwaniuk及生物学家John Nelson发现,在哺乳动物中,大脑比例和动物的游戏习性有着很强的正向关系。一般而言,喜欢游戏的动物,大脑在全身的比例要大一些。另一位学者Jaak Panksepp揭示出游戏刺激脑神经的增长。动物学家John Byers则发现动物游戏促进前脑皮层的发育。各种物种游戏最频繁的生长期和其小脑的发育也有直接的相关性。类似的研究,可以说举不胜举。

但是,把动物研究引入并应用于人的大脑发育和教育过程,则有重重障碍。即使是在小鼠的研究中,仅发现大脑皮层的加厚是不够的,还必须解释加厚的原因和性质是什么。举个简单的例子,如果你看到一个人的身体粗大起来,你不能就简单地说他变得强壮了。他也许不过是发福了,体能随之下降了。只有你确定他最近一直坚持锻炼,而且看到他浑身饱满的肌肉后,才能得出他强壮的结论。更何况,人的大脑比小鼠要复杂得多,而且样本非常少,很难进行直接地观察。

戴蒙德1964年发表的经典研究就已经指出,环境刺激了老鼠大脑皮层的增长。而这种增长和神经元树突的分叉有直接关系。在环境刺激丰富的环境中生长的小鼠,其大脑皮层不仅比较厚,而且神经元主体分布的间距比较大。后来戴蒙德的一位学生Ralph Holloway确证了小鼠的脑皮层加厚是神经树突分叉增长的结果。伊利诺斯大学的科学家William Greenough则进一步揭示出:在刺激丰富的环境中生长的小鼠,其大脑中神经树突高级别分叉比较多,也就是说树突不停地分叉,变得枝叶茂盛;而在缺乏刺激的环境中生长的小鼠,其大脑中神经树突分叉则停留在低层级,也就是说分了一两次就不再继续分叉了。

除了树突、轴突外,还有一个神经细胞连接的问题。当一个神经元的树突从另一个神经元的轴突接收信号时,树突和轴突并没有完全连接在一起。轴突的顶端如纽扣状,树突顶端则如泡状,两者之间留下一条微小的缝隙,形成一个“打火”装置,称为“突触”。(图)当某个信号到达一个神经元的轴突顶端时,如果这个信息强到一定的程度,就会激发接收一端的兴趣,进而在突触的缝隙中碰撞出“火花”,信号就如同“打火”一般地从一个神经元的轴突发送端跳到另一神经元的树突接受端上,后一个神经元再将这一信号传到自己的轴突,向接下来的神经元的树突终端发送。每一秒钟,人体中都会出现数十亿这样的“打火”式信号传递。

脑子不好使不能怪父母

无论是动物还是人类,其神经系统的运行依靠着连接轴突和树突的突触之中小缝隙间不停的“打火”、“过电”。作为接收方的树突终端,有生出许多小刺形的脊柱。一系列动物和人类的解剖观测显示:不停地外界刺激引发信号的反复旅行,不仅树突会不停的增长分叉,而且树突终端上的小脊柱也不断发育为大头甚至伞形,使接受信息更有效率。而缺乏外界刺激,树突和树突上的小脊柱就都会因为废弃不用而萎缩。

可见,脑子和肌肉一样有弹性。你练就发育,不练就萎缩。环境对大脑的结构形成有着重要的塑造作用。最早引导人们认识到这一点的戴蒙德,又领导伯克利研究小组对小鼠进行深化的研究,并发表了150多篇论文。他们把小鼠分成三

组,而不是过去的两组。一组为标准环境,即三只小鼠关在一个没有玩具的笼子里;一组为缺乏刺激的环境,即一只小鼠独自关在没有玩具的笼子里;最后一组为高刺激环境,把十二只小鼠关在一个充满了游乐设施的大笼子里。结果,他们获得了一系列重要的发现:

在高刺激环境下怀孕的母鼠,生下来的小鼠的大脑皮层比在缺乏刺激的环境中怀孕的母鼠生下的小鼠要厚。新生的小鼠在高刺激的环境中喂养,仅仅一周的时间其大脑皮层就比在缺乏刺激的环境中喂养的小鼠要厚7-11%。两周后,在高刺激环境中成长的小鼠大脑中负责感官的部分增厚了16%。更重要的是,缺乏刺激的环境使大脑皮层变薄的幅度,比高刺激环境让大脑皮层变厚的幅度要大。小鼠在枯燥的环境中生活四天后大脑皮层就出现萎缩。当然,有些学者正确地指出,在最有刺激的环境中生活的小鼠,其大脑皮层显然也赶不上野鼠。显然,自然的环境比人工的环境要丰富得多。

环境对大脑的塑造作用,存在于小鼠中,也存在于成年的老鼠中,甚至存在于相当于人类年龄九十岁的高寿老鼠中。

另外,许多对人脑的研究,也印证了对鼠脑研究的结论。在上个世纪五十年代,主持一个欧洲实验室的Oscar Vogt和Cecille Vogt夫妇就收集了一些欧洲天才的大脑样本,以确立人的经验、成就与其大脑结构的关系。比如,一位艺术家大脑皮层负责处理视觉信息的部分要比常人宽一倍。一位比利时小提琴家的大脑皮层中负责听觉的部分,也比常人大一倍。加州大学洛杉矶分校由Arnold Scheilbel(即戴蒙德的第二任丈夫)主持的实验室通过解剖发现,人的教育水平越高,其神经元的树突分叉就越多。在主控手和手指活动的大脑皮层,两位职业打字员的神经元树突分叉就非常多。而一个机械师和一个厨师在同一区域神经元树突的分叉就明显少一些。Arnold Scheilbel由此得出结论,人的教育水平和神经元树突分叉的程度有着密切的相关性。换句话说,教育可以通过刺激神经树突的分叉而强化人接受和发送信息的能力。

1999年英国神经学家Eleanor Maguire对伦敦出租司机大脑的研究则更令人信服。伦敦的街道,被称为是“出租司机的噩梦”。伦敦有一千五百年的历史,罗马、斯堪的纳维亚、撒克逊、诺曼、丹麦、英格兰等许多种族的人前后到这里暂居或定居,在毫无规划的情况下根据一时之需修路,最终使伦敦的交通系统成为一片杂乱无章的丛莽。从市中心向外六英里的范围,居然有两万五千条弯曲盘旋的街道,一般人走几步就晕头转向。因此,在伦敦要拿到出租司机的执照,必须经过考试,记住每条街道。

出租司机们骄傲地把这一百科全书式的街道信息称为“知识”,因为这种“知识”显示了他们超人的能力。Eleanor Maguire的研究,则是要看看这种超人的能力是否改变了脑结构。她用脑电图对这些司机的脑子进行了扫描,并与常人进行对比,结果发现:有经验的出租司机后脑海马体(posterior hippocampus)明显大于普通人。而这部分正是脑子中主控空间感的区域。当然,人们可以说,那是因为后脑海马体比较大的人有空间记忆的天分,容易经过竞争而成为出租司机。但Eleanor Maguire的细致研究则否认了这一点。她揭示出,后脑海马体的大小,和出租司机的经验有直接关系:从事此业时间越长的司机,后脑海马体越大。显然,脑子中这一超常的结构是经验所塑造的,并非天生的。哈佛心理学家Leon Eisenberg总结说:“大脑皮层有着惊人的能力根据环境变化而对自身进行改造”。大脑的这种可塑性,使预测人的智能极限变得几乎不可能。

【人脑的形成:“天成还是养成”】

既然环境对大脑的结构和效率有着深刻的塑造力,那么如何通过教育特别是早教给孩子一个好脑子,就被提到了议事日程上来。也难怪,在最近二十年的美国,关于大脑与教育的书可谓汗牛充栋。兹举在亚马逊网上搜到的最近几年的出版物:《以大脑为基础的学习》、《把大脑放在心中的教学》、《大脑至关重要:把研究应用于课堂教学》、《大脑怎么学习》、《针对大脑自然学习系统的教学》、《改变大脑的艺术》、《提升你孩子的脑力》等等畅销书式的通俗读物,随便就可以找出几十种。学术性的介绍性著作,同样琳琅满目。美国国会甚至还曾把1990年代定名为“大脑年代”,更有些人说二十一世纪是“大脑的世纪”。

这股“大脑热”,很快就演化为“大脑早教热”,甚至创造出“头三岁关键期”的“神话”。支持这一狂潮的脑神经研究的理论,可以归纳为三点:

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第一,通过对包括人类在内的各种动物的研究,科学家们发现:在婴儿出生前后,其大脑处于“生物性繁茂”(biological exuberance)的状态中。婴儿的大脑产生出数万亿的突触,即我们前面讨论的连接一个神经元的轴突和另一个神经元的树突的信号传送纽结。一个两岁的孩子脑子里的这种突触,比他的儿科医生脑子里的要多一倍以上。

第二,脑神经学家们相信,大脑的成长有几个关键期,而且都集中于早年。在此期间,大脑需要正常的刺激才能健康发育。错误的外来刺激或者完全缺乏刺激,会导致大脑错过这些成长的“窗口”。一旦这种情况发生,大脑正常的神经网络就无法建立。大脑的功能就会失常。

第三,刺激丰富的环境,会助长大脑的发育,加强大脑的机能。

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那么,何时才是这些“关键期”?如何才能对大脑进行有益有效的刺激呢?

人脑在母亲怀孕三周时就开始发育,到六十天时前脑、中脑、后脑就已经能被分辨出来,七个月时出现褶皱,到九个月时,胎儿的脑子在形状上已经和成人类似。不过,新生儿脑子的平均重量为400克,成人则为1400克。从出生到三岁,脑重增长了三倍,达到1200克以上,接下来则是缓慢增长,到二十岁时达到1400克的顶峰。(见图,表)

图:

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表:

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脑重的增长本身是个非常复杂的现象。首先,所有脑细胞和大部分细胞胶质是在出生前生成的。其中绝大部分脑细胞(即神经元)出现在环孕前四个月。在怀孕期间,脑细胞可以以每分钟五十万的速度产生。过量的细胞会不断被淘汰掉。所以,前三岁脑重的猛增并不是脑细胞数量的增多。另外,连接脑细胞的突触,其数量也在怀孕的六至八个月期间达到顶峰,以后逐渐下降。脑重的增长,主要来源于细胞胶质和其他支持性细胞、血管、特别是包裹神经元轴突的髓磷脂的增长。更重要的是,每个脑细胞(即神经元)本身会增长。其中最重要的是我们上面讨论的神经元的信号接收“触须”或“天线”——树突——的不断伸展和分叉。树突的增长,有80%发生在出生以后。如上所述,这部分树突的增长,受外界环境的影响非常大。

早期的,特别是出生前的人脑,可以被描绘为疯长的神经丛莽:大量过剩的神经元不断滋生,这些神经元彼此之间又随意形成的大量过剩的连接,即突触。这样的神经丛莽,难以在幼小的脑体里一起继续成长,而必须彼此之间争夺养分、互相淘汰,进而形成了诺贝尔医学奖得主Gerald Edelman所谓的“神经达尔文主义”:那些得到刺激而反复传递信息的神经元和突触会不断强化,形成有效的神

经网络;那些没有得到刺激和使用的,则未见天日就销声匿迹。这种对丛莽的修剪,要在出生后进行十几年,一直到十七八岁时才完成。

接下来一个显而易见的问题是:人脑为什么要先滋生出这么乱糟糟的神经丛莽,然后再费力地修剪十七八年才清理干净?这不是自己跟自己过不去吗?为什么不在一开始就仅仅生产那些“有用的”、适量的脑细胞及其连接,构建出清晰的神经网络?这场在神经丛莽中历时十几年的“细胞战争”究竟有何意义?这些问

题不仅对科学家,而且对家长、老师、乃至已经大体懂事的孩子都事关重大。如何回答这些问题深刻地界定着我们的教育哲学。

从进化论的角度看,这种过剩的神经丛莽以及对之漫长的清理过程,体现了人类作为高级动物“大器晚成”的特征,也凸显了为什么教育等后天因素对于人类而言比其他动物更为重要。作为高级动物,人类所面临的环境挑战比一般动物所面临的要更复杂多变。为了应付这些挑战,其大脑也需要更大的弹性。举个简单的例子,在亚利桑那的沙漠中生存的一种蜥蜴,刚刚出生的婴儿就和成年的形状几乎一样,只是个头小而已。而蜥蜴降生后,马上就自动学会了成年蜥蜴的几乎所有技能。其脑神经网络几乎在一出生就完成了成年的结构,几乎没有婴儿期。不过,检视一下蜥蜴的习性和生活环境就知道,其生活环境非常固定单一,基本就是干燥的沙漠。蜥蜴的生活习性也同样固定单一,大部分时间爬在沙漠中动也不动,隔一段时间会爬行换个位置,捕捉送到嘴边的食物,吃到后马上有回归昏睡状态。生物进化的一大原则就是效率。蜥蜴面临着如此固定的生存环境,需要的技能如此简单,那么其神经网络在出生时就被造化得固定成熟。

人类所面临的生存环境,则比任何动物都更加变幻莫测。如果你生活在原始社会,你需要的最高技能也许就是狩猎和钻木取火。那时恐怕没有人的大脑有爱因斯坦或比尔·盖茨大脑中那样的网络信号系统。这并不是说早期人类不具有这种基因,而是环境并不需要这样的神经网络。爱因斯坦或盖茨这样的人,即使真出生在那个时代,也可能因为缺乏基本的生存技能而迅速被淘汰。如今,人类不仅需要在计算机世界生存,甚至要探索外层空间。为了回应这样的挑战,人类的大脑神经体系就必须以非常不同的方式建构。可见,几个基因并不能简单的预定人脑中数十亿的神经元连接。

在人还没有出生时,脑子中就疯长出大量过剩的神经细胞和连接细胞的突触,以备不时之需。所有这些细胞和突触,都有其生长的潜力。究竟哪些继续生长,哪些被闲置而消亡,在很大程度上要看出生后这个人面临着什么环境。人类的未成熟期之所以是所有动物中最长的,也是出于这种进化原则:为了适应多种多样、变化不定的环境,人类需要更长的时间打造自己具有高度可塑性的大脑。这也回答了西方自古以来关于人的大脑和智能究竟是“天成还是养成”(nature vs.

torture)的争论:我们的大脑确实是在进化过程中被基因所塑造的,是“天成”的。但是,这种“天成”的力量本身,就给我们留下了根据环境而“养成”的巨大空间。换句话说,“养成”就是我们“天成”的人性之一部分。这大概也是人类和其他动物最大的差别之一。

人类的教育体系,其实也或多或少地反映了这种进化原则。以美国的高等教育体系为例,最顶尖的常春藤大学,比较注重的是宽泛的文理教育。像历史、社会科学、文学等等“没用的学科”,往往成为校园里最流行的专业。到了州立大学,哪怕是非常好的州立大学,注重专业特别是科学专业的趋向就已经很明显了。再低一层级的地方大学,大部分学生则选择管理、财会等等“实打实”的专业。最低层级的两年制社区学院,则以电机、烹调等等实用技艺为主。更有许多孩子,早就跳出高中,到职业学校中学习具体的手艺。

这里的逻辑也很清楚:越高级的人才,未来所要适应的环境越复杂多变,越需要灵活广泛的知识结构和能力。我们甚至可以把常春藤中广博的知识训练比喻为人出生前脑子里过剩的神经元和连接神经元的突触。这个大底盘要根据日后的生活和工作需求而发展或修剪。越低级的人才,其生活和工作环境也就越单一,乃至可以一生靠一种手艺吃饭,自然用不着学习很多明知道没有用的东西了。

中国的教育则往往反其道而行之,在精英层次也过度强调专业。这种对专业的注重甚至影响到了幼教、早教,对孩子大脑神经网络的形成有负面影响。

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