大腦是人體最複雜精妙、神秘的器官，這個“3磅宇宙”中藏著無盡的奧秘，破譯大腦運轉密碼、揭開生命之謎是令無數科學家殫精竭慮的艱難課題。我國眾多科學家的探索腳步，清晰地印在了神經科學漫漫的發展路途上，他們在神經科學的發展中推動著人類在不斷自我找尋中發現新的未知。杭州師範大學教育學院心理學系教授李葆明就是這眾多神經科學家中的一員，他參與和見證了中國神經科學研究的發展歷程。
出生於江西宜豐縣的李葆明從小酷愛數學，1979年，李葆明參加高考，考入當時的江西大學（現南昌大學），陰差陽錯被錄取到了生物系本科學習。“當時懵懵懂懂的，根本不知道生物學到底要學什麼。”但幸運的是，他遇到了非常優秀的老師，特別是動物學胚胎學和解剖學老師，將生命的奧秘、動物的進化講得活色生香。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、胚胎髮育、人體結構，一筆一畫撥動著學生的心絃，李葆明就這樣被牽引著進入了一個神奇的世界。他感嘆於生命的神奇、進化的偉大，從此迷戀上了生物學，特別是當他看到英國動物學家珍妮·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》）後，李葆明大受觸動，從小被灌輸的知識是動物沒有思維、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，於是他產生了要從事行為神經生物學方面研究的想法。
1983年，李葆明考上了中國科學院昆明動物研究所的研究生，被中國科學院上海生理研究所委託培養，師從著名生理學家梅鎮彤教授，1988年到日本京都大學靈長類研究所進行聯合培養，師從靈長類前額葉皮層功能研究先驅久保田競教授（Kisou Kubota）。李葆明至今依然記得，為給他做出國擔保，梅鎮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保公證，並語重心長地對他說：“葆明，學成後，你可要回來，我們國家的科研事業方興未艾，正需要人才。”當時正值“出國潮”，很多人出國後，留在國外發展。但李葆明深深記得梅教授的囑託。1990年10月，李葆明按期歸國，在中國科學院上海生理研究所做博士後，之後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，並每年回昆明動物研究所開展學術交流。
2001年，李葆明隨楊雄裡院士加盟復旦大學，先後擔任復旦大學神經生物學研究所常務副所長、復旦大學腦科學研究院副院長、醫學神經生物學國家重點實驗室副主任，繼續開展大腦前額葉皮層認知功能的研究。李葆明的研究工作重點是學習記憶的神經機制，尤其是關於認知記憶的去甲腎上腺素能調控。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行了系統的研究，首次提供了行為藥理學和神經生理學的直接證據，表明前額葉皮層α2受體是工作記憶所必需的，為注意力缺損多動症（ADHD）的發病機制提供了新的理論認識，為開發無副作用的多動症治療藥物提供了新的靶點。
近些年來，李葆明專注於腦科學與教育融合方面的研究，重點關注父母照料對兒童前額葉皮層結構及認知功能發育的影響。為此，圍繞腦科學與教育的系列相關問題，記者採訪了李葆明教授。
李葆明
杭州師範大學教育學院心理學系教授、腦科學研究所所長。曾任中國生理學會副理事長，現任中國生理學會副監事長。
早期不良經歷對兒童認知和情感發展構成巨大威脅
《教育家》：李老師，近些年您一直在研究童年經歷對人一生的影響。俗話說“一朝被蛇咬，十年怕井繩”，人們對負面或痛苦的經歷會產生恐懼記憶。那麼童年時期負面的經歷是如何影響大腦認知功能的？幸福的經歷是不是可以促進大腦的發育呢？
李葆明：童年時期的負面經歷嚴重影響腦的認知功能，尤其是情感功能。這首先要從我們的大腦前額葉皮層說起。前額葉皮層是腦認知活動的最高中樞，它的重要性體現在注意力調控、行為抑制、工作記憶、行為計劃、思維推理、社會交往、情感調控等方面。前額葉皮層（尤其是前額葉眶回和背外側部）的結構和功能的發育成熟需要漫長的時間，發育過程一直持續到20歲或更晚，對於童年時期的負性應激高度敏感。
研究表明，患有虐待相關的創傷後應激障礙（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於正常兒童；虐待經歷發生時的年齡越小，虐待持續時間越長，腦的體積就越小，學校課程成績越差；家庭應激事件越多，眶回功能發育越差。一句話，身心受到虐待的兒童，腦的結構和功能發生變化，早期不良經歷透過這種潛在機制對兒童的認知和情感發展構成巨大威脅。
同樣地，兒童早期遭受的忽視也會導致大腦基本結構受損，包括大腦白質神經纖維連接出現偏差，髓鞘化的軸突顯著減少。神經纖維連線的靶向特異性降低、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知功能中發揮作用。這些發現揭示了早期逆境如何影響大腦前額葉皮層的結構與功能，並解釋了與忽視相關的兒童認知功能缺陷。
幸福的經歷當然會促進兒童大腦功能發育。教育家顧明遠說：“沒有愛就沒有教育”。大腦的發育是一個漫長的過程，突觸的形成和神經迴路的構建主要發生在出生前後。人類在出生後數月中，大腦的突觸迅速形成，密度與成年時接近；1—2歲時所有腦區的突觸密度達到高峰，比成人高50%。大腦不同區域的突觸密度達到高峰的時間點有所不同。人類和非人靈長類動物初級感覺和運動皮層（例如，視皮層）的突觸密度在出生後8個月內達到高峰，而高階聯合皮層（例如，前額葉皮層）的突觸密度在出生後15個月左右達到高峰，這種高密度突觸水平一直持續到青春期，之後不斷經過“修剪”減少至成人水平。這種“修剪”過程受成長環境和生活經歷的調控。快樂、幸福、豐富的生活和成長環境促進突觸的成熟和神經迴路的鞏固，尤其是在那些與學習記憶、認知功能和情感調控密切相關的腦區，例如海馬區、邊緣系統和前額葉皮層。
高質量的母親照料促進嬰幼兒的腦發育和情感發展
《教育家》：現在都在探討“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致大腦基本結構特性受損。那麼，父母照料對嬰幼兒大腦結構與功能有哪些影響？從您的專業角度出發，您對年輕父母有什麼具體建議？
李葆明：兒童腦的發育和心智成熟是一個漫長的過程，需要家庭、學校和社會巨大和持續的投入，首先是父母愛的投入。以親子關係為例，親子依戀關係，尤其是母嬰依戀關係，是最緊密、最牢固的人際關係。來自母親的有質量的照料是嬰幼兒大腦正常發育的重要保證。母嬰依戀關係形成的關鍵期是在嬰兒出生後的6—18個月，依戀關係的有無以及質量的好壞對嬰幼兒產生巨大的影響。在嬰兒出生後的幾年裡，來自母親的忽視或母嬰分離對嬰兒前額葉皮層的結構、認知功能及心理情感活動產生深遠的負面影響。
研究表明，在母親與嬰幼兒的互動過程中，母嬰雙方體內的催產素分泌、腦電活動節律、心率乃至心理行為均會出現同步化。無論是在系統發生（進化）上，還是在個體發育中，催產素和多巴胺這兩個分子驅動著母嬰依戀關係的建立與維持。在催產素和多巴胺的作用下，母親更願意付出巨大的努力去養育和照料孩子；而健康成長的孩子以及表現出來的豐富依戀行為，反過來激勵母親更多的養育付出。因此，母嬰親子關係的互動是不可替代的，它是由生命進化和基因所決定的。
母親照料（母愛）對嬰幼兒大腦神經元精細結構、突觸傳遞、認知功能和心理發育有著巨大的影響。高質量的母親照料促進嬰幼兒的腦發育，而低質量的照料或母愛的缺失則顯著延緩或損害嬰幼兒的腦發育。在動物上的實驗研究表明，母嬰分離導致子代前額葉皮層神經元樹突上的成熟型樹突棘減少（樹突棘是神經元的訊號接收“天線”），神經元軸突上的髓鞘化受損或穿孔（軸突是神經訊號輸出的“電纜”，髓鞘是包在“電纜”外的絕緣層），工作記憶等認知功能變差，並表現出焦慮樣的行為，這種負面影響持續到成年。流行病學調查發現，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託付給他人或機構，要儘可能親自給孩子提供優質的照料和撫育。
學業負擔過重會破壞兒童大腦的功能靈活性和可塑性
《教育家》：學習和記憶是腦的基本功能，學習和記憶是大腦神經迴路對環境變化的適應，它使我們能對以往經歷的事情做出恰當的反應。中小學生的首要任務是學習，那麼，關於學習記憶，您有什麼特別要對家長、學校說的嗎？
李葆明：學習有不同的方式，包括非聯合學習（習慣化和敏感化）、聯合型學習（巴甫洛夫條件反射和操作式條件反射）、認知社會學習（隱性學習、觀察學習、洞察學習）。記憶有不同的型別，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“內隱記憶”，包括習慣形成、啟動效應、知覺記憶、分類記憶、運動技巧、認知技巧、情緒記憶），不同型別的記憶依賴於不同的腦系統。
我們透過認知和社會學習來獲得知識。家長一定要多帶孩子走進大自然、走進植物園、動物園、圖書館、博物館，走進社會，讓孩子在不知不覺中學習，在觀察和模仿中學習，而不是無休止地逼著孩子寫作業，上各種各樣的補習班。
兒童的陳述性記憶能力是超一流的，可以利用這一點讓他們多背誦一些經典（例如，單詞、童話、詩詞，等等），但沒有必要刻意去訓練他們的記憶（例如，記憶撲克牌、記憶那些毫無意義的“人造記憶素材”），因為這種訓練極有可能會破壞兒童大腦的思維靈活性。如果一定要訓練孩子的記憶，我建議重點訓練工作記憶能力，因為工作記憶和執行功能是認知活動的核心要素。
相對於陳述性記憶，兒童最需要訓練的是非陳述性的記憶，例如習慣形成（生活習慣、學習習慣）、分類記憶（知識分類、思維導圖）、運動技巧（體育運動、樂器演奏）、認知技巧（美術、寫作）。為什麼這麼說？因為非陳述性記憶非常不容易獲得，需要大量的訓練，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成存在“機會視窗期”或“關鍵期”，錯過了機會視窗期就很難建立。
大腦是由神經元和膠質細胞組成的。神經元是大腦的基本功能單位。然而，單個的神經元是無法實現神經功能的，神經功能的實施依賴於神經元與神經元之間形成的神經通路或神經網路。神經元與神經元之間的通訊透過突觸連線來實現。突觸資訊傳遞（“突觸傳遞”）的效率並非固定不變，而是有著巨大的可塑性，這個環節出現問題，將導致腦功能的異常。神經科學研究表明，突觸可塑性是學習、記憶和認知功能的基礎。
學業負擔過重會導致疲勞，使得應激激素（腎上腺素、皮質醇等）及過氧化物大量產生；這些“垃圾”分子嚴重破壞大腦海馬區、杏仁核、邊緣系統及前額葉皮層的突觸可塑性，從而損害學習、記憶、情感和認知功能，破壞兒童大腦的功能靈活性和可塑性。
極端應激將嚴重損害認知能力，尤其是依賴於前額葉皮層的執行功能。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激總量存在關聯。具體地說，累積的應激總量越大，前額葉皮層灰質和白質越小，工作記憶能力和執行功能越差。例如，兒童青少年長期處於超負荷的學業壓力下，前額葉皮層灰質和白質的體積會變小，作為學習能力重要指標的工作記憶會變差。學習壓力等負面情緒的累積導致前額葉皮層結構的變化，從而損害兒童青少年的認知功能。
因此，家長、學校要避免給孩子們佈置過重的學習任務。“保護兒童大腦”應該成為全社會的共同行動，這關係到我們國家的未來。
教育需要遵循神經科學揭示的腦認知活動的規律
《教育家》：腦科學的發展為教育研究與教育實踐帶來了許多新的思考，由於它注重教與學的腦生理機制，強調教育的實證研究，明確指向教育決策與實踐的科學化，近年來已成為許多國家教育發展的戰略基礎。那麼，腦科學如何應用到教育中？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的腦科學（神經科學）取得突飛猛進的發展。在這一過程中，越來越多的腦科學研究者開始對和教育有關的腦科學問題給予特別關注，中國“腦科學計劃”對和教育有關的腦科學問題的研究也給予了特別的重視。同時，教育界與民眾呼籲我們的教育實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用科學手段改進我國教育實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，開發腦的認知”的重要途徑，需要遵循腦科學揭示的腦認知活動的規律。正如楊雄裡院士所強調的那樣，“教育作為一種生產力、生產關係和政治的綜合反映，有它特有的規律。我們在考慮教育的走向、教育的方式、教育的佈局和資源分配的時候，必須把教育所具有的、特有的規律和遵循腦科學的規律融合統一起來”。我認為，這應該是“教育腦科學”或“教育神經科學”的基本遵循。
教育神經科學不是單純的教育學、心理學或神經科學，而是一個新型交叉學科。在我國當前形勢下，教育神經科學首先應該是面向教育問題的神經科學研究。兒童大腦具有巨大的可塑性，但又非常脆弱。我國教育發展不充分、不平衡的現狀，使得分數及升學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、學習負擔過重、睡眠嚴重不足、運動鍛鍊缺乏，等等。教育神經科學首先要對這些問題開展深入研究，用科學告訴全社會，這些問題是如何摧殘兒童的大腦和天性的。
另一方面，基於神經科學的教育方式方法創新正在成為教育神經科學的發展方向。人們寄希望透過對教育實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、學校教育、社會教育，學習、記憶、認知、情感）的腦結構、腦網路、腦功能開展研究，以期把實驗室研究成果應用於指導課堂教學實踐。然而，教育是一門系統科學和工程，有著自身特有的規律，腦科學目前能夠給教育提供的啟示還相當有限。正如楊雄裡院士所說，“在正確處理腦科學和教育之間的關係上，還有漫長的路要走。在這一過程中，教育家和腦科學家攜手並進，有希望探索出一條適合國情、適合現狀的道路。”
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來源 | 本文刊於《教育家》2021年8月刊第4期，原標題《童年時期負面經歷嚴重影響腦的認知功能——專訪中國生理學會副監事長、杭州師範大學教授李葆明》
文 | 本刊記者 王湘蓉 邢曉鳳
編輯 | 王楠
設計 | 朱強
統籌 | 周彩麗
