第五章 人类的大脑

第五章人类的大脑主讲：王会霞关于人脑研究的意义•其一，国际会议决议将20世纪90年代确定为大脑研究的十年；•其二，将二十世纪七十年代和80年代的神经生物学研究成果推广到90年代的教育政策中；•其三，脑神经成像技术越来越多地应用到认知作业的研究中。问题：人们在大脑的研究上能否像在基因科学研究中发现DNA的结构一样取得突破性的进展？（Damasio，1994）•作为思维发源地的大脑既要处理微观和宏观组织水平的数十亿的神经元细胞的活动，本身也要接受局部和整体对其活动的影响。•思维与大脑并不是只有一个答案，而是由多种可能性,因此，需要开发能够检测到人脑结构和功能的多水平的各项技术。潜在的问题：新的发现可能会掩盖人们清晰思考的能力。（Damasio，1994）简而言之，围绕脑的自然学习的最佳方式创设或变革组织，可能是最简单的最为关键的教育改革。事实上，在所有的改革中，发展基于脑的学习取向会获得对于所投入的时间、精力和金钱的最佳回报。（美）詹森《基于脑的学习》学校必须解放思想，让科学来为我们解答这些简单而又基本的问题：“脑怎样才能学得更好？”和“我们怎样才能成功地创拟适合脑的学习型组织？”《基于脑的学习》建立“基于脑、适于脑、促进脑的教育”，根据脑发育与活动规律，根据脑认知功能、情感功能和自我意识等高级功能的前提下建立适应儿童认知能力发展特点的教育教学方法和教学组织策略、教育评价方式方法等，真正奠定教育的科学基础，做到科学地教与学，努力提高教与学的质量和效率，已成为世界各发达国家教育科学研究和改革的重点之一。董奇《脑科学与教育译丛·序》如果说我们没必须了解脑就可以进行教学，就如同医生没必须了解身体就可以去治疗病人一样。过去，人们认为脑是一个难以认识的神秘“黑箱子”，我们可以观察到进入大脑和从大脑反映出来的东西，但是对于内部的动作操作过程我们却一无所知。现在，我们能够通过研究去揭开这个神秘的“黑箱子”，我们就不能轻率地忽视对其研究，更不能轻率地断定关于脑的研究对教学没有任何意义。实际上，我们对脑的了解越丰富，就越能够更多地应用它进行教育教学。（美）沃尔夫《脑的功能——将研究结果应用于课堂实践》•一、了解认识我们的大脑•二、大脑发展的关键期•三、多元智能与男女差异•四、脑与学习•五、脑科学研究给我们的启示1、人类与其它动物脑细胞比较一、了解认识我们的大脑2.脑细胞的分类与功能神经细胞130-1000亿负责信息处理（神经元）10%胶质细胞90%树突数多个小负责信息接收轴突独个粗大负责信息输出为神经细胞提供营养与支持，像黏合剂一样，将神经细胞固定。胶质细胞是脑内最常见的细胞，它与神经元的数量比例约为10：1胶质细胞的一般类型脑细胞（神经元）神经元之间的联系•神经元之间不是相互接触一起，而是以一种电化学方式通过一个极细微的空隙相互联系。这种特殊的联系方式叫突触。•一个神经元可以接受多达成千个突触的输入，这些输入到达神经细胞的部位在树突、胞体和轴突的分布各不相同，从而产生的作用也复杂多变，这正是人类脑功能活动多样性的基础。学习在突触产生神经元是如何形成联结的•通过“轴突—突触—树突”的通路，电信号转变为化学信号，再转变为电信号。3.大脑结构之一：三位一体的大脑根据美国科学家卡尔萨根的研究，人的大脑分为三个部分，一、新皮质。二、边缘系统。三、爬虫复合体。人脑最古老部分都在爬虫复合体（由神经解剖学家称为的嗅觉沟回、层状体和苍白球等三部分组成），人和爬行类、哺乳类都有，很可能是从几亿年前进化来的。围绕着爬虫复合体的是边缘系统，之所以这样命名是日为它毗邻在大脑皮层下，边缘系统是我们同哺乳动物共有的，也是我们同爬虫类共有的，但不那么完善精细，这大约进化了一亿多年或五千万年以上。最后就是覆盖在脑的其余部分上的显然是最新进化的堆积物——新皮质，同高级动物和灵长目动物一样，人的新皮质相当大。越发达的哺乳动物其新皮质增长越大，新皮质进化得最出色的是人（还有海豚、鲸鱼），这大概已有几千万年的进化史了。=13.大脑结构之一：三位一体的大脑古脑（爬行脑）——脑干：负责非随意性行为如心跳、呼吸旧脑（哺乳脑）——边缘系统：掌管吃喝、繁殖、情感新脑（新皮层）——皮质古皮质：嗅觉性：调节内脏活动，鱼类已有新皮质：爬行类——哺乳类——人类占96%三位一体的大脑模型大脑结构：脑干及边缘系统脑切面图脑干：生命中枢、监控呼吸、体温、血压、消化、脑的觉醒边缘系统：丘脑：所有感觉信息（除嗅觉外）首先进入丘脑，然后传入其它部位进一步加工。海马：（开关像海马得名）巩固学习和记忆中起重要作用进行信息的转化，来自工作记忆的学习通过电信号传导方式转入长期储存区，此过程需几天或数月。杏仁核：在情绪中具有重要作用大脑皮质：约占脑重80%以上表面灰白色、多皱褶，并刻有被称为沟回的裂纹。最大的裂纹从前向后，将脑分为两半，左右两个半球通过1个由2.5亿条神经纤维组成称为胼胝体的厚纤维来相连。大脑半球由一层很薄但非常紧密的皮层覆盖。小脑：大脑尾部的下端，协调并控制多种身体运动。▲大脑皮层覆盖大脑的全部表面，神经细胞最密集的地方。平均厚度2.5毫米，总重量约600克，占大脑总重的40%上面有很多褶皱，使面积增大，铺平可达2200平方厘米。1/3露在表面，2/3位于褶皱里面。褶皱形成深浅不等的沟，隆起部分称为脑回，沟回的多少与智能高低相关密切。▲血脑屏障大脑对血液需求很大，脑重占体重1/50，血的供应量却占1/5。脑活动时依赖稳定而丰富的血液供应。其它组织细胞内皮细胞构成的毛细血管上有张开的小孔皮内细胞与内皮细胞连接处有缝隙脑与脊髓细胞毛细血管上的内皮细胞的小孔是闭合的内皮细胞间细胞膜互相融合，没有缝隙吸收排放比较不能吸收排放内皮细胞外还有神经膠质细胞包围着。使大脑对于物质有了选择性，这种特殊结构称为“血脑屏障”可以有效防止许多有害物质进入大脑。但酒精、毒品等可以通过血脑屏障。4.大脑结构之二：左右脑胼胝体是联结左右脑的两束神经纤维中较大的胼胝体左脑支配的学习者可能更加经常：•更喜欢有序的事物•从部分到整体学习得最好•更喜欢语音阅读系统•喜欢词汇、符号与字母•宁可首先阅读主题•要洪相关事实信息•更喜欢详细有顺序地教学•更关注内在经验•要结构性与可预测性右脑支配的学习者可能更加经常：•更喜欢随机事物•从整体到部分学习得最好•更喜欢整体语言阅读系统•喜欢图画、图像和图表•宁可首先看见或经历主题•要汇集有关事物之间关系的信息•更喜欢自然的、随波逐流的学习环境•更关注外部经验•要开放性取向、新导和意外•总结对大脑三十多年的研究，左右半脑功能主要区别在：•1、左脑控制右半侧身体，右脑控制左半侧身体。•2、左半脑按先后顺序进行活动，右半脑同步同时进行活动。•3、左脑精于读字面语意，右脑精于读懂话外音。•4、左脑分析细节，右脑考虑全局。•5、对自我的感知主要在右半脑，对他人的感知主要在左半脑。5.大脑结构之三：四个脑叶大脑分左右两个半球，每个半球又分为四个主要的脑叶脑叶脑的主要功能区四大脑叶成熟的顺序枕叶——顶叶——颞叶——额叶了解大脑的功能分区，就有了开发大脑的科学依据脑的三大基本功能区第一功能区位于大脑中心的部分掌管人的觉醒状态，负责人的注意活动第二功能区包括顶叶、颞叶、枕叶接受视、听、触觉信息，形成感觉、知觉、完成认知，如对言语信息的理解（婴幼儿、小学）。第三功能区额叶负责人的反应活动，并对脑的各部分活动进行统合（小、中学）。二、大脑发展的关键期（敏感期）▲大脑的潜力有多大大脑具有庞大的记忆容量，信息容量比国家图书馆大得多。科学家对大脑潜能的估计20世纪初詹姆斯大脑已用的占10%未开发90%20世纪中米德大脑已用的占6%未开发94%20世纪末奥托大脑已用的占4%未开发96%为什么？答案：脑的可塑性。神经细胞不能再生，但可以建立联结，形成神经网络。关键期是大脑发育的重要阶段最早提出关键期理念的是意大利早期教育专家蒙台梭利。她认为，婴儿生命的最初三年，是一生智力发展的关键阶段。婴儿生命的最初三年，是神经细胞形成树突的关键期。美国著名心理学家布鲁姆对近千名儿童从出生到成年跟踪研究，结果表明：5岁前为智力发展最为迅速的时期。如果17岁——100%1岁——20%4岁——50%8岁——80%13岁——92%▲人的智力发展的关键期神经网络的形成铺路原理：先少后多→先多后少大脑重量出生时1磅左右，一岁时增至2磅。重量与体积的增加是由于神经元体积加大，树突成分增长，轴突的髓鞘以及胶质细胞增加。幼儿2岁时，突触数量已达成人水平。3岁时约有1000万亿个突触，这种密集状态是成人的2倍。有用的得以强化，无用的得以修剪。蒙台梭利：在人的一生当中，幼儿期智力发展最快。这一时间也被称做智力发展的“敏感期”。在“敏感期”内开发智力，其效果是事半功倍；而错过“敏感期”则是事倍功半，甚至会造成永远无法弥补的过错。▲蒙台梭利提出的儿童敏感期感官敏感期0——5岁语言敏感期0——6岁秩序敏感期0——4岁动作敏感期0——6岁细节敏感期1.5——4岁书写敏感期3.5——4.5岁阅读敏感期4.5——5.5岁社会规范敏感期2.5——6岁文化敏感期6——9岁•《蒙台俊利教育法》2009.5第一版中国商业出版社张云晓一书中的提法：《0——6岁，敏感期开启孩子一生》0——2岁半视觉听觉口和手渴望爱行走语言2——3岁左右空间关注细小事物秩序模仿自尊3——4岁左右审美自我意识执拗4——5岁左右情感表达人际关系绘画音乐5——6岁左右阅读书写数学喜欢动植物社会规则与活动儿童脑成熟的关键期图中显示了某些学习的敏感期青少年的脑：发育中青少年的脑是一幅蓝图而不是已经建成的摩天大楼。美国精神健康研究所的Jay博士已经通过核磁共振的脑扫描证实，从儿童时期的脑到成人的脑不是一朝一夕形成的，必须经过在青少年时期不断修剪旧的神经元联结，同时形成新的神经元联结的过程。著名教育心理学家皮亚杰（认知理论和信息加工理论创始者）认为，学生在青少年时期，其短时记忆能力会有一个质的提高。但他没有从根本上解释这是为什么，直到美国加州大学一位博士通过核磁共振扫描才证明，青少年时期脑的新的灰质、白质、树突和突触的形成使得学生能够记得更多、更牢。青少年时期脑的显著变化图•青少年时期，海马会生长出大量的树突和突触，使得短时记忆功能在这个时期迅速提高。一般短时记忆容量为5-7个单位，而青少年可以记住7-9个单位，所以他们可以很快地背下十四行诗，记住数学公式和定理。•大多数智力活动需要脑的两个半球共同完成。青少年时期，胼胝体不断生长出更多的树突和突触，体积越来越大。•20世纪90年代，美国Jay博士对145名健康孩子（4-21岁）进行核磁共振扫描，并每隔两年一次跟踪，证实青少年时期灰质仍有过度生长的情形出现。•“用进废退”（法国生物学家拉马克）同样适用于青春期的青少年。青少年时期形成的神经联结可以受用一生，而不用的联结就会永远被淘汰。•这是一个可以提高脑功能的重要机会，也是一个可以浪费脑潜能的机会。在青少年脑的发育过程中，不断进行着建构。顶叶（负责加工视、听、嗅觉信息）、颞叶（负责加工语言、情绪信息）、小脑（负责协调和思维技巧）以及海马（负责短时记忆）都随着神经元的过度生长和修剪得以完善、发展。顶叶的灰质直到人12岁才完成发育过程，然后才开始修剪，而颞叶到16岁才完成生长。大脑神经元不是同时开始髓鞘化的，最后完成髓鞘化的是脑的前额叶，这个脑区负责抽象思维、语言和决策。随着前额叶在青少年时期的髓鞘化，青少年逐步具备了假设、洞察未来，演绎、分析和逻辑推理的能力。•前额叶控制我们冲动的一面，教化我们的天性。它和杏仁核（负责控制激烈的情绪反应）之间的关系非常有意思。高兴、害怕、生气等情绪都发生于杏仁核。当遇到外界刺激时，青少年和成人的脑反应模式完全不同。成人会更多通过前额叶而较少通过杏仁核来反应，因此会理智；而青少年主要依靠杏仁核来反应，因此非常情绪化。•小学阶段的关键期•1、培养良好行为习惯（尤其是与学习有关的）•2、想象能力、具体抽象思