教育神经科学:心理健康教育新视角

〔摘 要 〕教育神经科学是教育科学、认知科学、神经科学等学科知识与技能的高度整合,它是认知神经科学在教育领域的运用,它的兴起使得心理健康教育研究可以尝试通过神经活动来解释精神活动.

〔关 键 词 〕教育；神经科学；心理健康；大脑

〔中图分类号〕G44 〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1671-2684（2014）03-0004-03

揭开大脑的秘密一直是人类孜孜以求的目标.早在19世纪,Gall便提出所谓“颅相学”（phrenology）,可算是朝此目标努力的一次大胆尝试.颅相学认为特定脑部区位负责特定的认知功能,大脑可以被分为35个不同的区域,并声称头壳骨较大的凸起代表着这块区域被较频繁地使用,甚至头皮的形状也会影响行为的表现.他们的努力无疑是失败的,因为当时并不具备达到这一目标所必须拥有的两个基本条件：一是能够采用独特的实验方法控制和分析人的心理过程；二是可用于研究人类脑功能的无损伤性研究技术和设备[1].20世纪90年代认知神经科学的发展为人们更精确地认识大脑提供了可能.认知神经科学运用ERP（事件相关电位）、PET（正电子发射计算机断层扫描）、fMRI（功能性核磁共振成像）、EEG（高精度脑电）、MEG（脑磁图）等神经成像技术,把行为、认知和脑机制三者有机结合起来,试图从分子、突触、神经元等微观水平上和系统、全脑、行为等宏观水平上全面阐述人在感知客体、形成表象、使用语言、记忆信息、推理决策时的信息加工过程及其神经机制.认知神经科学一经诞生便对众多学科发展产生了重要影响,它开启了脑发育、脑认知、意识与无意识脑机制以及记忆的脑机制的微观研究,验证了过去许多脑伤或行为研究的理论,也开启了脑与心智研究的新局面.

随着认知神经科学的发展,众多研究者和各国政府开始重视认知神经科学发展对教育的影响.有研究从认知神经科学角度考察人类学习行为,并提出了生理理论、表征理论和信息加工理论等三种心理学理论[2].特别是对“发展与教育”的问题的揭示为丰富教育科学视野提供了重要的科学依据[3].2003年,美国哈佛大学推出了“心智、脑与教育”研习班,将研究心智的心理科学和研究脑的神经科学,落实在教育研究和实践中[4].2005年,中国科技部将“脑科学与认知科学”列为八大前沿科学问题之一,并成立国家重点实验室[5].近年来,认知神经科学在知觉、记忆、阅读、注意力等领域取得了一系列成果.有关研究结论和成果将成为教育改革和思维训练的重要理论基础,势必对教育科学的发展产生重要影响.因此,有研究者提出从认知神经科学角度解读教育现象和规律,于是,一门整合认知神经科学与教育科学的新兴交叉学科——教育神经科学诞生了.

一、什么是教育神经科学

教育神经科学（Educational Neuroscience）是教育科学、认知科学、神经科学,特别是认知神经科学等学科知识与技能的高度整合,它不仅是认知神经科学在教育领域的运用,而且具有教育科学的特点,可自成学科体系的一门新兴交叉学科.众多研究都有一个共识,那就是这一交叉领域的研究将改变教育科学长期以来缺乏科学实证依据的现状,将教育科学研究的领域拓宽到突触、神经元等分子水平的微观层面.但是,对于这一研究领域有没有自身的学科体系,这一学科的研究领域、研究方法以及学科性质与名称等一直存在争议.由此造成了学科名称的千差万别,如“教育神经科学”“神经教育学”“学习科学”等.

事实上,有关认知神经科学与学习、教育的研究,早在认知神经科学诞生之初就有人提出.西方学者Chall和Mirsky把认知神经科学与学习、教育交叉研究产生的新兴学科称为教育神经科学[6].他们认为,教育神经科学是将生物科学、认知科学、发展科学和教育科学等学科的知识与技能进行深度整合,提出科学的教育理论、践行科学的教育实践、具有独特话语体系的一门新兴学科[7].在国内,著名的生物电子学家、教育学家韦钰把这一领域称为神经教育学.她认为神经教育学是基于认知神经科学、情感神经科学、分子生物学等学科的发展而产生的.神经教育学是一个交叉跨度很大的新学科,研究是多层次和多途径的,从分子层次（基因）、细胞层次（突触）、通路和网络、系统,一直到行为层次[8].张定璋也认为脑科学在教育中运用,以及神经心理学与脑本位教育促使了神经教育学诞生[9].无论何种观点,从当前这一研究领域还不成熟的情况来看都是非常宝贵的.从他们的观点也可以看出,这一新兴学科的诞生,与脑成像技术进步之后人们对神经元的微观活动的认识密不可分,而这就是认知神经科学.因此,把这一新兴的交叉研究领域称为“教育神经科学”更为确切,也更有利于该学科的发展.

二、教育神经科学的学科性质

如果说认知神经科学的研究领域是脑认知,那么教育神经科学的研究领域就是教育实践,即掌握认识脑、开发脑的教育路径.因此,教育神经科学首先是要把握教育规律,解决教育问题.不同于其他教育分支学科的是,它运用了神经科学、认知科学、分子生物学等研究手段.教育神经科学应该是教育科学的分支学科,而且是其基础学科.因为当代认知神经科学的基本研究命题是人类意识和智能的脑机制,这不仅成为生物脑和人工脑（电脑）研究的结合点,也是医学和教育学发展的重要理论基础[10].另一方面,从认知神经科学的发展来看,教育神经科学的诞生,不仅仅是教育科学汲取认知神经科学营养的发展,也是认知神经科学的教育研究领域的拓展.从这个层面上来说,教育神经科学是认知神经科学的应用.

认知神经科学吸收认知科学和行为发展科学的理论,以及神经科学和遗传学的新技术而发展,并逐渐形成了认知神经心理学、认知心理生理学、认知神经生物学和计算神经科学等众多分支学科.它的这种高交叉和分化必然导致教育神经科学的高度综合性.教育神经科学的诞生与发展是人类知识从整合到分化,再到整合的必然趋势,已经不能简单地把它视作哪一个分支学科.教育神经科学的诞生从某种意义上已经模糊了社会科学、人文科学和自然科学的界限[11]. 三、教育神经科学发展对心理健康教育研究的启示

(一)通过神经活动解释精神活动

在认知神经科学研究中,通过脑认知成像技术所观察到的是伴随心理现象而发生的脑神经生理活动.通过生理活动可以量化分析精神活动的特异性,不少研究揭示了心理现象与脑神经活动的相关关系[13].但是,脑成像技术也有其局限.一方面,脑功能成像技术能够提供进行不同认知活动时相关的脑部活动信息,但目前还无法确定大脑区位与认知功能之间的因果关系.我们只知道进行某类认知活动时某些脑部区域会有较强的活动,却无法知道这些脑部区域的活动是否为进行相对应认知功能的必要条件.另一方面,目前PET和fMRI成像的空间和时间分辨率都很低；脑光学成像技术由于不能穿透颅骨,只适用于动物实验；多道脑电图和脑磁图可以实现毫秒级的时间分辨率,然而其空间分辨能力却非常差（厘米级）[14].

然而,我们可以通过分离性研究与整合性研究相结合来解决上述问题.认知神经科学的研究发现,一方面,有时两个非常相似的心理现象,产生了非常相似的行为,但事实上他们依赖于不同的内部神经机制.例如,个体记忆社会性信息和非社会性信息的能力是类似的,这是否意味着社会信息和非社会信息的编码、提取具有相同的机制呢?对此,尽管目前没有一致的结论,但是最近的fMRI研究发现,参与社会信息和非社会信息编码的脑机制是分离的,非社会性信息编码和海马的激活有关,而社会性信息编码和丘脑背内侧前额叶皮层的活动有关[15].另一方面,有时两个心理过程或经历表面上看起来差异很大,研究者通常会认为它们可能依赖于不同的机制,但事实上它们依赖于同一种加工机制.如果不同形式的社会认知激活了相同的脑区,经过控制刺激的强度、认知目标和注意资源都能导致相同的脑皮层激活模式,那么就有理由认为这两种认知过程可能具有相同的大脑加工机制.这两种研究方式分别是分离性研究和整合性研究,将两种研究方式结合起来不仅可以确定表面上彼此不同现象之间的共同机制,也可以用于区分表面上相似的现象.运用相结合的方法研究社会性心理现象的潜在的神经认知结构,有可能发现不同社会现象的共同的神经生理基础,从而提高描述社会现象的精度.

揭示精神活动、心理健康问题的神经基础解释,对于推动心理健康研究的自然科学化,研究结果量化、标准化有着重要意义.

(二)通过生理机制还原心理现象

心理现象是人脑对客观世界的反映,也是脑的机能.尽管努力识别脑系统与心理现象之间的联系在认知神经科学的起初阶段是必要的,但这个学科发展的最终目的,是要超越大脑与行为的相关关系,通过多水平的整合研究来体现它的跨学科性质.有研究者提出全新的认知范式,试图打破“心理现象与生理机制”这种传统的二元格局.主张专注于构造身（脑）—心互动的动力系统模型.在此,传统的“生理机制”概念被赋予了新的内涵,它仅作为大脑、身体与环境共同塑造心理的三位一体中的一个方面而存在.脑及神经活动既不被动地接受来自身体、环境的作用,也不独立地作为心理以外的因素作用于心理.它们也可与身体、与环境构成不同动力系统中的偶合关系.甚至在更宏观层面上,也可与“心理”形成高级的动力系统.虽然,在当前认知神经科学研究的条件下,企图将心理现象还原为生理机制是几乎不可能完成的任务.

如果能将脑电成像与功能性磁共振相结合,将心理现象还原为生理机制不是没有可能的.脑电成像与功能性磁共振成像技术各有优缺点,一方面,脑电或脑磁成像有理想的时间分辨率,但空间分辨率很差；另一方面,功能性磁共振或正电子发射层描术有准确的空间分辨率,但时间分辨率很差.如果将两类图像共同投射到结构图像上,将会是认知神经科学研究的重大突破,也是当前这一研究领域的重要技术路线.这种方法的整合包括对同时记录的两类影像学实验数据进行空间—时间的联合分析,例如,fMRI与EEG结合,通过MRI/fMRI对EEG/MEG的发生源进行定位.但是不同影像学方法测量的是不同的物理现象.EEG和MEG反映的是脑细胞生理活动中电磁场变化；而fMRI和PET反映的是脑细胞活动伴随的能量代谢的变化,包括脑血流、血氧和葡萄糖代谢率的变化.所以,这些方法并不一定能够对神经活动进行共同的测量,两类不同方法得到的数据之间也不一定是一一对应的.也有研究者提出MSI（磁源成像）和fMRI联合使用可以解决这一问题.可见,多种脑成像技术的整合是当前认知神经科学发展的必然趋势.

(三)通过神经机制印证理论检测设

当前心理健康教育的理论验证更多是经验性的总结,如果能通过认知神经科学的发展找到心理治疗理论的神经机制证据,就能有效提高理论的说服力,也使得理论检测设与神经机制相互印证.当前认知神经科学已经发现了记忆、学习、注意、推理过程与脑激活区域的关系.如,在基底节的激活和传统的学习过程相关；位于边缘系统的海马区和副海马区激活表示明晰性记忆发生；当需要监测误差和冲突时,前扣带回会激活；70岁人的大脑仍会长出新的神经元（在海马状突起处）,而且能够使大脑恢复部分功能等.这些成果为学习理论和终身教育理论提供了神经机制的实验证据.

认知神经科学的研究以已有的理论检测设为出发点,寻找神经机制水平上的证据.理论构建实质上是一种自下而上的研究策略.以往心理学家利用高度简化的方法集中研究人的基本心理过程,而几乎不考虑引起和影响这些能力的个人生理因素与外在情境条件.认知神经科学发展使众多研究者试图寻找个体情绪、认知、记忆、注意以及学习等有关心理过程的神经机制,这实质是一种自下而上的研究策略.现实研究中往往两种研究策略相互分离,但越来越多的研究者意识到自上而下与自下而上的研究取向不能孤立地应用,因为它们本来就联系紧密,不同神经通路是由特定任务激活的,而任务的完成又依赖于个人整体的心理状态.理论构建和神经机制的相互印证是整合理论神经机制的惟一出路.如以某一理论检测设为出发点,当研究的结果与已有的理论检测设出现冲突的时候,再基于神经机制研究的结果对原有理论进行修改甚至重构. 主要参考文献：

[1]刘昌.认知神经科学：其特点及对心理科学的影响[J].心理科学,2003,6.

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[8]韦钰.从神经教育学的兴起看学科会聚的新趋势[J].Retrieved February 29,2008,from http：//blog.ci123./weiyu/entry/10063.

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[15]Mitchell,J. P. ,Banaji,M. R. ,& C. N. Macrae. The Link between Social Cognition and Self Referential Thought in the Medial Prefrontal Cortex[J]. Journal of Cognitive Neuroscience,2005,（17）：1306-1315.

（作者单位：安徽师范大学教育科学学院,芜湖,241000）

编辑 / 杨 怡 终校 / 于 洪