教育与脑01:脑的结构与功能

是心,还是脑?


我们有过伤心、难过或者抑郁的时候吗?

在一次志在必得的竞争中发挥失常痛失机会?与亲人好友的别离?不小心错过了一件对你来说非常重要的事情,比如一场讲座、一次约会或者期盼已久的周杰伦的演唱会?

当我们难过时,我们如何难过?

是情绪低落,是心理失衡,是状态紊乱,那么我们是怎么产生了这种状态?

是心,还是脑?


按照我们传统的观点,明显是心嘛,怎么会是脑呢?不然我们四书之一《大学》里怎么会有“诚意正心”(“心不在焉,视而不见,听而不闻,食而不知其味。此谓修身在正其心。”)的论述,《毛诗序》怎么会有关于诗起于心(“诗者,志之所之也。在心为志,发言为诗。情动于中,而形于言。”)的深情咏叹,怎么会有王阳明关于一朵花(“你未看此花时,此花与汝心同归于寂,你来看此花时,则此花颜色一时明白起来。”)的动人表达,又怎么会有“心境”、“安心”这样深入人心(瞧,心又一次出现了哦)的说法。

那么,穿越历史的层层烟云回到彼时的现场,我们思考一个问题:这里的心,是心脏吗,那个拳头大小、状若桃子,位于横膈之上,两肺间而偏左的生理器官;还是关乎感觉、知觉、情绪、意识的某种抽象化、人格化了的精神的东西?

当我们说“心”时,我们在说什么?


我们来看一项关于“心灵感冒”抑郁症的研究。

据《科学美国人》中文版《环球科学》发布的一项研究显示,抑郁症患者中脑内的白质发生了变化。

相关实验中,科学家采用一种基于磁共振成像的尖端新技术绘制大脑中白质的区域,对大脑中的纤维建立模型。经过测试不同脑区灰质体积和白质完整性,研究人员发现虽然皮层体积无显著性改变,但具有抑郁症状的患者其大脑中白质完整性下降(即白质纤维损害),而没有抑郁症状的人群中,白质完整性正常。

此项研究使用迄今发布的最大单个样本的数据,确定了脑白质完整性的损害可能破坏了调节心境的神经环路。也就是说,人脑有着调节心境的作用,而脑的损伤与结构功能异常将对人的感觉、情绪、认知、思维等造成显著的影响。

那这样复杂的功能,是如何从我们一直忽视了的物理之脑中涌现的呢?


我们的脑是什么样子的?


整体来看,成年人的脑是一团湿乎乎软塌塌的物质,状若核桃,大小如柚,重约1.4千克,只掌可托。人脑居于脊椎顶端,保护膜环绕四周,藏于颅骨之中。


而从具体结构而言,我们用“三个进化阶段”(基本机能)来将人脑划分为了三个彼此紧密相连的部分:爬虫脑(脑干)、古哺乳动物脑(边缘区)和哺乳动物脑(额叶)。


首先来看人脑外表:

尽管每个人脑中小皱褶各不相同,但大皱褶则毫无二致,这些大皱褶在每个大脑半球中形成四个称作“叶”的区域,每叶发挥着专司其职的特殊机能。


额叶。处于人脑前端,主管思考和规划。

顶叶。靠近头顶,负责空间、计算、再认。

枕叶。头部后端,有关视觉。

颞叶。耳朵上方,有关听觉。


在顶叶与额叶之间,还有两条横跨头顶连接双耳的“带子”,靠近前额的称作运动皮层,此处控制身体运动,并与小脑共同协调运动技能的习得。运动皮层的后面、处在顶叶开端处的是体感皮层,该区处理由身体各部位接收的触感信息。


然后我们进入人脑内部:

脑干。人脑中发育最早埋藏最深的区域,是生命监控中心,对觉知水平也有重要影响。

边缘系统。脑干之上小脑之下,为情绪与理智开辟了相互影响的通道。

丘脑。监测来自体外的信息。

下丘脑。控制激素,监测体内的各个系统以维持身体的正常状态(体内平衡)。

海马。巩固学习成果,记忆,创新,空间。

杏仁核。对情绪、尤其是恐惧起着重要作用,调节个体对所处环境的反应。

大脑。犹如果冻,其重量约为人脑的80%,表面呈灰白色,凹凸不平形成皱纹。

灰质。人类大多行为发端于此,思维、记忆、言语、运动、人格、问题解决等。

白质。脑电信号的高速公路。

胼胝体。一条由2亿多个神经纤维组成的“粗缆”,连接大脑半球。

小脑。协调运动与平衡,并能协助认知。

脑细胞。人脑由1万亿细胞构成,已知的脑细胞至少可分为两类:神经细胞和胶质细胞。神经细胞称作神经元,约占脑细胞总数的1/10,将近1千亿。

神经元。人脑和整个神经系统发挥功能的核心,而功能的发挥在于神经元的连接,神经元通过树突接受来自其他神经元的电冲动,并将这些冲动沿着一条称作“轴索”的长纤维传导出去。

神经介质。较常见的有乙酰胆碱、肾上腺素、血管收缩素、血清素、多巴胺、催产素、内啡肽等。


好了,我们细数了人脑的诸结构与其功能,看到了人类理智与情感的生理渊薮与具体参数,那么,我们该如何看待它?


如何看待脑与我们的关系?


5亿年前,只有爬行动物脑存在,也就是今天我们说的“爬虫脑”。又过了2.5亿年,才出现了最古老的哺乳动物脑,我们称之为“边缘系统”。哺乳动物2亿年前就进化出了大脑和大脑皮层,而直到20万年前才出现人类大脑。放在进化的大背景下,这就好像发生在昨天。

从解剖学上来说,早在15万年前,人类从各个方面看就已经算现代人了,但没有为后世留下任何证据表明当时人类具有抽象思维或象征性思维能力。大约4万年前,人类开始生产艺术品、首饰和高级工具,如水壶和钓钩。

事情发生了某种变化。是什么让人类的大脑打开了创造的大门?


我们从儿童的成长中一窥究竟。

人的神经元萌发于受孕后四周形成的胚胎之中,随后以不可思议的速度急剧增长。在怀孕后的前四个月已形成2千亿个神经元,不过到第五个月将有一半消亡,因其不能与日益壮大的胚胎的任何部位连接。到怀孕后的第六个月,大脑开始生长自己禀赋神奇的皱褶,形成的沟回使人脑具有了沟壑纵横的外貌。

新生儿的神经元是不成熟的,许多轴索尚缺起保护作用的髓鞘,彼此之间的连接也为数寥寥,大脑皮层的大部分区域都显得冷冷清清。

不过,儿童脑中神经元之间的连接要远远超过成人脑中神经元之间的连接。一旦儿童要适应所处的环境,其神经元之间的连接就快速增长。

当儿童快到青春期时,神经元生长的速度放缓,但另外两个成长过程应时而生:一是人脑发现有用的神经元连接日益巩固;二是无用的神经元连接逐渐消失,因为人脑可以在经验的基础上有选择地强化或裁减神经元之间的连接。这种对神经元连接择优汰劣的过程持续人们的一生。


既然神经元连接是可塑的,我们该如何以此促进我们的学习与成长?

这就是儿童成长关键期(敏感期、机会之窗)的提出。

研究表明,运动发展之窗开启于胎儿发展期,人生头8年是儿童学习各种运动技能的最佳时期;人出生后从2~30个月是情绪控制之窗的开启期,在此期间,边缘(情绪)系统与额叶的理性系统为使主人偏向己方而争强斗胜;而口语习得之窗在人呱呱坠地之时开启,约在5岁时首次合拢变窄,10~12岁时再次进一步合拢。超过此年龄,学习任何一种语言都更难了。


关于人脑,还有更多的特点和喜好,比如说追新求奇、安于现状;同时诸多行为又能够促进脑的发展,诸如运动、睡眠、合理膳食等。漫长的进化塑造了我们的大脑,里面写满了基因的密码,作为主体的我们,站在依旧处于进化中的此刻,将如何发挥自己的主观能动性,做出自我的抉择呢?


“关乎天文,以察时变,观乎人文,以化成天下”,只有经由不断地认知与学习,只有经由促发认知与学习的教育,我们才能够参与这大自然的进化,在这人类历史的洪流中染上自我独特的色彩。

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