北大心理学教授方方：过早识字影响儿童想象力，人类大脑结构真的可以重组

北大心理学教授方方：过早识字影响儿童想象力，人类大脑结构真的可以重组

▲北京大学心理与认知科学学院院长、行为与心理健康北京市重点实验室主任、麦戈文脑研究所常务副主任方方教授

成年人的认知和大脑还剩下多少可塑性；

大脑学习和可塑性的副作用；

如何增强大脑可塑性，加速学习？

近日，北京大学心理学教授方方在“理解未来”讲座上发表题为《学习与人脑的可塑性》的主旨演讲，与听众分享上述三个方面的知识。

错过发育关键期可能导致人体某些功能丧失

首先，成年人的认知和大脑到底有多大的可塑性呢？要回答这个问题，就免不了要提到一个名词——发育关键期。什么是发育关键期呢？举个例子，如果一个新生婴儿的眼睛因为某种原因受伤，做了一个小手术，上面缠着纱布，导致他/她在出生后的几天内错过了视觉功能发育的关键期，这个婴儿就会存在视觉功能发育不良的潜在风险，即使恢复，也只是部分的。

原因在于，人类大脑在发育过程中，当受到视觉刺激时，即通过眼睛看见外界物体时，视觉皮层中的神经元就会被激活，即这些神经元对不同的图像特征（颜色、形状、亮度、方向、距离等）产生不同的反应。如果一个人正处于视觉功能发育的关键时期，视觉神经元没有被充分激活，那么他以后在看见某些图像特征时，就会没有反应或者反应很弱，从而导致看不清或者视物不清。

关键发展期这个概念是很多教育工作者都会用到的，他们认为如果孩子在关键时期没有接受教育，那么孩子在这方面的能力就会丧失，这也是早教行业兴起的原因。但是如果错过了关键发展期，如果到了一定年龄，大脑还能继续发育吗？认知能力还能继续提高吗？

这里举个例子，来自热门综艺节目《大脑》。在一期节目中，主持人让选手看一小段电影片段。片段中的一帧被另一部电影的帧替换。这一帧图像的持续时间为40毫秒，并且闪动得非常快。选手必须根据这40毫秒的图像猜出它来自哪部电影。结果，选手看清了图像，并猜出了它是哪部电影中的一帧。它是电影《黄飞鸿》中的一帧。评委必须判定选手是否拥有超强脑力，最终结果是，它不是超强脑力。

根据2002年发表在美国科学院院刊上的研究文章，这种能力主要体现在人眼的时间处理分辨率上，而视丘核与颞叶之间的神经网络的加强也能拥有同样的能力，经过一段时间的训练，初级视觉皮层神经元的反应灵敏度和脑网络的功能连接性都会大大增强，这个例子证明了即使是成年人的视觉能力也可以通过训练得到显著的提高。

人类大脑的结构可以重组

上面是视觉认知的例子，我们再说触觉认知。哈佛医学院完成了一项实验，一些志愿者被蒙上双眼，连续 5 天，几个小时内，他们的眼睛什么都看不见，包括吃饭、睡觉、洗澡等所有活动，都要借助听觉和触觉才能完成。

人类大脑的后半部分处理视觉信息，耳朵上方的顶叶处理触觉信息。如果一个人只能触摸某样东西而看不到它，这只能激活大脑的触觉皮层，而不会激活视觉皮层。在被蒙住眼睛1天后，志愿者的视觉皮层用于触觉处理。此时，大脑进行了非常大的重组。换句话说，触觉功能可以暂时占据人脑的视觉皮层。如下图所示：

这里有一个大脑重组的极端例子。最近，《细胞》杂志发表了一篇文章，讲的是一个将近七岁的孩子，他患有严重的癫痫病。他的病情非常严重，药物无法控制，不得不切除部分脑组织。手术切除了孩子右半球六分之一的脑组织。这会对他的认知功能产生影响吗？

手术三年后，多次扫描显示，孩子的智力没有下降，甚至高于平均水平。手术前，医生最担心的是切除的脑组织中可能含有负责面部识别的区域，这个孩子可能会变成脸盲。后来发现，虽然孩子大脑右半球的一部分被切除，但左半球的很多区域却长出来做正常人右半球做的事情，除了偏盲以外，他对信息的感知和处理都没有问题。如下图：

工作记忆训练和流体智力

我们将讨论以下三个概念：工作记忆、固体智力和流体智力。

工作记忆是认知科学的核心问题，工作记忆是指大脑在几秒到几十秒的时间尺度上保留和处理信息的能力，是一项核心的高级认知能力，与注意力控制、推理能力、学习成绩等密切相关。

另外，人类智力又分为固态智力和流体智力，固态智力是指人们学习知识之后永远不会丧失的智力，比如人们的理解能力、决策能力、语言能力等；流体智力是指独立地根据个体已有的知识进行推理和解决问题的能力，这种能力受先天遗传因素的影响较大，受教育和文化的影响较小。

流体智力的发展通常与年龄有关。流体智力在 20 多岁时达到顶峰，30 岁以后逐渐下降。例如，当人们 20 多岁时，我听过一次电话号码就能记住。当我 40 岁时，我听过一次电话号码后就记不住了。我必须听几次才能记住。人们的流体智力一直在下降。以下视频可以证明流体智力：

早期识字会影响孩子的想象力

儿童心理学家经过研究发现，识字学习对于儿童的认知发展主要有三个方面的影响：

第一个影响是，如果孩子过早学会阅读，会影响他们想象图像和物体的能力。想象物体的能力对于孩子未来的学习非常重要。比如，你给孩子一本漫画书，已经学会阅读的孩子就不会有想象图像和物体的能力。他们会观察画作的颜色、形状和空间关系，而不是直接看文字，因为文字可以快速传达更多信息，而这些能力对于孩子未来的学习非常重要。

第二个影响是早期识字会使孩子从基于图像的认知过程转向基于符号的认知过程，我们必须承认，在一定的认知处理条件下，基于图像的思维过程可能比基于符号的思维过程更快。

第三点是长期的阅读会对孩子的听觉记忆和听觉理解产生不利影响，听觉记忆和听觉理解在日常生活中是必不可少的，比如听课、讨论、对话等，过早的学习阅读会让孩子很快从听觉记忆和听觉理解转变为视觉记忆和视觉理解，年幼的孩子错过了听觉记忆和听觉理解的最佳训练时机，这是很难弥补的。

大脑的治愈和恢复

如果一个人中风了，主要症状包括语言表达和理解困难，以及对侧肌肉运动出现问题。如果脑出血，身体左侧的肌肉运动就会出现问题。

人一旦中风，就必须做大量的康复训练。现在最典型的康复训练，就是把肌肉完好的身体部位固定起来，然后让中风患者在接下来的两三个小时内不断使用肌肉。身体出问题的部位则一直做各种运动。这个训练过程非常枯燥和重复，很多人被迫中途放弃，导致康复中断。

为了让中风患者坚持下去，必须给予他们足够的动力，并让他们觉得有趣。用科学的语言来说，这意味着他们需要足够的多巴胺。多巴胺系统对几乎所有的学习过程都非常重要。人类大脑深处的核——纹状体是多巴胺系统的核心组成部分。

魏昆林实验室发明了一种将康复与娱乐相结合的康复训练方法，他们修改了一款经典的任天堂游戏，并将其用于中风患者的康复，他们修改了游戏的传感器组件，让患者在玩游戏时必须更加小心，更多地使用中风所损坏的肢体，让人们在不知不觉中达到了康复的目的（如上图所示）。

对话环节

理解未来讲座将于中国科学院心理研究所举行，博士生导师杜毅博士将与方方教授进行对话，她将代表听众向方方教授提问：

杜毅：我们选择一份职业有四个原因：生存的需要、没法做其他的、喜欢做这份职业、擅长做这份职业。对我来说，主要是因为自己喜欢并且擅长自己所从事的领域。您为什么选择这份职业？您的初衷是什么？

方方：我觉得科学稍微简单一点（观众笑）。科学还有一个好处就是，你每天都可以接触到新概念、新技术，然后自己去探索。如果你每天都努力，你会感觉到有回报。你的多巴胺系统每天都会分泌很多，让你感觉很快乐。每天都像过七夕节（观众笑）。

杜毅：我的第二个问题就是你为什么会选择这个研究领域？我从事的是听力和言语理解领域，也就是我们人类的大脑是如何处理和理解别人说的话的。比如说你坐在这里说话的时候传到你耳朵里的其实是一连串的空气振动。那么你今天怎么从这么一连串的空气振动中去理解我们讲话的内容，这是一个很神奇的过程。

我的工作是关于我们人类的大脑是如何进行这种认知过程的。那么这个东西有什么用呢？语言交流本来就是我们人与人之间沟通最重要的方式，对吧？也是我们人机对话的主要方式之一，像人工智能里面的自然语言理解其实也面临着一些很大的挑战。比如你手机上或者智能家居上的语音助手几乎听不懂你在说什么，他们的识别任务做的很差。那么如何从人的认知机制出发，然后辅助人工智能的发展，这个其实可能就是我自己做研究的意义所在。

方方：我现在选择的领域是心理学和认知科学，它很重要，因为人是这个世界的主角，一切都围绕着人而转。从我举的例子来看，心理学和认知科学的核心思想就是理解别人的心理和行为，增强人的健康心理和健康行为，治愈不健康的心理和受损的认知。我在演讲中举了心理学的例子，科学家非常巧妙地设计了复杂的方法来训练工作记忆，从而提高人的工作记忆和流体智力的分数，进而可以提高孩子的学习成绩，这是非常重要的。

杜毅：方方教授是搞心理学、认知科学的，邱子龙教授是搞神经科学，或者说脑科学的。我们还有一个名词叫认知神经科学。您能给我们解释一下吗？这些名词，或者这些学科，它们之间有什么相同和不同的地方？

方方：认知科学是一个非常宽泛的概念，它包括了感觉、知觉、学习、记忆、语言、决策、情感……每个领域都有很多重要的课题。我们心理学家和神经科学家密切相关，我们目前关注的是各个层面对这些认知过程的理解，包括分子层面、细胞层面、脑区层面、脑网络层面，甚至个体层面、群体层面。我想说关注点和神经科学家不一样，我们可能更少关注微观结构、微观组织，更直接关注人的行为，也就是各种认知过程，以及我们如何去改变它、如何去改进它？

杜毅：众所周知，人脑大约有100亿个神经元，当我们在做一个认知任务，哪怕是一个特别复杂的任务时，我们大脑中只有5-10%的神经元是活跃的。所以有人提出，我们的大脑只开发了10%，90%的潜力都没有开发出来，这也是为什么很多公司都在开发类似聪明药的产品的原因。您怎么看待这个观点？

方方：这个问题我没有肯定的答案。我只是给我的学生举了一个例子，如果你做一个非常复杂的任务，最多会同时使用5%的大脑神经元。那么我们能不能开发出10%呢？这个是有问题的，从能量代谢率的角度来说。如果每个年轻人每顿饭吃4两米，就能支撑5%的神经元代谢。我们的大脑消耗了我们大部分的代谢能量，如果我们的神经元同时使用10%，就意味着我们每天每顿饭可能都要吃8两米，如果使用15%，就需要吃1斤2两米才能支撑这个过程。

而且认知能力不断的增强并不是什么好事。比如大家都想有很强的记忆力，但是这并不是什么好事。遗忘有它的保护作用。比如我们心理学院，我考了北大物理系的博士，他选择研究记忆。他问我为什么要研究记忆，因为我感兴趣的不是记忆，而是遗忘。因为我的初恋跟我分手了，我很伤心，忘不掉这个记忆，我很痛苦。所以无限制的提高认知功能并不是什么好事。包括钱卓做的NMDA小鼠，聪明的小鼠更容易得精神分裂症。

杜毅：所以太聪明不一定是好事。但是比如说欧美的小学生都在吃聪明药来提高注意力和记忆力。您也提到了一些非侵入性的方法，比如电击来提高注意力。您怎么看待这两种方法？

方方：所谓的聪明药，基本上就是类似兴奋剂的东西，提高个体的兴奋程度。在心理学里，在关于动机的章节里提到，当一个人的焦虑和兴奋程度适度提高时，如果做复杂的认知任务，比如高考，会有所改善。但是如果把他的焦虑和动机兴奋程度提高到很高的水平，就不适合做复杂的任务了。据我所知，所谓的聪明药，如果试图通过提高神经系统的兴奋和兴奋程度来做一些复杂的认知任务，基本上可以说没有什么效果，但是做一些比较简单的任务还是有可能的。

美国采用的是电击等非侵入性方法。美国有一种电刺激方法，就是在你的注意力网络放置电极，调节注意力网络，保持几个小时的高注意力。但这在伦理上是有争议的。如果你带着这样的电刺激设备参加考试，而别人没有，这算作弊吗？

一般来说，我们对药物非常不确定，但从神经调节的角度来看，我们仍然需要做大量的研究和设计来确定如何以及在何处放置电极才能达到预期的效果。

杜毅：刚才方教授提到了视觉剥夺实验，我们很想知道，一些早期被剥夺了视力或者听力的人，通过后期的视觉或者听觉重建，是否能够恢复他们的听力。视觉和听觉的能力。在度过一个关键期之后，这样的人，和正常人相比，大脑的可塑性有什么不同吗？

方方：我对实验数据不是很清楚。在印度有一些人，他们从小就有白内障，因为没钱摘除白内障，长大后眼睛被白内障挡住了，什么都看不见。长大后摘除白内障，又能看到这个世界。然后发现这些人的视觉可塑性比一般人强，这是我所知道的为数不多的例子。因为视觉剥夺导致这些人有很多神经资源只是在那里，没有经过训练，而回到正常的训练环境之后，这些资源就会表现出更强的可塑性，这是我逻辑上的想法。

杜毅：你刚才提到一个词叫关键期，你觉得学习第二语言有没有一个关键期？学习第二语言，比如学习英语。比如我自己有孩子，我们很多家长让孩子三岁就开始学英语。你也是学英语，还参加培训班，你觉得学习第二语言有没有一个关键期？

方方：如果小时候学语言，汉语和外语是在一个脑区，两个语言区域是连在一起的。但是成年以后学语言，两个语言区域是分开的，需要在两种语言之间转换，才能灵活运用，应该还是有一个关键期的。

杜毅：您能否给我们介绍一下未来相关领域的技术会如何发展？

方方：我希望能够有一种非侵入性的电磁或者超声波控制技术，可以在任意时间、空间尺度上改变我们大脑的神经活动，从而控制一个人的心理。