大脑是人体最复杂精妙、神秘的器官，这个“3磅宇宙”中藏着无尽的奥秘，破译大脑运转密码、揭开生命之谜是令无数科学家殚精竭虑的艰难课题。我国众多科学家的探索脚步，清晰地印在了神经科学漫漫的发展路途上，他们在神经科学的发展中推动着人类在不断自我找寻中发现新的未知。杭州师范大学教育学院心理学系教授李葆明就是这众多神经科学家中的一员，他参与和见证了中国神经科学研究的发展历程。
出生于江西宜丰县的李葆明从小酷爱数学，1979年，李葆明参加高考，考入当时的江西大学（现南昌大学），阴差阳错被录取到了生物系本科学习。“当时懵懵懂懂的，根本不知道生物学到底要学什么。”但幸运的是，他遇到了非常优秀的老师，特别是动物学胚胎学和解剖学老师，将生命的奥秘、动物的进化讲得活色生香。那个时代没有PPT、没有投影仪，老师就拿着粉笔画受精卵分裂、胚胎发育、人体结构，一笔一画拨动着学生的心弦，李葆明就这样被牵引着进入了一个神奇的世界。他感叹于生命的神奇、进化的伟大，从此迷恋上了生物学，特别是当他看到英国动物学家珍妮·古道尔（Jane Goodall）的传奇故事（为了观察黑猩猩，珍妮20多岁来到非洲原始森林，度过了38年的野外生涯，写下了《在人类的阴影下》）后，李葆明大受触动，从小被灌输的知识是动物没有思维、没有情感，行为是反射性的，但在珍妮的笔下，非洲黑猩猩的行为与人类行为非常相近，于是他产生了要从事行为神经生物学方面研究的想法。
1983年，李葆明考上了中国科学院昆明动物研究所的研究生，被中国科学院上海生理研究所委托培养，师从著名生理学家梅镇彤教授，1988年到日本京都大学灵长类研究所进行联合培养，师从灵长类前额叶皮层功能研究先驱久保田竞教授（Kisou Kubota）。李葆明至今依然记得，为给他做出国担保，梅镇彤教授拖着受伤的腿，跟他步行到几公里外的公证处去做担保公证，并语重心长地对他说：“葆明，学成后，你可要回来，我们国家的科研事业方兴未艾，正需要人才。”当时正值“出国潮”，很多人出国后，留在国外发展。但李葆明深深记得梅教授的嘱托。1990年10月，李葆明按期归国，在中国科学院上海生理研究所做博士后，之后留在了上海生理研究所任助理研究员、副研究员、研究员、所长助理，并每年回昆明动物研究所开展学术交流。
2001年，李葆明随杨雄里院士加盟复旦大学，先后担任复旦大学神经生物学研究所常务副所长、复旦大学脑科学研究院副院长、医学神经生物学国家重点实验室副主任，继续开展大脑前额叶皮层认知功能的研究。李葆明的研究工作重点是学习记忆的神经机制，尤其是关于认知记忆的去甲肾上腺素能调控。他围绕前额叶皮层去甲肾上腺素α2受体在工作记忆和行为抑制功能中的作用进行了系统的研究，首次提供了行为药理学和神经生理学的直接证据，表明前额叶皮层α2受体是工作记忆所必需的，为注意力缺损多动症（ADHD）的发病机制提供了新的理论认识，为开发无副作用的多动症治疗药物提供了新的靶点。
近些年来，李葆明专注于脑科学与教育融合方面的研究，重点关注父母照料对儿童前额叶皮层结构及认知功能发育的影响。为此，围绕脑科学与教育的系列相关问题，记者采访了李葆明教授。
李葆明
杭州师范大学教育学院心理学系教授、脑科学研究所所长。曾任中国生理学会副理事长，现任中国生理学会副监事长。
早期不良经历对儿童认知和情感发展构成巨大威胁
《教育家》：李老师，近些年您一直在研究童年经历对人一生的影响。俗话说“一朝被蛇咬，十年怕井绳”，人们对负面或痛苦的经历会产生恐惧记忆。那么童年时期负面的经历是如何影响大脑认知功能的？幸福的经历是不是可以促进大脑的发育呢？
李葆明：童年时期的负面经历严重影响脑的认知功能，尤其是情感功能。这首先要从我们的大脑前额叶皮层说起。前额叶皮层是脑认知活动的最高中枢，它的重要性体现在注意力调控、行为抑制、工作记忆、行为计划、思维推理、社会交往、情感调控等方面。前额叶皮层（尤其是前额叶眶回和背外侧部）的结构和功能的发育成熟需要漫长的时间，发育过程一直持续到20岁或更晚，对于童年时期的负性应激高度敏感。
研究表明，患有虐待相关的创伤后应激障碍（PTSD）的儿童，其前额叶（尤其是眶回）、颞叶和胼胝体的体积显著小于正常儿童；虐待经历发生时的年龄越小，虐待持续时间越长，脑的体积就越小，学校课程成绩越差；家庭应激事件越多，眶回功能发育越差。一句话，身心受到虐待的儿童，脑的结构和功能发生变化，早期不良经历通过这种潜在机制对儿童的认知和情感发展构成巨大威胁。
同样地，儿童早期遭受的忽视也会导致大脑基本结构受损，包括大脑白质神经纤维连接出现偏差，髓鞘化的轴突显著减少。神经纤维连接的靶向特异性降低、突触密度的降低、髓鞘化程度的降低，将损害前额叶皮层在诸多认知功能中发挥作用。这些发现揭示了早期逆境如何影响大脑前额叶皮层的结构与功能，并解释了与忽视相关的儿童认知功能缺陷。
幸福的经历当然会促进儿童大脑功能发育。教育家顾明远说：“没有爱就没有教育”。大脑的发育是一个漫长的过程，突触的形成和神经回路的构建主要发生在出生前后。人类在出生后数月中，大脑的突触迅速形成，密度与成年时接近；1—2岁时所有脑区的突触密度达到高峰，比成人高50%。大脑不同区域的突触密度达到高峰的时间点有所不同。人类和非人灵长类动物初级感觉和运动皮层（例如，视皮层）的突触密度在出生后8个月内达到高峰，而高级联合皮层（例如，前额叶皮层）的突触密度在出生后15个月左右达到高峰，这种高密度突触水平一直持续到青春期，之后不断经过“修剪”减少至成人水平。这种“修剪”过程受成长环境和生活经历的调控。快乐、幸福、丰富的生活和成长环境促进突触的成熟和神经回路的巩固，尤其是在那些与学习记忆、认知功能和情感调控密切相关的脑区，例如海马区、边缘系统和前额叶皮层。
高质量的母亲照料促进婴幼儿的脑发育和情感发展
《教育家》：现在都在探讨“原生家庭”的问题，刚才您也谈到儿童早期遭受的忽视可能会导致大脑基本结构特性受损。那么，父母照料对婴幼儿大脑结构与功能有哪些影响？从您的专业角度出发，您对年轻父母有什么具体建议？
李葆明：儿童脑的发育和心智成熟是一个漫长的过程，需要家庭、学校和社会巨大和持续的投入，首先是父母爱的投入。以亲子关系为例，亲子依恋关系，尤其是母婴依恋关系，是最紧密、最牢固的人际关系。来自母亲的有质量的照料是婴幼儿大脑正常发育的重要保证。母婴依恋关系形成的关键期是在婴儿出生后的6—18个月，依恋关系的有无以及质量的好坏对婴幼儿产生巨大的影响。在婴儿出生后的几年里，来自母亲的忽视或母婴分离对婴儿前额叶皮层的结构、认知功能及心理情感活动产生深远的负面影响。
研究表明，在母亲与婴幼儿的互动过程中，母婴双方体内的催产素分泌、脑电活动节律、心率乃至心理行为均会出现同步化。无论是在系统发生（进化）上，还是在个体发育中，催产素和多巴胺这两个分子驱动着母婴依恋关系的建立与维持。在催产素和多巴胺的作用下，母亲更愿意付出巨大的努力去养育和照料孩子；而健康成长的孩子以及表现出来的丰富依恋行为，反过来激励母亲更多的养育付出。因此，母婴亲子关系的互动是不可替代的，它是由生命进化和基因所决定的。
母亲照料（母爱）对婴幼儿大脑神经元精细结构、突触传递、认知功能和心理发育有着巨大的影响。高质量的母亲照料促进婴幼儿的脑发育，而低质量的照料或母爱的缺失则显著延缓或损害婴幼儿的脑发育。在动物上的实验研究表明，母婴分离导致子代前额叶皮层神经元树突上的成熟型树突棘减少（树突棘是神经元的信号接收“天线”），神经元轴突上的髓鞘化受损或穿孔（轴突是神经信号输出的“电缆”，髓鞘是包在“电缆”外的绝缘层），工作记忆等认知功能变差，并表现出焦虑样的行为，这种负面影响持续到成年。流行病学调查发现，我国留守儿童群体中罹患精神疾病的比例显著高。
因此，年轻父母不要轻易把自己的幼小孩子托付给他人或机构，要尽可能亲自给孩子提供优质的照料和抚育。
学业负担过重会破坏儿童大脑的功能灵活性和可塑性
《教育家》：学习和记忆是脑的基本功能，学习和记忆是大脑神经回路对环境变化的适应，它使我们能对以往经历的事情做出恰当的反应。中小学生的首要任务是学习，那么，关于学习记忆，您有什么特别要对家长、学校说的吗？
李葆明：学习有不同的方式，包括非联合学习（习惯化和敏感化）、联合型学习（巴甫洛夫条件反射和操作式条件反射）、认知社会学习（隐性学习、观察学习、洞察学习）。记忆有不同的类型，包括陈述性记忆（也称“外显记忆”，包括情景记忆和语义记忆）和非陈述性记忆（也称“内隐记忆”，包括习惯形成、启动效应、知觉记忆、分类记忆、运动技巧、认知技巧、情绪记忆），不同类型的记忆依赖于不同的脑系统。
我们通过认知和社会学习来获得知识。家长一定要多带孩子走进大自然、走进植物园、动物园、图书馆、博物馆，走进社会，让孩子在不知不觉中学习，在观察和模仿中学习，而不是无休止地逼着孩子写作业，上各种各样的补习班。
儿童的陈述性记忆能力是超一流的，可以利用这一点让他们多背诵一些经典（例如，单词、童话、诗词，等等），但没有必要刻意去训练他们的记忆（例如，记忆扑克牌、记忆那些毫无意义的“人造记忆素材”），因为这种训练极有可能会破坏儿童大脑的思维灵活性。如果一定要训练孩子的记忆，我建议重点训练工作记忆能力，因为工作记忆和执行功能是认知活动的核心要素。
相对于陈述性记忆，儿童最需要训练的是非陈述性的记忆，例如习惯形成（生活习惯、学习习惯）、分类记忆（知识分类、思维导图）、运动技巧（体育运动、乐器演奏）、认知技巧（美术、写作）。为什么这么说？因为非陈述性记忆非常不容易获得，需要大量的训练，一旦获得就不会遗忘。重要的是，这些记忆和技巧的获得和养成存在“机会窗口期”或“关键期”，错过了机会窗口期就很难建立。
大脑是由神经元和胶质细胞组成的。神经元是大脑的基本功能单位。然而，单个的神经元是无法实现神经功能的，神经功能的实施依赖于神经元与神经元之间形成的神经通路或神经网络。神经元与神经元之间的通信通过突触连接来实现。突触信息传递（“突触传递”）的效率并非固定不变，而是有着巨大的可塑性，这个环节出现问题，将导致脑功能的异常。神经科学研究表明，突触可塑性是学习、记忆和认知功能的基础。
学业负担过重会导致疲劳，使得应激激素（肾上腺素、皮质醇等）及过氧化物大量产生；这些“垃圾”分子严重破坏大脑海马区、杏仁核、边缘系统及前额叶皮层的突触可塑性，从而损害学习、记忆、情感和认知功能，破坏儿童大脑的功能灵活性和可塑性。
极端应激将严重损害认知能力，尤其是依赖于前额叶皮层的执行功能。研究表明，前额叶皮层体积和工作记忆能力的个体差异与累积的应激总量存在关联。具体地说，累积的应激总量越大，前额叶皮层灰质和白质越小，工作记忆能力和执行功能越差。例如，儿童青少年长期处于超负荷的学业压力下，前额叶皮层灰质和白质的体积会变小，作为学习能力重要指标的工作记忆会变差。学习压力等负面情绪的累积导致前额叶皮层结构的变化，从而损害儿童青少年的认知功能。
因此，家长、学校要避免给孩子们布置过重的学习任务。“保护儿童大脑”应该成为全社会的共同行动，这关系到我们国家的未来。
教育需要遵循神经科学揭示的脑认知活动的规律
《教育家》：脑科学的发展为教育研究与教育实践带来了许多新的思考，由于它注重教与学的脑生理机制，强调教育的实证研究，明确指向教育决策与实践的科学化，近年来已成为许多国家教育发展的战略基础。那么，脑科学如何应用到教育中？您有哪些建议？
李葆明：近20多年来，以阐明脑的工作原理为目标的脑科学（神经科学）取得突飞猛进的发展。在这一过程中，越来越多的脑科学研究者开始对和教育有关的脑科学问题给予特别关注，中国“脑科学计划”对和教育有关的脑科学问题的研究也给予了特别的重视。同时，教育界与民众呼吁我们的教育实践要更多地遵循脑的工作原理，这反映了社会与民众希望运用科学手段改进我国教育实践中某些不尽如人意之处的迫切心情与殷切期待。
教育作为“塑造人的心智，开发脑的认知”的重要途径，需要遵循脑科学揭示的脑认知活动的规律。正如杨雄里院士所强调的那样，“教育作为一种生产力、生产关系和政治的综合反映，有它特有的规律。我们在考虑教育的走向、教育的方式、教育的布局和资源分配的时候，必须把教育所具有的、特有的规律和遵循脑科学的规律融合统一起来”。我认为，这应该是“教育脑科学”或“教育神经科学”的基本遵循。
教育神经科学不是单纯的教育学、心理学或神经科学，而是一个新型交叉学科。在我国当前形势下，教育神经科学首先应该是面向教育问题的神经科学研究。儿童大脑具有巨大的可塑性，但又非常脆弱。我国教育发展不充分、不平衡的现状，使得分数及升学率挂帅以及由此带来的问题解决起来困难重重，包括家庭教育错位、学习负担过重、睡眠严重不足、运动锻炼缺乏，等等。教育神经科学首先要对这些问题开展深入研究，用科学告诉全社会，这些问题是如何摧残儿童的大脑和天性的。
另一方面，基于神经科学的教育方式方法创新正在成为教育神经科学的发展方向。人们寄希望通过对教育实践和儿童青少年成长的各层面、各维度过程中（例如，德智体美劳，家庭教育、学校教育、社会教育，学习、记忆、认知、情感）的脑结构、脑网络、脑功能开展研究，以期把实验室研究成果应用于指导课堂教学实践。然而，教育是一门系统科学和工程，有着自身特有的规律，脑科学目前能够给教育提供的启示还相当有限。正如杨雄里院士所说，“在正确处理脑科学和教育之间的关系上，还有漫长的路要走。在这一过程中，教育家和脑科学家携手并进，有希望探索出一条适合国情、适合现状的道路。”
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