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[科教] 学习神经科学,大脑传言不攻自破

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发表于 12-30-2016 09:23 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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我们的大脑只被开发了 10% 吗? 你是左脑型人,还是右脑型人? 这些都是从小老师和家长们就挂在嘴边的话。它们是对还是错?神经科学领域周亮老师将与你聊聊对这些著名传言的看法。

走近神经科学

每次我跟人说我是做神经科学研究的时候,即使是同在生物学领域的人,都会忍不住称赞一句「高大上」,而完全忽略生物学研究「搬砖」的本质。我一直在想这是为什么,一方面可能所有人都深知大脑的复杂性,另一方面媒体报道中跟脑科学有关的新闻都显得很「科幻」。

总之,就是我们对大脑很好奇,但又所知甚少。

很多人分不清楚神经学与心理学之间的差异。传统的心理学更侧重于人类的行为学,通过收集行为学数据来研究认知过程,是一个关于「why」的研究,即希望搞清楚人类为什么产生这样的行为。这些研究把大脑当作一个黑箱,不关心里面是什么,只关心研究者的输入(给予的刺激)和被研究者的输出(行为)。

传统的神经科学,则更侧重于分子、细胞及组织层面的研究,是一个关于「how」的研究,希望能明白大脑是怎样通过其特有的结构基础完成一系列活动的。

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原本心理学与神经科学泾渭分明,目的、方法都有区别,而 20 世纪末兴起的认知神经科学 (Cognitive Neuroscience),使这两者之间有了融合。认知神经科学更偏向于把大脑作为一个整体来测量,这样使得心理学有了「how」的内容,也为神经科学和实际的认知过程建立了桥梁。


由于神经科学研究领域的快速发展,媒体对于神经科学的兴趣也越来越浓厚,这点体现在很多新闻和书籍的 标题里。以前的很多标题类似这样:「你为什么睡不好?」「谁偷走了你的快乐?」现在的很多标题都变成了:「你的大脑为什么休息不好?」「谁偷走了你大脑的快乐?」

这些对神经科学的兴趣和信息的快速传递,也带来了很多传言,大多数人对此深信不疑,认为这些都是科学的解释,并以此来教育孩子们、培训成年人。下面将会从神经学角度为你一一解析,打破迷思。

大脑只利用了 10% 吗?

美国著名心理和行为学家卡尔·拉施里 (Karl Lashley) 训练大鼠走迷宫之后,移除了大鼠的部分大脑皮层,发现它们仍然能够记住如何走出迷宫,移除不同位置的大脑皮层也不会影响大鼠的学习和记忆能力。

回过头来看,在当时的技术条件下,采用损毁脑区和迷宫来检测大鼠记忆的定位并不合适,很大的原因在于大鼠走迷宫是一个包含复杂的感知和运动的过程,例如视觉、触觉都在其中起着关键的作用,而拉施里后来认为记忆存储的位置,正是初级视觉皮层。

因为他发现切除了这个部位,大鼠不会走迷宫了,实际上只是大鼠的眼睛不好使了。

况且,按照大脑开发了 10% 的逻辑和拉施里的脑整体论,我们可以假设移除了脑的 90%,对我们应该是毫无影响的。事实上,部分脑区受损可能造成严重的后果:

运动皮层 (motor cortex) 受损可能导致半身不遂。

布洛卡区 (Broca’s area) 受损可能导致不会说话。

海马的退化可能引起阿尔茨海默病。

脑黑质的多巴胺神经元死亡则可能造成帕金森氏症。

这些证据都在显示,大脑作为一个紧密联系的整体而运行,任何轻微的损伤都可能造成某一种或多种功能的丧失。


神经迷思的来源还有非常多的「古董」研究,那么在现代,我们如何来证明「大脑只被开发 10% 是谣言?」

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加拿大心理学家巴里·拜尔斯坦 (Barry Beyerstein) 列举了几条重要的证据:

1. 如果 90% 的大脑没被使用,那么对这些大脑区域造成的损伤不会影响大脑功能。这显然是不可能的,那个时候正是分子生物学发展的黄金期。

2. 神经科学这么多年的研究,没有发现一块没有任何功能的脑区。

3. 正电子发射断层扫描 (PET) 和功能性磁共振成像 (fMRI) 的技术可以让人们监测大脑的活动,它们证明了我们就算是在睡觉,大脑也会有一定程度的活跃度,而清醒时,任何一个区域都不会是静区。

4. 即使当人没有任何活动、大脑不关注外界活动的时候,大脑也处于默认模式网络 (default mode network) 下,随时保持着活性。

5. 单细胞电位记录的技术,可以记录单个脑细胞的电活动,没有任何细胞是完全没有电活动的。

6. 没被利用的脑细胞会有衰退的趋势,因此如果 90% 的脑细胞没有被使用过的话,大脑会出现大面积衰退,但实际上并没有。


7. 进化论的观点:大脑只占了人体总重量的 2%,却要消耗高达 20% 的身体能量。如果 90% 的大脑是不需要的,那么人类在进化过程中,自然会选择去除如此低效的大脑,而这样的大脑也很可能不会成为人体最重要的部位。

由此:我们可以确定地说,「大脑只被开发 10%」的说法属于谣言。

左右脑可以分为理性脑和感性脑吗?

关于左右脑的说法我们经常见到这几种:

说某人是左脑型人或是右脑型人;称某人左脑发达或者右脑发达;想要对某人开展右脑的开发或教育。

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人脑按左右分可以分为两部分,分别是左右半球,连接着两部分的组织叫做胼胝体。

我们知道,人体并不是严格对称的,所以尽管脑左右半球无论结构还是功能都很相似,其中总有不同的地方。比如,左脑的外侧沟几乎总是比右脑的长。

对 95% 的右撇子来说,布洛卡区定位于左脑,70% 的左撇子的布洛卡区定位于左脑。但是,在那些流行的传言中,左脑和右脑的差异被无限放大了。左脑变成「理性的左脑」「逻辑思维的左脑」,而右脑变成了「感性的右脑」、「创造性思维的右脑」。也由此催生了无数的性格评估测试、开发右脑的产品,还有教师培养学生的手段,这可能也与当年的一些实验结果有关。


19 世纪 60 年代,法国神经解剖学家保罗·布洛卡在运动性失语症病人的尸检中,发现左脑半球额下回受损可能是导致病人不会说话的原因,由此发现了这个运动语言中枢—布洛卡区。人们也开始真正意识到,原来脑的左右半球是有区别的。

而对于脑功能侧化理论则是由 100 年后的美国神经生理学家罗杰·斯佩里 (Roger Sperry) 提出的。切开部分或全部胼胝体,会阻止两个半球之间的交流,从而降低癫痫发作的严重性。这一类患者后来都被称为「裂脑人」。罗杰·斯佩里和他的博士生迈克 尔·加扎尼加 (Michael Gazzaniga) 正是对这一类病人进行了研究。

他发现裂脑人左视野看到物体时,不能说出物体的名称,只能用其他方法来表示;而右视野看到物体时则能正确说出名称。他的实验得出:

左眼接收的图像信息发送到右脑;左右半球之间存在交流;大多数人的语言控制中枢在左脑。

其后的宣传却偏离夸大了这个结论:人们认为左脑是语言的脑,是阅读、记忆、书写和逻辑思考的脑。

那个年代治疗癫痫的最终手段,是胼胝体切开术。而右脑负责许多高级功能,诸如形象的学习和记忆、图形识别、几何学方面的空间知觉,是音乐、美术空间知觉的辨别系统。

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在这样的说法中,一种误解在于:左脑负责逻辑思维或理性思维,右脑负责创造性思维或感性思维,但其实这是一种简单粗暴的分类方法,因为所谓的逻辑思维或者创造性思维,并不专属于一侧半球。


例如:我现在正把我所学到的知识总结出来,并打在电脑上与大家分享,人们会认为这是一个理性思维活动,因为这是有逻辑的总结与思考,我现在并没有任何创造性的、发散的想法,也没有施加任何情绪。

但实际上,我的视觉系统在接收屏幕上传来的信息,我需要调用记忆系统去取得关于这个主题的记忆(里面可能还包含视觉和听觉记忆)。把它们打成文字需要用到语言系统,而打字这个动作也需要运动系统的参与。

这样一个简单的任务—把想到的东西打在电脑上,都需要如此多的脑区共同参与。那我们平时所说的学习过程中的逻辑思维或者创造性思维,必然需要更多脑区共同参与才行。

另一种误解在于:教育中把学生划分为左脑型和右脑型,或者提倡「开发右脑」。

这个出发点无疑是好的,因材施教是值得提倡的。在中国,所谓的「开发右脑」从当年批判应试教育就开始流行,认为学生专注于背诵和题海,缺乏创造性思维。所以很多人认为,学生缺乏创造力,是因为教育只重视了左脑的开发,而缺乏右脑的开发。

但像上面所说的,所谓的开发右脑是对神经科学实验的错误认识。

对学习者来说,即使是最简单的学习任务,也需要左右脑的共同合作才能完成,绝不会出现左脑忙得不可开交,右脑在一旁闲着的情况。

以解数学题为例。如果一道题最后需要计算班上有多少人,那么背公式和计算的具体工作,需要左脑来完成。但如果最后计算出的结果是 40.5 人,你马上就会反应过来,肯定算错了。这是右脑的功劳,它一直在对计算结果进行预测。

当然,这也是一种很粗略的分工。随着研究越来越深入,我们也许会发现右脑也参加了计算过程,左脑也参与了右脑的工作。

大脑的模块化和协同性,远不是我们目前了解的这么简单,还有更多复杂的机制等待我们去发掘。

神经科学的多面视角


神经科学是一个多面手,它可以帮助你科学、理性地面对当下关注的话题。

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首先谈谈神经科学与教育的结合。

教育神经科学结合的需求大,因为教育过程中需要更先进的方法,也需要说服别人相信这些方法。之所以出现神经谣言,因为过去有些教育工作者会选择性地选取他们认为正确的东西加以宣传,教育与神经科学成果的衔接也做得不好。

现在看来,两者结合的越来越多和紧密,可靠性会大大增加。在教育领域应用神经科学证据,我认为最重要的是客观。神经科学的研究人员不能夸大自己研究成果的适用范围,媒体和教育领域的工作人员则要清楚研究结果与实际应用之间的差距,不盲目、不带有偏见地去寻找全面的证据。

其次,聊聊神经科学如何看待传统的智商测试。

许多的经典研究使用了传统智商测试。传统的智商测试存在着各种各样的争议,有的只测视觉,有的只测数学,或者记忆、阅读等等。现在的研究越来越注重多种能力的测试,即智力是由许多不同方面的能力组成的,比如视觉、听觉、记忆、注意力、推理能力,甚至单词量等,智力测试正在向越来越全面,也越来越复杂的方向发展。

当然,在一个研究中,目前所进行的智力测试还不能完全反映一个人的智力,但最起码会是在现有的技术条件下得到广泛公认的测试,具备一定可信度。随着研究水平的提高,这个可信度会越来越高。


智商测试部分反映了人的能力,还有一部分其实是做题能力。

基于弗林效应 (Flynn effect) ,总做一种类型的题目会提升分数,所以有的研究中发现个人的智商分数是越来越高的。

当然,由于年龄的增长,真实能力有所下降,也有研究发现进入成年后智商测试分数是递减的。

如果要从智力上来说,人的大部分能力,比如记忆力,在 30~40 岁以后,都会呈下降趋势,只有解决问题的能力,或者说基于经验的能力,是上升的。

综合起来,随着年龄增长,人的认知能力到底怎么变,还需要进一步的研究。

接着,说说神经科学与大脑发展关键期的事情。

大脑发展一旦错过各部位最佳发展期,理论上是很难弥补的,因为确实有关键期 (critical period) 。例如在小鼠生下来以后,一直把小鼠的眼睛遮住,那么长大后它就是失明的,因为在关键期没有得到足够的光线刺激,成年以后想要恢复视力是很难的一件事。

人类类似,但并不像实验室的小鼠生活在简单的环境里。不过毕竟很少有儿童是被隔绝起来,完全接收不到外界刺激,如果过分强调了关键期,反而有反作用。而可塑性 (plasticity) 的存在其实是为过了关键期的人提供了可能性。

就像前面所说的,即使是蒙住了眼睛的老鼠,也是有希望恢复视力的。有人用药物刺激,有人用光刺激,有人用电刺激,都让老鼠恢复了部分视力。那么对人类来说,即使是更高级的认知功能,也会有方法恢复或增强,科学会带来希望。

最后,讨论下大脑默认模式网络。

阳志平老师曾提到:


根据大脑默认模式网络的最新研究发现,高创造力的人之所以创造力很高,是因为他们有大量空闲时间,激活了大脑默认模式网络。

并且研究发现,不能是那种假装的休闲,而必须是真正的放松、休息状态。这也是谷歌推行「20% 时间做自己项目」背后的神经科学依据。

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大脑默认模式网络,有点类似走神的状态,我们一般是在专注和走神之间切换。可能散步、洗澡的时候处于大脑默认模式网络中的比例会加大,当对外界开始关注,比如散步时看路、洗澡开始注意水温,我们就从大脑默认模式网络中切换出来了。

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