转载脑科学与教育转小泉英明

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1、转载脑科学与教育转小泉英明原文地址：脑科学与教育(转小泉英明)作者：宋运来脑科学与教育--尖端研究与未来展望小泉英明(日本日立公司基础研究所)一、生命与进化在研究脑科学与教育时，首先要探讨"生命"是什么?因为，"生命"是构成地球生命圈的最基本要素。在物理学上，每个"生命"都被定义为一个"热开关"。地球漂浮在宇宙中，接受来自太阳的光和热。在黑暗的宇宙中，生命受到太阳的恩赐，驱动着生命的"热开关"。由于地球存在着高温和低温，从而产生了温差，生命便可以从中摄取能量，然后向宇宙排出废热。每一个生命都是作为一个"热开关"的形式存在，卵细胞与精子结合

2、，通过分裂，逐渐形成内脏系统。无论是动物还是植物，其内脏系统都是相似的，能够根据外界环境的变化与刺激。可以采取适应环境的行动的"生命"被叫做"动物"。每一个生命都能够组成"自己再生、免疫系统"的网络，这就是"生命系统"。科学家考证，距今38亿年前地球上诞生了"生命"，"神经系统"的诞生大约在2亿年前，人类祖先的出现大约在150万年~200万年前。也就是说，生命是根据外界环境的变化与刺激而进化的，并以DNA的形式组成遗传密码，通过一代又一代地反复繁殖，使之更加适应环境。二、信息与学习自从神经系统形成后，采取适应性的"行动"在进一步的扩大，这

3、是由于动物的信息处理的能力在急速增加。现在，外界给予我们脑的中枢神经系统的信息处理量，要远比我们体内所拥有的遗传密码的信息量大得多。通过脑的中枢神经系统对信息处理的能力的提高，逐渐形成我们人类所特有的"心理"状态，这便是人类通过适应环境发生了巨大变化的结果，所以，"学习"的内容就显得非常重要了。人类的本质虽然有遗传决定的一面，但是，也具有后天不断变化的特性。从生命的历史长河的演变来看，宇宙、太阳系、生命的诞生分别为137亿万年前、45亿年前、38亿年前；2500万年前，猿的诞生，到550万年前，人类与猿的进化出现了分化。人与黑猩猩的DNA

4、的排列差约为1%。更确切地说，由于人类脑的前叶前区比猿大2倍，从而诞生了人类，而"学习"是促进人类进化的重要因素之一(见下图)。三、"教育"是人类最大的发明黑猩猩与人类遗传基因只有约1%的差异，但是，黑猩猩不能进行"教育"，尽管研究者总希望找到黑猩猩的"教育"痕迹，但结果却令研究黑猩猩的学者十分遗憾。京都大学的松泽先生对黑猩猩进行长期的观察，发现人类与黑猩猩在语言、动作、教育、情感四个方面存在着差异，得出的结论是，黑猩猩没有积极的"教育"痕迹，只会单纯的模仿。椐最早发现黑猩猩使用工具的学者研究，他至今没有发现黑猩猩会通过教育而提高使用工具

5、能力的证据。所以说，教育是人类最大的发明，而这又应归功于人的大脑。人的大脑结构由三部分组成，即脑干、旧皮层和新皮层。脑干负责维持生命(控制呼吸、心率、血压等)，旧皮层负责驱动生存力，新皮层负责为了更好地生存(见下图)。哺乳类的情绪是受脑干及旧皮层的支配，能够表现出爱与恨的情绪。人类的脑不仅如此，脑的新皮层能够支配人类进行理性的选择与判断，这是人类不同于其它哺乳类的根本性的区别。图脑结构的分工示意图四、生物学中对"学习"与"教育"的理解1."临界期"与中枢神经退化研究者曾做过实验，发现刚刚出生的小鸭子在看见离自己最近的、动着的较大物体时，它

6、会认为是自己的母亲，会跟在后面不离开，这叫做大脑的"印刻现象"，这不是遗传密码的作用。研究者曾使用玩具替代动态物做了实验，发现印刻现象只在小鸭子孵化后的21小时到24小时之内存在，以后便不再出现印刻现象，所以，人们把这段时间叫做"临界期"(见下图)。研究者做过这样一个实验，将小猫饲养在只有直条纹环境中的笼子里数月后，把铅笔竖着在小猫眼前晃动，小猫有反应，而将铅笔横着晃动时，它没有任何反应。通过研究发现，小猫已失去了对横线的视觉反应，而且，错过了对横线视觉的"临界期"，之后无论怎样努力扭转这一局面，都无济于事，这只小猫将终身看不见横线(见下

7、图)。随着对脑的测量技术的发展，研究者发现在小猫脑的方位中枢区里，有处理直条纹和横条纹的中枢神经。但是在小猫对竖线和横线的视觉发育"临界期"时期，由于没有给它横线视觉的刺激，导致方位中枢区内处理横条纹的中枢神经退化掉了，因此，小猫看不见横条纹。研究者发现，幼儿时期，特别是1岁到1岁半这一段时间，由于某种原因戴上眼罩，遮住一只眼睛，这只眼睛得不到外界刺激，就会导致这一只眼睛的"弱视"。道理与上述小猫的实验一样，这只眼睛的视觉中枢的神经由于没有外部刺激，导致大脑视觉区对应的眼球无法形成柱层，最后退化掉了(见下图)。2.神经连接部增减与"髓鞘化

8、"规律神经有接受输入信号的很多"树状突起"和输出信号的一根"轴束"。1个神经细胞有一千到一万个神经连接点(突触)。实际上1立方毫米中的一级视觉区的突触以兆为单位，估计有10的12次方之多。突触