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神经科学与认知教育：从研究至ＩＪ应用？①
【英】Ｕｓｈａ Ｇｏｓｗａｍｉ著 ・孙秀伟ｚ阎丽 李彦峰编译 国家医疗保健器具工程技术研究中心； 广东省医用电子仪器及高分子材料制品重点实验室
【摘要】在与教育高度相关的领域中，认知神经科学取得了快速的进展。但是，当前的科学与直接的教学应用之间存在巨 大的隔阂。很多科学家都认为，要消除隔阂还为时过早。然而，最近教师们收到了很多“基于大脑学习”的软件包。虽然其中 有些令人担忧的错误信息，但是很多学校都开始使用这种软件包。神经科学家该做些什么才能使好的神经科学进入教育呢？ 【关键词】神经科学认知教育大脑感知觉学习计算困难社会认知 学校迫切需要关于大脑的信息。教师渴望他们的学生能 从“世纪神经科学”中受益。在神经科学实验室里，理解支 撑“在学校里学到的实质技能”的神经认知发展理论有了很 大的进展，如计算能力和读写能力。这些进展多数是理论性 的。现今神经科学与教育之间的隔阂将由基于大脑科学的软 件和程序所填补。这些东西以惊人的速度风靡校园。这篇文 章着重于一些有说服力的、扎根于教育的“神经秘笈”，给教 师提供有用的神经科学事实的信息，并回顾与教育相关的神 经科学最新发现。同时，文章也涉及到应该如何纠正将科学 广泛滥用于教育这一现象。
一、基于大脑的校园学习 最近，在剑桥大学举办了一场会议——标志着神经科学 教育中心的成立，教师们报道在一年内接收到７Ｏ份邮件，都 是鼓励他们去参加“基于大脑学习”的课程的。其它国家也 出现了同样的现象。这些课程建议儿童应被确认是“左脑” 或者“右脑”学习者，因为每个人都偏向于使用其中一种加 工方式。教师们被灌输这样的观念：左脑主要是加工语言、 逻辑、数学公式、数目、时序性、线性、分析、不相关实际 信息的；而右脑主要加工形状、模式、空间操作、韵律、图 像、想像和学习中的关系。教师被建议应确保课堂学习达到 自然地左右脑平衡开发，以避免学习偏好和学习经历间不匹 配。这些“神经秘笈”可能是来自对大脑半球专化的夸大化。 另外一些面向教师的课程建议：儿童的学习风格应被分 为视觉型、听觉型或运动型，并儿童在学校里应佩戴Ｖ（ｖｉ— ｓｕａｌ，视觉型）、Ａ（ａｕｄｉｔｏｒｙ，听觉型）、Ｋ（ｋｉｎａｅｓｔｈｅｔｉｃ，运动型） 的徽章，以使所有的教师都知道他们的学习风格。有些人认 、 ｌ ｒｉｃｅ ａｎｄ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｆｍｍ一一 Ｉｎ ｔｉｃｅ？Ｎａｔｕｒｅ Ｒｅｖｉ ｓ Ｎｅｕ— ｒｏｓｃｉｅｎｃｅ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｏｎｌｉｎｅ １２ Ａｐｒｉｌ ２００６，ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎｍ １９０１７ 屡卉保｛毒薯．毽． ２００７．６ 为采用一些商业软件包（如“大脑体育馆”）才能保证实现 “真正”的教育。 “大脑体育馆”的配方为一系列简单的身体 运动来“整合所有大脑区域来保证学习效率”。他们告诉教 师： “在技术上，信息由脑干接收后成为‘盖印’，但可能不 被前脑提取而成为‘表现’，这样就把学生锁定在失败综合症 里。全脑学习把锁在身体里的潜能提取，使学生以前不能接 触的大脑区域都能有所接触。对于学习的提升……通常是直 接有效”的。甚至有人提出儿童能按位于他们肋骨下的某些 “按钮”来把视觉系统集中于阅读和书写。 很多教育方面的人都接受这些观点来作为制定基准。科 学家已经警告社会关于现时“神经秘笈”支配教育的问题。 除了左脑／右脑学习的神话外，与学习关键期和触突发生相关 的“神经秘笈”也是一样。关键期神话认为，如果小孩在适 当时候没有接收到适量的刺激，大脑就不会正常工作 （Ｂｙｒｎｅｓ提供了见解深刻的分析）。在关键期内直接教导某些 技能是必要的，否则学习机会的窗口就会关闭。触突产生神 话认为，如果在触突产生时期进行教育就能学到更多东西。 如果教师确定他们的教育跟神经元密度增加步调一致，教育 的干预将会更有效。教育干预有时也被认为更出色（如果它 们采用神经可塑性理念），有人教导教师神经网络可被“神经 可塑性训练计划”所改变。教师并未意识到，对于某些学习 形态可能真的有敏感期，任何一种改变行为的训练计划的影 响都是重新绘制神经网络的反映。 Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｒｏｏｍ教室里的神经科学 那些“神经秘笈”必须要消除。它们对教育的支配阻碍 了与很多教育领域相关的认知神经科学的重要步幅。如，我 们对
神经科学的热门研究方向
近年来，神经科学作为一门交叉学科，受到了越来越多科学家和学者的关注和研究。神经科学涉及了人类大脑和神经系统的研究，对解密人脑奥秘、揭示认知过程以及开发创新的治疗方法都具有重要的意义。本文将介绍几个神经科学领域的热门研究方向。
一、脑机界面技术
脑机界面技术是将计算机和神经系统进行交互的新兴领域，它通过将电极植入大脑或者在头皮上放置电极，实现人脑与外部设备的连接。这项技术的出现，为临床上的运动障碍治疗和康复提供了新的可能。同时，脑机界面技术还有助于帮助瘫痪患者恢复肢体的运动能力，增强人类与机器之间的协同作用。
二、光遗传学
光遗传学是近年来兴起的一项新技术，它利用光敏蛋白质对神经元进行精确的操控。通过使用特定的光源刺激光敏蛋白质，可以精确地激活或抑制神经元的活动。这项技术在研究中被广泛应用，有助于深入了解神经元与行为之间的关系，为神经系统相关疾病的治疗和干预提供新思路。
三、脑成像技术
脑成像技术是研究神经活动和结构的重要手段。一种常见的脑成像技术是功能磁共振成像（fMRI），它可以监测大脑的血液氧合水平变化，从而反映神经元的活动情况。另外，磁脑电图（MEG）和脑电图（EEG）也是常见的脑成像技术，它们可以记录脑电活动信号，对大脑进行实时监测和研究。随着技术的不断进步，脑成像技术在神经科学领域的应用也越来越广泛。
四、脑神经调控技术
脑神经调控技术是通过电刺激、磁刺激或药物介入等手段，调节大脑神经元的活动以改善或治疗相关疾病。其中，深部脑刺激（DBS）是一种已经被广泛应用的技术，它通过植入电极到大脑特定区域，对神经元进行电刺激，达到改善帕金森病、抑郁症等疾病症状的目的。此外，经颅磁刺激（TMS）也是一种非侵入性的脑神经调控技术，可以通过磁场刺激大脑皮层，对大脑进行激活或抑制。
总结
神经科学作为一门前沿的科学研究领域，涉及了人类大脑与神经系统的理解和研究。脑机界面技术、光遗传学、脑成像技术以及脑神经调控技术是目前研究热点。这些研究方向的应用不仅推动了神经科学的发展，也为人类认知过程的理解以及神经系统疾病的治疗与康复提供了重要的思路和方法。随着技术的不断进步和创新，我们相信神经科学领域将会取得更多突破，为人类的健康福祉做出更大的贡献。
认知神经科学研究中的方法和技术创新
认知神经科学研究的方法和技术创新
随着科技进步和研究方法的不断更新，认知神经科学的研究也在不断发展。科学家们通过创新方法和技术，愈加深入地探究大脑的运转机制与认知过程。本文将简要介绍一些近年来在认知神经科学研究中被广泛应用的创新方法和技术。
一、脑成像技术的发展
当谈到目前最为流行和应用广泛的认知神经科学研究方法时，无疑是脑成像技术。因为它可以非侵入性地、实时高分辨率地测量人脑功能。如今，脑成像有许多种技术，包括功能性磁共振成像（fMRI）、脑电图（EEG）、磁性脑刺激（TMS）和光学成像等，不断地在性能和稳定性上得到改进。其中，fMRI是最常用的技术之一，它能够探测人脑血液供应变化和血氧水平，由此绘制出活跃脑区的图像。fMRI的分辨率高，且对不同任务的不同时段刺激都具有反应，使其成为研究大脑认知过程的一种有效手段。
二、光遗传学和化学遗传学
光遗传学和化学遗传学是近年来新兴的技术，被广泛应用于对神经元群体和分子机制的研究。这些技术是通过基因工程手段改变神经元自身的基因，使神经元对光或化学刺激做出特定的反应。光遗传学和化学遗传学在神经细胞的选择性激活和抑制、神经通路的关联和成像、神经细胞行为的追踪和研究疾病的分子机制等方面都具有巨大的优势。随着这些技术的不断完善，它们将促进认知神经科学的研究发展。
三、行为效应与神经机制的结合
近年来，越来越多的研究悟性将行为效应与脑成像技术相结合，突破了单一切入点的局限性。这种结合有助于研究者理解神经机制如何影响行为表现。有关研究发现，相同的神经网络在不同任务下会产生不同的功能联系，认知过程的行为效应也会影响神经网络的结构和功能的变化。通过这种行为效应与神经机制的结合，可以更好地理解人类行为的本质和大脑所涉及的机理。
四、虚拟现实技术
虚拟现实技术（VR）是近年来在认知神经科学研究中应用广泛的一种新兴技术。虚拟现实技术可以模拟真实世界的情形，逼真地呈现出参与者所面临的情境，让参与者的认知过程在虚拟环境中更真实、更自然。在虚拟环境中，研究者可以对任务、场景、困难度等因素进行量化设计、控制和变化，更好地研究和理解人类的认知过程。虚拟现实技术也可以有效地治疗恐惧症和创伤后应激障碍等精神疾病。
认知神经科学的研究方法和技术
认知神经科学是一门致力于探究人类心智及其神经基础的学科。它是在脑科学、心理学和计算机科学之间建立紧密联系、同时利用各自的方法和技术的一门交叉学科。在认知神经科学中，科学家们注重人类思维与行为的神经机制，以及它们与脑解剖、脑电生理、神经成像等方面的关系。那么，在认知神经科学中，有哪些研究方法和技术被广泛使用呢？
1. 行为实验
行为实验通常用于比较心理学任务（如认知任务、记忆任务、决策任务等）的不同条件间的行为表现。实验会记录并分析参与者对任务的行为表现，以便确定哪些因素对任务执行的效率、正确性和反应时有影响。
2. 脑电图（EEG）
脑电图（EEG）是通过放置电极在头皮上，记录大脑活动的一种技术。它可以通过测量脑电图信号的频率范围、幅度和相位来确定大脑的活动。EEG技术可以记录事件相关电位（ERPs），这是在大脑的感觉、认知和情绪加工中出现的特定电位变化，从而帮助我们了解哪些信号是与特定的认知过程相关联的。
3. 磁共振成像（MRI）
磁共振成像（MRI）是一种透过非常强的磁场来呈现身体结构的技术。在脑科学中，MRI被广泛用于研究人脑的结构和功能。这包括了脑皮层表面结构、大脑神经元的存在和体积以及各种神经元的连接方式等。
4. 功能性磁共振成像（fMRI）
功能性磁共振成像（fMRI）是一种记录活动脑区域血氧水平变化的技术。在认知神经科学中，fMRI已成功地用于研究神经成像和认知过程，因为它能够追踪大脑在特定任务中的神经活动，显示出了大脑神经元间的信息流动。
5. 现代计算机科学
现代计算机科学的进步，为认知神经科学带来了更多思考和改进空间。计算机科学现有的技术，如人工智能（AI）、机器学习、深度学习、神经网络和计算机模拟，已成功应用于认知神经科学中。例如，这些技术可以帮助科学家研究重要的神经生物学过程和大脑中的信息流动方式。
认知神经科学的研究方法和技术使我们能够更好地了解人类心智的基础，从而为这一强大学科的发展做出更大的贡献。随着神经科学、计算机科学及心理学等领域的持续发展，我们可以期待看到更为先进的技术和工具出现，并将在这些新兴技术中得出更多宝贵的结论。
