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我们如何了解大脑?

摘自《大脑知识与教学》

作者:Eric Jensen;译者:梁云霞

新趋势

  • 重要概念

  • 大脑研究的缘起和最近的发展

  • 当今研究的情形和方向

  • 研究大脑所使用的工具

  • 如何诠释大脑新近的研究资料

近年来由于大脑研究的发展,新的重要研究结果不断的应用到教学与学习上,此时的我们,正置身于改革的关键时刻。

这次的改革中,将改变学校的上课时间、校规、评量方法、教学策略、经费运用的优先级、教室环境和科技的使用,甚至我们对艺术与体育教育的看法。但是,在讨论大脑研究在教学上的实际应用之前,我们必须先正确地了解它。

教育的模式

在人类历史上,最为人熟知的教育模式,其实并不深奥。如果你想学某些事情,那么你得找到该领域中具有知识或技能的人,拜他们为师。因此,学习之道路非常简明:找出比你更有知识的人,向他们学习。这个方式适用于王公贵族、贩夫走卒,各行各业都是如此。

然而,工业革命改变了这个方式。在新的模式中,你可以将每个人汇集在一个地方,并且提供给每一个人标准化的、「输送带式」的课程。

这样的学校教育典范始于19世纪,并且在20世纪时大行其道。通常这样的方式称「工厂模式」,它综合运用社会学、商业和宗教三方面的想法,并且重视一些有用的技能,例如,服从、纪律、统一和尊重权威。

在1950和60年代,这个典范中出现一项特别的转变。这二十年间,人类行为研究的显学深受心理学家约翰.华生(John Watson)和史金纳(B. F. Skinner)的影响。他们主张行为主义(behaviori-sm),认为:「我们无法知道脑中所发生的事情,但可以从外在行为了解。因此,我们可以测量行为,并且运用行为增强物来改变行为。如果我们喜欢某项行为,就给予奖赏;如果不喜欢,就施予处罚。」当年我们对大脑所知有限,因而可以想象,这个理论在当时确实有它的立足之处。

然而,近年来,另一个新的典范逐渐成形。基本上它源于20世纪的最后二十年。科技的发展奠定了新的典范移转的基础,这个新典范,改变了我们的思考方式、生活方式与学习的方式。

在1970、80和90年代,随着信息世纪的诞生,「快速学习」(super learning)和「「加速学习」(accelerated learning)成为热门的名词。「大脑的扫瞄机」(brain scanners),例如核磁共振造影(Magnetic Resonance Imaging,MRI)和正子断层扫瞄(Positron Emission Tomography,PET),让我们拥有新的方式了解并看到大脑中的活动情形。

在人类历史上,我们首次可以在人类存活的状态下分析活人的大脑。一门新的科学于是诞生─神经科学(neu-roscience),这是一门科际整合的有趣学门,专事探究人类大脑的奥秘。

1969年时,国际神经科学学会(International Society of Neuroscience)不过500位神经科学家会员;到今天,会员人数已超过3万人。

热门的神经科学方面的发现,对于脑和学习提出令人震惊的见解。精神分裂症者和妥瑞氏症候群(Tourette掇 syndrome,大脑神经传导物质系统功能失常的一种疾病)患者,可以用药物治疗,同时,我们也逐渐了解帕金森氏症(Parkinson掇 diseases)和阿滋海默氏症(Alzheimer掇 diseases)的致病原因。

脊髓受伤之后再恢复行走能力,也成为相当有可能成功的事情。Nimodipine这种记忆药物的发明,帮助学生更能够记住所读过的资料。并且,我们现在也知道了冲动行为和暴力行为的生物基础。从这些发展里,我们过去的传统教育信念正逐渐瓦解。


我们如何了解大脑?

我们对大脑的了解,正以前所未见的速度急遽增加中。任职于波特兰市俄勒冈健康科学大学(Oregon Health Sciences University)的顶尖神经科学家杰瑞.贾诺斯基(Jeri Janowsky),专攻学习与记忆,他说:「我们在两年前学到的每一项东西,都算是旧知识了……如今,神经科学正如同爆炸般地快速成长中。」(Kotulak,1996,p.124)

在未来,我们可以预期有更新更精确的科技产生,帮助我们更清楚地描绘出神秘的大脑世界。但是现在,请先了解神经科学上常用的研究方法。

◎大脑影像造影仪器

核磁共振造影(MRI)机器提供了高质量脑部断层摄影,而不涉及X光或雷射。这种工具有两种新的方式,其一是功能性核磁共振造影(functional Magnetic Resonance Imagery,fMRI),费用较低廉,而且快速。

另一个是核能性核磁共振造影(Nuclear Magnetic Resonance Imagery,NMRI),比起fMRI要快30,000倍,每50毫秒可拍出一个影像。这样的速度让我们可以从大脑中非常狭小的区域里,测量出思考的运作情形 。

◎动物研究

在实验室中,利用老鼠、狗、猫、蛞蝓、猩猩和其它动物的脑部做研究,提供了丰富的数据,帮助我们了解人类的大脑如何运作。例如,我们从研究老鼠的大脑方面,了解到丰富的环境对大脑的影响力。

◎计算机化的脑波图

脑波图(Electroencephalogram,EEG)可以提供我们大脑电流释出的数值。而脑磁图(magnetoencephalography,MEG)使用超低温、超传导性、液状氦物质的高科技感应器,定位出大脑神经网络系统所产生的微弱磁场。

这些技术已经用在侦测脑波形态,和诸如癫痫(seizure)或痴呆(dementia)等不正常的脑运作。这些工具也能帮我们捕捉到大脑活动的程度,例如解决问题时大脑活动的情况。

◎临床研究

我们也可从自愿的人类受试者身上学到许多事情,通常这些自愿受试者都是大学心理系的学生。例如,让受试者看快速放映的幻灯片,可以让我们了解到视觉系统的反应时间。另外,我们也可从孪生子的研究中,了解到许多有关「「先天」与「后天」之间的问题。

◎PET

子断层扫瞄(PET)是一种造影技术。PET的过程中,首先是让受试者喝下一些「标记」(O15),或者是有放射能的葡萄糖。然后,PET就能侦测出大脑不同区域在消耗葡萄糖时所释放出的放射性物质数量。

例如,当你在阅读时,颞叶(temporal lobe)和顶叶(parietal lobe)的区域会出现消耗葡萄糖的活动,在枕叶(occipital lobe)区域也会有一些活动(文中的名词,请参阅〈大脑研究的词汇〉)。

加州大学洛杉矶分校(Univer-sity of California at Los Angeles,UCLA)的研究人员,从这项工具中也发展出另一种方式:使用放射性探测针(radio-active probes)定位基因。

◎解剖学

神经病理学家通常观察或测量大脑的重量、发展阶段、退化或伤害的程度。加州大学洛杉矶分校的神经科学家鲍伯.雅各布布(Bob Jacobs)运用剖面图发现,在学校中有接受挑战和严谨要求经验的学生,要比没有具有这些经验的学生有较多的树状突(dendrite)分支。也就是说,前者大脑的生理结构变得更丰富且更复杂。

◎光谱仪

光谱仪(spectrometer)曾被忽略了好几十年之久,但最近又快速的发展中。这些仪器可以测量出大脑在进行某项活动时,所产生的化学物质或神经传导物质(neurotransmitters)。

例如,如果我觉得沮丧,那么光谱仪就会显示出在我的大脑额叶(frontal lobe)区域某些神经传导物质的指数发生改变。


知识爆炸

在1990年代,大脑研究分成十多门小学门。原来看来似乎不太相关的领域,例如遗传学、物理学、药学,也都紧密与大脑研究结合在一起。从一大堆有关大脑的技术性知识中,有关大脑的看法正在重新发展中。虽然此时我们尚未有定论,也没有一个完整的大脑运作模式,但是现在我们已经有充分的知识可以改变教学的方式。

两千年前,便有人提出最早的大脑运作模式。大脑过去被模拟成水流系统(希腊罗马时代)、液体系统(文艺复兴时代)、奥妙的织布机(工业革命早期)、城市的配电系统(1900年代早期至中期),以及计算机(1950~80年代)。

在1970年代,大脑研究告诉我们,我们需要多采取右脑学习。后来,「三个脑」的理论传入教育界。这个「三个脑」观点认为,生存方面的学习是在大脑的底部,情绪是在中脑(mid-brain),而高层次的思考则是在脑的上层区域。

这个模式在1952年提出,在1970和80年代非常流行,现在则是过时了。现在的教育工作者必须用更精密的「全脑系统」取向来了解大脑。在这本书中,我们尽可能提供一些较扎实的生理学基础,以便将脑的研究应用到教室中,形成新的科际整合。

在1990年代的十年之间,最令人印象深刻的便是以「化学概念」解释学习者。如果学生拥有适当的「大脑化学物质」,例如,血清张素(serotonin)、多巴胺(dopamine),或其它的相关的化合物,会在学习上表现良好;然而,如果学生所拥有的化学物质不当,则会产生不专心、动机缺乏或暴力倾向。

因此,「改变大脑作用的药物」、「心智食物」、「聪明丸」等药物的产生,让全球的药厂坐享上亿万的收入,而且这些药物可能会很快成为当代的新宠儿。

我们发现现在有许多家庭,小孩吃利他能(Ritalin),爸爸吃抗忧郁药物百忧解(Prozac),妈妈则服用女性荷尔蒙普维拉(Provera)。祖母吃雌激素(estrogen)以减低阿滋海默氏症的症状,祖父则服用神经节糖(ganglioside,GMI)或神经胶质成长激素(glial-derived growth factor,GDNF)来对抗帕金森氏症。


大脑研究的诠释

在军事上,有一套用来分辨侦测的讯息是否可靠的系统。最弱或最低的层级,代表你所拥有数据来源不可靠、过时,并且缺乏其它左证;最高层级则代表资料「非常可信」,表示你有可靠讯息来源、清楚的左证和多种高质量的数据,并且有人可以印证数据,甚至有目击者。

图表1.3是一个相似的分类系统,用来诠释大脑研究的数据。在最低的层级1,单纯的理论;当你知道理论本身真正的内涵,只是理论并没有什么不好。

层级2,代表这个理论有一些发现或实验加以说明;这比层级1要好一些,但是仍然有改进的空间。神经科学家丹尼尔.薛克特(Daniel Schacter)的发现可以用来当作层级2的例子。

薛克特(1996)发现,大脑储存真实世界经验的方式不同于储存杜撰的故事。他在医学的实验中,利用PET造影技术发现受试者在陈述真实的事情与杜撰的故事时,大脑活动明显不同。然而,在层级2的资料,仍然需要有更多的研究针对这些发现加以探讨,未来才能看出它的应用性。

在层级3的资料,则来自大量的、正式的临床研究。通常都是由大学进行这些研究,这些研究让我们觉得有相当程度的可信度。

层级4则代表你或你的同事曾经以行动研究的方式,证实这些想法可以跨领域应用、可用在每个人身上或用到许多地方,因此,这个层级的数据非常可靠。本书中大部分引用的数据,基本上都是在层级3~4的水平。

将大脑研究方面的讯息呈现在众人面前,是一件非常令人兴奋的事,然而也充满陷阱。大脑研究的应用性可能令人精神一振,但是注意它的限制也是同样重要的事。

例如,大脑研究结果中可供教育者应用的只有一小部分;大部分的研究都是相当深奥的或疾病取向的;而且大脑研究并不一定能够「证明」什么事情,它只是建议某些想法或路径可能有较高的成功机会。

我们应该多采取行动研究的方式以增进自身的了解;更重要的,我们绝对不要期待神经科学家对学习能提出「圣杯」─或灵药。通常在某一领域能够有所突破的知识,都是来自于科际整合的观点。

虽然上面所说的对许多人而言并不希奇,不过有些人可能会有点失望。事实上,许多研究的效用是需要靠努力思考的教育工作者,包含你我,采取谨慎的行动研究之后,才能分晓。我们需要更多的行动研究─而非学院的研究而已。

如同纽约州立大学阿尔巴尼分校(State University of New York at Albany)的法兰克.范伦铁诺(Frank Vellutino)所说的:「我们比世界各地的其它人做了更多的教育研究,但是也比其它人更忽视它。」(载于Hancock,1996,P.58)

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