▲北京大学心理与认知科学学院院长、行为与心理健康北京市重点实验室主任、麦戈文脑科学研究所常务副所长方方教授

成人的认知和大脑还有多少可塑性；

大脑学习和可塑性的副作用；

如何增强大脑的可塑性和加速学习？

近日，北京大学心理学教授方方在理解未来讲座发表了“学习与人类大脑的可塑性”主题演讲，跟听众分享了以上三方面知识。

错过发育关键期有可能丧失部分人体机能

首先，成人的认知和大脑还有多少可塑性呢？回答这个问题，不可避免的要涉及一个名词——发育关键期。什么是发育关键期？举个例子，如果一个刚出生婴儿的眼睛因做了个小手术被纱布蒙住，使他/她错过了最初几天视觉功能发育的关键时期，这个婴儿会有视觉功能发育不良的潜在风险，即使恢复了也只能部分恢复。

究其原因，当人脑在发育阶段接触到视觉刺激，也就是通过眼睛看到外界事物时，视皮层上的神经元会被激活，也就是说这些神经元对不同的图像特征（颜色、形状、亮度、朝向、距离等）进行加工。如果人正处于视觉功能的发育关键期，而视觉神经元未被充分激活，未来在看到某些图像特征时就不会产生反应或反应比较弱，导致看不见或看不清。

发育关键期概念被很多教育家使用，认为如果不在孩子的某一个关键期教育他/她，他们的这方面能力就会丧失，这就是早教行业兴起的原因。但是，如果一个人错过了发育关键期，那他/她的大脑还能否继续提升？认知能力还能否继续提高？

这里可以举一个热门综艺节目《最强大脑》里的例子。在一期节目中，主持人让一位选手去看一部电影的短片段，这个短片段中的一帧图像被另一部电影的一帧图像替换了。这一帧图像的时长是40毫秒，闪得非常快。选手必须通过这40毫秒的图像猜出它出自哪部电影，结果该选手看清了图像并猜出了这一帧图像来自电影《黄飞鸿》。专家组必须判断这个选手是不是具有超强脑力，最终的结果认为这不算超强脑力。

根据2002年发表在美国科学院院刊上研究文章，这种能力主要体现在人类肉眼在时间上的加工分辨率。一个普通人到实验室训练十天，通过对人脑初级视皮层以及顶叶杏仁核和颞叶之间神经网络的强化，也可以具备相同的能力。经过一段时间的训练，初级视皮层神经元的反应敏感性和脑网络的功能性连接都会出现比较大的增强。这个例子证明了成年人的视觉能力也还是可以通过训练达到明显提高的目的。

人类大脑的结构是可以重组的

上面讲的是视觉认知方面的例子，下面再讲一个触觉认知方面的。哈佛大学医学院完成了一个实验，该实验将一些志愿者的眼睛蒙上，时间长达5天。在这5X24小时的时间里，他们的眼睛看不到任何东西，无论吃饭、睡觉、洗澡，所有的活动都只能依靠听觉和触觉来帮助完成。

人类大脑的后半部分是加工视觉信息的，耳朵上面的顶叶是加工触觉信息的。如果一个人只能摸东西而不能看，这只能激活大脑的触觉皮层，不能激活视觉皮层。经过5天蒙上眼睛生活后，志愿者的视觉皮层被用作进行触觉加工。此时，大脑进行了一个非常大的重组。也就是说，触觉功能能短暂的占领人脑的视觉皮层。如下图：

下面讲一个极端一点的大脑重组例子。近期，Cell Report杂志发表了一篇文章。一个近七岁的儿童患有严重的癫痫病，他的病情已经严重到药物无法控制必须切除部分脑组织的程度。手术切除了这孩子大脑右半球六分之一的脑组织，这会影响他的认知功能吗？

经过术后三年的多次扫描后发现，这个孩子的智力没有下降甚至高于平均水平。在做手术前，医生最担心的是，被切除的脑组织中有主管面部识别脑区，手术后这个孩子可能会变成脸盲。后来发现，这个孩子虽然大脑的右半球被切除了一部分，但左半球长出了很多区域专门做正常人右半球做的事情。除了偏盲以外，他对信息的加工没有任何问题。如下图：

工作记忆的训练和流体智力

下面会讲到三个概念：工作记忆、固体智力、流体智力。

工作记忆是认知科学里最核心的问题。工作记忆是指在数秒至数十秒的时间尺度上大脑保持和操纵信息的能力，是一种核心的高级认知能力。它与注意控制、推理能力及学业成绩等密切相关。

此外，人的智力分为固体智力和流体智力。固体智力是指人在学到知识后，再也不会丢失的那种智力，比如人的理解力、决策力、语言能力。流体智力是指独立于个体知识的已有知识的推理和问题解决能力，它受先天遗传因素影响比较大，受教育文化影响很小。

流体智力的发育通常是与年龄有关。流体智力到20多岁的时候呈现顶峰，到30岁以后，随着年龄的增长会逐渐下降。举一个生活中的例子，当人在20多岁的时候，别人说一遍手机号码，就能记住。到了40岁，手机号码说一遍记不住，多说几遍才能记住。人的流体智力是一直往下走的。下面的视频可以证明流体智力：

识字过早会影响孩子的想象力

有儿童心理学家研究后发现，识字学习对儿童认知发展过程的影响主要有三点：

第一点影响是如果儿童识字过早，会影响对图像和实物的想象能力。而对实物的想象能力对幼儿未来学习非常重要。举例说明，如果给孩子看一本连环画，已经识字的儿童不会观察画的颜色、形状、空间关系，而直接去看文字。因为文字可以迅速传递更多的信息，这些能力对儿童未来学习很重要。

第二点影响，识字过早会使幼儿从基于图像认知过程转向基于符号的认知过程。我们必须承认在某些认知加工条件下，基于图像的思维过程可能会比基于符号的思维过程更快。

第三点影响，长时间用于阅读，会对幼儿的听觉记忆和听觉理解能力造成不利影响。日常生活中比如听课、讨论、谈话，少不了要用到听觉记忆和听觉理解。识字过早会让孩子迅速的从听觉记忆和听觉理解转化到视觉记忆和视觉理解。幼儿就错过了听觉记忆和听觉理解的最佳训练时机，这是很难弥补回来的。

大脑的治愈和恢复

假如一个人的大脑中风，其主要的症状表现包括语言的表达和语言的理解出现障碍，以及对侧的肌肉运动出现问题。左侧大脑出血，身体右侧的肌肉运动就会出现问题，右侧大脑出血，身体左侧的肌肉运动则会出现问题。

人一旦中风就必须做大量的康复性训练，而如今最典型的康复性训练就是把人肌肉运动完好的那部分身体固定住，然后在接下来的两三个小时内让中风患者一直用肌肉运动出问题的那部分身体一直在做各种各样的运动。这种训练过程非常枯燥重复，很多人被迫中途放弃造成康复中断。

要让中风患者坚持下去，必须给患者足够的动机，让他们觉得有趣。翻译成科学语言，就是需要足够的多巴胺。多巴胺系统对几乎所有的学习过程都非常重要。在人类大脑深部区域的核团-纹状体，是多巴胺系统的一个核心部件。

魏坤琳实验室发明了一个寓康复于娱乐的康复训练方法。他们改造了一个经典的任天堂游戏，将之用于中风患者康复。他们改装了该游戏的传感部件，使得患者在玩游戏时必须更多的使用到因中风受损的那部分肢体。让人在不知不觉中达到康复的目的（如上图）。

对话环节

理解未来讲座请到中国科学院心理研究所研究院，博士生导师杜忆博士与方方教授对话，她将代表观众向方方提问：

杜忆：我们选择一个职业无无外乎有四种可能性：生存需求、别的不会、喜欢做、擅长做。对于我来说主要因为我喜欢做也擅长做我所从事的领域。不知您当初为什么选择这个职业？初心是什么？

方方：我觉得科学这个事情好像稍微比较简单一点（观众笑）。科学还有一个好处就是每天你可以接触到新的概念，新的技术，然后自己去探索。如果你每天在努力做的话，都会觉得有奖励。你的多巴胺系统每天都会分泌很多，让你觉得很愉快。每天都像在过七夕节一样（观众笑）。

杜忆：我第二个问题是您为什么选择现在的这个研究领域？我从事的是听觉和言语理解领域，就是说我们人类大脑到底是怎么去加工和理解他人说的话。比如说您现在坐在这，我讲话到达你耳朵的其实就是一串空气的震动，那你如何从这么一串空气的震动中听懂我们今天演讲的内容，是一个很神奇的一个过程。

我的工作就是围绕着我们人类大脑是如何去进行这个认知过程的，那这个东西到底有什么用呢？语言交流本来就是我们人跟人之间最主要交流的一个途径，对吧？也是我们现在人机对话的一个主要途径，比如人工智能里面的自然语言理解，现在其实面临很大的一些挑战，比如你手机上的语音助手或者是智能家居，它们都不太能够理解到你到底在说什么，他们的识别任务是很差的。那如何从人的一个认知机理出发，然后能够辅助人人工智能的发展，这其实可能是在于我自己研究的这一个意义吧。

方方：我现在选择的这个领域，就是心理和认知科学。它之所以重要，因为人是这个世界的主角，所有东西都是围绕着人来的。从我自己讲的例子，心理学和认知科学的核心观点是想理解别人的心理和行为，增强人的健康心理和健康行为，同时治愈不健康的心理和受损的认知。在我的演讲中，我举了一个例子，心理学家非常聪明地设计了一个复杂的训练工作记忆的方法，从而提高人的工作记忆和流体智力的分数，进而能够提高孩子的学业成绩，这是非常重要的。

杜忆：方方老师是做心理与认知科学的，仇子龙老师是做神经科学，也可以说脑科学。我们还有一个词儿叫做认知神经科学。能不能请您给我们解释一下，这几个名词，或者说这几个学科之间到底有什么样的异同？

方方：认知科学是一个很广义的概念，它包括感觉、知觉，学习、记忆、语言、决策、情感……，每一个领域都会有很多很重要的主题。我们心理学家和神经科学家密切结合，从各个层次上去理这些认知过程，包括分子层次，细胞层次、脑区层次、脑网络层次、乃至个体层次，甚至群体层次，这些是我们目前所关心的问题。可能对于心理学家来说，跟神经科学家侧重点不太一样。我们可能更少地去关心微观的结构和微观的组织，我们更多的是直接关心人的行为，就是各种认知过程，我们怎样去改变它，怎么样去提高它？

杜忆：大家知道人脑里面大概会有百亿个神经元，我们在做一项认知任务的时候，就算是一项特别复杂的认知任务，我们大脑中可能只有5-10%的神经元被激活，那剩下那些神经元在干什么？所以就有人提出这样一个论断，说我们大脑其实只被开发了10%，我们有90%的潜能是没有被开发的，这也是促使了有很多公司去开发类似聪明药的产品。对此您怎么看呢？

方方：对于这个问题我也没有什么确定答案，我只是跟学生举过一个例子，就是如果大家做一个非常非常复杂的任务的话，最多有5%的脑神经元会同时被使用。那么能不能开发出10%？这是有问题的，从能量代谢率的角度看是有问题的，假如说每一个年轻的人，每顿吃四两米饭，可以支撑着百分之五的神经元代谢。我们的大脑消耗了我们大部分的代谢能量。如果说我们有10%的神经元被同时利用的话，那么意味着每天可能需要每顿饭得吃八两饭。15%的话，你需要吃1斤2两饭，才能支撑这个过程。

而且认知能力的一直增强，其实并不是一件好事。比如说，大家都希望自己的记忆力特别强，这并不一件好事。遗忘是有它保护性功能。比如说我们心理学院，原来接收了一个北大物理系的博士，他就选择了做记忆方向。他说我为什么要来学记忆？是因为我感兴趣的不是记忆，是遗忘。因为我的初恋女友和我分手了我很伤心，我忘不掉这份记忆，我很痛苦。所以认知功能无限的提高并不是好事。包括那个钱卓做的这个NMDA的小鼠，聪明的小鼠的话，更容易出现精神分裂症趋向。

杜忆：所以太聪明不一定是好事。但是比如像欧美国家的学生在服用聪明药这种药物来提高注意力和记忆力。您也讲过一些无创的比如像电击的方法提高注意力，对上述两种方法您怎么看呢？

方方：所谓的聪明药基本上是一种类似于兴奋剂的东西，是提高个体的唤醒程度。心理学里面在动机这章里提到过，当一个人的焦虑和唤醒水平适度提高的时候，去做复杂认知任务的话，比如高考，是会提高的。但如果说你把他的焦虑和动机唤醒水平提高到非常高的水平，并不适合做一个复杂任务。据我所了解，所谓通过提高神经系统的兴奋程度和唤醒水平，来去做一些复杂的认知任务的话，效果基本上是可以说是没有的，但做一些比较简单的事务，是可以的。

无创比如电击的方法，在美国有使用的例子。美国有一个电刺激的方法，就是把电极放到你的注意网络上面，去调控注意网络，在长达几个小时时间内一直保持高度的注意力。但这存在伦理上的争议，你带这样一种电刺激装置帮助考试而别人没有带，这是不是算作一种作弊？

总体来说的话，药物的话我们非常不确定，但是如果从神经调控的角度来说的话，我们还需要做很多研究和设计，来确定怎样电极放在什么部位才能取得想要的效果。

杜忆：方老师刚刚提到视觉剥夺的这样的一个实验，我们就想知道，现在有一些早期的视觉剥夺或者听觉剥夺的人，他们通过后期的这个视觉重建或者听觉重建，恢复了这样的一个视觉听觉能力。他们过了一个关键期之后，他们这样的人的大脑可塑性跟正常人比起来，有没有什么差异？

方方：实验数据我不是特别清楚。在印度有一些从小就得白内障的人，因为他们没有钱把白内障切除。所以当他们长大的时候，眼睛被白内障挡着，看不见什么东西。但是到成年以后，做手术把白内障切了，他们能看到这个世界，然后发觉这些人的视觉可塑性比一般人要强一些。这是我知道的一些很少的例子。因为视觉剥夺的话，是导致这些人有很多神经资源就放在那儿，没有被训练。然后在恢复正常的训练环境以后，这些资源会显示更强的可塑性，逻辑上我是这么想。

杜忆：您刚刚还提到一个词叫关键期，你觉得二语学习的关键期存在吗？二语学习，比如学英语。比如我自己就有小孩，我们很多的家长三岁就让小朋友开始学英语了，加入培训班，那你觉得这个二语学习的关键期存在吗？

方方：就是如果小的时候学语言的话，中文和外文是在一个大脑区域的，两个语言区合到一起。但是成年以后，再学语言的话，这两个语言区是分开的，就是这两种语言之间需要转换，然后才能灵活地使用。应该还是有关键期的。

杜忆：能不能请您展望下未来，未来相关领域的技术会有怎样的发展呢？

方方：我是希望能有一种无创性的电磁或者超声调控技术在任意的时间和空间尺度上可以改变我们大脑的神经活动，从而来控制一个人的心理。

编辑：顾军
责任编辑：姜澎

来源：微信公众号“未来论坛”