本文由公众号 “把科学带回家” 提供
给孩子最好的科学教育
来源 IEEE等
编译 七君
你想拥有强大的学习能力，还是能够深思熟虑、考虑事情比较周全的能力？
你可能会疑虑，为什么不能同时拥有这两种能力？
还真不能。想要拥有强大的学习能力，就必须牺牲大脑的“成熟度”，反过来也是一样。
一起来看看背后的原理。
在宾夕法尼亚大学里，2014年的美国跨领域最高奖项之一——麦克阿瑟天才奖（MacArthur Fellow）获得者、物理学家和系统神经科学家 Danielle Bassett 正在使用核磁共振成像（MRI）技术以及网络理论（基于数学的一个分支——图论来解决网络相关问题的学科）来构造大脑学习的模型。
Danielle Bassett
Bassett 目前是宾大工程与应用科学系的副教授，同时也是快速发展的计算神经科学的一支前沿——动态网络神经科学（dynamic network neuroscience）的先驱。
她想知道，人脑是怎样思考的，我们是怎样学习新知识、新技能的。如果我们能揭秘大脑学习的模式，那么我们就可以让自己学得更快更多。
Danielle Bassett 用网络理论构筑了了大脑中的神经元网络，并且研究了在这个网络中，神经元的信号通路是怎样随时间变化，被经历所塑造。
Bassett 说，“10年前，我们要等人死了才能研究人脑的神经元网络，但是现在借助非侵入的核磁共振成像技术，在人活着的时候我们也可以研究他们的大脑了。”
核磁共振成像仪
Bassett拍摄了人类大脑在学习时的核磁共振影像，并借助她研发的新技术发现了大脑的学习的一个奇特特征，而这是前人所没有发现的。
当我们正在学习一个新的动作，比如练习游戏吉他英雄（guitar hero）里面的一系列音符的弹法的时候，有2个脑区非常活跃。
吉他英雄游戏，类似于太鼓达人。
首先就是运动皮层（motor cortex），手指的运动离不开这个脑区。其次是视觉皮层（visual cortex），它是负责处理在游戏中看到的符号和图像的。
运动皮层（左图黄色）和视觉皮层（右图红色）
一开始，大脑的这两个不同系统之间有着非常紧密的互动，因为它们要信息共享。这说明我们的大脑正在努力积极地学习新动作。
但是练习几周后，随着我们对新动作的掌握程度不断加深，肌肉记忆形成，脑区之间的交流也就逐渐停止了。
你可以猜到，那些学得最快的人的大脑安静下来所需的时间也最短，他们也是对新知识掌握得最好的人。反过来，那些非常努力地学习，脑区活跃了很久的人，反而是学得慢的人。
这点其实还挺好理解的，那些学得快的人，很快就可以在“不动脑子”的情况下如鱼得水地运用新知识、新技能了。但是那些学得慢的人，反而还要思考很久，“更费脑子”。
Bassett 说，看到这个研究成果的时候她总禁不住想起在学习垒球时，父亲和她说的一句话，“你太用力了，做过头了。”
但是 Bassett 还有另外一些反常识的发现。原来，学得慢，并不意味着一个人更笨，也可能是因为TA的大脑更为成熟。
Bassett 说，对于大脑的学习来说，最大的阻碍就是大脑的执行系统（executive system）。大脑的执行系统主要负责工作记忆、推理、计划、注意力、抑制和控制等高级认知功能。
显然，大脑这个功能板块对于我们做决策来说非常重要，没有它，我们就无法进行复杂的思考，无法做决定，更无法成为独立而成熟的个体。
既然执行系统会阻碍学习，那么在学习能力处于人生巅峰的儿童身上，执行系统应该很弱吧？
Bassett 和宾大的大脑行为实验室（Brain Behavior Laboratory UPenn）的脑科学家合作，对882个8-22岁的儿童或青年的大脑进行了分析。相关研究发表在了2017年的《当代生物学》（Current Biology）上。
结果他们发现，没错，执行系统是大脑中最晚发育的部分。为了让人类的儿童学到更多的知识，他们大脑的判断力、推理和计划的发展速度都被演化调慢了。
这就是小孩子不会想很多，考虑很多，但是他们学得反而快的原因。变得更成熟、思虑更周全的成年人，学习能力反而下降了。
Bassett 说，随着年龄的增长，长大后的我们的执行系统终于跟上了大脑其他软硬件发展的步伐。我们会想得越来越多，但同时，我们的学习能力也随之下降了。
相对于成年人的大脑（右上），儿童的大脑（左下）的执行功能更弱。成年人大脑的执行功能更强，同时各个脑功能模块更为独立和完善。
doi：10.1016/j.cub.2017.04.051
依靠这些研究成果，Bassett 希望在未来为处于不同发育状态的大脑创造更好的学习环境，“我们可以设计一些技术来启动人们的大脑，用一些治疗手段来帮助人们学习。”
实际上，已经有人开始研究这个问题了。Bassett 实验室的神经科学家 John Medaglia 就在使用经颅磁刺激（TMS）技术尝试改变我们的大脑。
经颅磁刺激（TMS）技术会在特定脑区产生微弱的电流环路。
经颅磁刺激技术是一种可以让大脑的某些区域产生微弱电流环路的磁线圈，它常被用于治疗头痛和抑郁症。
如果我们对一些神经疾病，如癫痫和帕金森氏病的相关神经网络有更多的了解，那么有一天我们说不定就可以利用经颅磁刺激技术治愈这些疾病，甚至还可以开启人类在童年终结时失去的那部分学习能力。
这么说起来，如果你被人说“不成熟”、“孩子气”，你可以沾沾自喜啊，不成熟的大脑才能学得快嘛。
不过瘾，请戳
给孩子最好的科学教育
转载请联系 kids@huanqiukexue.com
联系客服
