本报记者 张梅
我们从小就开始学习，学习几乎伴随了我们从孩子到成人再到进入社会的每一个阶段。那么，大脑在学习的过程中发生了什么样的变化，如何学习才会更有效果？12月10日，记者走进陕西师范大学现代教学技术教育部重点实验室，了解学习与大脑的关系。
大脑具有可塑性
在实验室的动物行为实验平台，记者看到实验鼠按要求“学习”不同的方位，并在数天学习后接受测试阶段的“考试评估”。科研人员介绍，经过一定时间的学习，实验鼠在没有参考物的情况下，可以判断出相应的位置。在电生理实验室，科研人员用一只电极刺激实验鼠大脑海马区的固定位置，另一只电极记录这种刺激带给大脑的生理变化……
这些研究都是为了进一步揭示外界刺激与大脑神经连接的关系，也就是进一步研究大脑的核心特征——可塑性。大脑的可塑性是指大脑可以为环境和经验所修饰，具有在外界环境和经验的作用下塑造大脑结构和功能的能力。也就是说大脑内部的神经元突触之间的连接可以由于学习和经验的影响建立新的连接，从而影响个体的行为。或者，通过学习和训练，大脑某一代表区的功能可以由邻近的脑区部分代偿，也表现为脑损伤患者在经过学习、训练后脑功能在一定程度上的恢复。
“大脑具有很强的可塑性，而且这种可塑性伴随终身。当大脑受外界刺激影响，神经元之间的联系会随时修改。例如，当你长期练习某一种大脑功能，就可以让负责这个功能的脑区的神经连接生成和巩固，但是你要偷懒，不持续练习，大脑中刚刚建立起来的神经网络的巩固过程就会‘罢工’，变得日渐虚弱，一些微弱的神经连接甚至会被修剪掉。”实验室学科带头人任维介绍，这个神经连接生成、巩固和修剪的过程就是我们学习的过程，而大脑神经可塑性决定了每个人的学习能力。
科学学习正是基于大脑具有可塑性这一基本理念，通过研究大脑的基本功能、运作机制，从而为教育提供理论支撑。“我们倡导以发展的理念看待教育。以前我们后天学习的过程、后天的教育，都是基于经验的教育。随着脑科学研究的不断进步，现在的教育一定是基于脑科学研究的教育，任何教育措施的采取、任何教育方法的实施一定有它的脑、神经变化基础在里边。我们的工作就是在这方面寻求一点规律，探求一点机制，来支撑科学教育的教学与学习。”团队成员韩静表示。
重视环境对大脑的影响
大脑具有可塑性，影响大脑可塑性最关键的因素就是环境。
“很多日常的环境因素都会影响大脑功能的变化，例如社会环境、人与社会环境的互动、营养的摄入、体育锻炼以及睡眠等。这些因素对大脑的影响显而易见，但却常常被人们忽视。”任维介绍，只有正确认识了环境如何作用于大脑，认识认知和大脑的关系，才能正确调节我们的大脑和身体，从而有可能发挥大脑的潜能来促进学习。
在日常生活中我们都深有体会，睡眠对大脑的影响是显而易见的。团队成员韩静介绍，对实验鼠进行睡眠剥夺的实验证明，睡眠会影响大脑海马区的功能，进而影响空间学习记忆的能力。反之，适量运动会激活人脑的很多区域。大量的研究证明，人在运动的时候，其他方面的表现也会提升。
环境对大脑的影响复杂而细微。外界环境的影响，特别是有一定威胁性的影响作用于个体后产生的效果会有所不同。“个人与环境的相互关系非常密切。外界因素对个体产生的作用，不仅受到个体差异的影响，还受到刺激程度的影响。这往往取决于刺激的强度和个体与环境之间的应激互动关系。”任维介绍，同样强度的环境刺激，如果被个体理解为可控的可预知的，不良影响会大大减少。“比如说在学习过程中，适度的惩罚可以建立个体和刺激之间的良性互动，从而发展出个体对其他不良环境刺激的反应能力。但是，如果环境刺激是个体不可控的，久而久之就会产生心理学上所谓的‘习得性无助’，就会产生焦虑的情绪，并把这种情绪从一个刺激条件泛化到其他条件下，在多个环境下会表现出这个特点，从而导致退缩等负面行为。”任维说，这反映在儿童学习上就是，教育教学要遵循人脑发育的规律，违背认知规律的“过早开发”，只能是揠苗助长。
除了日常环境之外，情绪对人的影响也至关重要。研究发现，情绪会重塑大脑神经组织。在人们所处的社会环境中，有效地管控情绪是成为一名高效学习者的关键技能。自我调节能力更是行为和情绪技能中的最重要技能之一。
学习科学的价值
随着科技的进步，人类对自己的身体、大脑神经有了更深入的了解和利用，人们希望更深入地了解学习和大脑的关系，学习科学应运而生。
“行为和认知的物质基础是脑的发育。我们的主要任务是围绕和教育教学相关的问题，研究儿童青少年发展历程中的神经科学和脑科学方面的发展历程，从而对改进教育教学方法提供科学的依据。”任维介绍。
陕西师范大学认知神经科学团队的研究领域正是学习科学的重要组成部分。学习科学形成于20世纪80年代，是研究人的真实学习活动及其规律的学科，涉及认知科学、神经科学、教育心理学、计算机科学、人类学、社会学等多个领域，主要研究人类真实学习的生理基础、心理机制、环境建设、社会机制等问题。“学习科学是由生物科学和教育科学交叉而成的前沿学科，引领着教学模式的变革方向。”任维说。
近年来，团队主要围绕应激对学习的影响、焦虑和抑郁的产生、运动和睡眠因素对认知的改变、慢性疾病的影响以及成瘾性药物对大脑的作用等课题开展了深入研究，并取得了诸多成绩。
团队在活体动物实验中证明大麻素作用于神经胶质细胞，由胶质细胞来调节神经元突触传递活动，进而引起工作记忆的损伤。这项突破性研究成果发现了神经胶质细胞调控大脑的学习记忆功能的直接证据，为牢固确立神经胶质细胞调控大脑高级功能的理论认识作出了重要的科学贡献，对进一步深入研究学习记忆和奖赏等脑高级功能的机理，促进这些理论认识在医学、教育等领域的实际应用打开了新的机遇。
团队与三家校外单位合作，采用目前最先进的基因敲入技术，在国际上首次实现对多巴胺系统、内源性阿片系统和内源性大麻素系统的定向、定时目标基因敲除，成功构建13个基因改造小鼠品系。这三个系统在学习记忆、情绪/情感行为中具有重要调控作用。目前，这些小鼠模型已成功制备、繁育，并陆续应用于相关研究，在认知功能、情绪行为等研究中意义重大。
“了解了大脑的作用机制，认识了学习与大脑的关系，我们就可以有针对性地采取措施，从而让学习更加科学有效。”任维表示。
