兒童青少年認知能力發(fā)展與腦發(fā)育_李艷瑋(共8頁)

1、摘 要 自發(fā)展認知神經(jīng)科學(xué)興起以來, 研究者就開始借助 MRI 等腦成像技術(shù)探討兒童青少年認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)(jigu)發(fā)育和功能特點等之間的關(guān)系, 這為揭示行為發(fā)展與生理成熟之間的關(guān)系、兒童認知發(fā)展的神經(jīng)活動規(guī)律、正常和障礙群體的獨特大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)及活動特點等提供了重要啟示。通過對有關(guān)兒童青少年智力、工作記憶、反應(yīng)(fnyng)抑制等認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育、大腦功能發(fā)育之間關(guān)系, 以及認知能力訓(xùn)練與大腦可塑性等研究的介紹, 指出發(fā)展認知神經(jīng)科學(xué)的未來研究應(yīng)重視采用縱向設(shè)計, 關(guān)注自然成熟和經(jīng)驗對正?；蛘系K兒童青少年認知發(fā)展與腦發(fā)育關(guān)系的交互影響, 同時從練習(xí)和訓(xùn)練的角度對大腦可塑性的特

2、點進行探討。關(guān)鍵詞 兒童青少年; 認知發(fā)展; 腦結(jié)構(gòu)(jigu); 腦功能; 大腦可塑性 分類號 B844 隨著發(fā)展認知神經(jīng)科學(xué)的出現(xiàn), 研究者已開始借助先進的腦成像技術(shù)從新的角度探討認知發(fā)展的基本問題、發(fā)展變化的神經(jīng)機制、發(fā)展障礙的診斷和治療, 以及腦發(fā)育與認知行為發(fā)展之間的關(guān)系(Johnson, 2005; 王益文, 林崇德, 陸祖宏, 2006; 劉俊升, 桑標(biāo), 2007)。自 Casey 等(1995)首次采用 f MRI 技術(shù)研究兒童與成人工作記憶對應(yīng)大腦活動模式的差異以來, 國外就興起了兒童青少年認知能力發(fā)展與腦發(fā)育的研究熱潮, 比如, 美國國立健康研究所(National In

3、stitutes of Health, NIH)自 2001 年就開始在全美選取數(shù)百名 618 歲的兒童青少年進行追蹤研究, 每兩年測查一次被試的智力、加工速度、工作記憶等基本認知能力, 并進行大腦磁共振掃描, 以探討認知能力發(fā)展與腦發(fā)育的關(guān)系(Waber, 2007), 此外, 美國俄亥俄州辛辛那提市成像研究中心(Imaging Research Center)、康奈爾大學(xué)薩克勒發(fā)展心理生理學(xué)研究所 (Sackler Institute for Developmental Psychobiology)等研究機構(gòu)也已開始探求兒童青少年認知發(fā)展與腦發(fā)育的關(guān)系。這些問題的探討對于揭示兒童青少年感覺

4、信息加工、語言文字理解、執(zhí)行功能控制、學(xué)習(xí)、記憶、推理和決策等認知能力的大腦神經(jīng)發(fā)展機制, 以及腦發(fā)育與認知行為發(fā)展之間的關(guān)系具有十分重要的意義。本文主要對正常兒童青少年智力、記憶、反應(yīng)抑制等能力與腦結(jié)構(gòu)發(fā)育、功能特點的關(guān)系和年齡、認知水平對這種關(guān)系的調(diào)節(jié)作用, 以及大腦可塑性等的研究進行回顧和介紹。 1 認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的關(guān)系 在兒童青少年階段, 個體心理特征發(fā)生著顯著變化, 大腦神經(jīng)元也在不斷進行突觸修剪和髓鞘化(Casey, Giedd, & Thomas, 2000)。比如, 出生兩年后, 嬰兒的感知覺能力得到了迅速發(fā)展, 其腦 的 重 量 也 已 達 到 成 人 腦 重 量

5、 的 80% (Kretschmann, Kammradt, Krauthausen, Sauer, & Wingert, 1986)。綜合國內(nèi)外有關(guān)大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn), 兒童青少年時期的大腦發(fā)育呈現(xiàn)以下趨勢：總腦體積隨年齡增長基本沒有顯著變化; 皮層灰質(zhì)體積隨年齡增長呈倒“U”趨勢, 具體表現(xiàn)為在青春期前隨年齡增長而增加, 青春期后隨年齡增長而減少; 而全部白質(zhì)體積隨年齡增長線性增加, 灰質(zhì)/白質(zhì)絕對體積的比率隨年齡增長線性下降(Giedd et al., 1999)。那么, 在兒童青少年大腦結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生巨大變化的同時, 其認知 能 力 發(fā) 展 與 大 腦 發(fā) 育 之 間 存 在 怎

6、 樣 的 關(guān) 系呢？發(fā)展認知神經(jīng)科學(xué)家對這一問題進行了大量研究, 并且獲得了許多重要發(fā)現(xiàn)。1.1 認知能力發(fā)展與大腦皮層發(fā)育(fy)成熟順序的先后一致性 已有研究表明, 嬰兒在 1 歲以前就已經(jīng)具備視覺、聽覺等感知能力并基本(jbn)達到成人水平, 而一些高級認知能力, 比如問題解決能力, 卻要到5 歲左右才開始獲得(陳英和, 2002)。那么, 與這些不同認知能力發(fā)展的先后順序相對應(yīng), 大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育表現(xiàn)出什么樣的規(guī)律(gul)呢？研究發(fā)現(xiàn), 不同認知能力的發(fā)展順序與其對應(yīng)的大腦皮層發(fā)育成熟的順序具有一致性。比如, Sowell 等(2003)繪制了 176 名健康被試各腦區(qū)皮層灰質(zhì)密度隨年齡

7、的變化圖, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 從 7 歲到 60 歲的個體腦區(qū)灰質(zhì)密度發(fā)生了明顯變化, 尤其是外側(cè)和大腦兩半球之間的背側(cè)額葉和頂葉皮層聯(lián)合區(qū), 其中視覺、聽覺和邊緣皮層等與個體基本感知覺功能對應(yīng)的大腦皮層在個體早期就開始出現(xiàn)髓鞘化, 而與語言能力對應(yīng)的顳葉皮層后部開始髓鞘化的時間則相對較晚。Gogtay 等(2004)也對個體認知能力發(fā)展與皮層發(fā)育成熟的關(guān)系進行了分析, 他們采用結(jié)構(gòu)磁共振掃描技術(shù)對 13 名年齡在421 歲個體的皮層發(fā)育進行了長達 810 年的追蹤研究, 并且每兩年對被試掃描一次, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 主要的感覺皮層先成熟, 然后才是頂葉外側(cè)及其他區(qū)域, 也即與基本功能(比如感覺、運動)相

8、關(guān)的腦區(qū)(感覺和運動皮層成熟)最早成熟, 然后是與空間導(dǎo)向、語言發(fā)展和注意相關(guān)的顳頂葉聯(lián)合皮層, 最后才是與執(zhí)行功能、注意以及協(xié)調(diào)動作相關(guān)的前額葉和外側(cè)顳葉皮層; 同時, 并不是單一腦區(qū)完全成熟后其他腦區(qū)才開始發(fā)育, 研究表明前額葉中與味覺和嗅覺加工相關(guān)的腦區(qū)以及枕葉中與主要視覺功能相關(guān)的腦區(qū)也很早成熟。這些研究表明, 個體認知能力發(fā)展與其對應(yīng)大腦結(jié)構(gòu)的發(fā)育成熟確實存在先后順序的一致性, 與感覺、知覺等基本生活技能相關(guān)的腦區(qū)發(fā)育成熟較早, 而與決策、推理等高級認知活動相關(guān)的腦區(qū)發(fā)育成熟較晚。1.2 認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)的關(guān)系受到年齡和認知水平的調(diào)節(jié) 兒童青少年時期, 個體經(jīng)歷著生理上的成熟發(fā)

9、展, 同時, 隨著學(xué)習(xí)和經(jīng)驗的積累, 兒童青少年的認知水平也不斷出現(xiàn)高低分化。因此, 研究這一時期個體認知能力發(fā)展與其對應(yīng)大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的關(guān)系就必須重視分析年齡和認知水平在其中的調(diào)節(jié)作用。首先, 研究者認為個體生理成熟與大腦發(fā)育都是一個動態(tài)變化的過程, 了解年齡在個體認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育關(guān)系中的調(diào)節(jié)作用具有重要意義。智力作為各種認知能力的基礎(chǔ), 其對應(yīng)腦區(qū)結(jié)構(gòu)的異常很可能會導(dǎo)致各種認知活動的異常, 所以, 研究者對兒童青少年尤其是正常兒童青少年智力和腦結(jié)構(gòu)的關(guān)系隨年齡的變化趨勢進行了大量研究, 分別探討了不同年齡組被 試 智 力 與 其 總 腦 體 積 和 皮 層 厚 度 等 的 相 關(guān)(

10、Wilke, Sohn, Byars, & Holland, 2003; Shaw et al., 2006; Karama et al., 2009)。比如, Wilke 等(2003)基于 146 名正常兒童青少年的智力與全腦灰質(zhì)體積的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn), 智力與全腦灰質(zhì)體積的相關(guān)為 0.28, 但是該相關(guān)在 13.617.3 歲被試中最顯著, 而在 10.111.9 歲和 6.48.8 歲組被試中并不明顯, 這表明, 隨著年齡的增長, 智力與全腦體積的相關(guān)會增強。另外, 在大腦其他結(jié)構(gòu)指標(biāo)上, 研究者也發(fā)現(xiàn)不同年齡階段認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)的關(guān)系不同, 例如, Shaw 等(2006)對 30

11、7名兒童青少年智力與皮層厚度的關(guān)系進行了研究, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在兒童早期(3.88.4 歲), IQ 與皮層厚度呈負相關(guān), 而到了兒童晚期(8.611.7 歲), IQ 與皮層厚度則呈現(xiàn)正相關(guān), 并且兩個年齡段IQ 和皮層厚度的相關(guān)系數(shù)差異顯著, 特別是與額葉、左側(cè)顳上和顳中回皮層厚度的相關(guān)。Karama等(2009)也對兒童青少年一般智力 g 因素與皮層厚度的關(guān)系進行了探討, 雖然他們發(fā)現(xiàn)皮層厚度與一般智力 g 因素的相關(guān)系數(shù)在兒童組和青少年組不存在顯著差異, 但 611.9 歲兒童組被試 g 因素與皮層厚度的相關(guān)為 0.20.33, 而 1218.3 歲青春期組被試兩者之間的相關(guān)為 0.250.

12、44, 這同樣也證明了隨著年齡的增長, 智力與皮層厚度的相關(guān)略有增強。其次, 認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的關(guān)系還受到個體認知水平(shupng)的調(diào)節(jié)。已有研究表明個體認知水平與其(yq)大腦結(jié)構(gòu)形態(tài)也存在相關(guān), 比如個體智力水平越高, 其總腦體積越大, 總腦灰質(zhì)體積越多(Mc Daniel, 2005; Frangou, Chitins, Chitins, & Williams, 2004)。事實上, 年齡和認知水平在認知能力和大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的關(guān)系中存在交互作用, 比如, Shaw 等(2006)基于 NIH 腦發(fā)育項目數(shù)據(jù)的分析表明, 個體年齡和智力水平共同(gngtng)影響智力與大腦皮層

13、厚度的關(guān)系, 他們利用聚類分析法將307 名兒童和青少年分為一般 (IQ=83108)、高(IQ=109120) 和超高 (IQ=121149)智力三組 , 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 三組被試的皮層厚度隨年齡增長都有顯著下降, 但是下降的時間點和速度不同：首先, 一般智力組兒童在 5.6 歲左右皮層厚度就一直下降, 高智力水平組被試在兒童后期約 8.5 歲時皮層厚度顯著下降, 而超高智力水平組被試在青少年早期約 11.2 歲時皮層厚度才顯著下降; 另外, 超高智力組皮層厚度下降的速度最快, 高智力和一般智力組皮層厚度下降速度相對較慢, 三種智力水平兒童在 13 歲左右時皮層厚度下降速率相等, 之后高智力水平

14、組皮層厚度下降又快于其他兩組。也就是說, 超高智力水平組既表現(xiàn)出了皮層厚度的快速增加, 也伴隨著皮層厚度的迅速降低; 而一般智力和高智力組被試在整個兒童青少年時期皮層厚度并未出現(xiàn)顯著的增加, 同時下降速度較之超高智力水平組被試要慢。綜合以上研究, 可以發(fā)現(xiàn)個體認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的關(guān)系受到年齡和認知水平的交互影響。所以, 在研究認知發(fā)展與腦發(fā)育關(guān)系的過程中, 應(yīng)該重視分析自然成熟和學(xué)習(xí)經(jīng)驗對大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的交互作用, 辨別個體認知發(fā)展與腦發(fā)育的關(guān)系與年齡和認知水平的相關(guān)。這對于揭示個體自然成熟、學(xué)習(xí)經(jīng)驗對大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育的重要作用, 以及通過創(chuàng)設(shè)豐富環(huán)境來促進大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育等具有重要啟示。2 認

15、知能力發(fā)展與大腦(dno)功能特點的關(guān)系 已有關(guān)于認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)的研究以探討(tnto)認知能力與大腦體積、皮層厚度等腦結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間的關(guān)系為主。而實際上, 大腦結(jié)構(gòu)與其功能(gngnng)是聯(lián)系在一起的, 結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ), 功能是結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。近年來, 研究者采用 f MRI 技術(shù)從個體發(fā)展的角度對不同年齡階段兒童青少年在各種認知活動(如工作記憶、反應(yīng)抑制等)中的腦區(qū)激活模式進行了大量對比研究, 并發(fā)現(xiàn)不同認知能力對應(yīng)腦區(qū)活動表現(xiàn)出較為一致的規(guī)律, 即認知能力發(fā)展和其對應(yīng)腦區(qū)的活動與年齡和認知水平存在相關(guān); 隨著年齡的增長, 認知能力對應(yīng)的關(guān)鍵腦區(qū)逐漸專門化, 與其發(fā)展密切相關(guān)的腦區(qū)激

16、活增強, 而與其發(fā)展無關(guān)的腦區(qū)激活 減弱。2.1 認知能力發(fā)展對應(yīng)大腦活動模式受到年齡、認知水平的調(diào)節(jié) 研究者發(fā)現(xiàn), 隨著年齡的增長, 認知能力發(fā)展對應(yīng)的關(guān)鍵腦區(qū)不斷發(fā)生變化, 這與個體認知水平和大腦加工效率的提高有關(guān), 比如, 與記憶信息編碼、貯存和提取相關(guān)的海馬和齒狀回的髓鞘化與成熟會隨年齡增長而發(fā)生變化(Pennington, Snyder, & Roberts, 2007), 并且兒童青少年在完成工作記憶任務(wù)時對應(yīng)額葉和頂葉皮層的激活程 度 和 神 經(jīng) 效 能 會 隨 其 年 齡 的 增 長 而 提 高(Dowker, 2006)。Ciesielski 等(2006)對 27 名年齡在

17、 610 歲的兒童與 2028 歲的成人進行的對比研究表明, 在復(fù)雜客體工作記憶成績上, 6 歲兒童相對成人較差; 進一步分析 f MRI 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在該任務(wù)中, 兒童組被試與成人組被試的激活腦區(qū)也存在差異, 成人組被試的腹內(nèi)側(cè)前額葉、兩側(cè)梭狀回、帶狀后回和楔前葉存在激活, 而兒童組被試的激活腦區(qū)卻是運動前區(qū)、頂葉、前腦島、尾狀核和小腦。這表明, 隨著年齡的增長, 個體認知水平提高的同時, 該認知能力對應(yīng)的腦區(qū)激活模式也發(fā)生了變化。Klingberg, Forssberg 和Wessterberg (2002) 對 918 歲兒童青少年在工作記憶任務(wù)中對應(yīng)腦區(qū)激活特點的研究也表明額上回和頂葉

18、皮層的激活會隨著年齡的增長而增強, 同時這些腦區(qū)的激活與個體在工作記憶任務(wù)中的行為表現(xiàn)成績顯著相關(guān)。但是 Ciesielski 等(2006)、Klingberg 等(2002)的研究并未成功剝離個體年齡和認知水平對其大腦活動模式的獨立預(yù)測作用, 因而無法解釋造成兒童和成人被試在工作記憶任務(wù)中大腦活動差異的根本原因。 Casey 等一直倡導(dǎo)在研究個體認知發(fā)展與腦發(fā)育關(guān)系時, 要區(qū)分年齡和認知水平對其調(diào)節(jié)作用, 他們在 2005 年就提出分析認知能力對應(yīng)大腦活動模式時應(yīng)該分別控制年齡和認知能力水平, 準確辨別個體腦區(qū)激活是由自然成熟導(dǎo)致還是與個體學(xué)習(xí)經(jīng)驗的積累相關(guān)(Casey, Tottenha

19、m, Liston, & Durston, 2005)。那么, 如何來區(qū)分大腦活 動 是 與 年 齡 相 關(guān) 還 是 與 認 知 水 平 相 關(guān) 呢 ？Schlaggar 等早在 2002 年就通過分別控制年齡和行為成績的方法對 710 歲兒童和成人組被試在詞匯加工任務(wù)中的腦區(qū)激活特點進行對比, 來探討與任務(wù)對應(yīng)的腦區(qū)激活到底是與年齡相關(guān)還是與認知水平相關(guān), 他們分別獲取詞匯加工成績相等與不等的兒童組和成人組被試, 選擇側(cè)前額葉、紋狀區(qū)等 6 個腦區(qū)作為感興趣腦區(qū)(Regions of interest, ROIs), 分別對完成詞匯加工任務(wù)時這些腦區(qū)的活動特點及與年齡和認知水平的關(guān)系進行分析

20、, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)所關(guān)注的 6 個腦區(qū)中, 既有與年齡相關(guān)的腦區(qū)(BA 44/6 區(qū)), 也有僅受到認知水平調(diào)節(jié)的腦區(qū)(BA 45/47 區(qū)), 從而成功剝離出了年齡、認知水平各自的相關(guān)腦區(qū)。此外, 他們還發(fā)現(xiàn)了與年齡和認知水平都相關(guān)的腦區(qū)(BA 18區(qū)), 以及與年齡和認知水平都不相關(guān)的腦區(qū)(BA 9、BA 44 區(qū)) (Schlaggar et al., 2002), 這種彌漫性的、與年齡、認知水平都不相關(guān)腦區(qū)的激活在也得到了其他研究的驗證, 比如, Thomas 等(1999)發(fā)現(xiàn), 即使兒童在腦發(fā)育并未完全成熟的情況下, 也會出現(xiàn)類似成人的腦區(qū)激活模式, 他們采用功能核磁共振成像技術(shù)對 6

21、名 810 歲的兒童和 6名 1926 歲的成人完成空間工作記憶任務(wù)時的大腦功能特點進行了對比, 結(jié)果表明, 雖然在空間工作記憶任務(wù)中, 兒童行為表現(xiàn)成績顯著低于成人, 但是兩組被試在左側(cè)前額葉、中央后回、右小腦、右側(cè)中央上回、右側(cè)背外側(cè)前額葉、右側(cè)頂上皮層、兩側(cè)頂下皮層中都有激活, 也即在年齡和行為表現(xiàn)成績都不相同的情況下, 被試腦區(qū)激活仍然相同, 即出現(xiàn)了與年齡和認知水平都無關(guān)的腦區(qū)。2.2 認知功能發(fā)展對應(yīng)腦區(qū)隨年齡(ninlng)增長逐漸專門化 大腦神經(jīng)解剖的研究結(jié)果表明左側(cè)大腦, 尤其是左側(cè)顳葉腦區(qū)與個體言語能力密切相關(guān)(xinggun), 而右側(cè)大腦多與空間知覺和音樂等認知能力相關(guān)

22、, 即存在認知能力發(fā)展對應(yīng)腦區(qū)專門化的現(xiàn)象。隨著先進的腦成像技術(shù)的出現(xiàn)與完善, 研究者借助f MRI 等技術(shù)為認知能力發(fā)展對應(yīng)腦區(qū)逐漸專門化的現(xiàn)象提供了新的證據(jù)(zhngj), 他們發(fā)現(xiàn), 在個體年齡增長和認知能力發(fā)展對應(yīng)關(guān)鍵腦區(qū)不斷變化的同時, 與某一認知活動密切相關(guān)的腦區(qū)激活逐漸增強, 或者與其不甚密切的腦區(qū)激活逐漸減弱, 也即高級認知活動對應(yīng)腦區(qū)激活逐漸集中, 出現(xiàn)專門化的現(xiàn)象。比如, Tamm, Menon 和 Reiss (2002)采用反應(yīng)抑制任務(wù)的經(jīng)典范式(Go/No-go Task)對19 名年齡在 820 歲的兒童和成人進行測查, 觀察他們在完成任務(wù)時對應(yīng)腦區(qū)的激活差異, 結(jié)

23、果表明隨著年齡的增長, 被試的反應(yīng)速度顯著提高, 并且所有被試在與反應(yīng)抑制相關(guān)的腦區(qū), 如左側(cè)額下回、腦島和眶額皮層的激活隨年齡增強, 而左側(cè)額中/上回激活隨年齡減弱, 也即出現(xiàn)反應(yīng)抑制對應(yīng)腦區(qū)活動專門化的現(xiàn)象。龐高峰等(2009)有關(guān)正常兒童與成人在反應(yīng)抑制的持續(xù)性作業(yè)任務(wù)(Continuous performance task, CPT)對應(yīng)腦區(qū)激活的對比研究中也發(fā)現(xiàn)了認知能力對應(yīng)腦區(qū)專門化的現(xiàn)象, 他們發(fā)現(xiàn), 隨著年齡的增長, 中央前額葉和扣帶回激活的強度和區(qū)域明顯提高, 而小腦、右側(cè)腹外側(cè)前額葉皮層和左側(cè)島葉激活明顯減弱。工作記憶對應(yīng)腦區(qū)激活隨年齡的變化模式也為認知能力對應(yīng)腦區(qū)專門化現(xiàn)

24、象提供了支持, 例如, Know, Reiss 和 Menon (2002) 采用2-back 任務(wù)對 34 名年齡在 722 歲的健康成人和兒童在視覺空間工作記憶中腦區(qū)激活模式的個體差異進行了分析, 發(fā)現(xiàn)左右背外側(cè)前額葉、左側(cè)外側(cè)前額葉、左側(cè)前運動區(qū)和兩側(cè)頂后葉皮層等與工作記憶能力相關(guān)的腦區(qū)的激活隨年齡增長而增強。另外, 也有研究證明與認知能力發(fā)展不甚密切的腦區(qū)激活隨年齡增長而減弱, 例如, Casey 等(1997)對反應(yīng)抑制任務(wù)下兒童和成人被試的腦 區(qū)激活對 比分析 發(fā)現(xiàn) , 712 歲兒 童和2124 歲成人被試在反應(yīng)抑制任務(wù)中從背外側(cè)前額葉到眶額皮層都有激活, 但是隨著年齡的增長,

25、背外側(cè)前額葉腦區(qū)的激活減弱?？梢? 隨著年齡的增長, 認知活動對某些腦區(qū)的依賴性增強, 激活增強, 而相對對于其他腦區(qū)的依賴性降低, 激活減弱, 即出現(xiàn)認知能力對應(yīng)大腦區(qū)域?qū)ｉT化的現(xiàn)象(Park et al., 2003)。3 認知(rn zh)能力訓(xùn)練與大腦結(jié)構(gòu)、功能可塑性 受學(xué)習(xí)、訓(xùn)練以及經(jīng)驗等因素的影響(yngxing), 大腦皮層會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的變化以及功能的重組, 即出現(xiàn)所謂的可塑性, 在兒童青少年時期, 個體認知能力迅速提高, 其中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性也最強。近年來腦功能成像技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展, 使大腦可塑性研究由微觀的突觸可塑性層面轉(zhuǎn)向(zhunxing)宏觀的皮層等大腦結(jié)構(gòu)可塑性層面,

26、 并且借助腦功能成像中 BOLD 信號的變化, 很好地探索了學(xué)習(xí)前后大腦激活區(qū)域的變化趨勢。研究者已通過各種途徑對兒童青少年進行認知能力訓(xùn)練, 以此來探討認知能力集中訓(xùn)練帶來的經(jīng)驗積累對大腦結(jié)構(gòu)、功能可塑性的影響作用。 練習(xí)和訓(xùn)練可以改變大腦皮層厚度等結(jié)構(gòu)形態(tài), 也即出現(xiàn)大腦結(jié)構(gòu)上的可塑性。Haier, Karama, Leyba和Jung (2009) 對處在青春期的女生進行為期三個月的視覺空間問題解決的計算機任務(wù)訓(xùn)練, 并分別在練習(xí)前后對被試進行MRI掃描, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 這些被試在BA6和 BA22/38 區(qū)皮層厚度顯著增加。音樂訓(xùn)練的實驗研究也為大腦結(jié)構(gòu)可塑性變化提供了證據(jù), Schla

27、ug, Norton, Overy和Winner (2005)對 57 歲兒童進行了長達四年的追蹤研究, 發(fā)現(xiàn)接受音樂訓(xùn)練的兒童大腦感覺運動皮層和兩側(cè)枕葉皮層部分腦區(qū)的灰質(zhì)體積顯著大于沒有接受音樂訓(xùn)練的控制組兒童。同樣, 功能磁共振成像結(jié)果也表明練習(xí)和訓(xùn)練可以促使大腦活動模式發(fā)生變化, 也即出現(xiàn)大腦功能的可塑性。比如, Koelsch, Fritz, Schulze, Alsop和Schlaug (2005) 對10名接受不同強度音樂訓(xùn)練的兒童在不規(guī)則弦音刺激下的大腦活動模式進行研究, 他們將兒童分為沒有接受過音樂訓(xùn)練的兒童組、接受中等強度音樂訓(xùn)練的兒童組和接受過度音樂訓(xùn)練的兒童組, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)

28、, 音樂訓(xùn)練與額葉島蓋和顳上回前部的腦區(qū)激活增強相關(guān), 也即接受音樂訓(xùn)練的時間越長, 對應(yīng)額葉島蓋和顳上回前部的腦區(qū)激活越強。另外, Koelsch等(2005)還選取10 名成人音樂家與10名成人非音樂家被試, 分析他們在不規(guī)則弦音刺激下大腦活動模式的差異, 發(fā)現(xiàn)音樂家在外側(cè)額葉下部和右側(cè)顳上回前部激活較之非音樂家要強, 并且在兒童組被試也發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果, 表明音樂訓(xùn)練確實造成了大腦活動模式的可塑性。但是, 學(xué)習(xí)和訓(xùn)練并不一定總是帶來腦區(qū)激活的增強,比如, Schmithorst和Holland (2004) 對兩組音樂背景不同的健康成人被試在行為任務(wù)中的腦區(qū)激活進行分析, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 幼時

29、就開始接受音樂訓(xùn)練的被試在數(shù)學(xué)任務(wù)中對應(yīng)左側(cè)梭狀回和前額葉皮層的激活增強, 視覺聯(lián)合皮層和頂下小葉激活減弱。由此可見, 接受學(xué)習(xí)和訓(xùn)練后, 認知能力對應(yīng)腦區(qū)激活不是呈現(xiàn)簡單的增強模式, 也有可能出現(xiàn)激活強度減弱的現(xiàn)象, 但是該激活改變究竟呈現(xiàn)一種怎樣的模式(增強或是減弱), 甚至是否與大腦結(jié)構(gòu)的改變相關(guān)至今還未有很好的說明。4 小結(jié)(xioji)與展望 從以上兒童青少年認知能力發(fā)展與大腦發(fā)育的研究中可看出, 盡管發(fā)展認知神經(jīng)科學(xué)出現(xiàn)時間較短, 但研究者已從多角度、多層次探討了個體認知能力發(fā)展與大腦發(fā)育的相關(guān), 并已取得了豐碩成果, 這對于豐富傳統(tǒng)的發(fā)展心理學(xué)理論和研究發(fā)現(xiàn), 了解個體認知發(fā)展的

30、大腦神經(jīng)機制, 為教育教學(xué)(jio xu)、臨床研究提供建議具有十分重要的意義。綜合前人研究, 我們發(fā)現(xiàn)已有研究表現(xiàn)(bioxin)出以下幾個特點和趨勢： 第一, 在研究對象上, 研究者從最初關(guān)注正常兒童青少年個體到近年來開始探討障礙群體認知能力發(fā)展與大腦發(fā)育的關(guān)系。比如, Spencer等(2006)對年齡在 1322 歲攜帶自閉癥性征的智力發(fā)育遲滯個體大腦結(jié)構(gòu)特征進行了研究, 發(fā)現(xiàn)智力發(fā)育遲滯組被試的大腦結(jié)構(gòu)形態(tài)特征較之正常人存在異常, 并且攜帶自閉癥性征的智力發(fā)育遲滯患者的左側(cè)顳上回白質(zhì)密度要高于無自閉癥性征的智力發(fā)育遲滯患者。有關(guān)障礙患者的認知發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系研究, 有利于了

31、解特殊人群認知與腦發(fā)育規(guī)律, 進而為促進兒童青少年認知能力發(fā)展異常的診斷、分類、干預(yù)、治療和預(yù)防等提供科學(xué)依據(jù), 也從另一個角度驗證、豐富和支持了有關(guān)兒童青少年認知發(fā)展與腦發(fā)育關(guān)系的研究結(jié)果和發(fā)現(xiàn)。 第二, 在研究設(shè)計上, 研究者最初只是通過設(shè)置不同的年齡階段, 也即運用橫向研究范式來對比分析個體認知能力發(fā)展與大腦結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系, 這為揭示個體發(fā)展過程中行為活動與大腦結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系提供了一定啟示, 但是無法從生態(tài)學(xué)角度真實再現(xiàn)個體認知能力發(fā)展與腦發(fā)育關(guān)系的動態(tài)變化及規(guī)律。目前, 也有研究機構(gòu), 比如, 美國國立健康研究所通過采用較大樣本、縱向設(shè)計的方法來追蹤分析和描繪個體發(fā)展與腦發(fā)育的動態(tài)關(guān)系, 這種設(shè)計為從自然發(fā)展的角度真實再現(xiàn)個體認知發(fā)展與腦發(fā)育的關(guān)系及變化曲線提供了更直接、更科學(xué)的依據(jù)。 第三, 在研究角度上, 研究者最初關(guān)注大腦結(jié)構(gòu)本身隨年齡增長的變化, 或者從靜態(tài)角度分析認知能力與大腦結(jié)構(gòu)和功能的相關(guān), 盡管這為分別了解大腦本身的發(fā)育規(guī)律, 以及認知能力與大腦結(jié)構(gòu)特點的關(guān)系提供了普遍認識, 但不利于從個體自然成熟、經(jīng)驗積累、腦結(jié)構(gòu)變化角度綜合揭示認知發(fā)展與腦發(fā)育的關(guān)系。因此, 自 Casey等(2005)提出大腦活動模式受到年齡和認知水平的調(diào)節(jié)以來, 研究者逐漸開始探討年齡和認知水平對認知發(fā)展和腦發(fā)育關(guān)系的交互影響,