英国脑科学研究新进展及启示Word下载.docx

1、科学教育-开发儿童少年潜能是江苏省教委承担的一项国家教育部重点科研课题，研究对象主要是婴幼儿和少年儿童，研究内容是脑科学和教育实践相结合，推进素质教育。第一批研究项目有科学认读、发展语言及思维研究，感知运动、脑体并用、协同发展研究，艺术教育与儿童潜能开发研究，脑营养物质、脑潜能开发研究、幼儿早期科学教育神经、生理研究、学习记忆机理研究、少儿思维特征与创造性思维训练方法研究，左右脑思考倾向分析系统及训练研究，学习障碍的诊断、干预及教育训练研究，0-3岁婴儿潜能开发研究，3-6岁幼儿潜能开发研究，科学教育与相似原理学习系统研究等12个子课题。半年来，东南大学电子与分子实验室在分子水平上研究了学习与

2、记忆的机制，特别是通过生物实验检测过DNA序列分析，发现了与学习和记忆功能相关的饿新基因或者同源基因，在海马与记忆的形成、小脑程序性记忆的研究方面也有了一定的发展。其他如0-3岁婴儿潜能开发课题组、感知运动学习障碍研究课题组呀都取得了重大的突破。课题组在江苏特教研究服务中心建立了实验基地，通过5-15岁儿童的个案研究，编制了感统能力测试量表，形成了一套咨询、测试、训练方法，在提升幼儿感知能力方面颇具实效。3-6岁幼儿潜能开发研究组在研究幼儿创造潜能开发方面与美国泰亿格电子公司合作，开发了系列软件小老虎，同时与华东师范大学学前研究所海贝尔编辑部合作，开发了高智能训练教材和教玩具，并建立起幼儿早期

3、科学教育网络信息服务系统，形成了信息产业。美国的人类基因组研究项目开始于1990年，其目的在于确认人类所有的大约30000种基因，确认构成人类DNA的30亿对化学染色体的排列顺序并将这些资料保存在数据库里，改进数据分析工具，将相关技术传授给私人部门，将研究中出现的道德、法律和社会问题公之与众等等。这一项目原定于15年内完成，但今年已提前结题。研究确认了人类所有的基因，但是并没有确定每种基因的功能。美国人类基因组研究项目的一个重要特征是，它是第一个将研究过程中所出现的ELSI问题公之与众的大型科学项目。另一个重要特征是，联邦政府将长期拥有的技术转让给了私人机构，通过将技术转让给私人机构并授权他们

4、进行改革，催化了生物科学产业，同时也促进了新医药应用的发展。脑科学研究的新进展，有助于我们对大脑发育和活动规律等有更进一步的认识和理解，也为教育尤其是早期教育的理论与实践提供了科学的依据。目前关于脑科学的研究已经成为世界各国研究的热点问题之一。为了帮助大家增加对这问题的认识，我们开展了关于脑科学进展的研究，我觉得开展这样的研究不但有利于学生了解生物科学发展的趋势，而且有利于树立对生物科学习的兴趣及从事生命科学事业的理想，有利于培养学生收集信息、处理信息的能力及终身学习的能力，也有利于学生的思维能力和创新能力的提高。关键词：脑科学进展认知信息处理脑功能创造性思维人工智能众所周知，人之所以成为万物

5、之灵，有别于其他物种是因为人类有极其复杂的大脑，它是千百年进化的结晶。在过去的六亿年中，生物体通过进化产生出由大量神经元相互联结而成的神经网络，解决了在不断变化的复杂环境中人脑如何处理各种复杂信息的问题，尤其是人的高级认知功能的高度发展，使得人类成为万物之首，具备了主宰世界的能力。而且随着社会的发展，人们越来越认识到大脑的作用，关于大脑的研究，已经成为现代科学中最深奥的课题，也是最难攻克的科学堡垒。我们作为这个时代的一分子也就有必要对这一问题有一个清醒的认识。为此我们研究小组对这个问题开展了调查。下面我们将从六个方面来汇兑一下我们所收集到的资料以供大家参考。一、关于脑科学研究的历史。人类对大脑

6、的探索经历了漫长的岁月，早在公元前600年古希腊哲学家和生理学家阿尔克迈翁就得出了脑是智力的器官的结论，并指出人脑具有理解能力。公元前3世纪，希腊解剖学家、生理学家与医师希罗菲卢斯认为脑是神经系统的中心并具有思维的功能。1863年俄生理学家谢切诺夫提出了大脑反射理论。1873年意大利人高尔基发明了神经组织的硝酸银染色法，能清晰辨认神经细胞及其突起。20世纪20年代苏联生理学家巴甫洛夫关于条件反射的研究进一步揭示了大脑活动的机理，并对大脑两半球的活动进行了研究。瑞士生理学家赫斯于1925年开始进行了脑各部位功能的研究使人们对脑的功能有了更深入的了解，1928年中国的朱鹤年首次提出了神经分泌的概念

7、。1937年中国生理学家张锡钧发表中枢突触神经冲动的体液传递的论文，加深了人们对神经活动的了解。1966年美国神经生理学家斯佩里证实了大脑两半球的功能高度分化且不能互换信息。70年代末发展起来的模片钳位技术最终改变了人们对神经活动基本过程的认识。而近年建立起的无创伤成像技术为人们认识活体脑的活动及分析其机制提供了前所未有的有效工具。人类对大脑的研究才取得了较大的进展。由此可见虽然人类早已对大脑进行了探索但人类真正用科学的方法对脑进行研究大约只有200年的历史，人类对大脑的探索还仅仅是个开头。二、比较成熟的理论。通过多年的探索，人们现在已经认识到，在大脑的活动中存在着一些基本的过程，如：信号的发

8、生、传导、突触传递等，对于递质的存贮、保持、释放、调节过程目前已经有了一副概图，对于大脑的划分已有了初步的认识，对于大脑的高级功能诸如感知、运动、控制、学习与记忆、情绪、语言、意识等也有了初步的了解，对于大脑两半球及其他结构的功能划分也有了初步的认识。人们认识到大脑是生物体内结构和功能的最复杂的组织，是接受外界信号产生感觉，形成意识进行逻辑思维发出指令产生行为的指挥部，它掌管着人类每天的语言、思维、感觉、情绪运动等高级活动，人脑也是极为精巧和完善的信息处理系统，是人体内外环境信息获得、存储、处理、加工和整合的中枢。左半球在言语、逻辑思维和分析能力等方面起决定作用，右半球是音乐、美术、几何等的辨

9、认系统。也就是说，右半球主管直观的、综合性的创造性的活动。但是两半球的功能的专门化并不是绝对的，人的动作需要左右两半球协同工作才能完成。创造性思维就是在大脑两半球协同工作的最佳状态时产生的。三、现在各国主要开展的脑科学方面的研究。由于脑科学对人类的重要意义，现在世界各国都纷纷开展了这方面的研究，由日本政府资助开展的国际人类前沿科学计划其中重点之一便是认知科学研究。知觉和认知、运动和行为、记忆和学习及语言和思考是其中重要的4个问题。美国、欧共体也都制订了大脑研究的十年计划，其中主要研究的问题有：1、感觉系统的研究：对人类视觉、听觉和前庭系统的动态输入的理解。2、知觉和认知计划：诸如人类的学习、在

10、动态环境中识别、评价事件和决策的研究，它包括了多重感觉的整合，在复杂技能获得中的认知和知觉因素，及注意与记忆等。3、认知科学基础研究：确定人类的认知构造，提供知识和技能的准确认知结构和复杂认知处理的过程，提供教导性理论，以刻画如何帮助和优化学习过程，利用人类行为的计算模型提供建立有效的人-系统交互作用的认知工程的科学基础。日本脑科学与教育研究的现状及最新进展沈阳师范大学脑功能与认知科学重点实验室博士那杰在世界科学研究进入脑科学时代的进程中，近年来，脑科学从基础研究向应用研究展开，已有了惊人的进展。特别是自从人类脑的高级机能活动可以安全地用脑图像表示以来1，2），脑科学应用于现实的社会已经成为可

11、能。跨越自然科学、人文、社会科学的学科界线，许多不同的领域融和，特别是脑科学与教育跨学科融和形成了脑科学与教育（Brain-Science and Education）新的研究领域，该学科领域正在国际上急剧兴起。日本在脑科学与教育研究领域上大步走在世界该领域研究的前列，极大地促进了世界脑科学与教育研究领域的发展。我国关于的研究也在蓬勃发展。为了解、学习、借鉴日本脑科学与教育研究的研究体制、研究方法、研究经验及最新的研究成果，推动我国脑科学与教育研究领域的发展，本论文主要介绍日本近十年来脑科学与教育研究领域的现状及最新进展。一、研究领域的诞生认识脑的本质，将对人的理解与解决社会问题相结合，这是长

12、期以来脑科学研究工作者的梦想3，4）。十年前，完全无侵害的脑机能图像法的科学技术进步，已经有可能观察部分包括日常的精神活动的脑的高级机能活动，从而使脑科学工作者的梦想有了实现可能。学习与教育，一直是以教育学、教育心理学为基础的文科系的实践科学领域。但是，从生物学的观点出发，学习是由于环境来的外部刺激，构筑神经回路网的过程，教育是调控、辅助构筑神经网所必要的外部刺激的过程5）。因此，学习和教育与脑科学有着密切的联系。从自然科学的观点出发再考虑学习与教育，可得到从胎教期起，经过幼年期、青年期，甚至高龄期直到一生总括的概念。从胎儿期羊水中的的环境开始，育儿、保育、初等、中等、高等教育、语言教育、障碍

13、儿童教育、机能训练、业务教育、痴呆预防、治疗、非正常行为防止、法学理论、教育经济学等，可从生物学的观点出发，对学习与教育定义可以重新考虑。特别是乳幼儿期，它是构筑成为思考、感觉神经回路的基础、基盘的最重要的时期，根据脑神经科学对此深入的理解是非常必要的。我们人的思考力、判断力、创造力等的基础是脑的高级机能活动，由于脑科学的介入，现在自然科学与人文、社会科学以及艺术的世界相互架桥、融和的兆头正在明显化。从这种潮流中产生出新的典型的研究领域就是6）。二、日本率先在世界上倡导的跨学科研究1995年，日本新技术开发事业团（现称为日本科学技术振兴事业团）主办了环境计测研究的最前沿跨专业研究者学术交流研讨

14、会，在会中开设了的环境与大脑的相互作用专题。在这个专题研讨中提出了以下概念。即，地球上的人工物质快速的增多，其结果就会造成对自然界有影响的环境问题发生。人的大脑新皮层的快速进化，就可以有使用更复杂的工具和语言的结果反之，城市里生活的人们在发达的脑做成的人工物质的包围中生活这个结果是通过环境等外部刺激构成神经回路网的大脑本身有很大的变容因此在这里发生了到现在我们从未经验过的新的社会问题而且在继续主办的研讨会中，通过探索创造所谓物质（Materials History）的新专业的可能性，提示了人是存在于物质的历程上，甚至可以说，人的精神计测存在于物质计测中的概念。并阐明了从环境科学的角度出发环境因

15、子和遗传因子相互作用的重要性经过几年的考察和研究实践，在20世纪最后一年的2000年，日本科学技术振兴事业团又主办了更深入一些的跨专业养育脑：学习的科学（Developing the Brain：The Science of Learning and Education）研究交流研讨会6）。连续4天的研讨会，约50多名的日本国内各学科的学术带头人及最领先的专家跨越自然科学、社会科学、人文学、艺术等各个的专业的界线，彻夜充分研讨，确立了日本独特的称为的崭新的跨学科研究领域。在2001年开始，日本文部省、日本科学技术振兴事业团（JST）在世界上率先公开研究，在社会技术研究中开设了研究领域，并开始向

16、全国公开招标研究课题，在国内多数学者申报的研究方案中，每年选出3件特别优秀的研究计划予以特殊资助。另外，为了使研究有更大的发展，文部行政和科学技术行政及文部科学省的3部门连合，在2002年设置了关于研究指导委员会（座长：伊藤正男，理化研究所脑科学研究中心名誉教授，原所长/研究工作组主查：小泉英明，日立制作所，原基础研究所所长）。日本脑科学家呼吁应尽快组织实施相关研究项目。此后，日本文部省还多次召开专家研讨会，进一步明确了研究细则，并于2003年元旦正式启动庞大的研究项目。这是文部省和科学技术厅合并之后发展为新的文部科学省的象征开始的第一个部局协作计划7，8）。对此计划日本政府投入大量研究经费予

17、以支持。仅在2004年的预算中，对关于研究预算投入总额30亿日元5），约人民币2亿1千万元。三、日本研究项目的总体目标日本力争使自己在世界上成为教育大国，因此研究项目的总体目标是：将脑科学研究作为国家教育发展的一项战略任务，将脑科学与教育紧密结合，进行面向教育理论和实际的应用研究7，8）。这个研究项目包括两个方面：首先，日本继美国1990年开始脑的十年后，1996年提出了脑科学的时代脑的世纪的20年的脑科学发展计划，这个计划详细制定了认识脑、保护脑、创造脑、养育脑的全方位的脑科学研究的目标及阶段发展规划，政府并加大对脑科学研究投资力度，开始了日本脑科学研究的新纪元，致使近年来日本的脑科学研究及

18、脑教育研究一举走向了世界脑科学研究水平的前列。在1996年开始实施脑科学时代计划的几年来的研究基础上，充分考虑到社会发展的现实和趋势，结合对教育学研究中现存的模糊性和经验性等不足之处的认识，将脑科学与教育紧密结合，开展应用性研究，即由脑科学家和教育理论者及学校一线教师在共同研讨的基础上，确定需研究的教育教学中的实际理论和实践中的问题并开展研究。它强调打破和改变以往自我封闭的教育研究方式，以认知神经科学为核心，脑科学家和教育工作者密切合作，从终身教育的视角，来研究人在各个不同发展阶段的身心发展规律和学习的生物学机序，并从教育的各个方面来再构造学习和教育的新概念，逐步实现理想的教育教学方法和更加理

19、想的教育体系的再构造，同时也为教育学的科学化和本土化发展逐步奠定坚实的基础。其次，2002年日本政府要求教育工作者将脑科学研究作为国家教育发展的一项战略任务，将脑科学的原理运用到教育中去，进行面向教育理论和实际的应用研究。文部省的认识是，脑科学领域是21世纪最重要的战略目标，它与国家总体发展水平直接相关。在脑科学与教育研究项目的推动下，近年来，基于大脑生理学原理的脑功能开发的研究迅速发展。开发右脑，全脑教育，速读、速听、音读以及增强学习记忆力，开发脑力的各种训练研究与实践，已成了当今脑科学与教育研究的热点。日本要借此一举成为具有世界最一流实力水平的国家，包括教育领域。由于项目涉及到许多学科领域

20、，如脑科学、教育学、保育学、心理学、社会学、行为学、医学、生理学、言语学、体育学等。因此，此项目采取的基本研究方法是：以脑科学为核心，通过多学科协同研究和交流对话，促进学科间的融合，对相关教育问题进行有效的研究。四、日本项目主要研究课题2001年开始，日本科学技术振兴事业团（JST）正式启动了研究项目，并向相关研究领域的研究者招标，在众多的研究课题中每年选出3项优秀课题予以重点支持5），其主要研究课题如下：2001年度1）前额叶机能发育与改善其系统的开发研究2）人间的交流机能发育过程的研究3）从神经回路网发育解释育儿与教育的临界年龄的研究2002年度4）关于知识的学习与评价的脑图象学研究5）出

21、生后学习机能结构发育的分子基础及其应用研究6）学习&记忆&认知&意欲机能的基础及不上学的研究2003年度7）媒体等环境刺激对额叶机能发达的影响8）学习困难的脑内活动机理及支持教育项目的开发和评价9）关于发育障碍的遗传因素和环境因素相互作用的研究五、国际研究的动向在世界经济合作组织（Organization for Economic Co-operation and Development：OECD）中的教育改革研究中心（Center for Educational Research and Innovation：CERI），1999年以来进行过关于学习科学与脑研究（Learning Scien

22、ces&Brain Research）的事先检讨，从2002年4月开始正式启动了脑科学在教育领域的应用研究计划。2002年5月在巴黎举行的世界经济合作组织（OECD）年次论坛会中，专门设置了脑与学习：21世纪的教育革命（Brain and Learning：A Revolution in education for 21 st Century）的专题，得到了参会的30个发达国家的极大的关注5）。美、欧、日的一些脑科学家形成三个研究分工与合作组织。美国重点研究言语和脑的关系，欧洲重点研究算术、数学和脑的关系，日本则主要承担了终身学习和人的观察力、记忆力和意欲等方面的脑与教育结合的研究。这个年次论

23、坛会的全体的主题是安全、平等、教育、成长美国总统夫人在基调演讲中说：虽然这4个主题每个都很重要，但教育是其它3个的根本，对教育的投资也与构筑强健的经济系统组织有密切的联系，而且也明确提出了是美国布什总统政权的最优先进行的课题之一。英国政权主张的优先顺序从1到3位全是教育是很有名的，美国也在科学技术的范围里加入学习和教育研究，在美国科学财团（NSF）的2003年预算申请里面优先顺序的第三位是学习研究，也就是说优先的研究课题为1.信息科学技术2.纳米科学3.学习科学。而且以美国卫生研究所（NIH）的NICHD和美国环保局（EPA）为中心，开始准备了世界儿童的学习（NCS）计划。这个计划的概要是：从

24、2006年开始研究10万人规模的大型研究（cohort study把固定的统计对象群体定期观察的研究方法），将科学性的阐明儿童的发育与环境的影响另外一方面是学术性的潮流连续产生。罗马法王厅科学学会（PAS）是2003年迎接成立400周年的世界最古老的科学学会，会员约80名，其中约30名是诺贝尔奖的获得者。在这个科学学会400周年纪念讨论会选择了最适合的题目就是脑&心，教育，纪念出版论文集的同时也准备成立其国际学会。六、完全无侵害脑高级机能图像学研究完全无侵害脑高级机能图象学是在物理计测中最有难度的专业之一。然而科学工作者向最先端的科学难题挑战。在1992年创造了可以把大脑的活动变为图象化的装置

25、，即功能核磁共振装置（functional magnetic resonance imaging：fMRI）和在1995年创造了机能红外分光描绘法（functional near infra-red spectroscopic imaging：NIRSI），光学地形法（optical topography：OT）等方法。通过超导量子干涉仪（superconducting quantum interference device：SQUID）的脑磁图（magneto-encephalography：MEG）分析正常的大脑机能时的信号推定技术也有了很大的进步。这些方法的应用便产生了非侵害测试脑机能活

26、动的脑高级机能图像学5）。尤其，OT等NIRSI是特别安全的，也可以把计测坐标固定被验者的大脑，所以成为可以测验需要活动的婴儿大脑机能的唯一方法。现在很多的研究在国内外进行中。本研究领域，使用机能核磁共振的装置（fMRI）、近红外测量装置、现象关联脑电图装置等的非侵袭的脑机能图像装置，正在进行产业、政府、大学合作的跨学科研究。主要的研究课题是，寻找人类的脑和内心关系的脑科学研究，和把脑科学的知识向教育和福利展开的社会技术研究。其它进行将脑机能印象信息数据库化，开发医疗用途画像的自动诊断系统的神经信息学研究。因此，不仅是医学、工学、信息科学、心理学、语言学、哲学、数学等具有不同的背景的研究人员集

27、聚在本领域进行研究活动。七、研究的对象领域及方法论根据生物学的观点考虑学习，将脑科学、发育心理学、行为学、语言学以及高级机能测定、各种信息技术等架桥、融和，使实践性的学习、教育的新的研究成为可能。重新考虑从胎儿期开始到一生结束为止的所有的学习、教育过程，面向构筑维持少子、高龄化社会最适的学习教育系统及其社会基盘的研究迫在眉睫。这种研究在以往的脑科学、教育学都不存在，使学习和教育架桥融和形成部分新领域研究特别重要。从学习效果、学习意欲的观点出发，研究遗传因子、环境因子间的相互作用，由于神经结合的环境适应，可塑性，神经递质与兴奋、抑制机能原理，髓鞘化的遗传信息与机能发生控制原理。机能领域的再构筑，

28、临界期与感受期，记忆等，不仅改善一般学习能力、语学能力，而且创造力、洞察力、理解力也都将得到改善。关于这样的研究，不是单单根据假说的推论，而是有科学的、以实验证明根据为基础的研究。进一步说，与现在为止不同的研究体制也是很必要的。具体说，首先，考虑进行将积存的脑神经科学的知识具体的适用到学习和教育（胎儿、乳幼儿教育，培养儿童，特殊教育，语学教育，机能训练，痴呆预防，远程教育，多媒体教育，教育经济学等）的调查、基础研究。其次，以发育认知神经科学、进化发育认知神经科学、各种神经科学等为基调的学习机能原理的研究及向广义的教育应用展开（也考虑认知发育模型，学习模型，发育神经语言学等研究）。第三，以新的研

29、究组织为基调，以科学、人文学的基础研究者（scientists and scholars）与熟知临床医师、教师、保育者、各种疗法士等现场的实情、实态的人的协作体制进行学习、教育研究非常重要。所以，与从来的学会、产业界的研究体制相比，进行基本上不同的研究体制是必要的，再有，新的研究方法论关于自己的研究也将是必要的。八、各教育关联学科领域的协作和脑神经理论关于研究的新领域中，最重要的是直接做教育的人和脑科学家的密切的联系。音位实际上互相的专业距离相差很大，所以联系也不容易。很多的脑科学家都是通过讲课或指导后辈的时候有机会接触到教育，可是专门搞教育的人绝大多数很少接触到脑科学。而且将脑科学在日常生活

30、中应用的科普类的书里面还有许多偏见误解脑科学，只是猜测解释脑科学等书也有很多。脑科学与教育是刚刚出发的，还在生长期。在这个专业最重要的是脑科学家和教育家的真正的协作。然后也需要把这个两个有距离的专业可以联合一起的心理学、行为学，、语言学、社会学等很多专业的帮助。脑科学家也不能说因太早就不介入对教育的应用。重要的是要应用科学实验实证部分。把已阐明脑科学理论的范围明确表示的同时，也需要以谦虚的态度把尚未阐明的理论范围也明确表示出来。在以人为对象的脑科学教育研究领域中，必须充分留意的是伦理。与基因关联的研究领域也重视生命伦理。然而在脑研究的伦理有许多尚未明确的部分。脑科学与教育研究与生命伦理有直接的联系。有必要开设脑神经伦理等新的研究专业。需要研究脑神经关联的自然科学者和研究伦理、哲学、法学等的人文学者的密切联系开创这个新的专业。从前我们的心在大脑里面受到很硬的头骨保护。但是由于最近的无侵害计测的快速进展，可