8月18日，第43期理解未來講座--“人類大腦的治愈與增強“在北京大學(xué)圓滿落幕，北京大學(xué)心理學(xué)教授方方到場演講。本文由方方教授的“學(xué)習(xí)與人類大腦的可塑性”主題演講編輯整理而成，略有修訂，已經(jīng)過方方教授審核、授權(quán)。
方方教授
方方教授是北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院院長、行為與心理健康北京市重點實驗室主任、麥戈文腦科學(xué)研究所常務(wù)副所長。在本場講座中，方方教授主要分享了三方面知識：
1.成人的認(rèn)知和大腦還有多少可塑性；
2.大腦學(xué)習(xí)和可塑性的副作用；
3.如何增強大腦的可塑性和加速學(xué)習(xí)？
▍錯過發(fā)育關(guān)鍵期有可能喪失部分人體機(jī)能
首先，成人的認(rèn)知和大腦還有多少可塑性呢？回答這個問題，不可避免的要涉及一個名詞——發(fā)育關(guān)鍵期。什么是發(fā)育關(guān)鍵期？舉個例子，如果一個剛出生嬰兒的眼睛因做了個小手術(shù)被紗布蒙住，使他/她錯過了最初幾天視覺功能發(fā)育的關(guān)鍵時期，這個嬰兒會有視覺功能發(fā)育不良的潛在風(fēng)險，即使恢復(fù)了也只能部分恢復(fù)。
究其原因，當(dāng)人腦在發(fā)育階段接觸到視覺刺激，也就是通過眼睛看到外界事物時，視皮層上的神經(jīng)元會被激活，也就是說這些神經(jīng)元對不同的圖像特征（顏色、形狀、亮度、朝向、距離等）進(jìn)行加工。如果人正處于視覺功能的發(fā)育關(guān)鍵期，而視覺神經(jīng)元未被充分激活，未來在看到某些圖像特征時就不會產(chǎn)生反應(yīng)或反應(yīng)比較弱，導(dǎo)致看不見或看不清。
發(fā)育關(guān)鍵期概念被很多教育家使用，認(rèn)為如果不在孩子的某一個關(guān)鍵期教育他/她，他們的這方面能力就會喪失，這就是早教行業(yè)興起的原因。但是，如果一個人錯過了發(fā)育關(guān)鍵期，那他/她的大腦還能否繼續(xù)提升？認(rèn)知能力還能否繼續(xù)提高？
這里可以舉一個熱門綜藝節(jié)目《最強大腦》里的例子。在一期節(jié)目中，主持人讓一位選手去看一部電影的短片段，這個短片段中的一幀圖像被另一部電影的一幀圖像替換了。這一幀圖像的時長是40毫秒，閃得非?？臁＿x手必須通過這40毫秒的圖像猜出它出自哪部電影，結(jié)果該選手看清了圖像并猜出了這一幀圖像來自電影《黃飛鴻》。專家組必須判斷這個選手是不是具有超強腦力，最終的結(jié)果認(rèn)為這不算超強腦力。
根據(jù)2002年發(fā)表在美國科學(xué)院院刊上研究文章，這種能力主要體現(xiàn)在人類肉眼在時間上的加工分辨率。一個普通人到實驗室訓(xùn)練十天，通過對人腦初級視皮層以及頂葉杏仁核和顳葉之間神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強化，也可以具備相同的能力。經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練，初級視皮層神經(jīng)元的反應(yīng)敏感性和腦網(wǎng)絡(luò)的功能性連接都會出現(xiàn)比較大的增強。這個例子證明了成年人的視覺能力也還是可以通過訓(xùn)練達(dá)到明顯提高的目的。
方方老師用《最強大腦》的例子說明視覺認(rèn)知是可以后天提升的
▍人類大腦的結(jié)構(gòu)是可以重組的
上面講的是視覺認(rèn)知方面的例子，下面再講一個觸覺認(rèn)知方面的。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院完成了一個實驗，該實驗將一些志愿者的眼睛蒙上，時間長達(dá)5天。在這5X24小時的時間里，他們的眼睛看不到任何東西，無論吃飯、睡覺、洗澡，所有的活動都只能依靠聽覺和觸覺來幫助完成。
人類大腦的后半部分是加工視覺信息的，耳朵上面的頂葉是加工觸覺信息的。如果一個人只能摸東西而不能看，這只能激活大腦的觸覺皮層，不能激活視覺皮層。經(jīng)過5天蒙上眼睛生活后，志愿者的視覺皮層被用作進(jìn)行觸覺加工。此時，大腦進(jìn)行了一個非常大的重組。也就是說，觸覺功能能短暫的占領(lǐng)人腦的視覺皮層。如下圖：
下面講一個極端一點的大腦重組例子。近期，Cell Report雜志發(fā)表了一篇文章。一個近七歲的兒童患有嚴(yán)重的癲癇病，他的病情已經(jīng)嚴(yán)重到藥物無法控制必須切除部分腦組織的程度。手術(shù)切除了這孩子大腦右半球六分之一的腦組織，這會影響他的認(rèn)知功能嗎？
經(jīng)過術(shù)后三年的多次掃描后發(fā)現(xiàn)，這個孩子的智力沒有下降甚至高于平均水平。在做手術(shù)前，醫(yī)生最擔(dān)心的是，被切除的腦組織中有主管面部識別腦區(qū)，手術(shù)后這個孩子可能會變成臉盲。后來發(fā)現(xiàn)，這個孩子雖然大腦的右半球被切除了一部分，但左半球長出了很多區(qū)域?qū)ｉT做正常人右半球做的事情。除了偏盲以外，他對信息的加工沒有任何問題。如下圖：
▍工作記憶的訓(xùn)練和流體智力
下面會講到三個概念：工作記憶、固體智力、流體智力。
工作記憶是認(rèn)知科學(xué)里最核心的問題。工作記憶是指在數(shù)秒至數(shù)十秒的時間尺度上大腦保持和操縱信息的能力，是一種核心的高級認(rèn)知能力。它與注意控制、推理能力及學(xué)業(yè)成績等密切相關(guān)。
此外，人的智力分為固體智力和流體智力。固體智力是指人在學(xué)到知識后，再也不會丟失的那種智力，比如人的理解力、決策力、語言能力。流體智力是指獨立于個體知識的已有知識的推理和問題解決能力，它受先天遺傳因素影響比較大，受教育文化影響很小。
流體智力的發(fā)育通常是與年齡有關(guān)。流體智力到20多歲的時候呈現(xiàn)頂峰，到30歲以后，隨著年齡的增長會逐漸下降。舉一個生活中的例子，當(dāng)人在20多歲的時候，別人說一遍手機(jī)號碼，就能記住。到了40歲，手機(jī)號碼說一遍記不住，多說幾遍才能記住。人的流體智力是一直往下走的。下面的視頻可以證明流體智力：
方方老師用一個小測驗講解工作記憶和流體智力的原理
▍識字過早會影響孩子的想象力
有兒童心理學(xué)家研究后發(fā)現(xiàn)，識字學(xué)習(xí)對兒童認(rèn)知發(fā)展過程的影響主要有三點：
第一點影響是如果兒童識字過早，會影響對圖像和實物的想象能力。而對實物的想象能力對幼兒未來學(xué)習(xí)非常重要。舉例說明，如果給孩子看一本連環(huán)畫，已經(jīng)識字的兒童不會觀察畫的顏色、形狀、空間關(guān)系，而直接去看文字。因為文字可以迅速傳遞更多的信息，這些能力對兒童未來學(xué)習(xí)很重要。
第二點影響，識字過早會使幼兒從基于圖像認(rèn)知過程轉(zhuǎn)向基于符號的認(rèn)知過程。我們必須承認(rèn)在某些認(rèn)知加工條件下，基于圖像的思維過程可能會比基于符號的思維過程更快。
第三點影響，長時間用于閱讀，會對幼兒的聽覺記憶和聽覺理解能力造成不利影響。日常生活中比如聽課、討論、談話，少不了要用到聽覺記憶和聽覺理解。識字過早會讓孩子迅速的從聽覺記憶和聽覺理解轉(zhuǎn)化到視覺記憶和視覺理解。幼兒就錯過了聽覺記憶和聽覺理解的最佳訓(xùn)練時機(jī)，這是很難彌補回來的。
▍大腦的治愈和恢復(fù)
假如一個人的大腦中風(fēng)，其主要的癥狀表現(xiàn)包括語言的表達(dá)和語言的理解出現(xiàn)障礙，以及對側(cè)的肌肉運動出現(xiàn)問題。左側(cè)大腦出血，身體右側(cè)的肌肉運動就會出現(xiàn)問題，右側(cè)大腦出血，身體左側(cè)的肌肉運動則會出現(xiàn)問題。
人一旦中風(fēng)就必須做大量的康復(fù)性訓(xùn)練，而如今最典型的康復(fù)性訓(xùn)練就是把人肌肉運動完好的那部分身體固定住，然后在接下來的兩三個小時內(nèi)讓中風(fēng)患者一直用肌肉運動出問題的那部分身體一直在做各種各樣的運動。這種訓(xùn)練過程非?？菰镏貜?fù)，很多人被迫中途放棄造成康復(fù)中斷。
要讓中風(fēng)患者堅持下去，必須給患者足夠的動機(jī)，讓他們覺得有趣。翻譯成科學(xué)語言，就是需要足夠的多巴胺。多巴胺系統(tǒng)對幾乎所有的學(xué)習(xí)過程都非常重要。在人類大腦深部區(qū)域的核團(tuán)-紋狀體，是多巴胺系統(tǒng)的一個核心部件。
魏坤琳實驗室發(fā)明了一個寓康復(fù)于娛樂的康復(fù)訓(xùn)練方法。他們改造了一個經(jīng)典的任天堂游戲，將之用于中風(fēng)患者康復(fù)。他們改裝了該游戲的傳感部件，使得患者在玩游戲時必須更多的使用到因中風(fēng)受損的那部分肢體。讓人在不知不覺中達(dá)到康復(fù)的目的（如上圖）。
▍對話環(huán)節(jié)
本期理解未來講座請到中國科學(xué)院心理研究所研究院，博士生導(dǎo)師杜憶博士與方方教授對話，她將代表觀眾向方方提問：
杜憶：我們選擇一個職業(yè)無無外乎有四種可能性：生存需求、別的不會、喜歡做、擅長做。對于我來說主要因為我喜歡做也擅長做我所從事的領(lǐng)域。不知您當(dāng)初為什么選擇這個職業(yè)？初心是什么？
方方：我覺得科學(xué)這個事情好像稍微比較簡單一點（觀眾笑）?？茖W(xué)還有一個好處就是每天你可以接觸到新的概念，新的技術(shù)，然后自己去探索。如果你每天在努力做的話，都會覺得有獎勵。你的多巴胺系統(tǒng)每天都會分泌很多，讓你覺得很愉快。每天都像在過七夕節(jié)一樣（觀眾笑）。
杜憶：我第二個問題是您為什么選擇現(xiàn)在的這個研究領(lǐng)域？我從事的是聽覺和言語理解領(lǐng)域，就是說我們?nèi)祟惔竽X到底是怎么去加工和理解他人說的話。比如說您現(xiàn)在坐在這，我講話到達(dá)你耳朵的其實就是一串空氣的震動，那你如何從這么一串空氣的震動中聽懂我們今天演講的內(nèi)容，是一個很神奇的一個過程。
我的工作就是圍繞著我們?nèi)祟惔竽X是如何去進(jìn)行這個認(rèn)知過程的，那這個東西到底有什么用呢？語言交流本來就是我們?nèi)烁酥g最主要交流的一個途徑，對吧？也是我們現(xiàn)在人機(jī)對話的一個主要途徑，比如人工智能里面的自然語言理解，現(xiàn)在其實面臨很大的一些挑戰(zhàn)，比如你手機(jī)上的語音助手或者是智能家居，它們都不太能夠理解到你到底在說什么，他們的識別任務(wù)是很差的。那如何從人的一個認(rèn)知機(jī)理出發(fā)，然后能夠輔助人人工智能的發(fā)展，這其實可能是在于我自己研究的這一個意義吧。
方方：我現(xiàn)在選擇的這個領(lǐng)域，就是心理和認(rèn)知科學(xué)。它之所以重要，因為人是這個世界的主角，所有東西都是圍繞著人來的。從我自己講的例子，心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的核心觀點是想理解別人的心理和行為，增強人的健康心理和健康行為，同時治愈不健康的心理和受損的認(rèn)知。在我的演講中，我舉了一個例子，心理學(xué)家非常聰明地設(shè)計了一個復(fù)雜的訓(xùn)練工作記憶的方法，從而提高人的工作記憶和流體智力的分?jǐn)?shù)，進(jìn)而能夠提高孩子的學(xué)業(yè)成績，這是非常重要的。
杜憶：方方老師是做心理與認(rèn)知科學(xué)的，仇子龍老師是做神經(jīng)科學(xué)，也可以說腦科學(xué)。我們還有一個詞兒叫做認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)。能不能請您給我們解釋一下，這幾個名詞，或者說這幾個學(xué)科之間到底有什么樣的異同？
方方：認(rèn)知科學(xué)是一個很廣義的概念，它包括感覺、知覺，學(xué)習(xí)、記憶、語言、決策、情感……，每一個領(lǐng)域都會有很多很重要的主題。我們心理學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家密切結(jié)合，從各個層次上去理這些認(rèn)知過程，包括分子層次，細(xì)胞層次、腦區(qū)層次、腦網(wǎng)絡(luò)層次、乃至個體層次，甚至群體層次，這些是我們目前所關(guān)心的問題。可能對于心理學(xué)家來說，跟神經(jīng)科學(xué)家側(cè)重點不太一樣。我們可能更少地去關(guān)心微觀的結(jié)構(gòu)和微觀的組織，我們更多的是直接關(guān)心人的行為，就是各種認(rèn)知過程，我們怎樣去改變它，怎么樣去提高它？
杜憶：大家知道人腦里面大概會有百億個神經(jīng)元，我們在做一項認(rèn)知任務(wù)的時候，就算是一項特別復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)，我們大腦中可能只有5~10%的神經(jīng)元被激活，那剩下那些神經(jīng)元在干什么？所以就有人提出這樣一個論斷，說我們大腦其實只被開發(fā)了10%，我們有90%的潛能是沒有被開發(fā)的，這也是促使了有很多公司去開發(fā)類似聰明藥的產(chǎn)品。對此您怎么看呢？
方方：對于這個問題我也沒有什么確定答案，我只是跟學(xué)生舉過一個例子，就是如果大家做一個非常非常復(fù)雜的任務(wù)的話，最多有5%的腦神經(jīng)元會同時被使用。那么能不能開發(fā)出10%？這是有問題的，從能量代謝率的角度看是有問題的，假如說每一個年輕的人，每頓吃四兩米飯，可以支撐著百分之五的神經(jīng)元代謝。我們的大腦消耗了我們大部分的代謝能量。如果說我們有10%的神經(jīng)元被同時利用的話，那么意味著每天可能需要每頓飯得吃八兩飯。15%的話，你需要吃1斤2兩飯，才能支撐這個過程。
而且認(rèn)知能力的一直增強，其實并不是一件好事。比如說，大家都希望自己的記憶力特別強，這并不一件好事。遺忘是有它保護(hù)性功能。比如說我們心理學(xué)院，原來接收了一個北大物理系的博士，他就選擇了做記憶方向。他說我為什么要來學(xué)記憶？是因為我感興趣的不是記憶，是遺忘。因為我的初戀女友和我分手了我很傷心，我忘不掉這份記憶，我很痛苦。所以認(rèn)知功能無限的提高并不是好事。包括那個錢卓做的這個NMDA的小鼠，聰明的小鼠的話，更容易出現(xiàn)精神分裂癥趨向。
杜憶：所以太聰明不一定是好事。但是比如像歐美國家的學(xué)生在服用聰明藥這種藥物來提高注意力和記憶力。您也講過一些無創(chuàng)的比如像電擊的方法提高注意力，對上述兩種方法您怎么看呢？
方方：所謂的聰明藥基本上是一種類似于興奮劑的東西，是提高個體的喚醒程度。心理學(xué)里面在動機(jī)這章里提到過，當(dāng)一個人的焦慮和喚醒水平適度提高的時候，去做復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)的話，比如高考，是會提高的。但如果說你把他的焦慮和動機(jī)喚醒水平提高到非常高的水平，并不適合做一個復(fù)雜任務(wù)。據(jù)我所了解，所謂通過提高神經(jīng)系統(tǒng)的興奮程度和喚醒水平，來去做一些復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)的話，效果基本上是可以說是沒有的，但做一些比較簡單的事務(wù)，是可以的。
無創(chuàng)比如電擊的方法，在美國有使用的例子。美國有一個電刺激的方法，就是把電極放到你的注意網(wǎng)絡(luò)上面，去調(diào)控注意網(wǎng)絡(luò)，在長達(dá)幾個小時時間內(nèi)一直保持高度的注意力。但這存在倫理上的爭議，你帶這樣一種電刺激裝置幫助考試而別人沒有帶，這是不是算作一種作弊？
總體來說的話，藥物的話我們非常不確定，但是如果從神經(jīng)調(diào)控的角度來說的話，我們還需要做很多研究和設(shè)計，來確定怎樣電極放在什么部位才能取得想要的效果。
杜憶：方老師剛剛提到視覺剝奪的這樣的一個實驗，我們就想知道，現(xiàn)在有一些早期的視覺剝奪或者聽覺剝奪的人，他們通過后期的這個視覺重建或者聽覺重建，恢復(fù)了這樣的一個視覺聽覺能力。他們過了一個關(guān)鍵期之后，他們這樣的人的大腦可塑性跟正常人比起來，有沒有什么差異？
方方：實驗數(shù)據(jù)我不是特別清楚。在印度有一些從小就得白內(nèi)障的人，因為他們沒有錢把白內(nèi)障切除。所以當(dāng)他們長大的時候，眼睛被白內(nèi)障擋著，看不見什么東西。但是到成年以后，做手術(shù)把白內(nèi)障切了，他們能看到這個世界，然后發(fā)覺這些人的視覺可塑性比一般人要強一些。這是我知道的一些很少的例子。因為視覺剝奪的話，是導(dǎo)致這些人有很多神經(jīng)資源就放在那兒，沒有被訓(xùn)練。然后在恢復(fù)正常的訓(xùn)練環(huán)境以后，這些資源會顯示更強的可塑性，邏輯上我是這么想。
杜憶：您剛剛還提到一個詞叫關(guān)鍵期，你覺得二語學(xué)習(xí)的關(guān)鍵期存在嗎？二語學(xué)習(xí)，比如學(xué)英語。比如我自己就有小孩，我們很多的家長三歲就讓小朋友開始學(xué)英語了，加入培訓(xùn)班，那你覺得這個二語學(xué)習(xí)的關(guān)鍵期存在嗎？
方方：就是如果小的時候?qū)W語言的話，中文和外文是在一個大腦區(qū)域的，兩個語言區(qū)合到一起。但是成年以后，再學(xué)語言的話，這兩個語言區(qū)是分開的，就是這兩種語言之間需要轉(zhuǎn)換，然后才能靈活地使用。應(yīng)該還是有關(guān)鍵期的。
杜憶：能不能請您展望下未來，未來相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)會有怎樣的發(fā)展呢？
方方：我是希望能有一種無創(chuàng)性的電磁或者超聲調(diào)控技術(shù)在任意的時間和空間尺度上可以改變我們大腦的神經(jīng)活動，從而來控制一個人的心理。
