神经教育学：脑、心智、行为与教育的跨学科整合

郑晨烨+++崔艳妮+++方莹

神经教育学是新兴的教育学与神经科学之间的交叉学科，强调的是以教育学为核心的跨学科整合。生命科学，尤其是分子生物学、基因工程学和脑成像技术的飞速发展，为探索“教与学”的科学带来了前所未有的新机遇。因此，神经教育学的发展如火如荼。在唐孝威院士的带领下，浙江师范大学杭州幼儿师范学院与浙江大学脑科学交叉实验室共同开展了神经教育学的研究，并取得阶段性成果。为推动相关研究的进一步发展，2016年4月17～19日，首届儿童神经教育学国际论坛在杭州举行。本次论坛由中国教育学会神经教育学分会，浙江省教育学一级学科重点研究基地、浙江省人文社会科学重点研究基地——浙江师范大学儿童研究院主办，浙江师范大学杭州幼儿师范学院及“中加人类发展联合实验室”承办。出席本次论坛的专家学者有美国加州大学Gail Heyman教授，加拿大多伦多大学Kang Lee教授，美国普林斯顿大学Gabriel博士后，加拿大多伦多大学Merry Mo博士，浙江师范大学秦金亮教授、傅根跃教授、卢英俊副教授等，30多名硕博研究生参加了论坛活动。本次论坛重点探讨道德神经教育学、人际知觉神经机制及其教育意义和音乐神经教育学等问题，旨在推动神经科学与儿童教育学的学科交叉，并促进中外学者在神经科学与儿童教育学领域的跨学科合作。

神经教育学是一门正在形成中的学科，其研究内容仍在不断深化和发展中。此次论坛对核心论题进行了全面回顾，对研究现状展开了深入讨论。下面就本次论坛的三个核心论题（道德发展、人际交往面孔知觉、音乐教育）综述如下。

一、道德发展的神经教育学

道德发展是个体社会化过程中的重要内容，是调节人与人之间或人与社会之间关系的行为准则的内化过程，显著影响个体的社会性发展。“说谎”是道德发展的一种重要表现形式，其研究源于Charles Darwin对其2岁儿子说谎行为的观察报告，Charles Darwin总结出早期儿童说谎的两大特征。Kang Lee教授、傅根跃教授分别报告了他们近期的研究成果以及他们对说谎神经科学研究现状的看法。

（一）儿童说谎行为的发展

“说谎行为是何时产生的”一直是研究者们关注的关键问题之一。Kang Lee教授在报告中指出，他们采用“抵制诱惑”研究范式发现，大部分2岁儿童会坦白自己的违规行为，而随着年龄的增长，儿童会选择说谎否认。目前，国内外学者一致认为，2～4岁是儿童说谎行为发展的关键期。3岁左右，儿童开始出现说谎行为，随着年龄的增长，说谎频率增加。到了青春期，说谎频率又会下降，这可能与儿童的认知能力和社会性发展水平密切相关。

（二）影响说谎的因素

1.认知

不同年龄儿童的说谎行为存在差异，这表明早期儿童不会说谎的原因可能源于认知能力的不足。研究者发现，儿童心理理论、执行功能等可能影响儿童的说谎行为。

关于说谎行为与心理理论的关系，目前存在两种假说。一种假说认为，儿童说谎与一级心理理论理解相关；另一种假设则认为，儿童说谎的能力与二级信念理解相关。Kang Lee研究团队采用“抵制诱惑”研究范式发现，年长儿童在违背规则后假装不知道的可能性更高，他们的成功说谎与二级信念任务得分相关。儿童否认偷看行为只需要一级错误信念的理解，但想维持谎话且不被发现则需要二级错误信念的参与。国内刘秀丽等人对此进行了验证性研究，得到了相同的结论，即具有较高心理理论水平的儿童，其说谎一致性优于较低水平儿童。

执行功能也被认为是影响说谎行为的重要认知因素。当儿童说谎时，需要回忆真实信息，抑制说真话的优势反应，且需具备灵活应变能力以成功维持说谎。傅根跃教授在报告中指出，以往研究表明，执行功能与说谎之间存在显著相关，尤其表现在抑制控制上。研究还发现，随着年龄的增长，执行功能也逐步发展，不仅有助于儿童说谎，还能促进儿童说谎行为向更高水平发展，可使其能根据不同情境说出可以让人置信的谎言。但Kang Lee教授指出，虽然儿童总体执行功能与说谎行为相关，但并非每个维度都与说谎行为相关。总之，执行功能与说谎行为之间的关系及其各维度对说谎的影响尚未被明确探知，有待进一步验证。

2.社会

从古至今，“奉承”是普遍存在的现象。人们常常会根据不同的人与不同的情境，选择说好听的话来恭维他人。儿童的“奉承”行为也引起了学者的关注。Kang Lee教授和傅根跃教授在报告中都提到，他们采用“评画”研究范式发现，作者在场时，儿童对作品的评价会表现出较多的奉承，尤其是对熟悉人的作品。这表明，学前儿童已经会考虑他人的感受，而不是直言不讳地表达自己真实的想法。

遵守承诺是儿童社会化发展过程中道德自律的重要表现。已有研究主要集中在两个方面：一是承诺对说谎与说真话的影响，二是承诺是否有效。Kang Lee教授对此分享了他们团队近期的研究成果：3～7岁儿童做了违规行为后，如承诺过要说真话就能够减少说谎的可能性，同样的结论也适用于儿童举报他人的违规行为。此外，他们还考察了承诺行为与揭穿父母违规行为的关系，发现即使父母要求儿女对他们的违规行为加以隐瞒，大部分3～11岁儿童在承诺过说真话之后，仍会揭穿父母的违规行为。这表明，承诺与说谎之间存在密切关系，是减少儿童说谎的重要手段之一。

3.文化

Kang Lee教授在报告中指出，文化是影响说谎行为的重要因素。他们团队在考察7～11岁中国与加拿大儿童在亲社会和反社会两种情境下说真话与说谎的差异时发现，在亲社会情境下，中国儿童比加拿大儿童更会说谎以示谦虚；而在反社会情境下，两国儿童都更愿意说真话。此外，Kang Lee教授还提到，7～11岁中国大陆儿童比加拿大华裔、欧洲和加拿大儿童更会说谎以示谦虚，做了好事通常会选择否认，且隨着年龄的增长，11岁儿童说谎以示谦虚的表现最为突出。总之，中国儿童更愿意为集体利益说谎，体现出了明显的集体主义倾向；欧洲儿童正好相反，更加关注个人；而加拿大国籍的中国儿童则会根据具体情境选择性说谎。这些研究均证实不同文化背景对儿童道德的发展影响深远。

（三）神经影像学的新发现

近年来，国内外研究者开始采用神经科学方法（ERP、fMRI、fNIRS等）来探究说谎背后的神经机制，并取得了一定的进展。ERP测谎主要以P300作为主要指标，从说谎所需的抑制冲突及复杂认知负荷的角度展开探讨。Kang Lee教授在报告中提到，国外有研究发现，说谎诱发的P300波幅比说真话小，相较诚实者，装病者对刺激产生反应时，P300波幅显著降低。由此表明，个体做出说谎反应时，大部分注意力集中在抑制真实反应上。而针对刺激反应，研究者发现，相比无关刺激，探测刺激能诱发更高的P300波幅。除此之外，N400、N2、CNV、LPC等成分也可作為测谎的指标。

虽然ERP技术在时间维度上为说谎神经机制提供了许多证据，但其空间分辨率存在局限，无法完全解释说谎的脑机制。功能性磁共振成像（fMRI）对此有补充作用，可有效进行脑区定位。Kang Lee教授表示，以往基于fMRI技术的说谎研究，较为一致地证实了说谎反应在前扣带回与前额叶皮质引起更多的激活。而他们探究伪装失忆个体的大脑激活时，发现伪装失忆与前额叶、颞叶及顶叶等多个脑区有关。他认为，这可能是由于在伪装失忆过程中，认知负荷加大，由此激活了更多的脑区。傅根跃教授补充说道：有研究者提出，不同类型的谎言在反应阶段可能涉及不同的神经加工回路，如Gains发现无意识说谎涉及前扣带回皮层和后部视觉皮层，而有意识说谎则激活了右侧前额叶；Abe等对否认事情和捏造事情两种谎言的神经机制进行了研究，结果发现，背侧、腹侧与内侧前额叶与这两种谎言均相关，而前扣带回只在“否认事情”时被激活。傅根跃教授在报告中提到，他们曾利用功能性近红外脑成像探究自发性说谎的神经反应，结果显示，自发性说谎引起左前额区更大的神经活动，同时还发现correct-truth（预测与报告都是正确时）比incorrect-truth（预测错误而报告正确时）在左侧额中回和右侧额上回的神经活动更明显。由此表明，该过程有奖赏系统的参与。

综上，说谎主要包括抑制真实反应和执行说谎反应两个过程，涉及抑制、工作记忆、认知控制等高级认知功能，且在脑活动上也得到了体现。目前，有关说谎神经机制的研究越来越深入，但仍存在局限。一是实验范式的生态化问题，已有研究大部分采用实验室情境下的说谎测试，这种情形下的说谎与真实社会互动情境中的说谎是否一致，有待进一步验证。第二，应用fMRI等技术研究社会互动过程中的脑机制尚有方法学上的限制，无法在不受干扰的状态下记录儿童说谎的神经状态；而ERP、fNIRS则不需要特别控制实验环境，能够在较真实的情境下记录大脑活动，从而提高实验结果的生态化效度。第三，从说谎加工过程看，说谎可分为决策阶段、反应阶段及评价阶段。目前，大部分研究主要集中在说谎的反应阶段，其次是决策阶段，而对说谎评价阶段的研究甚少，有待进一步完善。

二、人际知觉（人脸、种族）神经机制与教育意义

人际知觉是对人与人之间关系的知觉，其敏感性对个体的社会性发展起着重要作用。人际知觉途径主要包括面孔知觉、语言与行为知觉及外在特征知觉。而面孔作为一种非语言性刺激，包含了复杂、多维的信息，如年龄、性别、表情等。及时、准确的面孔知觉是维持社会生存，开展各项社会活动的基本能力，也是人际知觉最重要的途径。对此，Merry Mo博士、卢英俊副教授报告了他们近期的研究成果。

（一）面孔加工相关模型

面孔加工神经机制的探讨一直是社会心理学的一个重要研究内容。卢英俊副教授指出，新生儿偏爱关注面孔刺激以及因脑缺陷造成的先天性面孔失认症病例等论据，均提示可能存在先天的面孔特异性神经机制。此外，对脑损伤病人功能的双重分离研究发现，面孔和物体识别在功能上是相互独立（并行）的。脑成像研究进一步定位了面孔加工特异性脑区，如梭状回面孔区（FFA）等。目前面孔加工模型主要有以下几种： Baucer的双路线模型，De Gelder和Rouw的动态双路线模型，Bruce和Young的面孔识别信息加工模型，Haxby、Hoffman和Gobbini的面孔知觉神经系统模型。大部分学者对后两种模型更为认可。

（二）影响面孔加工的相关因素

1.面孔吸引力

面孔吸引力是指目标人物所诱发的一种积极愉悦的情绪体验并驱使他人产生接近意愿的程度，对传递社会情感性信息和人际交往具有重要影响。研究发现，儿童对面孔进行加工时，更偏好吸引力相对较高的面孔，这种偏好存在跨年龄、性别的一致性。近年来，卢英俊团队的系列研究发现，面部空间特征关系、肤色、亮度、绘图方式及脸型对面孔吸引力具有一定影响，且在脑机制上得到体现，具有高吸引力的面孔诱发显著的LPC波幅。

2.面部表情

面部表情是一种非语言符号，是实现个体情感交流和情绪体验的重要基础与前提。通过识别面部表情可以间接了解他人的心理状态。秦金亮教授在报告中提到，面部表情认知发展受先天遗传因素和后天环境因素的双重影响。儿童最初只会区分高兴与不高兴的表情，而后从不高兴的表情中分化出生气和恐惧的表情。多数研究得出了类似的结果，儿童对积极表情的识别能力发展最为连贯，其识别能力显著早于消极。儿童面部表情认知的发展顺序为：高兴、生气、悲伤、恐惧、惊讶和厌恶。脑成像显示：前额叶、前脑岛、基底神经节、眶额皮层、前扣带回和杏仁核较多地参与了表情加工。

3.异族效应

“异族效应”是指识别与再认自己本族人面孔的成绩显著优于异族面孔，具体表现为“对于异族面孔无法进行分辨，看起来都很相似”。此结论最早由Feingold得出，目前Merry Mo博士、Fu团队一直在进行这方面的研究。他们认为，异族效应可更一般化地定义为本族和异族面孔加工的差异性。该差异主要体现为：（1）异族分类效应。（2）异族再认效应。（3）异族的视觉加工效应。（4）异族的神经生理效应。

Merry Mo博士在报告中提到，异族效应是一种非常稳定的现象，存在跨年龄、文化的一致性。如Kelly研究发现，3个月大的婴儿能正确再认各种族面孔，未表现出异族效应；6个月能再认东亚面孔和高加索面孔，无法再认中东和黑人面孔；9个月却只能再认本族面孔。此后，他们运用相同研究范式对中国婴儿进行探究，结果发现，中国婴儿也存在相似的发展规律。

谈及异族效应的神经机制，Merry Mo博士表示，目前ERP和fMRI技术应用最为广泛。她提到，部分研究者发现异族面孔会引发更大的N170波幅和潜伏期，但也有研究者得到了相反的结果。她认为，差异可能源于实验任务难易的不同。在简单的分类面孔任务中，被试对本族面孔的加工深度高于异族面孔。而在难度较大的再认任务中，被试需要注意面孔身份信息，异族面孔信息难度大，需消耗更多的认知资源，导致N170波幅上升。fMRI研究發现，本族面孔激活更大的梭状回面孔区，而左侧梭状回的激活程度与异族面孔分类及本族面孔再认成绩呈正相关。

（三）教育意义

儿童需习得分辨面孔的细微差别、记忆面孔和识别各种面部表情等能力，这些是人际知觉中必需具备的能力，对儿童的社会性发展影响深远。“异族效应”的神经机制显示，个体对本族面孔与异族面孔加工存在差异，这是由于个体知觉在发展过程中出现了窄化现象，可能需要有更多认知资源投入于对异族面孔的加工。由此，Merry Mo博士提到，在与异族人群交往的过程中，出现“脸盲”“本族偏好”等现象均属正常，不要因此产生猜忌，怀疑他人种族歧视。此外，Tanaka和Sengco的研究发现，个体在加工本族人脸时，采用整体特征性加工方式，加工异族面孔时，则采用个别特征加工方式，从而造成再认成绩的差异。两种加工方式的不同主要源于对面孔认知经验程度的不同。由此推测，增加儿童接触异族面孔的频率，可以降低异族效应。在讨论这一问题时，秦金亮教授指出，随着国际化发展的日益加快，儿童未来将会接触到更多的异族面孔，教育者可有效利用相关资源，减少儿童对本族面孔与异族面孔的加工差异，强调生态化训练。

三、音乐的神经教育学

音乐是一种超时空、跨文化的艺术形式，几乎涉及人类所有的活动，如呼吸、心跳等。音乐感知是人类的一项基本能力，包括辨别音色、音高、节奏和旋律等，同时还包括整体性结构分析。近年来，随着对脑科学研究关注度的逐步提高，各领域均出现了向脑科学延伸的发展趋势，音乐学也不例外。研究者尝试通过探究脑机制来更深入地了解音乐认知加工的本质，揭示音乐对个体全面发展的重要性。

（一）音乐加工的神经机制

唐孝威院士指导的“音乐神经教育学”团队已有多年的研究积累，其相关研究始于对“失乐症”的探索。所谓“失乐症”是指个体失去感知或表达音乐的能力，包括感受性失乐症和表达性失乐症。最早，研究者通过对谢贝里和朗格拉斯等患有失乐症的作曲家进行诊断发现，他们的“失乐症”都是由右颞叶受损引起的，从而提出了音乐功能定位于右半球的观点。该结果与斯佩里“裂脑人”研究的结论相符。但之后，有临床证据显示，大脑左侧受损也可能导致音乐感知加工受阻。因此，目前针对音乐表达加工的脑区定位结论尚未达成一致，如Botez等发现，右侧额叶受损的患者无法进行乐器演奏；Basso等发现，左侧颞叶、顶叶、枕叶受损的指挥家失去了作曲能力。学者们较为一致地认为，音乐表达可能需要多个脑区的共同参与。2011年，Koelsch等提出了音乐知觉加工模型理论，认为音乐知觉存在层级加工模式。第一个阶段是对声音特征的提取阶段，由基底神经核团和初级听觉皮层负责解码分析。第二阶段为格式塔片段形成阶段，对音色、节奏、频率类似的声音进行重构，且开始初步对旋律进行加工。第三阶段为音程分析，即在格式塔片段的基础上进一步分析旋律轮廓信息的变化，以及和弦内部或旋律内部音与音之间的音程关系。最后一个阶段则是进行音乐结构加工，大脑对和弦功能及其关系进行分析，对音乐旋律信息进行整合。

（二）莫扎特效应

“莫扎特效应”是指聆听某种类型的音乐能提高相关行为能力或引起神经生理活动的改变，是一种音乐与认知及其他学科关系交叉最突出的一种现象。目前行为学层面的研究未达成一致性结果，部分研究成功再现了“莫扎特效应”，如Rauscher和Shaw运用折纸、剪纸任务比较三种状态下（聆听录音故事、聆听莫扎特音乐以及无音乐刺激）被试的时空推理能力，结果发现，莫扎特音乐组被试的成绩得到了显著提升。此外，研究还发现，长时间音乐训练能提升幼儿的时空推理能力，但也有部分实验未能再现“莫扎特效应”，如Aheadi等指出，“莫扎特效应”存在限制性条件：该效应仅适用于非音乐家群体。有学者对学龄期儿童也进行了类似实验，也未能证实该效应。

有关神经机制方面的研究，则较为一致地证实了莫扎特音乐对大脑独特的影响。有研究团队在莫扎特K448作品对脑电功率谱的影响研究中发现，莫扎特音乐对大脑α1频段脑电功率谱的作用最为显著，尤其在左侧额区与颞区。ERP实验结果显示：以莫扎特音乐为背景完成视觉Oddball范式能增加左半球ERP成分的潜伏期，右半球却缩短。此外，fMRI、fNIRS实验结果均较为一致地证实，莫扎特音乐能广泛激活颞叶及与时空推理相关的背外侧前额叶、枕叶等脑区。目前，有研究表明，莫扎特音乐对某些特殊群体具有显著的康复治疗作用，如，可以显著减少癫痫症患者的发病频率，帮助患有轻度认知障碍的老年人康复等。

关于“莫扎特效应”的产生机制，目前主要有“直接启动说”与“间接偏好、心境和唤醒说”两种学说。“直接启动说”认为，莫扎特音乐能够启发、激发或增强时空推理任务所使用的固有神经放电模式，从而提高时空推理能力，产生“莫扎特效应”。“间接偏好、心境和唤醒说”对该理论提出质疑，认为莫扎特效应的本质是由音乐所导致的偏好、心境或唤醒度差异。两种理论都得到一些实验的支持，支持“直接启动说”的研究主要来自认知神经科学，如有相关研究显示，莫扎特音乐激活了与时空任务相关的脑区。而支持“间接偏好、心境和唤醒说”的研究基本来自行为学，如Thompson等发现，速度较快、情感愉悦的音乐能提升个体空间能力，情感悲伤、速度较慢的音乐则无效。“莫扎特效应”机制研究至今尚未定论。

此外有研究者还探讨了莫扎特音乐的本质特征。研究发现，莫扎特音乐具有最高程度的结构化与长时程周期性，能产生“莫扎特效应”的音乐需要具备高度结构化及长时程周期性等特征，而这与大脑皮层高度组织化的微观解剖结构可能存在某种相似性。“高度结构化、长时程周期性”假说解释了“莫扎特效应”的成因，间接支持了“直接启动说”，并得到了一些实证研究的支持。

（三）教育意义

音乐感知所涉及的脑区与语言、记忆、动作及时空推理等均有关联，可见音乐感知能力的发展间接促进认知的发展。音乐训练能增强儿童大脑的可塑性，对学习产生持续积极的影响。在早期教育过程中，不能忽视“音乐”对儿童全面发展所具有的积极作用。例如，教育者可以选择具备长时程周期性和高结构化特征的音乐，使之融入儿童的一日生活，让儿童通过聆听以促进和巩固其时空推理能力的发展。此外，乐器演奏学习对工作记忆及认知策略均有促进作用。家长与幼儿园应重视音乐的认知开发功能，适当为儿童安排一些选修性的音乐课程，如钢琴、竖笛和歌唱等，在激发儿童兴趣的基础上加以引导，以促进其认知能力的发展。

总之，神经教育学的发展，使教育研究者和神经科学研究者之间逐步形成互补关系。哈佛大学Kurt Fischer教授曾提出“可用的知识”这一概念，在研究与实践之间架起桥梁，需要科学研究和实践知识的交互作用，这正是神经教育学关注的关键问题。当教师将神经科学知识运用于实践，将其与儿童的学习方式及特点相联系，神经科学将被赋予更高的价值。