学习障碍的脑机制

杨刚尧 薛贵

当孩子在学习过程中表现出注意力无法集中、记忆能力差、不能举一反三等问题时，很多家长和老师常常将问题归咎于学习态度不端正、学习动机与兴趣不足，或者学习方法不对等原因。这样的做法不仅效果差，还会给孩子带来额外的心理负担和精神压力，带来一系列次生危害。近年来，随着相关研究的不断深入，以及科学知识的不断普及，学习障碍的概念日渐为人们所知晓。尽管如此，大众对学习障碍背后的认知和脑机制却仍然知之甚少。这些关键知识的缺失会造成一系列问题。首先，容易导致老师和家长无法真正理解学习障碍的原因，进而深刻改变对学习障碍儿童的情感和态度，做到真正地接纳。其次，因缺乏相关科学知识，父母的分辨能力不够，未能让孩子及时接受科学的、有针对性的干预训练，导致孩子错过治疗的重要时期。最后，学校老师在制定教学方案时，没有考虑学习障碍儿童的大脑功能特点，导致教学效率低下。因此，更加深入普及学习障碍的脑机制等相关知识，提高公众意识，提升选择能力，发展科学方法，对于学习困难儿童的健康发展已经刻不容缓。

什么是学习障碍？

虽然不同的组织对学习障碍的定义各有所侧重，但综合《美国精神障碍诊断与统计手册》《国际疾病分类手册》《中国精神障碍分类与诊断标准》的定义，可以总结出学习障碍这一概念的两个关键因素：孩子的学业表现严重落后于其智力水平所应达到的表现;孩子并不存在视力、听力以及神经系统障碍。因此，患有学习障碍的孩子在身体、智力发育方面通常与同龄人无显著区别，只有在学习或运用特定领域的知识时才会表现出一系列症状。

对于学习障碍的分类，不同研究者与组织从不同角度，运用不同研究方法对学习障碍的类别进行了划分。提出学习障碍概念的特殊教育家塞缪尔·柯克将学习障碍分为发展性学习障碍和学习性学习障碍两种类型。发展性学习障碍是指学生在达到学习目标所应具有的学习能力上出现障碍，这些学习能力包括注意、记忆、知觉、推理等。学习性学习障碍则是指学生在通过学校学习所习得的技能上存在缺陷，这些技能包括阅读、计算、书写和写作。美国学习障碍联合会的分类方法将学习障碍按照是否涉及语言的理解与表达分为语言型学习障碍与非语言型学习障碍两种。《精神障碍诊断与统计手册》（第五版）指出，学习障碍主要以障碍发生的学业领域为依据，分为阅读障碍（Dyslexia）、計算障碍（Dyscalculia）与书写障碍（Dysgraphia）。

根据美国心理学会的定义，阅读障碍的症状包括阅读的准确性、阅读速度和流畅性下降，以及阅读理解能力受损。患有这类学习障碍的孩子在阅读时可能常常会省略句子中的几个字，读句子读不全;在不适当的位置停顿，读出来的内容不连贯;不清楚文章所描绘的一系列事件发生的时间地点以及事件发生的先后顺序;或是无法从文章中总结出作者想表达的内容。计算障碍主要症状为数学计算技巧受损，并且难理解数字和数学事实。英国伦敦大学学院的心理学教授布莱恩·巴特沃斯（Brian Butterworth）在美国Science杂志上发表文章，列举了计算障碍的常见指标：儿童在年龄已经较大时仍然经常使用手指来进行简单的加减与数数任务;难以进行数量估计，比如在估计普通房间的高度时可能会回答60米。书写障碍则是儿童清晰、流畅地书写数字与文字的功能受损，包括语法、标点和书写方面的障碍。

大量研究表明，这三种学习障碍中阅读障碍和计算障碍十分常见。基于山东师范大学的张承芬教授、香港教育大学的钟华杰教授等人的研究，我国学龄儿童汉语言阅读障碍的流行率为4.5%—9.7%;美国明尼苏达大学的米歇尔·马佐科教授（Michelle Mazzocco）的调查则发现，在学龄儿童中，计算障碍的流行率达到了6%—11%。这两种学习障碍深深地困扰着我国的学龄儿童及他们的家长和老师，因此也成了相关领域的研究重点。

学习障碍的脑机制

学习作为人脑的高级功能，需要一系列认知过程的密切配合，并由大脑所对应的多个脑区来实现。从这个意义上说，这些脑区中的任何一个出现损伤都可能会导致学习障碍的发生。在20世纪60年代学习障碍刚刚为人们所关注时，人们仅能从认知、行为的角度研究学习障碍的成因。但随着脑科学研究的深入，认知功能背后的大脑基础已日渐被科学探明。如今，人们已经愈发了解学习障碍背后的脑机制。

科学的研究发现，汉语阅读障碍有两个重要原因：一个是语素意识缺陷，另一个是根据汉字的字形来获得读音和语义的缺陷。语素是语言中最小的语音和语义单元（也叫音义结合体）。汉语中80%的词汇为双字词，由两个语素组合构成，如“马车”一词就由“马”和“车”这两个语素构成。这两个语素可以和别的语素结合，构成其他意义的词语，比如“赛马”“卡车”。语素意识，即对语素的识别、分解、组合等能力。汉字中常见字只有3500多个，但它们可以构成数万个词。因此，语素意识对于快速掌握词语意思，对汉字的阅读都至关重要。香港中文大学的心理学教授凯瑟琳·麦克布莱德教授的研究表明，语素意识能够独立预测儿童的汉字识别能力。北京师范大学舒华教授及其合作者的研究则发现，对于汉语阅读障碍儿童而言，语素意识缺陷是最主要的类型，76%的患者会表现出语素意识缺陷。为探究语素意识障碍的神经基础，北京师范大学刘丽教授与其合作者在进行核磁扫描时让被试进行了语素任务，研究发现，阅读障碍儿童在完成语素任务时侧额下回的背后区域（BA9）与腹前侧区域（BA47）均表现出激活异常（见图1）。

除了语素意识外，谭力海教授及其团队在Nature杂志上发表文章指出，流畅阅读汉语材料对形音转化与形义转化的能力具有较高要求。而左侧额中回正是实现整合汉字的字词、读音和语义信息的关键。阅读障碍儿童不仅在阅读任务中的反应速度与准确性较差，同时在左侧额中回的功能也有损伤，表现出活动水平不足，兴奋性不够。在后续的研究中，谭力海教授的团队还证实，汉语阅读障碍的儿童在左侧额中回区域不仅存在活动水平不高等功能障碍，还存神经细胞减少这样的器质性缺陷（见图2）。

对于计算障碍，美国斯坦福大学教授维诺德·梅侬（Vinod Menon）按照障碍产生的原因，将计算障碍分成了两类。其中第一类是“领域特殊性”障碍，包括数感障碍以及计算问题解决障碍;另一类是 “领域一般性”障碍，主要包括工作记忆能力的缺陷。

数感，也称为“感数”，是人们知觉数量多少并做出判断的能力。比如我们不用数，就能迅速知道桌子上有2个还是3个苹果;或者能快速估计出草原上有200只左右的绵羊。法国鲁汶大学的克里斯托夫·穆索林教授（Christophe Mussolin）及其合作者用圆点来表示数量的多少，要求儿童判断屏幕左边还是右边的圆点数量更多。相较于正常发育儿童，计算障碍儿童不仅需要更长的时间进行数量大小判断，而且当屏幕左右两侧的数量接近时，比如左侧为“5”，右侧为“6”，计算障碍儿童的正确率也显著较低。穆索林教授以及加文·普莱斯（Gavin Price）教授团队运用功能性磁共振的技术方法，发现计算障碍儿童在进行数量加工的时候，顶内沟（IPS）对数量的敏感性都更差（见图3）。除了这种功能上的缺陷以外，斯蒂芬妮·罗泽尔（Stephanie Rotzer）教授等人的研究还发现计算障碍儿童也存在右侧顶内沟神经细胞数量减少等结构异常情况。

除了感数的能力，计算障碍儿童还存在计算问题解决上的缺陷。美国心理学家罗伯特·西格勒（Robert Siegler）提出，随着大脑发育，普通儿童的计算问题解决能力会不断提升，从一开始需要依赖手指数数来进行加法运算，过渡到依靠口头计数的帮助完成运算，到最后发展到能够直接记住诸如“3+5=8”这样的数学事实。然而美国心理学家大卫·吉里（David Geary）的研究表明，存在计算障碍的儿童，他们计算问题解决能力提升的时间进程会显著慢于普通儿童，甚至可能无法摆脱对手指的依赖。美国斯坦福大学教授维诺德·梅侬团队研究了一群7—9岁的计算障碍儿童。这些儿童与普通儿童在智力、工作记忆能力以及阅读能力方面均匹配。研究者要求他们完成计算复杂度较低的“X+1”任务与计算复杂度较高的“X+Y”任务。结果发现计算障碍的儿童在完成计算复杂度高的任务时的正确率显著低于普通儿童，而在顶内沟等多个大脑区域的兴奋性也存在不足。

工作记忆能力的不足也会导致儿童的计算障碍。工作记忆是一种对信息进行暂时加工和贮存的记忆系统，相当于计算机的内存。工作记忆在许多复杂的认知活动中起重要作用，但却是一个容量优先的系统，大概记住4个物体或者7个数字。美国心理学家大卫·吉里提出，当人们进行计算问题解决、数字排序等任务时，需要对工作记忆中存储内容进行操作。因此，工作记忆容量的不足，就会严重影响计算的效率和准确性。美国斯坦福大学教授维诺德·梅侬团队使用标准的工作记忆测试任务，发现相较于普通儿童，计算障碍儿童视觉空间工作记忆能力存在缺陷。

需要特别指出的是，虽然现有研究者发现了学习困难儿童在大脑结构和功能上的缺陷，但这些缺陷并不是永久和不可改变的。儿童的大脑还处在快速发展的阶段，具有相当大的可塑性。大量的科学研究发现，经过科学的干预和训练，不仅可以让学习障碍儿童的学习能力提高到同龄人的水平，其大脑的结构和功能也可以恢复正常。

总结与展望

可以看到，目前脑科学工作者在学习障碍的脑机制研究上已经取得了许多重要进展与突破，但相关领域的知识想要在日常的教育教学中发挥作用仍有许多工作要做。首先，应该加强相关知识的普及，让家长和老师知晓学习障碍儿童在脑功能发展上存在的客观缺陷，对学障儿童大腦发育情况引起足够的重视，同时避免给学障儿童安排不合理的学习任务和心理负担。其次，脑科学领域的研究者和相关的应用机构需要基于学习障碍的脑机制，发展相应的科学测评诊断，以及干预治疗的技术和工具，积极推动包括数字疗法在内的先进治疗方法，促进学习障碍的科学诊断与治疗。最后，我们也呼吁国家相关部门和各级政府加强在学习困难领域的立法，加强对学习障碍的诊断、鉴定和治疗等方面的标准制定和监管，加大在科学研究、转化应用、学校家庭资助等方面的投入，促进学习障碍儿童的健康发展。