第一節 大腦的發育和生理發展

一、腦是人體的控制中心

近年來對于腦部的科學研究，幾乎可以確認人類的智慧能力來自大腦的運作。腦是一個大約1000億個神經細胞組成的人體器官，雖然腦的重量不太顯眼，但它是人體的控制中心，支配著各種功能，比如循環、呼吸、消化、對外界反應、肢體動作等，各種感官活動（嗅、視、味、觸、聽）的信息也是在腦中處理。而且腦也負責人類的高級功能，包括思想、理解、記憶、語言、情緒、人格，甚至計劃、煩惱、痛苦、愛與恐怖的感受等內在意識。

（一）腦是宇宙中最復雜、最令人驚訝的器官

腦的重量只有大約1.3—1.4千克，一般而言約占身體重量的2%。腦是由水（80%）、脂肪（10%）和蛋白質（8%）構成的。人類的腦相當柔軟，連餐刀都能切開它。腦部有超過1000億個神經元，也稱為神經細胞或腦細胞。每一個神經元與其他神經元之間有多達4萬個細胞連接，稱為突觸。1000億個神經元，乘以4萬個突觸，腦部的連接比宇宙中的恒星還多。像一顆沙粒般大小的腦組織中就包含了10萬個神經元和10億個突觸，兩兩之間都在彼此“交談”著。

（二）童年經驗給腦定型

腦的發育是一個令人著迷的過程，基因與環境共同參與其中。在懷孕的某些階段胎兒的腦部每分鐘制造25萬個新的神經細胞。嬰兒出生時腦部約有1000億個神經元，但其中只有相當少數有髓鞘包覆或彼此連接。在生命的頭10年，兒童的腦部形成萬億個神經膠質細胞，神經膠質細胞幫助神經元建立連接，保障神經元的健康及運作穩定。

新的研究結果顯示，早期的童年經驗，不只是創造一個發展與學習的背景，更直接影響了腦內連接方式，而腦內連接方式又深遠地影響著我們的情感、語言和思想。經驗不僅影響兒童的發展，也給腦的發展定了型。大約四分之三的腦部是在人出生之后，因應環境與經驗發展成形。先天與后天總是合作無間。

腦在出生頭5年發育特別迅速。掃描顯示，12個月大之前，嬰兒的腦部與正常的年輕人類似。3歲之前嬰幼兒腦部的連接差不多是成年人的2倍。先發展的腦部區塊，如視覺區，也是最先髓鞘化（有髓鞘包覆）的區塊，這有助于該區塊變得更有效率。3—10歲這幾年是社會能力、知識、情緒和生理機能快速發展的時期。這個年齡段的孩子腦部活動量是成年人的2倍以上，而盡管新突觸的形成會一直持續到老，但腦部對于新技能的掌握和挫折的容忍，再也不會那么容易了。11歲時腦部開始快速地刪除多余的連接，剩下的回路功能更明確、更有效率。腦是用進廢退原則的最佳范例，幼年反復使用過的連接成了永久性的連接，而那些未曾使用過的則被剔除。

（三）神經細胞的可塑性在幼兒和兒童時期最強

腦部的前三分之一，也就是腦中負責執行管理的前額葉皮質區，在青春期后半期到20歲期間仍持續成長。盡管我們認為18歲已經是成年人了，但他們的腦部離完全發育還早得很。直到25或26歲前，前額葉皮質區一直都有髓磷脂存入，這使得腦部的管理區能以更高等的方式、更有效率的水平運作。

因此，在感覺統合治療中，神經細胞可塑性在幼兒和兒童時期最為明顯，在成長過程中，不同階段細胞可塑的特點都不同。

二、腦部的正常運作需要氧

為求正常運作，腦部需要氧。就像其他生物一樣，腦部需要燃料以成長、發揮機能及自我修復，推動腦細胞的引擎靠葡萄糖和氧運轉。腦部需要靠氧來產生能量，沒有氧，名為線粒體的神經元“發電廠”就無法產生足夠的能量維持腦部的運作。而腦神經元的成長自然也缺不了葡萄糖和氧氣的能量補給。

因此，在感覺統合治療中，除了感覺系統的刺激外，少不了大腦有氧運動的參與。有氧運動可以提高心臟壓送血液流往腦部的能力，促進氧與葡萄糖的運輸，同時運動也會刺激神經生成，也就是腦部增生新神經元的能力。研究顯示，實驗室老鼠在運動時會在額葉和海馬體增生新的神經元。這些新的細胞除非受到刺激，否則存活約4星期后死亡。如果能借助心理或社交互動，刺激這些新的神經元，這些神經元會連接其他神經元，這些腦部回路有助于這些細胞持續運作下去。運動對海馬體神經元產生持續約3天的保護效果。因此，最少要每3天運動1次，或是1星期3次。研究證明，經常運動好處很多，缺少運動對大腦血液供給有負面影響。

三、大腦中樞神經系統

（一）大腦里和學習有關的8個腦部系統

這8個系統是：皮質區、顳葉、頂葉、枕葉、前扣帶回、基底核、深層邊緣系統與小腦。在這里將闡述各個系統的功能。

1．皮質區掌管著人類的精神功能，幫助人類實現最高級的思考方式

大腦皮質區分前額葉皮質區和后額葉皮質區。前額葉皮質區掌管著人類的精神功能，幫助人類處理最高級的思考方式，包括計劃、判斷、人格、動機、控制沖動和心思表達，在學習智能領域里它負責意志力、自制力、人際智能、領導智能、溝通管理智能、內省智能等。后額葉皮質區主管人類的思維，包括：人類初級的信息匯整與邏輯處理的能力，在學習智能領域中負責空間知覺、構念想象、藝術認知、邏輯推理、算術認知、語言發聲與構音等。

當前額葉皮質區的功能發揮自如時，我們考慮周翔、富有同情心、善于表達、條理井然有序而且目標明確。當前額葉皮質區功能失常的時候，我們容易出現判斷力薄弱、沖動、注意力無法持續、缺乏條理、無法從經驗中學習、迷糊、時間管理能力差以及缺乏同情心等狀況。

2．顳葉負責把短期記憶轉入長期資料庫

在耳朵相對應的腦區有聽覺、味覺、嗅覺中樞，主管人類的聽知覺、記憶與情緒。顳葉會將聲音理解成文字（語言理解），同時也跟音樂、聲調和情緒有關。顳葉也是把短期記憶轉入長期資料庫的地方，因此顳葉又是掌管長期記憶功能的重要區域。顳葉也會協助視覺辨識物體并為其命名。當顳葉區的功能失常時，會發生記憶力問題、聽覺和視覺問題、學習問題、用詞不當、閱讀障礙、情緒不穩、容易焦慮、不會辨識面部表情或理解言外之意等狀況。

3．頂葉掌管人類的感官處理與方向感

頂葉負責體覺、觸覺、冷熱覺的處理，也負責最基本的認知功能，包括藝術欣賞、肢體創造、知覺、體覺辨識、肢體理解與操作。

4．枕葉負責基層的視覺信息處理

枕葉區是人類的視覺處理中樞，負責處理基層的視覺信息，包括圖像創造、視覺欣賞、知覺、圖像辨識、視覺理解與閱讀。

5．前扣帶回讓人靈活、有適應能力

前扣帶回讓我們覺得安定、輕松、靈活。前扣帶回縱向貫穿額葉深處，是腦部最重要的轉換站，它是大腦的變速器，讓我們靈活、有適應能力，在我們需要改變時能夠改變。腦的這個區塊幫助我們將注意力從一個事物轉向另一事物，從一個觀念發展出另一觀念。認知彈性是前扣帶回的主要功能，當這個區域失常時，人們無法轉移注意力，變得僵化、缺乏彈性、鉆牛角尖、焦慮、愛唱反調。

6．基底核是人腦的焦慮中樞

基底核是人腦的焦慮中樞，與情感、思想和肢體動作的整合有關，這就是當我們興奮時會跳起來，害怕時會手足無措的原因。

7．深層邊緣系統參與調節本能和情感行為

深層邊緣系統的作用是維持自身生存和物種延續。深層邊緣系統負責人類的情緒，過度活動會出現憂郁、悲傷、負面思考、焦慮、動機不足、消極、埋怨等狀況，總是覺得不滿或無聊。此外，深層邊緣系統的海馬體還對學習過程和記憶發揮著突出的作用。如果海馬體或與它的功能相聯系的結構受損，會導致遺忘綜合征。

8．小腦和信息處理速度有關，也和思想協調有關

在后腦底部還有一個非常重要的結構，稱為小腦。盡管小腦只占腦部容量的10%，卻包含了50%的腦部神經元，長久以來，我們都知道小腦與肢體動作協調、體態和走路方式有關。但最近，我們才清楚，小腦和信息處理速度有關，也和思想協調有關。小腦幫助我們迅速進行生理調整，也幫助我們在壓力或陌生情境下調整情緒。當小腦活動低落時，會出現寫字潦草（協調問題），無法維持工作區井然有序，對光線、噪音、碰觸或衣飾（如標簽）感到不舒服，以及笨手笨腳或經常出現意外。自閉癥、注意力缺陷癥和學習障礙患者身上，也發現小腦活動低落的情況。

（二）良好的行為表現有賴于功能良好的腦

之所以介紹這些腦系統，是為了讓我們了解，其實腦部的功能錯綜復雜，任一人類所作出的異常行為都可能是腦的某個區的功能失常所導致。人類如果希望自己行為表現良好，那么要有一個功能良好的腦才能實現。然而，腦的功能除了腦內部的細胞組成外，還和細胞與細胞之間的信息傳遞有關。這些細胞靠著軸突和樹突的相互交錯彼此“交談”著。以前的醫學無法把一個異常行為（如好動分心、情緒困擾、動作笨拙、學習困難）看成是一種疾病，除非是腦癱、頭部受傷、發炎等重癥原因所引起，而忽略了細胞之間存在著信息傳遞失常的問題。腦組織靠著神經細胞之間的交互傳遞信息進而完成指令，當這些信息傳遞過程中出現岔路或傳遞不流暢時，就會出現偏差行為、學習障礙與情緒困擾。

四、讓腦更強壯

（一）豐富的環境刺激腦細胞之間的連接，連接越豐富，人就越聰明

20世紀60年代，戴門德比較了實驗室里的兩組老鼠。第一組住在相當于戒備森嚴的監獄囚室的環境里，每天只吃足以為生的簡單食物，但腦部幾乎沒有接受刺激，不給它們玩游戲，沒有迷宮也沒辦法跟別的老鼠聚會解悶。第二組老鼠則像在上學一樣，還有課外活動時間，有玩具可以玩，有迷宮可以探索，也有健身器材可以鍛煉肌肉和腦細胞。最棒的是他們能夠和其他老鼠分享經驗。他讓兩組老鼠在同樣的迷宮中進行計時賽跑，那些生活在身心愉悅環境中的老鼠成績好很多。

然后戴門德做了一項檢查，他把贏家和輸家都送上手術臺檢查他們的腦。學習環境較豐富，在迷宮賽跑中獲勝的老鼠，他們的腦和控制組的老鼠明顯不同。他們的腦皮質的最外層有許多皺褶（這是我們用以理解世界的神經通路所在），比未接受刺激的老鼠要厚。腦部接受滋養的老鼠具備較多的神經連接，顯示心智活動較活躍。另外它們腦部的血管也比較多，可以運送至關重要的氧，以最高效率觸發神經連接。戴門德用收集的堅實證據指出，心智狀態具體呈現在腦的生理狀態上。學習會強化腦，就如同運動會強化四肢和腹部的肌肉一樣。

（二）實驗證明任何年齡的腦都可塑，只要好好用腦，年長的腦的改變程度會和年輕的腦一樣大

戴門德的實驗不但記錄了重要的事實，而且還隱含一個玄機，他并不是用幼鼠做實驗，他選用的是中年以上，相當于人類60—90歲之間的老鼠。年長老鼠的腦功能，因為最新經驗產生回應進而重塑，這體現了腦的可塑性。

這是個好消息，而且不止對老鼠，對所有的哺乳動物都一樣，因為它們都有類似的腦部結構。對老鼠、狗、馬和猴子適用的原則，在人類身上也行得通。戴門德對自己的發現感到寬慰，因為這說明了人在任何年齡都能改變。較老的腦需要較長的時間才會對健康生活等外界因素有所反應，但的確會有反應。也就是說，只要好好用腦，中老年人的腦的改變程度能和年輕人的腦一樣大。

（三）腦被環境塑造

1．經驗促進大腦發育

這種促進腦部生長的刺激因子，不是所有該物種都會接觸到的反應對象，如燈光和聲響，而是不同個體身處的獨特環境。在亞馬遜叢林中成長的孩童會學到許多關于雨林動植物的知識，而在郊區長大的孩子會懂得使用兒童攀爬器材、蕩秋千、游泳和踢足球。

這第二種腦部的發育類型可以在任何年齡發生。某些學習，如學習外語，在青春期以前的確比較容易，但詞匯是終其一生都能積累的。一般而言，這類學習并沒有單一關鍵的時間點，人腦可以在任何時間學習經驗依賴型的知識。

因此，還讓孩子沉浸在莫扎特的世界中，希望刺激他們的音樂或其他方面的智能就沒有太大意義。較晚學會閱讀的兒童，有時候文化教養甚至遠遠超過那些在最早可能開始識字的時候就學習閱讀的孩子。孩子就算沒有玩具，也還有一個由草地、人行道、家具、地毯等組成的復雜世界可以探索，得以學會如何與世界交往。

環境觸發腦部的發育模式，能適當地參加體育運動的兒童，腦的所有區塊，包括與運動和平衡相關的部位，都會因為受到挑戰而進步。

2．腦發育受先天與后天環境兩者的影響

腦發育是否受先天基因或者后天因素的影響，這個議題在過去100年間始終爭論不休。今天我們可以看到的共識是，先天的因素對大腦的組織約有30%—60%的影響力，而40%—70%則是來自環境的影響。作為教育工作者，我們最能影響的也是學生的后天部分，因此，在談到大腦對各種影響的反應時，我們必須謹記的最重要一步是消除學習環境中的危險因素。首先要做的是消除負面的影響，會產生負面影響的因素包括讓學生難堪、斥責、不合理的時間限制、強迫學生放學之后留下來、羞辱學生、諷刺學生、教育資源匱乏或校園欺凌等。這些對于長期的學校學習目標毫無正向的作用，一旦這些威脅性因素被消除，我們就可以設法建構出正向的教育環境。

3．大腦因為環境的刺激，會生成新的連接

美國加州大學伯克利分校的神經解剖學家瑪麗安·戴蒙指出，當我們處于豐富多樣的環境時，我們的大腦皮質會變得更厚，產生更多的樹狀突分支和更大的細胞體。這樣的改變表示，大腦的細胞之間能夠更有效地溝通，不僅如此，大腦也會有更多的支持細胞。上述這些情況在給予大腦豐富的環境之后的48小時之內就會發生。戴蒙的論點，被后繼的許多研究證實，環境因素的確能導致可預測和極顯著的結果。環境的影響力就體現在細胞之間形成連接的過程中，因此許多研究認為，增強對神經系統的刺激可能增強學習能力。聰明的人可能有比較大量而且相互緊密聯系的神經網絡。神經系統連接上的變化與人們可以從復雜的經驗中獲得改變，這兩種看法不謀而合，尤其是在學習和記憶兩方面。這種觀點告訴我們，環境對于大腦的構造的影響，同個人的親身經歷一樣深遠。

五、腦發育特點

（一）腦部的發育可以在任何年齡發生

某些學習，例如學習外語，在青春期以前的確比較容易，但詞匯是終其一生都能積累的。一般而言，這類學習并沒有單一關鍵的時間點。突觸的產生會隨著活動類型不同而變化，例如學習全新的肢體動作時，新的突觸會在大腦皮質上產生。

濱夕法尼亞大學的研究者借助功能性核磁共振造影發現，我們的大腦有些區域只接受字母的刺激，而不是詞匯或符號，這個結果告訴我們新的經驗（例如閱讀）可以被植入大腦中。綜上所述，我們可以說，當我們改變環境的形態時，大腦發育情況也會隨之改變。大腦的變化仍然十分神秘，學生如果在年幼時遭受視覺方面的剝奪，就會影響大腦。如果有不良的經驗，錯誤的突觸便會影響整個系統的功能。

因此，在教育中，越來越多人重視提供合適的豐富環境，最有力的證據之一便是現在我們越來越了解環境可以影響人類。雖然你無法使智商70的人變成智商150，但是你可以用不同的方法改變他們的智商測量結果，偏差會在正負20%左右，視不同的環境而定，如果真是這樣，最大的差距就有40分左右。

那么到底教育能如何影響大腦呢？

神經科學家雅克的研究證實，對動物所做的豐富的大腦研究的結果也可以在人類大腦上復現。他發現，從大腦剖面圖來看，研究生的大腦比高中輟學生多出40%左右的神經系統連接，而且長期投入高難度活動的研究生，相比沒有參與高難度活動的研究生，其大腦的成長高出25%。因此，我們不能只看教育水平，經常學習新經驗和接受新挑戰才是大腦成長的主要因素。那些只是在學校中閑散過日子的研究生，比起那些天天埋頭研究困難問題的研究生，其神經網絡連接較少?？傊哂刑魬鹦缘闹X刺激，就像大腦的營養品一樣。

（二）大腦在早期學習階段的成長速度是最快的

威恩洲立大學神經生物學家朱甘尼指出，學齡時期的大腦，大量消耗體內的葡萄糖，來滿足成長的需要，所需的能量大約是成人的225%。大腦在早期學習階段的成長速度最快，也最能學習。在這個時期，刺激、練習和新奇都是奠定未來學習基礎的關鍵要素。外在的環境是大腦成長的真正食物。大腦吸收了味道、聲音、影像、口感、觸覺，并且重新組織所有這些吸收進來的東西，變成無數的神經系統連接。當大腦開始理解外在世界時，也創造了神經系統的桃花源。羅杰醫學院的神經學家塔拉認為，人人都應該擁有這種重要的學習機會，他說：“別只是等待，你不會再有這樣的機會了?！币虼耍覀兙筒浑y理解，為什么家長希望他們的孩子被認為是資質優秀的學生。因為錯過這個學習機會，還意味著他們的孩子會錯過大腦神經網絡發育的最佳機會。