美國教育的社會和文化基礎/認知/腦研究
腦研究是一個重要的領域，致力於幫助我們瞭解大腦是如何運作的。這些知識將有助於我們更好地理解我們如何學習，以及兒童和成人大腦之間的一些重要差異。作為教育工作者，我們必須瞭解影響學生學習的生物學。
計算機斷層掃描 (CAT) 是用來建立大腦影像的一種成像技術。它由多個 X 光曝光組成，這些曝光被計算機組合起來，形成大腦的影像切片。這在觀察大腦內部時特別有用。然而，CAT 掃描與其他形式的 X 光具有相同的輻射風險，因此在腦研究中的使用頻率低於個人診斷異常解剖結構 (Barlow & Durand, 2005)。
為了測量大腦功能，可以使用正電子發射斷層掃描 (PET)。一種連線到放射性同位素的示蹤物質被注入血液，並在血液中相互作用。當大腦的部分變得活躍時，血液會輸送氧氣，從而產生被探測器捕獲並用於在特定任務期間建立大腦影片影像的斑點 (Barlow & Durand, 2005)。PET 掃描成本高昂且具有侵入性，因此其使用受到限制。
磁共振成像 (MRI) 和功能性磁共振成像 (fMRI) 是常用的腦成像技術，它們使用回波波來區分灰質、白質和腦脊液 (Giedd, Blumenthal, Jeffries, Castellanos, Liu, Zijdenbos, Paus, Evans & Rapoport, 1999)。MRI 無創，對健康風險很小，可以用於嬰兒和子宮內，從而在整個發育過程中提供一致的成像模式 (Lenroot & Giedd, 2007)。MRI 用於建立大腦結構的影像，而 fMRI 實際上是一系列 MRI，透過對許多影像的計算機自適應來測量大腦的功能 (Barlow & Durand, 2005)。
當我們成年時，大腦由超過 1400 億個神經細胞（稱為神經元）組成。獨特的生命經歷和生物學加工意味著個體的大腦具有變得截然不同的潛力。然而，大腦通常被組織成幾個葉，控制著生活的類別部分。腦幹處理大多數基本自動功能，包括睡眠、呼吸、心臟跳動和消化。腦幹的某些部分，海馬體、丘腦、下丘腦和邊緣系統主要參與控制行為和情緒；尤其是壓力反應 (Barlow & Durand, 2005)。
大腦皮層是人類特有的，它包含兩個半球，負責我們所有的認知功能。每個半球包含四個獨立的葉：顳葉、頂葉、枕葉和額葉。顳葉識別各種景象和聲音，並負責長期記憶儲存。頂葉識別觸覺。枕葉整合和理解視覺輸入。額葉負責我們的思考和推理能力以及記憶，對於教育工作者來說是最有趣的，因為它會一直持續到成年。半球透過被稱為胼胝體的結構連線，這使得位於相反大腦半球的不同大腦區域之間能夠協作 (Barlow & Durand, 2005)。
儘管大腦被很好地組織成葉，但仍有大量的可塑性。根據個人及其環境的不同，大腦的不同部分可能會發育更多或更少 (Slavkin, 2004)。所有大腦部分的正常發育始於幼兒期，並伴有富饒的環境，其中包含適當的營養和與細心照顧者之間的互動。大腦的發育透過敏感期進行，在這些敏感期，需要接觸才能促進正常生長。如果幼童沒有充分接觸視覺、聽覺和觸覺刺激，他們就有可能發育不全。一些關鍵時期包括生命第 2 到第 8 個月之間的視覺發育、生命第 5 到第 12 個月之間的運動發育，以及出生到生命第 3 個月之間的邊緣系統發育。額葉和語言技能也具有關鍵時期，這要長得多，涵蓋了大部分幼兒期和童年期 (Murray, 2007)。
| 多動症會影響大腦發育嗎？注意力缺陷多動障礙 (ADHD) 人群中已經發現了神經心理學缺陷。大腦中出現最大缺陷的生理區域是支援正常功能的兒童和成人的抑制的額葉和額葉紋狀體網路 (Wilens 等人，2002)。額葉缺陷在多動症兒童中造成的影響包括抑制力下降、注意力不集中和工作記憶分散。最近，在多動症兒童中還發現了言語記憶、加工速度和運動速度方面的額外缺陷 (Hervey, Epstein & Curry, 2004)。記住兒童時期大腦的可塑性，多動症兒童可能會改善，如果透過豐富理解的課堂和家庭環境鼓勵發育較差的大腦部分生長。 |
隨著發育繼續進入童年期，大腦中的專業化程度越來越高，大腦區域之間的整合也越來越好。這個過程是透過修剪不必要的神經元來完成的。專業化對於語言、閱讀、數值計算和更高層次的推理能力的發展至關重要。例如，閱讀能力的發展以枕葉的正字法加工、顳葉的語音學和語義加工、額葉的句法加工以及頂葉的整合為特徵 (Booth, 2007)。雖然大腦的每個部分都負責閱讀中涉及的個體功能，但整個大腦必須協同運作才能產生能夠閱讀的孩子。教育工作者必須認識到，年輕人的思想正在不斷成長、修剪和加強聯絡。
青少年的大腦繼續建立在童年時期形成的專業化基礎上。它的重點是增加神經元的髓鞘化，這是一個讓資訊在大腦中更快傳輸並更好地整合的過程。對青少年腦部影像的分析表明，這一過程從大腦後部的枕葉開始，並向前方移動，最終到達額葉（Balkemore & Choudhury, 2006）。髓鞘化的增加是青少年在認知能力方面更接近成年人的原因。額葉是最後接受髓鞘化過程的區域，負責高階推理和衝動控制，而該區域在青春期的不成熟導致青少年時期魯莽行為的聲譽（Durston, Pol, Casey, Giedd, Buitelaar & Engeland, 2001）。
青春期的大腦還存在著橫向變化。左右半球之間聯絡更加緊密，能夠透過胼胝體更好地相互交流。這種發展意味著左右半球能夠更快地協同工作，處理語言、數學和空間問題。這種互聯也與長期記憶的增加有關，因為記憶在不同區域的編碼更加完善，更容易被整合到一個連貫的實體中（Durston 等人，2001）。一項研究發現，大腦的這種成熟可能一直持續到一個人 20 多歲或 30 多歲，而且大腦可能要到青春期很久以後才能完全成熟（Balkemore & Choudhury, 2006）。
在當今的學校，孩子們不斷面對著外部壓力，這些壓力會影響他們集中注意力和學習的能力。壓力已被證明會對發育中的大腦產生深刻的負面影響，導致學習水平降低。壓力甚至在孩子出生前就會影響神經生理。Monk 發現，壓力荷爾蒙會穿過胎盤進入未出生嬰兒，導致胎兒心跳加快和皮質醇（一種壓力神經激素）水平升高（Monk, Fifer, Myers, Sloan, Trien & Hurtado, 2000）。嬰兒期、童年期或青春期皮質醇水平升高與日後無法應對壓力和認知發育遲緩有關。這是因為慢性壓力導致皮質醇長期分泌，可能導致海馬體神經元死亡，進而導致認知缺陷（Barlow & Durand, 2005）。海馬體位於腦幹，這表明，將海馬體區域用於調節壓力的孩子可能沒有花寶貴的時間來發展大腦的其他區域，而這些區域對於高階推理和社交技能的發展至關重要。這些孩子很快就會發現自己在學校落後，從而加劇了壓力迴圈。
作為教育工作者，我們越瞭解我們的學生，就越能夠調整我們的課堂，創造一個幫助所有學生取得優異成績的環境。孩子們在整個發育過程中都在經歷著變化，學習如何利用他們的大腦儲存和檢索資訊。以最大限度地發揮學生努力的方式呈現資訊非常重要。壓力也會影響學生能夠處理的資訊量。透過創造安全舒適的課堂，我們可以幫助提高學生的腦力。當教師更好地理解孩子的腦部時，我們就能成為更加有效的教育工作者。
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- A. 正電子發射斷層掃描 (PET)
- B. 計算機斷層掃描 (CAT)
- C. DOG 掃描
- D. 磁共振成像 (MRI)
- A. 枕葉
- B. 胼胝體
- C. 下丘腦
- D. 顳葉
- A. 視覺發育
- B. 運動技能
- C. 社交技能
- D. 音樂能力
- A. 使用大劑量藥物。
- B. 讓孩子參與富含教育意義的課堂。
- C. 鼓勵他們在家裡看很多電視。
- D. 什麼也不做。
- A. 避免在懷孕期間出現高度壓力情況。
- B. 允許孩子晚上熬夜。
- C. 大多數時間讓孩子獨自一人，無人看管。
- D. 每天觀看教育節目。
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教師選擇既不太容易也不太難的課程非常重要。學生如果不斷解決簡單的問題，將得不到成長，並且很快就會感到厭倦。如果孩子不斷與超出其發展水平的學習內容作鬥爭，他們會感到沮喪和灰心。教師可以透過使用年齡適當的課程，引導孩子們學習語言和推理技能，這些技能對大腦的成長有很大影響。
課堂時間表應該安排得合理，讓孩子們有足夠的時間投入到課堂學習中，學習重要的資訊，而不至於過度消耗注意力。在孩子注意力分散後呈現的資訊將不會被記住，是浪費時間。
同樣，在學生壓力很大的情況下學習到的資訊可能也不有效。當學生感到壓力時，他們的身體會做出原始的反應，主要使用下丘腦和其他腦幹區域。如果專注於這些區域，額葉的其他區域就會被忽視。課堂應該是一個平靜而舒適的地方，所有孩子都感到自在。這在學習過程中以及在需要使用額葉進行高階推理的測試期間尤為重要。
影響大腦發育的因素很多，教師必須意識到他們可以操縱課堂來幫助孩子充分發揮大腦潛力。
教師可以透過不斷堅持自己的教學方法來有效地影響大腦發育。刺激越早發生，越有助於大腦發育的路徑形成。負面刺激或缺乏刺激可能會使大腦發育變得困難或不可能。文章指出，大腦的暴露發生在正常的生長時期，即貫穿學生的整個教育生涯。
教師應該使用對每個學生都有效的教學方法。如果一個學生理解了，而另一個學生沒有理解，那麼沒有理解的孩子就沒有將資訊處理到他們的大腦中。為了有效地影響大腦，教師必須創造一個低壓力的環境。壓力會對學生處理資訊的方式產生很大影響，低壓力環境將使學生能夠發展更高階的知識和更好的社交技能。
良好的家庭環境也很重要。教師和家長應該共同努力，讓學生充分發揮他們的潛能。學校和家庭應該使用積極的強化，鼓勵學生繼續學習。鼓勵會降低壓力水平，使學生對自我感到良好，從而促進大腦的更好發育。
教師必須盡其所能與學生合作，確保他們接受到最好的教育和大腦發育。教師的任務是為孩子的大腦奠定基礎，使其能夠充分發揮潛能。 —Cassie Gray- Barlow, D. H., & Durand, V. M. (2005). 異常心理學：一種整合方法。加利福尼亞州貝爾蒙特：湯姆森·沃茲沃斯出版社。
- Blakemore, S. & Choudhury, S. (2006). 青少年大腦發育：對執行功能和社會認知的影響。兒童心理學與精神病學雜誌。47, 296-312。
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- Durston, S., Pol, H. E. H., Casey, B. J., Giedd, J. N., Buitelaar, J. K., & Engeland, H. V. (2001). 人腦發育的解剖學 MRI：我們學到了什麼？美國兒童與青少年精神病學研究院雜誌。40, 1012-1020。
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- Monk，C.，Fifer，W. P.，Myers，M. M.，Sloan，R. P.，Trien，L. 和 Hurtado，A. (2007)。孕期母親壓力反應和焦慮：對胎兒心率的影響。發育心理學。36, 67-77。
- Murray，B. 瞭解大腦發育和早期學習。 (2007)。從 Facsnet 生物技術檢索：http://www.facsnet.org/tools/sci_tech/biotek/eliot.php
- Slavkin，M. L. (2004)。真實學習。蘭漢，馬里蘭州：羅曼和利特菲爾德出版集團。
- Wilens，T. E.，Biederman，J. 和 Spencer，T. J. (2002)。注意力缺陷/多動障礙跨越生命週期。醫學年度回顧，53, 113-31。