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讲述这些故事的是一门叫做“发展认知神经科学”的新兴学科门类，它的研究居于身心关系和人类智能产生及丰富这两大基本问题的交汇处，具有重要的科学价值。随着人类文明的进步，科学界日益达成共识，只有理解了人类心智系统是如何在发展中构建起来的，才能真正理解成熟的系统是如何工作的。
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大脑结构发育与认知发展
结构是功能的基石，不管是儿童、青少年还是成人，其心理行为的发展离不开大脑结构的发展。正常的大脑发育序列是个体心理行为正常发展的基础；反之，异常的脑结构发展可能会导致个体心理行为发育的异常。认识这些问题不仅有助于了解毕生发展进程中大脑发展变化的规律，而且有助于了解人类心智的起源、各种发展障碍的矫治以及认知老化的干预等。发展认知神经科学从一开始就把大脑结构发育与个体心理行为发展之间的关系作为重点研究领域。
大脑发育存在非同步性。研究发现，大脑发育的非同步性首先体现在不同皮层区域上。最先发育成熟的是一些初级皮层，比如躯体感觉皮层和视觉皮层等，而最后成熟的则是需要整合各初级功能的高级联络皮层，如背侧前额叶等。
大脑成熟与老化遵循相反的路径和模式。大脑的成熟遵循着“由后到前” （posterior to anterior）的渐进式成熟过程。大脑的老化却似乎遵循着相反的模式，即“由前向后” （anterior to posterior）的老化进程。换言之，成熟越晚的脑区似乎却反而老化的越早，而成熟越早的脑区却反而老化的越晚。
越与高级功能相关的脑区，细胞构筑就越复杂并具有更复杂的发育轨迹。如，对于 5—11 岁的儿童而言，其右侧额叶、双侧顶枕等脑区的皮层厚度随年龄变薄，但一些语言功能脑区的皮层厚度却随着年龄的增加变厚。
大脑结构发育的个体差异。这对提出针对性的促进方案具有重要意义。例如，大脑总体积存在一定的性别差异，男性大脑比女性的大9%—12%。男性大脑的总体积在 14.5 岁左右达到峰值，而女性则发育的更快，大约11.5 岁就可以达到峰值，6岁时大脑的体积已经发育到峰值的 95%。
有关脑皮层发育与儿童智力发展的研究发现，不同智力水平儿童的脑区皮层厚度变化率有显著的差异，这为研究和预测个体认知能力提供了新的视角。此外，正常儿童的白质结构与认知能力有紧密的关系。即各种认知和行为能力与大脑的皮层发育和白质结构的完整性有关，脑结构发育是大脑功能和认知发展的神经基础。
脑功能发展与个体心理行为
大脑功能发展与个体心理发展紧密相关，大脑功能的模块化、特异化以及相关功能网络的形成是心理发展的重要保障，是心理发展从不成熟转向成熟的重要体现，也是探讨心智起源以及身心关系的重要参照指标。
脑电图、脑磁图提供早期婴幼儿阶段脑功能发展的重要信息。研究发现，人脑的默认网络在婴儿期就已经存在。 6个月大的婴儿已形成了数字处理的右侧顶叶脑功能区，学龄初期（7—9 岁）儿童的短程连接逐渐减少而长程连接逐渐增多，反映了不同脑区之间分离和整合的变化规律。结合复杂的机器学习和模式识别技术，功能连接模式甚至能够预测儿童、青少年的生理年龄。
这些研究说明，儿童脑功能发展过程中相关神经网络进行了相当精密的调整，也提示脑功能发展和个体心理发展与学习之间存在着密切的联系。
遗传与环境对个体心理行为发展的交互影响
遗传与环境对个体心理行为发展的影响，早在古希腊的柏拉图和亚里士多德时期就开始从哲学思辨的角度对此进行了探讨，之后以高尔顿为代表的先天决定论通过家族研究证明了先天因素的影响，而以华生为代表的后天决定论则通过行为塑造的方法揭示了后天经验的重要作用。100年来的双生子研究、收养研究和家系研究逐渐达成一致，认为遗传和环境都是影响心理发育的重要因素。然而，这些研究并没有触碰到真正的遗传物质——基因，更没法具体分析哪些基因如何与环境因素共同影响心理的发展。
发展认知神经科学从基因层面计算行为的遗传率，改变了传统遗传与环境研究中，必须依赖特定被试人群（双生子等）的限制。例如最近一项研究通过分析549692个基因多态位点，估计出人类智力有很高的遗传性，其中晶体智力的遗传率为40%，流体智力的遗传性为51%。人格也有很高的遗传性，仅多巴胺系统相关的基因就能解释敏感性人格15%的个体差异，并且遗传和环境因素对人格有各自独特的贡献，其中亲子关系对人格有2%的贡献。
在人格的研究中发现，DRD4基因与儿童的冲动性特质相关，但是受到亲子关系的调节，良好的亲子关系下非7R基因型的儿童冲动性更高，不良亲子关系条件下则相反。成年人的抑郁程度与5HTT基因有关，按照5HTTLPR基因型将被试分成ll、ls、ss三组，发现ss组的被试其儿童期受到的虐待越严重则成年后抑郁程度也越严重，ll型被试的受虐待程度则与抑郁程度无关，ls型被试介于他们之间。与此类似，Caspi等人还发现儿童期被虐待的经历与MAOA基因交互作用影响个体成年后的攻击性。
随着技术的发展，最近的研究开始把脑-基因-行为联系起来，探讨基因与环境对脑发育以及心理发展之间的交互影响。例如研究发现儿童脑电与性格的关系受其DRD4基因的VNTR多态性调节，9个月时的脑电活动模式及其基因型能较好地预测其4岁时的性格：9个月时EEG左侧化且DRD4基因L型的儿童4岁时更听话，9个月时EEG右侧化且DRD4基因L型的儿童4岁时更难集中注意。
这些研究克服了传统心理学研究难以触及到心理发育的脑和基因机制的弱点，摒弃了分别研究遗传和环境作用的片面思路，识别了影响心理发育的关键基因，探索了基因、脑和环境因素对心理发展的复杂交互作用，取得了重大研究进展，极大推动了并将继续深化对心理发育规律的认识。
心理行为发展个体差异的神经机制
该学科揭示心理和行为发展的个体差异，包括正常人之间的差异以及正常群体与发展性障碍个体之间的差异。
以语言学习为例，在一系列的研究中，科学家发现学习前大脑的激活模式能够准确预测两周后，甚至半年后的学习成绩。追踪研究中，科学家分别采用学年初的行为测试数据、脑结构和功能成像数据以及行为和脑数据的结合来预测学年末的阅读成绩。结果表明，整合了行为数据和脑成像数据的综合模型比单独只包含行为数据的模型以及单独只包含脑成像数据的模型具有更好的预测效度。一般对阅读障碍进行确诊要等到三四年级，但利用脑指标进行预测可以起到早发现、早干预的作用。研究发现，利用儿童出生时对言语刺激和非言语刺激反应的脑电指标可以成功预测8岁时哪些儿童将成为正常阅读者（normal reader），哪些儿童会出现较差的阅读者（poor reader），哪些儿童会有阅读障碍（dyslexia）。追踪研究发现结合新方法的两个脑测量指标的多变量模式可以正确预测（72%正确率）儿童2.5年后的阅读能力。新方法全脑分析指标的多变量模式能够达到90%的正确率。采用类似的研究思路，研究者在老年痴呆等其他临床方面的早期预测上也取得显著进展。
发展认知神经科学对个体差异的神经机制和指标的研究大大推动了各类发展障碍人群干预方面的研究与实践。比如，由于早期预测的可能，为早期干预提供了宝贵的时间，从而提高了干预的有效性。再如，为验证某些传统的行为矫正技术的有效性提供更有说服力的证据。科学家考察了行为矫正对阅读障碍儿童脑功能的影响。 fMRI （功能性磁共振成像）扫描发现，通过矫正，阅读障碍儿童左侧颞-顶叶、左侧额下回的激活显著增加，说明行为训练可以改善阅读障碍者的脑功能，为阅读障碍儿童的行为矫正提供了有力的证据。第三，推动基于脑的新的矫正方案和思路，包括直接针对大脑的无损脑刺激技术，神经反馈技术和神经药物技术等；第四，为推动个性化的干预提供有效的指导。不同个体对不同的干预措施具有不同的反应。采用脑成像技术，研究者能够有效区分对某种干预措施的反应者和不反应者，从而为制定不同的干预措施提供指导。
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近些年来，我国的相关研究机构和学者已开展了丰富的发展认知神经科学研究，科技部支持建立了以儿童、青少年心理发展与学习为研究核心的北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室，中科院心理所、生物物理所、神经所以及北京大学等研究机构也都在布局发展认知神经科学方面的研究。相对于国际发展认知神经科学研究，我国研究的总体水平还存在着一定差距，但由于发展认知神经科学是新兴学科，国外也刚刚起步，因此其差距与传统发展心理学研究相比要小，只要我国继续加强在这方面的布局与投入，研究者们遵循学科发展的最新趋势建立良好的攻关模式，我国在该领域具备在较短时间内站到世界前沿的可能，并同时满足国家社会发展的重大现实需求。
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摘选自《中国科学院院刊·心理学体系与方法论专刊》
《发展认知神经科学：理解和促进人类心理发展的新兴学科》
原文作者：董奇（北京师范大学校长）
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