儿童青少年认知能力发展与脑发育_李艳玮.doc

儿童青少年认知能力发展与脑发育_ 李艳玮摘要自发展认知神经科学兴起以来, 研究者就开始借助 MRI 等脑成像技术探讨儿童青少年认知能力发展与大脑结构发育和功能特点等之间的关系, 这为揭示行为发展与生理成熟之间的关系、儿童认知发展的神经活动规律、正常和障碍群体的独特大脑神经结构及活动特点等提供了重要启示。通过对有关儿童青少年智力、工作记忆、反应抑制等认知能力发展与大脑结构发育、大脑功能发育之间关系, 以及认知能力训练与大脑可塑性等研究的介绍, 指出发展认知神经科学的未来研究应重视采用纵向设计, 关注自然成熟和经验对正常或障碍儿童青少年认知发展与脑发育关系的交互影响, 同时从练****和训练的角度对大脑可塑性的特点进行探讨。关键词儿童青少年; 认知发展; 脑结构; 脑功能; 大脑可塑性分类号 B844 随着发展认知神经科学的出现, 研究者已开始借助先进的脑成像技术从新的角度探讨认知发展的基本问题、发展变化的神经机制、发展障碍的诊断和治疗, 以及脑发育与认知行为发展之间的关系(Johnson, 2005; 王益文, 林崇德, 陆祖宏, 2006; 刘俊升, 桑标, 2007) 。自 Casey 等(1995) 首次采用 f MRI 技术研究儿童与***工作记忆对应大脑活动模式的差异以来, 国外就兴起了儿童青少年认知能力发展与脑发育的研究热潮, 比如, 美国国立健康研究所(National Institutes of Health, NIH) 自 2001 年就开始在全美选取数百名 6~18 岁的儿童青少年进行追踪研究, 每两年测查一次被试的智力、加工速度、工作记忆等基本认知能力, 并进行大脑磁共振扫描, 以探讨认知能力发展与脑发育的关系(Waber, 2007), 此外, 美国俄亥俄州辛辛那提市成像研究中心(Imaging Research Center) 、康奈尔大学萨克勒发展心理生理学研究所(Sackler Institute for Developmental Psychobiology) 等研究机构也已开始探求儿童青少年认知发展与脑发育的关系。这些问题的探讨对于揭示儿童青少年感觉信息加工、语言文字理解、执行功能控制、学****记忆、推理和决策等认知能力的大脑神经发展机制, 以及脑发育与认知行为发展之间的关系具有十分重要的意义。本文主要对正常儿童青少年智力、记忆、反应抑制等能力与脑结构发育、功能特点的关系和年龄、认知水平对这种关系的调节作用, 以及大脑可塑性等的研究进行回顾和介绍。 1 认知能力发展与大脑结构发育的关系在儿童青少年阶段, 个体心理特征发生着显著变化, 大脑神经元也在不断进行突触修剪和髓鞘化(Casey, Giedd, & Thomas, 2000) 。比如, 出生两年后, 婴儿的感知觉能力得到了迅速发展, 其脑的重量也已达到***脑重量的 80% (Kretschmann, Kammradt, Krauthausen, Sauer, & Wingert, 1986) 。综合国内外有关大脑结构发育的研究结果发现, 儿童青少年时期的大脑发育呈现以下趋势: 总脑体积随年龄增长基本没有显著变化; 皮层灰质体积随年龄增长呈倒“U”趋势, 具体表现为在青春期前随年龄增长而增加, 青春期后随年龄增长而减少; 而全部白质体积随年龄增长线性增加, 灰质/ 白质绝对体积的比率随年龄增长线性下降(Giedd et al., 1999) 。那么, 在儿童青少年大脑结构形态发生巨大变化的同时, 其认知能力发展与大脑发育之间存在怎样的关系呢?发展认知神经科学家对这一问题进行了大量研究, 并且获得了许多重要发现。 认知能力发展与大脑皮层发育成熟顺序的先后一致性已有研究表明, 婴儿在 1 岁以前就已经具备视觉、听觉等感知能力并基本达到***水平, 而一些高级认知能力, 比如问题解决能力, 却要到5 岁左右才开始获得( 陈英和, 2002) 。那么, 与这些不同认知能力发展的先后顺序相对应, 大脑结构发育表现出什么样的规律呢?研究发现, 不同认知能力的发展顺序与其对应的大脑皮层发育成熟的顺序具有一致性。比如, Sowell 等(2003) 绘制了 176 名健康被试各脑区皮层灰质密度随年龄的变化图, 结果发现,从7 岁到 60 岁的个体脑区灰质密度发生了明显变化, 尤其是外侧和大脑两半球之间的背侧额叶和顶叶皮层联合区, 其中视觉、听觉和边缘皮层等与个体基本感知觉功能对应的大脑皮层在个体早期就开始出现髓鞘化, 而与语言能力对应的颞叶皮层后部开始髓鞘化的时间则相对较晚。 Gogtay 等(2004) 也对个体认知能力发展与皮层发育成熟的关系进行了分析, 他们采用结构磁共振扫描技术对 13 名年龄在 4~21 岁个体的皮层发育进行了长达 8~