研究者對靈長類動物大腦的敏感期也做了大量研究。對恒河猴的研究發(fā)現(xiàn)，未出生前的兩個月，恒河猴腦內(nèi)突觸會快速形成，出生時腦內(nèi)的突觸數(shù)量與成年猴接近，出生后2～3個月突觸的數(shù)量高于成年猴，這種情況保持到3歲(性成熟)。隨后，突觸的數(shù)量逐漸下降，到5歲時下降到成年猴的水平。[27]也有學(xué)者對人類大腦發(fā)育開展研究，Huttenlocher發(fā)現(xiàn)，嬰兒出生時視覺區(qū)域的突觸密度接近成人，2～4個月開始迅速增大，8～12個月達到頂峰，此時嬰兒視覺區(qū)的突觸密度是成人的1.6倍，之后該密度開始下降，大約在11歲時降至成人水平；聽覺區(qū)的發(fā)育更早，突觸密度在3個月時達到頂峰，12歲左右達到成人水平；反之，額葉的發(fā)育相對晚一些，出生時突觸的數(shù)量與成人類似，隨后開始增長，在2歲左右達到頂峰(成人的1.5倍)，隨后突觸數(shù)量開始下降，在16歲左右回到成人水平。[28]由此可以看出，大腦的發(fā)育是分區(qū)域、分批次進行的，感知覺等基本認(rèn)知過程(視覺和聽覺區(qū))的成熟早于推理、計算等高級認(rèn)知過程(額葉)。
以敏感期為代表的可塑性研究為教育提供了重要的科學(xué)依據(jù)。例如，不同的認(rèn)知過程對應(yīng)不同的敏感期，感知覺較早、思維推理較晚，這提示教育者在早期教育階段要注重孩子基本感知覺的培養(yǎng)，在后期階段注重思維推理能力的培養(yǎng)。另外，嬰幼兒時期大腦可塑性最強，所以在該階段對其進行多方面的引導(dǎo)至關(guān)重要。需要注意的是，雖然敏感期很重要，但不應(yīng)夸大其重要性，如上文所述，即便錯過了敏感期，大腦仍具有可塑性，個體可以不斷獲得新技能，但難度會增加。
三、路徑：多學(xué)科交叉融合
交叉學(xué)科的特性決定了教育神經(jīng)學(xué)將會從其他學(xué)科中借鑒經(jīng)驗，完善自身的研究內(nèi)容。這種借鑒包含研究思想和技術(shù)手段兩個方面。從研究思想看，教育神經(jīng)學(xué)借鑒了認(rèn)知心理學(xué)中“心智”的概念以及認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中“腦機制”的概念。從研究技術(shù)看，教育神經(jīng)學(xué)借鑒了認(rèn)知心理學(xué)中先進的行為研究手段，例如：雙生子研究、眼動追蹤、姿態(tài)追蹤、反應(yīng)時記錄、正確率記錄等；也借鑒了認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中一些無損傷的神經(jīng)影像技術(shù)。
(一)融合多學(xué)科的思想范式
大腦是由神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)元、突觸等構(gòu)成的復(fù)雜體。心理是大腦和外部行為之間的連接。行為是指可以直接觀察到的外顯活動。教育神經(jīng)學(xué)不僅關(guān)注心理和行為的神經(jīng)機制，更重視大腦、心智與教育的關(guān)系。Connell認(rèn)為教育神經(jīng)學(xué)至少包含了三個層面的研究：腦、心理、行為。腦、心理和行為分別對應(yīng)人腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部功能和外部功能。心理在腦與行為之間發(fā)揮中介作用。這三個層面對應(yīng)了四個學(xué)科：神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)和教育學(xué)。[29]
神經(jīng)科學(xué)的研究對象是大腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，目的是探索大腦的基本結(jié)構(gòu)和運行規(guī)律。該學(xué)科研究內(nèi)容主要包括大腦的解剖特征和腦內(nèi)的神經(jīng)元及其活動規(guī)律，研究方法主要包括：單細(xì)胞記錄、大腦切片、基因染色等，主要以低等動物作為研究對象。[30]由于研究本身的局限，神經(jīng)科學(xué)的早期結(jié)論并未應(yīng)用于教育領(lǐng)域。早期的研究對象多為低等動物，結(jié)論難以推廣至人類。另外，早期研究關(guān)注生理疾病而非心理現(xiàn)象，雖然對人類健康有所啟發(fā)，但難以指導(dǎo)教育活動。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)代神經(jīng)科學(xué)的研究已經(jīng)采用靈長類動物作為研究對象，而且也逐漸關(guān)注心理現(xiàn)象。神經(jīng)科學(xué)的結(jié)論也將為教育提供更多的啟示。
認(rèn)知心理學(xué)和教育學(xué)的研究對象則是大腦的外部功能，即心理過程和外部行為。認(rèn)知心理學(xué)主要研究單個個體的心理過程和外部行為，而教育學(xué)是研究多個個體的心理現(xiàn)象和行為規(guī)律。[1]認(rèn)知心理學(xué)假設(shè)人腦對于信息的加工與計算機類似，包括獲得信息、加工信息、存儲信息以及使用信息等過程，這些過程對應(yīng)的心理過程，包括感覺、知覺、注意、記憶和思維等。[31]認(rèn)知心理學(xué)主要回答心理是什么(What)。研究者們需要首先提出一些可能的心理過程，然后通過巧妙的實驗設(shè)計增加或者減少這些心理過程。如果黑匣子中真的存在某一心理過程，那么增加或者減少該心理過程必然會導(dǎo)致研究對象的行為發(fā)生變化，即加因素法。[32]例如，對于某一個真實的心理過程，增加該過程會導(dǎo)致人們的反應(yīng)速度減緩，正確率降低；減少該過程則會導(dǎo)致反應(yīng)速度增加，正確率升高。認(rèn)知心理學(xué)家們正是采用這種研究思路發(fā)現(xiàn)了諸多心理過程。例如，心理旋轉(zhuǎn)、視覺的并行搜索等。雖然認(rèn)知心理學(xué)對內(nèi)部的心理過程做出了一定的假設(shè)，但是，該學(xué)科也存在一定的局限：它并不能回答人類如何實現(xiàn)這些心理過程(How)。例如，當(dāng)研究者想要描述知識在人腦中的存儲過程時，認(rèn)知心理學(xué)家會用“記憶的形成”來描述該過程，也能夠證明在知識的處理過程中的確存在“記憶”這一心理過程，甚至可以通過實驗總結(jié)出影響記憶形成的諸多要素，例如，重復(fù)、干擾、場景變換等。但即便如此，研究者仍未解答人腦哪個區(qū)域以及如何存儲這些知識。
在回答How這個問題上，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)則彌補了這一缺陷。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家們用“神經(jīng)元突觸的長時程增強”來描述知識存儲這一過程，該表述不僅解釋了“記憶”這個概念的本質(zhì)是什么(長時程增強)，而且也直接回答了“知識究竟是如何在人腦中形成、存儲的”(神經(jīng)元突觸的連接)。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究對象是人腦的內(nèi)部功能和生理機制?！吧頇C制”體現(xiàn)了認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)的主要差異?！缎氯A詞典》中“機制”一詞的定義為機器的構(gòu)造和動作原理。從該定義中可以看出，機制關(guān)注的是系統(tǒng)的構(gòu)造原理和活動原理，即How。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的機制主要包含四個層面：全腦的機制(大腦、小腦、腦干等)、部分組織的機制(大腦中的前額葉、顳葉等)、神經(jīng)元的機制和分子的機制(細(xì)胞膜上的各種蛋白質(zhì))。[16]與神經(jīng)科學(xué)相比，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究以某個心理過程為對象，即研究“心理腦”。例如，神經(jīng)科學(xué)可以研究愛因斯坦的大腦切片，探明神經(jīng)元之間傳遞信息的速度甚至是大腦的進化，這些研究無須以某個心理過程為載體，而認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)把人的心理過程與大腦神經(jīng)元的活動關(guān)聯(lián)起來，直接探討心理、行為和大腦的關(guān)系，這就使其能夠?qū)⒛X與教育連接起來。另外，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)多采用無創(chuàng)傷的神經(jīng)影像技術(shù)研究人，而神經(jīng)科學(xué)多以侵入、感染、切除等創(chuàng)傷性的技術(shù)研究低等和非人靈長類動物。
綜上所述，教育神經(jīng)學(xué)通過融合認(rèn)知心理學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、教育學(xué)四個學(xué)科的研究思路，形成了以教育活動為研究對象的交叉學(xué)科。該學(xué)科中包括了教育學(xué)的教育教學(xué)活動，認(rèn)知心理學(xué)的機器類比思想，神經(jīng)科學(xué)的腦結(jié)構(gòu)探索，以及認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的“腦、心理、行為”的一體化的觀點。如此，教育神經(jīng)學(xué)把教育活動、心理規(guī)律、行為和大腦納入一個研究框架內(nèi)，嘗試探索教育的神經(jīng)機制。
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