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執(zhí)行功能各成分的腦機(jī)制及其在教育中的應(yīng)用

2023-02-10 13:46戚婭瑋何清華
教育生物學(xué)雜志 2023年6期
關(guān)鍵詞:工作記憶靈活性皮質(zhì)

戚婭瑋,何清華

西南大學(xué)心理學(xué)部(中國(guó)重慶 400715)

執(zhí)行功能(executive function)是一系列高級(jí)認(rèn)知過(guò)程的總稱(chēng),與學(xué)業(yè)成就密切相關(guān)[1],主要包括抑制控制、工作記憶、認(rèn)知靈活性等“冷”執(zhí)行功能[2],以及“熱”執(zhí)行功能[3]。雖然以往研究者們對(duì)執(zhí)行功能的具體定義有不同的說(shuō)法,但都一致認(rèn)為,它是一種需要自上而下的意識(shí)控制行動(dòng)、思想和情緒,并且涉及前額葉皮質(zhì)(prefrontal cortex)神經(jīng)系統(tǒng)[4]的認(rèn)知過(guò)程,與推理、決策等行為密切相關(guān)[5-6]。兒童期執(zhí)行功能發(fā)展較好的表現(xiàn)除了與更好的學(xué)業(yè)成就、就業(yè)狀況、生活質(zhì)量、身心健康、幸福感等有關(guān),還與較少的青少年和成年期破壞性行為和較低精神病發(fā)生率有關(guān)[7]。雖然執(zhí)行功能的個(gè)體差異在整個(gè)生命周期中相對(duì)穩(wěn)定,但也有證據(jù)表明執(zhí)行功能可以通過(guò)練習(xí)得到改善,并伴有相應(yīng)的神經(jīng)功能變化。這種穩(wěn)定性和可塑性的結(jié)合凸顯了促進(jìn)執(zhí)行功能健康發(fā)展的潛在價(jià)值。目前,執(zhí)行功能已在心理學(xué)、教育學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛研究和探討,并且越來(lái)越深入、具體地揭示其腦機(jī)制,這些研究結(jié)果不但具有重要的理論意義,而且對(duì)兒童的發(fā)展與教育具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

1 執(zhí)行功能不同成分的發(fā)展趨勢(shì)

1.1 抑制控制

抑制控制是指?jìng)€(gè)體通過(guò)控制自己的注意、行為、想法或情緒來(lái)抵制內(nèi)在反應(yīng)傾向或外在誘惑的心理過(guò)程,是執(zhí)行功能的核心成分之一[8-9],一般包括反應(yīng)抑制和干擾抑制2個(gè)方面。研究[10]表明,抑制控制可以控制工作記憶的瞬時(shí)內(nèi)容。不良的抑制控制會(huì)導(dǎo)致工作記憶內(nèi)容更加復(fù)雜和混亂,對(duì)相關(guān)和非相關(guān)信息間的時(shí)間分配不合理,并產(chǎn)生不恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。抑制控制能力減弱會(huì)影響學(xué)習(xí)、檢索和理解等認(rèn)知加工過(guò)程。

抑制控制在嬰兒期就已經(jīng)出現(xiàn),在幼兒期、兒童青少年時(shí)期得到快速發(fā)展,經(jīng)歷3個(gè)發(fā)展關(guān)鍵期:3~4歲、7~9歲、10~12歲。在第一關(guān)鍵期內(nèi), 3~3.75歲時(shí)抑制控制獲得快速發(fā)展,幼兒在3歲時(shí)抑制能力還沒(méi)有完全表現(xiàn)出來(lái),到3.75歲時(shí)產(chǎn)生了抑制技能策略[11]。在第二關(guān)鍵期內(nèi),兒童抑制控制能力顯著提高[7];兒童在反應(yīng)抑制方面最重要的提升出現(xiàn)在7~9歲,該年齡段兒童抑制優(yōu)勢(shì)反應(yīng)的能力相比于6~7歲兒童顯著提高[12]。在第三關(guān)鍵期內(nèi),兒童早期抑制控制能力發(fā)展至10~12歲時(shí)接近成人水平,成年后開(kāi)始下降,個(gè)體差異對(duì)其發(fā)展水平的影響持久[13]。研究[10]表明,抑制控制的減少與年齡的增長(zhǎng)有關(guān)。對(duì)抑制控制能力與學(xué)業(yè)成就的關(guān)系研究[14]發(fā)現(xiàn),高中生的抑制控制能力已經(jīng)達(dá)到比較高的水平,并且與學(xué)業(yè)成就關(guān)系密切,是有效學(xué)習(xí)的監(jiān)控系統(tǒng)??傊c其他階段比較,關(guān)鍵期內(nèi)抑制控制能力的發(fā)展水平更高、發(fā)展速度更快。

1.2 工作記憶

工作記憶是指?jìng)€(gè)體在執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)過(guò)程中對(duì)信息暫時(shí)保持與操作的能力[15-16],是流體智力的核心成分[17],在學(xué)習(xí)、推理等高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)中起重要的作用[18]。工作記憶主要包括4種成分:語(yǔ)音回路、視-空間模板、中央執(zhí)行功能以及情景緩沖器[19]。其中語(yǔ)音回路、視-空間模板負(fù)責(zé)言語(yǔ)信息和空間信息的存儲(chǔ);中央執(zhí)行功能主要負(fù)責(zé)工作記憶中的信息控制、各子系統(tǒng)功能的協(xié)調(diào)和操縱注意管理系統(tǒng)[15-16];情景緩沖器是容量有限的能夠存儲(chǔ)多維編碼的系統(tǒng),它不僅是工作記憶的組成成分之間的緩沖存儲(chǔ)器,而且還將工作記憶與感知和長(zhǎng)時(shí)記憶聯(lián)系起來(lái)[19]。

工作記憶在個(gè)體2歲時(shí)開(kāi)始發(fā)展[20-21],3歲幼兒出現(xiàn)認(rèn)知抑制與工作記憶功能分離的趨勢(shì)[22]。工作記憶的發(fā)展經(jīng)過(guò)3個(gè)關(guān)鍵期:6~8歲、9~11歲、12~13歲(青春期早期)。研究[23]發(fā)現(xiàn),4~6歲開(kāi)始上學(xué)的兒童就已經(jīng)具有一個(gè)不同于中央執(zhí)行和語(yǔ)音回路的模塊化結(jié)構(gòu)——情景緩沖器。工作記憶的基本模塊結(jié)構(gòu)——語(yǔ)音回路、視-空間模板和中央執(zhí)行功能,從6歲或更早就存在,并且直到青春期每個(gè)部分的能力都在增長(zhǎng)[24]。在第一和第二關(guān)鍵期內(nèi),語(yǔ)音回路功能顯著提升[25-26],分別在8歲和12歲達(dá)到峰值[12]。8~9歲兒童和19~24歲成人的工作記憶中保存臨時(shí)約束信息的能力(情景緩沖器)有所提高[27]。兒童在9歲左右就已經(jīng)掌握了工作記憶中保留視覺(jué)信息的任務(wù),而如果這項(xiàng)任務(wù)還涉及信息處理,那么大約在12歲時(shí)達(dá)到頂峰[28]。工作記憶的發(fā)展一直持續(xù)到成年,在15~19歲時(shí)明顯提高,之后隨著年齡的增長(zhǎng),提高的速度減慢[29-30]。

1.3 認(rèn)知靈活性

認(rèn)知靈活性,也稱(chēng)定勢(shì)轉(zhuǎn)換或反應(yīng)轉(zhuǎn)換,是指?jìng)€(gè)體在進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)變化以符合新情境的要求時(shí),保持反應(yīng)定勢(shì)的思想和動(dòng)作的靈活性[14],它的前提是理解在給定的情況下至少有2種可能的行動(dòng)方式或觀點(diǎn)[9]。與抑制控制和工作記憶不同的是,認(rèn)知靈活性很難獨(dú)立出來(lái)。認(rèn)知靈活性是一種較晚出現(xiàn)的執(zhí)行功能成分,因?yàn)槌晒Φ霓D(zhuǎn)換假設(shè)是以特定水平的工作記憶(即牢記規(guī)則)和抑制為前提的。例如,被試抑制或轉(zhuǎn)換任務(wù)的設(shè)置[9,21,31]。由此可見(jiàn),認(rèn)知靈活性屬于較高級(jí)的任務(wù),需要工作記憶和抑制控制的協(xié)調(diào)。

認(rèn)知靈活性的發(fā)展經(jīng)過(guò)了2個(gè)關(guān)鍵期:7~9歲和青春期。研究表明:2歲左右的幼兒能夠?qū)?gòu)造、空間定義明確的物體進(jìn)行分類(lèi)[32];2~3歲兒童的認(rèn)知靈活性與工作記憶的關(guān)系密切;3~3.5歲兒童的認(rèn)知靈活性與抑制控制的關(guān)系密切[33];3歲和4歲兒童只能根據(jù)物品的共同特征進(jìn)行分類(lèi)[34];5~9歲兒童在反應(yīng)靈活性上呈發(fā)展趨勢(shì),5歲兒童有著較低的概念靈活性,9歲兒童在概念靈活性上相比5歲兒童具有很大的提升[35];7歲兒童在轉(zhuǎn)變行為時(shí)會(huì)遇到困難;7~9歲兒童的認(rèn)知靈活性經(jīng)歷了一個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展階段,其多維任務(wù)轉(zhuǎn)換能力大大提升;12歲時(shí)相對(duì)成熟。從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)替代策略的能力出現(xiàn)于童年早期,并在童年中期不斷發(fā)展[36]。研究者[37]以7~82歲個(gè)體為被試探究執(zhí)行功能發(fā)展的變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)換任務(wù)的表現(xiàn)呈U型函數(shù),兒童早期、青春期直到成年期反應(yīng)時(shí)呈線性降低,表明認(rèn)知靈活性不斷提升,至成年早期達(dá)到頂峰,老年期出現(xiàn)衰退。

1.4 “熱”執(zhí)行功能

MIYAKE等[38]從執(zhí)行功能的生理基礎(chǔ)和任務(wù)特性的角度出發(fā),將執(zhí)行功能分為“冷”執(zhí)行功能(無(wú)情感動(dòng)機(jī)卷入的純認(rèn)知)和“熱”執(zhí)行功能(受情緒動(dòng)機(jī)激活的認(rèn)知)2個(gè)方面。在此分類(lèi)框架下,抑制控制、工作記憶和認(rèn)知靈活性屬于“冷”執(zhí)行功能;“熱”執(zhí)行功能通常被稱(chēng)為情感決策。大量以?xún)和癁檠芯繉?duì)象的研究發(fā)現(xiàn)了冷、“熱”執(zhí)行功能運(yùn)行的不同及其相關(guān)因素[39-42],以及表現(xiàn)出與其他指標(biāo)不同的關(guān)系模式,比如言語(yǔ)心理年齡[43]、學(xué)業(yè)成就[39,42]、心理理論[44]以及行為問(wèn)題[42,45]等。

“熱”執(zhí)行功能相比“冷”執(zhí)行功能發(fā)展得更慢[46],可能遵循與“冷”執(zhí)行功能不同的、有延遲的發(fā)展軌跡?!盁帷眻?zhí)行功能的發(fā)展經(jīng)歷2個(gè)關(guān)鍵期:3~4歲和青春期。對(duì)愛(ài)荷華賭博任務(wù)的研究[47]發(fā)現(xiàn),4歲兒童做出的有利選擇多于隨機(jī)水平,而3歲兒童做出的不利選擇多于隨機(jī)水平,兒童情感決策在學(xué)前階段發(fā)展迅速(尤其是女孩)[48]。到目前為止,“熱”執(zhí)行功能和“冷”執(zhí)行功能的因素分析研究主要集中在年齡≤6歲的兒童,在該年齡段,兩者的區(qū)別可能才剛剛開(kāi)始顯現(xiàn)[49]。這與神經(jīng)系統(tǒng)功能專(zhuān)門(mén)化的一般過(guò)程相一致。神經(jīng)系統(tǒng)最初是相對(duì)未分化的,但隨著經(jīng)驗(yàn)的增加,作為適應(yīng)發(fā)展過(guò)程的一部分,變得更加專(zhuān)門(mén)化[50]。HOOPER等[51]對(duì)9~17歲兒童進(jìn)行了1項(xiàng)“熱”執(zhí)行功能和2項(xiàng)“冷”執(zhí)行功能的測(cè)試,結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著年齡的增長(zhǎng),被試在3種任務(wù)中的表現(xiàn)都有所提高,但年齡較小組的兒童(9~10歲組和11~13歲組)主要表現(xiàn)為“冷”執(zhí)行功能的提高,而“熱”執(zhí)行功能任務(wù)表現(xiàn)良好的僅限于年齡最大組的青少年(14~17歲組)。PRENCIPE等[52]研究發(fā)現(xiàn),8~15歲的兒童在“熱”執(zhí)行功能測(cè)試中達(dá)到了與成人類(lèi)似的表現(xiàn)水平;且相較于“冷”執(zhí)行功能,“熱”執(zhí)行功能達(dá)到成人水平兒童的年齡更大。雖然“熱”執(zhí)行功能的發(fā)展相對(duì)“冷”執(zhí)行功能較晚,但是青春期依舊是其發(fā)展的關(guān)鍵期。

2 執(zhí)行功能的腦機(jī)制

一般認(rèn)為,大腦前額葉皮質(zhì)是執(zhí)行功能的神經(jīng)基礎(chǔ),而不同方面的執(zhí)行功能由不同的腦區(qū)負(fù)責(zé)?!袄洹眻?zhí)行功能主要涉及純認(rèn)知方面,參與“冷”執(zhí)行功能的主要是外側(cè)前額葉皮質(zhì),包括背外側(cè)前額葉皮質(zhì)(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)和腹外側(cè)前額葉皮質(zhì)(ventrolateral prefrontal cortex,VLPFC),以DLPFC為基礎(chǔ),主要與解決相對(duì)抽象的、去情景化的問(wèn)題有關(guān)?!盁帷眻?zhí)行功能主要涉及情感方面,與解決需要情感和動(dòng)機(jī)參與調(diào)節(jié)的問(wèn)題相關(guān)。參與“熱”執(zhí)行功能的主要腦區(qū)包括后扣帶回(posterior cingutate cortex, PCC)、內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)(medial prefrontal cortex, MPFC)、眶額葉皮質(zhì)(orbitofrontal cortex OFC)和腹側(cè)前扣帶回(ventral anterior cingulate cortex, VACC)。此外,“熱”執(zhí)行功能與參與情緒和動(dòng)機(jī)處理的邊緣結(jié)構(gòu)緊密相連,包括杏仁核、腦島、紋狀體(殼核、尾狀核和伏隔核)、海馬和腦干[53]。

抑制控制主要是以腹側(cè)前額葉皮質(zhì)、DLPFC、前扣帶回為基礎(chǔ)[54-55]。DLPFC對(duì)抑制控制有著重要影響。經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)靶向DLPFC的研究[56]發(fā)現(xiàn),健康被試的抑制控制能力有所提高。通常認(rèn)為DLPFC的功能在于選擇恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)而抑制不恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng),并且與腦干、基底神經(jīng)節(jié)等區(qū)域(即沖動(dòng)系統(tǒng))協(xié)同控制沖動(dòng)性行為[57]。DLPFC的損傷可能會(huì)導(dǎo)致個(gè)體出現(xiàn)對(duì)空間位置無(wú)法準(zhǔn)確定位、記錯(cuò)時(shí)間順序、身體運(yùn)動(dòng)控制缺陷及注意分散或分散過(guò)度等認(rèn)知障礙。此外,DLPFC在反應(yīng)抑制和自我控制方面也具有重要作用[58]。前扣帶回是大腦中與注意力和抑制控制有關(guān)的最重要的區(qū)域之一[59]。神經(jīng)影像學(xué)研究[60-61]表明,成功的抑制控制與多個(gè)腦區(qū)的共同作用有關(guān),包括前輔助運(yùn)動(dòng)區(qū) (pre-supplementary motor area,pre-SMA)、右側(cè)額下回(right inferior frontal cortex,rIFG)、DLPFC、丘腦底核(subthalamic nucleus ,STN)等區(qū)域。

工作記憶主要是以前運(yùn)動(dòng)皮層、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)域、布洛卡區(qū)、背外側(cè)前額葉皮質(zhì)、頂葉后部為基礎(chǔ)。對(duì)學(xué)齡兒童拼音文字閱讀的功能磁共振成像 (functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究[62-63]發(fā)現(xiàn),左側(cè)背外側(cè)前額葉皮質(zhì)(left DLPFC)與兒童的工作記憶和閱讀理解有密切關(guān)聯(lián)。執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)和背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)組成的額頂葉連接是工作記憶能力發(fā)展過(guò)程中的重要神經(jīng)基礎(chǔ)。神經(jīng)機(jī)制的研究[64]發(fā)現(xiàn),工作記憶訓(xùn)練引起大腦額-頂葉區(qū)域激活減弱,而皮層下結(jié)構(gòu)包括紋狀體和尾狀核區(qū)域的激活增強(qiáng);工作記憶訓(xùn)練減少了大腦灰質(zhì)的數(shù)量,增強(qiáng)了大腦白質(zhì)的功能連通性;工作記憶訓(xùn)練引起尾狀核上多巴胺受體的變化。此外,扣帶回、后頂葉皮質(zhì)、紋狀體、感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)也與執(zhí)行功能有著密切的聯(lián)系[13]。

認(rèn)知靈活性主要是以前扣帶回、頂葉后部、DLPFC為基礎(chǔ)[55,65],包括外側(cè)和眶額頂葉、中扣帶回島葉和額紋狀體區(qū)域在內(nèi)的大規(guī)模大腦功能網(wǎng)絡(luò),這些區(qū)域在整個(gè)生命周期中支持認(rèn)知靈活性。兒童早期和中期認(rèn)知靈活性的發(fā)展具有可塑性,其中前額葉皮質(zhì)發(fā)揮了重要作用。例如:與年齡相關(guān)的幾個(gè)大腦區(qū)域的活動(dòng)增加與認(rèn)知靈活性有關(guān),包括右側(cè)前額葉皮質(zhì)、左側(cè)頂葉皮質(zhì)、前扣帶回和紋狀體。同大腦區(qū)域發(fā)展一致的是,認(rèn)知靈活性在兒童早期和中期迅速提高,表明這可能是一個(gè)對(duì)發(fā)育和環(huán)境驅(qū)動(dòng)的變化敏感和高可塑性時(shí)期[66]?!盁帷眻?zhí)行功能與大腦前額葉皮質(zhì)緊密關(guān)聯(lián)。大量腦成像研究表明,MPFC、OFC、VLPFC以及VACC等前額葉皮質(zhì)區(qū)域與涉及情感、動(dòng)機(jī)、獎(jiǎng)賞/懲罰和社會(huì)刺激的“熱”執(zhí)行功能相關(guān)。在情緒刺激的認(rèn)知控制中,常常激活MPFC和OFC。OFC的損傷會(huì)引發(fā)情緒失調(diào)、主動(dòng)性與自發(fā)性欠缺、行為沖動(dòng)等方面的問(wèn)題??傮w來(lái)說(shuō),“熱”執(zhí)行功能以大腦OFC為基礎(chǔ),以高度的情感卷入或情感意義評(píng)價(jià)為特征。

3 執(zhí)行功能與學(xué)業(yè)成就及學(xué)習(xí)障礙的關(guān)系

執(zhí)行功能的良好發(fā)展有利于學(xué)業(yè)成就,但同樣地,執(zhí)行功能的障礙也與多種學(xué)習(xí)障礙有關(guān)。AHMED等[67]評(píng)估了兒童早期(4.5歲)和青少年(15歲)執(zhí)行功能成分及其對(duì)學(xué)業(yè)成就預(yù)測(cè)之間的縱向關(guān)聯(lián),同時(shí)保持重要的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和早期家庭環(huán)境變量不變。結(jié)果發(fā)現(xiàn):4.5歲時(shí)的工作記憶能夠顯著預(yù)測(cè)15歲時(shí)的工作記憶。元分析研究[68]發(fā)現(xiàn),執(zhí)行功能與學(xué)業(yè)成就呈中度正相關(guān),且該相關(guān)不因執(zhí)行功能結(jié)構(gòu)、年齡或測(cè)量類(lèi)型而有所不同。這些發(fā)現(xiàn)證明了早期兒童執(zhí)行功能在預(yù)測(cè)后期執(zhí)行功能以及學(xué)業(yè)成就方面的重要作用。

作為高級(jí)的認(rèn)知功能,執(zhí)行功能能夠預(yù)測(cè)兒童的學(xué)校表現(xiàn)[1,69]。執(zhí)行功能的損害是各種臨床條件的突出特征,如注意缺陷多動(dòng)障礙(attention deficit and hyperactivity disorder, ADHD)和其他外部性問(wèn)題[70]。對(duì)6~13歲ADHD兒童和非ADHD兒童的執(zhí)行功能進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn),ADHD兒童的執(zhí)行功能更差[71]。國(guó)內(nèi)學(xué)者的元分析[72]結(jié)果顯示:學(xué)齡前兒童執(zhí)行功能與ADHD癥狀具有顯著相關(guān)性,其中抑制控制、工作記憶,尤其是工作記憶與注意缺陷的相關(guān)程度最高,并且學(xué)齡前兒童執(zhí)行功能能夠預(yù)測(cè)后期ADHD癥狀。

研究者[73]通過(guò)與正常組兒童比較發(fā)現(xiàn),閱讀障礙兒童的執(zhí)行功能(包括選擇性注意調(diào)節(jié)過(guò)程、轉(zhuǎn)換和抑制控制)存在困難,這些困難似乎受到語(yǔ)音工作記憶缺陷的影響,通常與閱讀障礙有關(guān)。抑制控制和工作記憶能力與發(fā)展性閱讀障礙有關(guān),能夠預(yù)測(cè)兒童的閱讀能力。未來(lái)的研究應(yīng)該探索執(zhí)行功能訓(xùn)練作為閱讀障礙兒童的干預(yù)手段,因?yàn)楹诵膱?zhí)行功能似乎可以隨著訓(xùn)練而改變,并可能轉(zhuǎn)移到提高閱讀能力上[74]。

總之,一系列的研究已經(jīng)證明執(zhí)行功能的良好發(fā)展有助于個(gè)體發(fā)展更好的學(xué)業(yè)成就,這使得執(zhí)行功能的可塑性在教育實(shí)踐過(guò)程中的應(yīng)用具有了必要性。

4 執(zhí)行功能的可塑性與教育啟示

執(zhí)行功能具有可塑性,認(rèn)知訓(xùn)練是常用的提高執(zhí)行功能的方法,其中,最直接的是工作記憶訓(xùn)練。由于執(zhí)行功能對(duì)學(xué)業(yè)成就具有很好的預(yù)測(cè)性,所以,以執(zhí)行功能為重點(diǎn),同時(shí)尋求提高孩子學(xué)習(xí)能力的早期教育方法,有助于在學(xué)齡早期培養(yǎng)孩子的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備和學(xué)習(xí)能力。促進(jìn)執(zhí)行功能的教育實(shí)踐被當(dāng)作是促進(jìn)學(xué)業(yè)能力的一種方式,如思維工具課程(Tools of the Mind Curriculum)。有研究[75]調(diào)查了一系列旨在間接提高執(zhí)行功能的活動(dòng),包括有氧運(yùn)動(dòng)、冥想練習(xí)(正念訓(xùn)練)和玩電子游戲,結(jié)果表明間接的訓(xùn)練方法也可能非常有效。

工作記憶訓(xùn)練是不關(guān)注學(xué)業(yè)能力而提高執(zhí)行功能的直接途徑之一。目前已有多個(gè)計(jì)算機(jī)化的認(rèn)知訓(xùn)練程序,如Cogmed(www.cogmed.com)、LumoSity(www.lumosity.com)、CogniFit(www.cognifit.com)以及Mind Sparke(www.mindsparke.com)等[64]。計(jì)算機(jī)訓(xùn)練已經(jīng)被證明可以提高工作記憶和推理能力,其優(yōu)點(diǎn)是能夠以一種加法的方式增強(qiáng)認(rèn)知能力,產(chǎn)生更大的遷移效果。但尚不清楚它是否可以提高抑制控制能力,并且難以確定產(chǎn)生的認(rèn)知增強(qiáng)真正決定哪個(gè)成分及其具體機(jī)制。在基于中央執(zhí)行功能對(duì)兒童工作記憶可塑性機(jī)制的研究[76]中,被試大多為15歲以下的正常兒童和特殊(多動(dòng)癥、智力低下等)兒童,訓(xùn)練周期一般為15~30 d,每天訓(xùn)練時(shí)15~25 min。結(jié)果發(fā)現(xiàn),工作記憶訓(xùn)練不僅可以提高兒童的工作記憶能力,而且還能遷移至其他高級(jí)認(rèn)知功能(流體智力、數(shù)學(xué)能力等),甚至可以改善多動(dòng)癥兒童的臨床癥狀,且這種訓(xùn)練效應(yīng)可以保持3~6個(gè)月。但同時(shí)需要注意的是:雖然越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)工作記憶訓(xùn)練效果可轉(zhuǎn)移到兒童的學(xué)術(shù)能力(academic abilities),但相比于近遷移,其遠(yuǎn)遷移效果是不確定的[75]。盡管工作記憶訓(xùn)練不關(guān)注學(xué)業(yè)能力,但能夠提升學(xué)業(yè)能力。隨著我國(guó)教育的發(fā)展,計(jì)算機(jī)在各地區(qū)已經(jīng)廣泛使用,各中小學(xué)可將工作記憶訓(xùn)練內(nèi)容作為興趣課程,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。

思維工具課程是一門(mén)受維果斯基(Vygotskian)思想啟發(fā)的課程,該課程通過(guò)鼓勵(lì)社會(huì)情境表演和自我調(diào)節(jié)的語(yǔ)言來(lái)促進(jìn)學(xué)齡前兒童的自我調(diào)節(jié)和讀寫(xiě)能力[77]。雖然初步評(píng)估發(fā)現(xiàn)參加思維工具課程的學(xué)齡前兒童的表現(xiàn)優(yōu)于未參加課程的兒童[78],但是之后的研究未能復(fù)制這種效果[79]。相比思維工具課程,蒙特梭利課程對(duì)執(zhí)行功能的影響更加穩(wěn)健。在認(rèn)知靈活性測(cè)試上,參加蒙臺(tái)梭利課程的5歲兒童的表現(xiàn)明顯優(yōu)于未參加課程的兒童[80];在秋季至春季期間,相比參加低保真度(lower fidelity)蒙臺(tái)梭利課程和傳統(tǒng)課程的學(xué)齡前兒童,參加經(jīng)典蒙臺(tái)梭利課程(僅使用蒙臺(tái)梭利材料)學(xué)齡前兒童的執(zhí)行功能顯著提高[49]。此外,早期的執(zhí)行功能訓(xùn)練最有益于低收入家庭、低工作記憶廣度兒童,ADHD兒童和男孩(男孩的抑制控制能力較女孩更弱)[81]。因此,經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)該更注重兒童早期執(zhí)行功能的發(fā)展,提供相應(yīng)的訓(xùn)練課程。

有氧運(yùn)動(dòng)可以顯著改善前額葉皮質(zhì)功能和執(zhí)行功能[82-83]。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)兒童心理功能的改善在涉及執(zhí)行功能的任務(wù)中表現(xiàn)得最為明顯。相關(guān)研究表明:有氧跑步提高了8~12歲兒童的認(rèn)知靈活性和創(chuàng)造力,經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的兒童其認(rèn)知靈活性和創(chuàng)造力顯著高于標(biāo)準(zhǔn)體育教育兒童,但沒(méi)有影響非執(zhí)行功能技能[84];有認(rèn)知成分參與的有氧運(yùn)動(dòng)更有利于執(zhí)行功能的提升[85]。因此,通過(guò)有氧運(yùn)動(dòng)提升執(zhí)行功能的方法可通過(guò)中小學(xué)體育課堂設(shè)計(jì)有認(rèn)知成分參與的有氧運(yùn)動(dòng)課程,從而提升兒童的執(zhí)行功能。

正念是指?jìng)€(gè)體有目的地把注意力不加評(píng)判地保持在當(dāng)下的體驗(yàn)上,并對(duì)當(dāng)前心理事件進(jìn)行覺(jué)知的一種方法。有研究者[86]對(duì)3~4歲幼兒進(jìn)行正念訓(xùn)練,每周2次,每次20~30 min,共12次。結(jié)果發(fā)現(xiàn):相比于未訓(xùn)練組(對(duì)照組),訓(xùn)練組的抑制控制和認(rèn)知靈活性得分更優(yōu),2組的工作記憶差異不顯著。這表明,正念訓(xùn)練能夠促進(jìn)3~4歲幼兒執(zhí)行功能的發(fā)展,且主要表現(xiàn)為抑制控制和認(rèn)知靈活性的提升。由此可見(jiàn),3~4歲幼兒的抑制控制能力提升可以通過(guò)正念訓(xùn)練來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外,正念訓(xùn)練還有助于情緒調(diào)節(jié),3~4歲兒童正值熱執(zhí)行功能發(fā)展的第一關(guān)鍵期,該階段的正念訓(xùn)練對(duì)兒童熱執(zhí)行功能的提升亦有幫助。學(xué)校應(yīng)該合理利用心理健康教育課堂,將心理健康理論知識(shí)與正念訓(xùn)練實(shí)踐相結(jié)合(尤其是小學(xué)3~6年級(jí)以及初中生課堂),這不僅有益于兒童心理健康發(fā)展,還有助于提升兒童的抑制控制和認(rèn)知靈活性。

此外,運(yùn)用腦科學(xué)方法改善執(zhí)行功能的方式近年來(lái)得到廣泛研究。例如:在檢驗(yàn)tDCS對(duì)抑制控制、工作記憶、認(rèn)知靈活性影響的研究[56]中,27項(xiàng)單次tDCS激活DLPFC的元分析結(jié)果顯示有效率為0.71,提示tDCS對(duì)工作記憶任務(wù)有顯著影響,并且能夠改善一般執(zhí)行功能。以上研究結(jié)果證明了執(zhí)行功能的可塑性,并且可以通過(guò)行為和腦刺激等多種方法提升。

隨著執(zhí)行功能可塑性研究的深入,研究者們開(kāi)發(fā)了多種提升執(zhí)行功能的訓(xùn)練方法,對(duì)于教育實(shí)踐和教育質(zhì)量的提升具有重要意義。但是,眾多訓(xùn)練方法的選擇還需要遵循一定的原則,在此框架下進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?xùn)練才能夠更有效地提升個(gè)體的執(zhí)行功能,促進(jìn)我國(guó)教育的發(fā)展。第一,已有大量的研究表明執(zhí)行功能是可以通過(guò)訓(xùn)練提升的,具有扎實(shí)的訓(xùn)練基礎(chǔ);第二,隨著大腦功能的發(fā)展,個(gè)體執(zhí)行功能的發(fā)展具有關(guān)鍵期,在各執(zhí)行功能成分發(fā)展的關(guān)鍵期進(jìn)行重點(diǎn)訓(xùn)練,更有利于增強(qiáng)訓(xùn)練效果;第三,在訓(xùn)練的過(guò)程中,需要關(guān)注個(gè)體差異,根據(jù)個(gè)體執(zhí)行功能的發(fā)展特點(diǎn)選擇相應(yīng)的訓(xùn)練方式、時(shí)長(zhǎng)、難易程度等;第四,在未來(lái)的執(zhí)行功能訓(xùn)練過(guò)程中需要結(jié)合腦的訓(xùn)練方法(tDCS、經(jīng)顱磁刺激技術(shù)等),更要注重多種方法的結(jié)合(課堂教學(xué)、計(jì)算機(jī)訓(xùn)練、體育活動(dòng)、正念訓(xùn)練、腦刺激與神經(jīng)反饋等)。

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