学习的基本发生单位：神经元和突触

学习新信息是人类大脑的重要功能之一。它涉及广泛的神经活动和脑区之间的协同工作。当我们集中注意力并关注某个信息时，大脑通过神经元[6]之间的相互作用将这些信息转化为化学电信号，并在不同的脑区进行处理和存储。

现在的脑成像技术，如功能性磁共振成像（fMRI），可以清晰地显示大脑主要由白质和灰质组成，如图1-6所示。神经元是大脑的主要细胞种类之一，而它们主要位于灰质中。神经元连接而成神经回路，神经回路的活动产生了我们的思维、知觉和情绪等。

图1-6 大脑的灰质与白质

图片来源：www.hellorf.com

从更微观的视角观察神经元，科学家发现，每个神经元由一个胞体、一个轴突[7]和多个树突[8]组成，如图1-7所示。灰质与神经元的树突对应，树突越多、越长，显示在脑成像中的灰质就越多。神经元之间没有直接接触，而是通过突触[9]连接。突触是神经元之间的小缝隙，神经元通过神经递[10]在突触中传递信息。不同的神经递质只与特定的受体结合，从而在神经元之间传递特定信息。

图1-7 神经元的结构

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学习新信息时，神经元之间的连接会发生变化，这被称为突触可塑性。突触可塑性使得神经元能够通过增强或削弱神经连接来存储和记忆信息。大脑内的信息传递主要发生在突触，也就是神经连接中。

突触分为兴奋性和抑制性两种类型，突触类型取决于神经递质和受体的相互作用。兴奋性神经递质产生正电流，而抑制性神经递质产生负电流。神经元的轴突产生足够的电位差时，会产生神经冲动[11]，也被称为神经元的激活。

世界知名神经教育学家、加拿大学习科学领军者、《神经教育学》（Journal of Neuroeducation）杂志主编史蒂夫·马森（Steve Masson）把神经元的激活机制比作驾驶汽车，而大脑就像一个汽车司机，一只脚放在刹车上（抑制），另一只脚则踩着油门（兴奋）。如果大脑用力踩刹车，也就是当树突中的抑制性神经递质产生一个较大的负电流时，即便大脑同时也用力踩油门，也很难让汽车前进，也就是激活神经元。相反，如果踩刹车用力较小，也就是抑制性神经递质很少，负电流也较小时，只要稍微踩下油门就足以让汽车快速前进了。在神经元的层面，是否能激活也是如此。因此，神经元是否被激活是兴奋性和抑制性刺激不断较量的结果。

神经元通过轴突将信号传递到突触小体，这个含有神经递质的小泡破裂，将神经递质释放到突触间隙。神经递质穿过突触间隙与临近的下一个神经元上的受体（每种受体只对特定的神经递质起作用）结合，从而触发该神经元的活动。一旦结合发生，信息就从一个神经元传递到另一个神经元。

学习过程中的神经活动发生在大脑的不同区域。不同脑区负责不同的功能和信息加工。例如，视觉信息主要在枕叶的视觉皮质加工，语言相关的信息则主要在颞叶加工。当我们学习新的视觉信息时，视觉皮质的神经元会被激活并参与信息的加工和存储。同样地，学习新的语言知识时，相应的区域主要在颞叶被激活。

加拿大著名神经科学家唐纳德·赫布（Donald Olding Hebb）提出了著名的赫布理论，后来也被广泛称为“赫布法则”或“赫布模型”。赫布理论是关于神经元之间突触连接强度变化和学习之间关系的理论。根据赫布理论，当一个神经元（发放神经冲动的细胞）重复地激活另一个神经元时，两个神经元之间的突触连接将变得更强。简而言之，“神经元之间的突触连接强度增加是由于它们的共同激活”。赫布理论强调了突触可塑性（即突触连接的可变性和适应性）的重要性。这种可塑性是学习和记忆的基础，它使得神经元之间的连接能够根据经验和环境的改变而改变。

也就是说，当我们学习新知识时，与这个知识相关的神经元会被激活，然后这些同时被激活的神经元会自发地连接起来，形成新的神经网络。当我们重复学习同一个知识时，相关神经元会再次被点亮，而它们之间的连接也就得到了再次强化。

学习、思考、肢体运动的发生都是神经元之间相互发送电信号的结果。当我们阅读一本书时，我们的神经元会在短短15分钟内发生变化，产生更多的神经连接。因此，学习实际上是生成新的神经连接。

人脑内约有1000亿个神经元[12]，平均每个神经元跟其他1万个神经元相连。如果将这些神经元的轴突首尾相连，仅大脑皮质上的神经元就足够绵延16万千米，足以绕地球赤道4圈。在婴儿出生时，大脑内的神经元数量就已经非常惊人。因为婴儿需要对新世界中各种新刺激做出反应。视觉、听觉、嗅觉以及其他感觉信息纷至沓来，接受刺激的神经元将其细胞的一部分延伸出来，与其他神经元相连，从而形成一个密集的神经网络。

灰质是由神经元胞体及其树突聚集而成的，而大脑中的白质又是什么呢？

白质起到连接神经元的作用，因其外观呈白色而得名。神经元位于大脑不同的区域，甚至跨越左右脑半球，它们需要通过白质进行连接。白质的表面覆盖着一层髓磷脂，这是一种绝缘物质。白质中有许多长轴突密集排列，它们被髓磷脂包裹，就像电线包裹在橡胶中一样，起到绝缘的作用，使信号沿着轴突传递的速度成倍提高。

大脑的正常功能离不开髓磷脂，因为髓磷脂使得神经信号能够更快地传递，促进了不同脑区之间的信息交流和协调。

学习对大脑的白质结构也有影响。研究表明，通过学习和训练，我们可以促进白质的形成。

总的来说，学习新信息是一个复杂而精密的过程，它涉及大脑的多个区域。但学习的基础是神经元的活动、突触可塑性以及不同脑区之间的协同工作。这些因素共同促成了我们对新知识的学习和记忆的形成，为我们不断适应和应对复杂的环境提供了基础。