2013年1月17日星期四

“冻僵小鱼”科学版，鱼真会被冻僵吗？

最近，一则据说是北京市东城区高考一模作文题的短文，在互联网上引起了关注：

一条鱼逆流而上，他以精湛的游技，冲过浅滩，划过激流，绕过层层渔网，躲过水鸟的追逐。他不停的游，最后穿过了山涧，游上了高原。然而还没来得及发出一声欢呼，很快就被冻僵了。

我们先不去管这则作文题的真假，也无论那些衍生出来的咆哮版、凡客版，纯粹做点科学考据：一条逆流而上的鱼，真的会冻僵吗？

以人类，特别是身处温带的人类体验来看，水似乎是比我们身处的空气更冷的世界。然而这又一次是我们的错觉，水是常见流体中比热容最大的物质，加之水的密度比空气大得多，因此如果现在这个温度下必须“光屁股”，我宁愿待在风中而不是相同温度的水池里——水带走我体温的能力远高于空气。别忘了，人类是体温37℃的恒温动物，而鱼不是，对鱼来说，水是更加温和的环境。

对于淡水鱼，它的生存环境最低温不过就是0℃，即冰水混合物的温度。因为冰的密度小于水，结冰后会漂在水面阻隔外界低温，同时结冰本身还会释放凝结热。当然，如果水全冻住，那水里的鱼就惨了。不过，“题目”中的小鱼能一直游，显然没有被冻结在冰中。当冬季来临时，必须面对冷水的鱼早就储备了足够的脂肪，它的肝脏也会储存大量的营养，应对能量消耗。最关键的，鱼体液内的蛋白质和糖的浓度也迅速升高，过冬的鱼体内葡萄糖的含量可以达到夏天时的1倍多。蛋白和糖的增加使得鱼体液的冰点下降约1度，避免了0℃时体内特别是细胞内液体结冰。结冰才是低温杀死变温动物的最主要原因——细胞内液体冻结膨胀，细胞破裂死亡。

相比淡水里的鱼，海水鱼面对的挑战更严峻些，因为盐水的冰点更低。海水的盐浓度大约是3%，这会使海水鱼面临的极限低温再下降约2℃。但是海水鱼的体液却没有如此高的盐浓度，如果没有特殊武器，海冰之下将会无鱼。1969年，科学家在极地的一种海水鱼体内发现一种特殊的蛋白质，可以把这种鱼体液的冰点降低到-2.2℃。后来研究人员又发现了一系列此类蛋白，并通称其为抗冻蛋白（Anti Freezing Protein）。在抗冻蛋白发现半个世纪之后，2010年，德国波洪大学的科学家才揭示了其作用机理，这些蛋白通过与水分子结合，抑制水分子的不规则运动，从而降低了冰点。

科学家们不但正在尝试将这些抗冻蛋白通过转基因的方式转移到那些不抗冻的农作物体内以扩大这些作物的种植范围，而且还在实验用它们改善冷冻食物的口感。

如果有一天你吃到了添加了抗冻蛋白从而变得更细腻的冰激凌，可别忘了嘲笑一下“冻僵小鱼”是多么愚蠢的一道作文题。

参考文献

张强，谢锋，江建平，郑中华，徐俊晓，程贵英冷血脊椎动物冷适应研究四川动物2006年第25卷第2期
孙方人抗冻蛋白《解放军医学情报》1996年第6期
孙琳杰，李素丽，马纪，李友广，张富春新型食品原料——抗冻蛋白《食品科技》 2008年06期
Ebbinghaus S., Meister K., Born B., DeVries A. L., Gruebele M. & Havenith M.(2010) Antifreeze glycoprotein activity correlates with long-range protein-water dynamics. Journal of the American Chemical Society DOI: 10.1021/ja1051632

本文已发表于果壳网自然控主题站《“冻僵小鱼”科学版，鱼真会被冻僵吗？》

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2013年1月13日星期日

鱼儿有舌头吗

有。但相比于你口中的这条“ 如簧巧舌” ，鱼儿惭愧的保持沉默…… 就算是长了“ 胡子” ，看起来上了些年纪的鲶鱼，也不能“ 没事儿，说两句” ……好吧，我先承认自己“ 以貌取鱼” 的错误。鲶鱼虽有须（图1 ），却不是成熟、衰老的标志，有点像猫咪嘴边用来量取宽度的胡子—— 这是它英文名字“Catfish” 的来历。

（图1：鲶鱼 catfish）

鲶鱼为什么不能像我们人类一样说话呢？先看看我们是怎么做到的。把你变小，以便能将整个过程看的更清楚：我深吸一口气，胸廓扩张，膈顶下降（胸围增大，腹部凸起），你被吸入到我的肺中了。呼气，你随着气流从肺叶进入气管，在咽部（图2）与另一条主干道（食道）流着的唾液“会师”，在这个十字路口，你与其它众多的微小分子一起，重重的撞到两条韧带组成的声带上——声音开始的地方。撞的晕头转向的你，终于挤过声带之间的空隙，通过舌头特定角度的席卷，钻过牙缝儿，掠过嘴唇，你和调一起，跑了（出来）。

（图2：人体咽喉处解剖示意图）

鲶鱼想像我那样跑调？得有震动着的气流喷出。水中溶解的气体本来就少，想形成点气候都不成，更别提气流了。而且，鲶鱼的鳃会将氧气从水中滤出，直接送达血管，鱼嘴到鱼胃像是一条封闭的高速路（图3），食物进，泥沙出，畅通无阻。不像我们人类，为了讲笑话、说相声，硬是将这条“封闭的高速路”开了个出入口。

（图3：鱼消化系统示意图。上为草食鱼类，下为肉食鱼类）
让鱼“开口讲话”的另一个难度来源于这“柔情似水”——水，太柔太滑了，即便鲶鱼终于认识到自身先天条件不足，放弃喷气流，改吐水流了，也很难摩擦出动静来——你更能明白“雨”为什么能润物细无声了吧？从此鲶鱼放弃了对“鸣叫、嚎叫、吼叫等”这些其它同属于脊椎动物大家族的成员们表达情感的方式的追求，轻轻地，它走了，犹如它轻轻地来，它挥一挥触须，仅带走一片色彩。

什么色彩？

日本鹿儿岛大学和名古屋大学的研究人员发现，通过观察特种染料涂抹在鱼的体表之后的颜色变化，可以锁定味蕾的位置和个数。味蕾（图4）是生物的味觉感受器，由味觉细胞、支持细胞、基底细胞组成。其顶端有纤毛，称为味毛，由味孔伸出，是味感受器关键部位。张开嘴，你的味蕾分布在舌、口腔、和咽部粘膜上。还记得吗？小时候偷吃厨房中白糖的时候，我们都是伸出舌头去舔。而如果你是一条鲶鱼，用尾巴就能做到了！味蕾更重要的作用是发现对依据有害物质“不好的”味道，来进行食物的选择和躲避危险。这对于鲶鱼非常重要——在水中，它能真正地做到“闻”风而逃。

（图4：人的舌头表面有几千个可以感知味道的“味蕾”）
让鱼儿老老实实的伸出舌头接受味蕾检查是不现实的，研究人员只好先将其处死或麻醉，再通过解剖、显微观察。牺牲了众多小鱼之后，研究人员发现大多数鱼儿感知味道的味蕾不仅分布在口腔之中，躯干上都有味蕾的分布，而刚才我们提到的日本研究团队于1983年发表于《日本水产学会志》的论文称，不开刀不吃药，通过“体表染料检测法”就可以迅速地告诉你：在鲶鱼的面部，尤其是它的须上、鳍、后背、腹部、身体两侧，甚至尾巴，都集中着大量能够偷尝白糖的味蕾。一条6英寸（约15.24厘米）的鲶鱼全身大概有超过25万个味蕾，而你的舌头上的味蕾个数——最多不超过8000个。游在水中的鲶鱼虽然“有苦说不出”，但它发现苦味的灵敏度比你强多了——它明显就是一条在水中游泳的舌头。就算你“巧舌赛簧片”，又怎比的过鱼儿的“舌大尝四方”？

给鱼儿当舌头真是个闲差，不仅不需要说话，连味觉都可以依赖触须和身体其它部分的味蕾帮着完成。身体各器官开了个会，优化结构之后，仅仅给舌头留下了一个小小的位置，小到你看不清。

当我们在今天提出“鱼儿是否有舌头”这个问题时，你可曾尝试穿越时间的藩篱，摆脱演化的冲击，思考环境与生物结构相适应的问题？曾经，我们都是鱼，只不过因为时过境迁……当我们重新在餐桌上四目相对的时候，人类急切的味蕾，是否仍能记起，那首鱼儿唱给“转身上陆”者的离歌：

这是你我不同的江湖

从此游向各自的归宿

谁都无法解读

为安静的幸福而喧闹忙碌

我坚持留在原处

陪伴我的孤独

至少

这柔情似水

将我记住

==========================================================================================
参考文献

1，http://rms1.agsearch.agropedia.affrc.go.jp/contents/JASI/pdf/society/29-2959.pdf

2，http://rms1.agsearch.agropedia.affrc.go.jp/contents/JASI/pdf/society/29-2960.pdf

3，http://www.home.earthlink.net/~catfish_billy/id39.html

4 ，http://en.wikipedia.org/wiki/Catfish

5，http://www.dnr.state.mn.us/young_naturalists/fishsense/index.html

6，http://en.wikipedia.org/wiki/Taste_bud

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鲶鱼为什么不能像我们人类一样说话呢？先看看我们是怎么做到的。把你变小，以便能将整个过程看的更清楚：我深吸一口气，胸廓扩张，膈顶下降（胸围增大，腹部凸起），你被吸入到我的肺中了。呼气，你随着气流从肺叶进入气管，在咽部（图2）与另一条主干道（食道）流着的唾液“会师”，在这个十字路口，你与其它众多的微小分子一起，重重的撞到两条韧带组成的声带上——声音开始的地方。撞的晕头转向的你，终于挤过声带之间的空隙，通过舌头特定角度的席卷，钻过牙缝儿，掠过嘴唇，你和调一起，跑了（出来）。 <img class="lh_lazyimg" src="http://songshuhui.net/wp-content/plugins/images-lazyload-and-slideshow/blank_250x250.gif" file="http://blog.bhsf.cn/UploadFiles/2010-10/61322875933.jpg" border="0" alt="" /><noscript><img src="http://blog.bhsf.cn/UploadFiles/2010-10/61322875933.jpg" border="0" alt="" /></noscript> （图2：人体咽喉处解剖示意图） 鲶鱼想像我那样跑调？得有震动着的气流喷出。水中溶解的气体本来就少，想形成点气候都不成，更别提气流了。而且，鲶鱼的鳃会将氧气从水中滤出，直接送达血管，鱼嘴到鱼胃像是一条封闭的高速路（图3），食物进，泥沙出，畅通无阻。不像我们人类，为了讲笑话、说相声，硬是将这条“封闭的高速路”开了个出入口。 <img class="lh_lazyimg" src="http://songshuhui.net/wp-content/plugins/images-lazyload-and-slideshow/blank_250x250.gif" file="http://blog.bhsf.cn/UploadFiles/2010-10/12212356596.jpg" border="0" alt="" /><noscript><img src="http://blog.bhsf.cn/UploadFiles/2010-10/12212356596.jpg" border="0" alt="" /></noscript> （图3：鱼消化系统示意图。上为草食鱼类，下为肉食鱼类） 让鱼“开口讲话”的另一个难度来源于这“柔情似水”——水，太柔太滑了，即便鲶鱼终于认识到自身先天条件不足，放弃喷气流，改吐水流了，也很难摩擦出动静来——你更能明白“雨”为什么能润物细无声了吧？从此鲶鱼放弃了对“鸣叫、嚎叫、吼叫等”这些其它同属于脊椎动物大家族的成员们表达情感的方式的追求，轻轻地，它走了，犹如它轻轻地来，它挥一挥触须，仅带走一片色彩。 什么色彩？ 日本鹿儿岛大学和名古屋大学的研究人员发现，通过观察特种染料涂抹在鱼的体表之后的颜色变化，可以锁定味蕾的位置和个数。味蕾（图4）是生物的味觉感受器，由味觉细胞、支持细胞、基底细胞组成。其顶端有纤毛，称为味毛，由味孔伸出，是味感受器关键部位。张开嘴，你的味蕾分布在舌、口腔、和咽部粘膜上。还记得吗？小时候偷吃厨房中白糖的时候，我们都是伸出舌头去舔。而如果你是一条鲶鱼，用尾巴就能做到了！味蕾更重要的作用是发现对依据有害物质“不好的”味道，来进行食物的选择和躲避危险。这对于鲶鱼非常重要——在水中，它能真正地做到“闻”风而逃。 <img class="lh_lazyimg" src="http://songshuhui.net/wp-content/plugins/images-lazyload-and-slideshow/blank_250x250.gif" file="http://blog.bhsf.cn/UploadFiles/2010-10/61330878707.jpg" border="0" alt="" /><noscript><img src="http://blog.bhsf.cn/UploadFiles/2010-10/61330878707.jpg" border="0" alt="" /></noscript> （图4：人的舌头表面有几千个可以感知味道的“味蕾”） 让鱼儿老老实实的伸出舌头接受味蕾检查是不现实的，研究人员只好先将其处死或麻醉，再通过解剖、显微观察。牺牲了众多小鱼之后，研究人员发现大多数鱼儿感知味道的味蕾不仅分布在口腔之中，躯干上都有味蕾的分布，而刚才我们提到的日本研究团队于1983年发表于《日本水产学会志》的论文称，不开刀不吃药，通过“体表染料检测法”就可以迅速地告诉你：在鲶鱼的面部，尤其是它的须上、鳍、后背、腹部、身体两侧，甚至尾巴，都集中着大量能够偷尝白糖的味蕾。一条6英寸（约15.24厘米）的鲶鱼全身大概有超过25万个味蕾，而你的舌头上的味蕾个数——最多不超过8000个。游在水中的鲶鱼虽然“有苦说不出”，但它发现苦味的灵敏度比你强多了——它明显就是一条在水中游泳的舌头。就算你“巧舌赛簧片”，又怎比的过鱼儿的“舌大尝四方”？ 给鱼儿当舌头真是个闲差，不仅不需要说话，连味觉都可以依赖触须和身体其它部分的味蕾帮着完成。身体各器官开了个会，优化结构之后，仅仅给舌头留下了一个小小的位置，小到你看不清。 当我们在今天提出“鱼儿是否有舌头”这个问题时，你可曾尝试穿越时间的藩篱，摆脱演化的冲击，思考环境与生物结构相适应的问题？曾经，我们都是鱼，只不过因为时过境迁……当我们重新在餐桌上四目相对的时候，人类急切的味蕾，是否仍能记起，那首鱼儿唱给“转身上陆”者的离歌： <div class="editornote"> 这是你我不同的江湖 从此游向各自的归宿 谁都无法解读 为安静的幸福而喧闹忙碌 我坚持留在原处 陪伴我的孤独 至少 这柔情似水 将我记住 </div> ========================================================================================== 参考文献 1，<a href="http://rms1.agsearch.agropedia.affrc.go.jp/contents/JASI/pdf/society/29-2959.pdf" target="_blank">http://rms1.agsearch.agropedia.affrc.go.jp/contents/JASI/pdf/society/29-2959.pdf</a> 2，<a href="http://rms1.agsearch.agropedia.affrc.go.jp/contents/JASI/pdf/society/29-2960.pdf" target="_blank">http://rms1.agsearch.agropedia.affrc.go.jp/contents/JASI/pdf/society/29-2960.pdf</a> 3，<a href="http://www.home.earthlink.net/~catfish_billy/id39.html" target="_blank">http://www.home.earthlink.net/~catfish_billy/id39.html</a> 4 ，<a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Catfish" target="_blank">http://en.wikipedia.org/wiki/Catfish</a> 5，<a href="http://www.dnr.state.mn.us/young_naturalists/fishsense/index.html" target="_blank">http://www.dnr.state.mn.us/young_naturalists/fishsense/index.html</a> 6，<a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Taste_bud" target="_blank">http://en.wikipedia.org/wiki/Taste_bud</a> <div style="margin-bottom:10px"><div class="bshare-custom icon-medium"><a title="分享到新浪微博" class="bshare-sinaminiblog"></a><a title="分享到人人网" class="bshare-renren"></a><a title="分享到豆瓣" class="bshare-douban" href="javascript:void(0);"></a><a title="分享到腾讯微博" class="bshare-qqmb" 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2013年1月10日星期四

用月球探测中微子

Rachel Courtland 文 Shea 编译

捕猎难以捉摸的中微子通常要跋涉到南极、地中海或者是贝加尔湖。但正有越来越多的项目意图通过把射电望远镜对准月球来寻找最高能的中微子。

[图片说明]：美国甚大天线阵观测月球中微子的概念图。版权：Ted Jaeger(University of Iowa)/NRAO/AUI/NSF。

如果这一尝试成功的话，它们就可能会揭示出宇宙中最强大的粒子加速器甚至是存在新物理学的证据。

中微子是一种可以轻而易举穿透物质的基本粒子，只有在极少数的情况下才会和物质中的原子核发生碰撞。迄今为止，只探测到了来自太阳和超新星1987A的地外中微子。

但天文学家怀疑宇宙充满了由宇宙加速器产生的能量甚至更高的中微子，这些宇宙加速器能把带电粒子加速到地球上最强大的加速器所能达到能量的1亿倍。

由于中微子和物质的相互作用极为罕见，为此要捕获它们就必须要用大量的物质。当中微子和原子发生碰撞的时候会产生许多粒子，这些粒子在介质中运动的时候就会发出闪光，现在的中微子探测器就是专门设计来探测这些闪光的。

巨型探测器

由于光可以较为畅通地在其中传播并且达到探测装置，因此湖泊、海洋和冰原都是理想的中微子探测材料。不过月球相对均匀、密实的月壤可能也是一个很好的中微子探测标靶。高能中微子与和月壤原子的碰撞应该会产生持续数纳秒的射电波爆发，它可以穿过月球表面运动几十或几百米。

瞄准月球边缘的射电望远镜兴许就有可能观测到这些短暂的能量爆发。但是，识别这些信号并非易事。超高能中微子碰撞事件极为罕见，天文学家预计一个月内可能只会发生数起。而射电望远镜还会受到其他信号的干扰，其中也包括人为的，这些必须被排除在外。

但月球巨大的身材可以弥补这一局限性。在这场狩猎的游戏中大小决定了一切。

聚焦月球

在2009年初一个荷兰的科学家小组使用由14面天线组成的综合孔径射电望远镜对月球中微子信号搜寻进行了尝试。该研究小组希望以后能在有超级计算机支撑的低频阵来进行更灵敏的观测。

他们并不是目前唯一的月球中微子猎手。一个美国科学家小组也在2009年使用美国的甚大天线阵进行了50小时的观测。另一个小组则使用帕克斯64米射电望远镜来搜索了有关的信号。美国绿岸天文台的一个小组则希望能利用两架退役的25米射电望远镜来和另一架望远镜组成一个阵列来搜寻中微子。

那么他们会看到什么呢？目前尚不清楚。由于天文学家们已经找到了以超常的速度运动的超高能量宇宙射线，因此他们怀疑存在超高能的中微子。当超高能宇宙线和大爆炸遗留下来的光子发生碰撞的时候，就会产生中微子。它们还有可能和物质相互作用产生更多的中微子。

奇特的来源？

但目前的月球中微子搜寻只能用于探测能量极其高的中微子，它们的能量比已知的能量最高的宇宙射线还至少要高10到1000倍。

这一能量对于宇宙中最强大的粒子加速器——例如超大质量黑洞和γ射线暴——而言可能太高了。我们熟知的常规物理过程产生不了这么高能的中微子，所以如果一旦观测到它们，就可能意味着存在新的物理学。

有人提出，紧接着大爆炸之后产生的超重暗物质粒子或者是时空拓扑结构的缺陷等等这些特异的现象可以把粒子加速到这一能量。但是，在现有的宇宙射线探测器中还没有发现与它们有关的迹象。

宇宙射线之谜

高能中微子可以帮助解决超高能宇宙射线的起源之谜。天文学家怀疑超高能宇宙线可能是被γ射线暴或者超大质量黑洞产生的物质喷流加速到高能量的。

当它们和大爆炸光子发生碰撞的时候会快速地损失能量。因此，来自1.5亿光年之外的宇宙线在到达地球之前就会“消散”。

但极少发生碰撞的中微子可以超越这一极限揭示出宇宙线是如何产生的。由于它们不带电，中微子运动轨迹不会受到宇宙中磁场的干扰。这一属性可以让天文学家回溯中微子的发源地。它们会告诉我们宇宙中从大爆炸至今最高能加速器的有关信息。

南极冰原

除了月球以外，科学家还把目光放到了南极冰盖上。与之有关的实验也是搜寻由超高能中微子撞击产生的射电信号。但是在冰层中这些信号相比在月壤中可以传播更远，也更强。不过这一实验每次运行只能持续几周，而射电望远镜则可以很容易地长年监测月亮。

而且即使目前月球实验没有发现中微子，科学家希望他们为此研发出的技术会为将来为更大、更灵敏的射电望远镜阵列——例如，一平方千米天线阵——奠定基础。虽然这个领域存在竞争，但无论是谁第一个捕捉到了这些超高能中微子都将为天文学翻开全新的一页。

（本文已刊载于《世界科学》2010年第5期）

[New Scientist 2009年8月5日]

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但月球巨大的身材可以弥补这一局限性。在这场狩猎的游戏中大小决定了一切。 聚焦月球 在2009年初一个荷兰的科学家小组使用由14面天线组成的综合孔径射电望远镜对月球中微子信号搜寻进行了尝试。该研究小组希望以后能在有超级计算机支撑的低频阵来进行更灵敏的观测。 他们并不是目前唯一的月球中微子猎手。一个美国科学家小组也在2009年使用美国的甚大天线阵进行了50小时的观测。另一个小组则使用帕克斯64米射电望远镜来搜索了有关的信号。美国绿岸天文台的一个小组则希望能利用两架退役的25米射电望远镜来和另一架望远镜组成一个阵列来搜寻中微子。 那么他们会看到什么呢？目前尚不清楚。由于天文学家们已经找到了以超常的速度运动的超高能量宇宙射线，因此他们怀疑存在超高能的中微子。当超高能宇宙线和大爆炸遗留下来的光子发生碰撞的时候，就会产生中微子。它们还有可能和物质相互作用产生更多的中微子。 奇特的来源？ 但目前的月球中微子搜寻只能用于探测能量极其高的中微子，它们的能量比已知的能量最高的宇宙射线还至少要高10到1000倍。 这一能量对于宇宙中最强大的粒子加速器——例如超大质量黑洞和γ射线暴——而言可能太高了。我们熟知的常规物理过程产生不了这么高能的中微子，所以如果一旦观测到它们，就可能意味着存在新的物理学。 有人提出，紧接着大爆炸之后产生的超重暗物质粒子或者是时空拓扑结构的缺陷等等这些特异的现象可以把粒子加速到这一能量。但是，在现有的宇宙射线探测器中还没有发现与它们有关的迹象。 宇宙射线之谜 高能中微子可以帮助解决超高能宇宙射线的起源之谜。天文学家怀疑超高能宇宙线可能是被γ射线暴或者超大质量黑洞产生的物质喷流加速到高能量的。 当它们和大爆炸光子发生碰撞的时候会快速地损失能量。因此，来自1.5亿光年之外的宇宙线在到达地球之前就会“消散”。 但极少发生碰撞的中微子可以超越这一极限揭示出宇宙线是如何产生的。由于它们不带电，中微子运动轨迹不会受到宇宙中磁场的干扰。这一属性可以让天文学家回溯中微子的发源地。它们会告诉我们宇宙中从大爆炸至今最高能加速器的有关信息。 南极冰原 除了月球以外，科学家还把目光放到了南极冰盖上。与之有关的实验也是搜寻由超高能中微子撞击产生的射电信号。但是在冰层中这些信号相比在月壤中可以传播更远，也更强。不过这一实验每次运行只能持续几周，而射电望远镜则可以很容易地长年监测月亮。 而且即使目前月球实验没有发现中微子，科学家希望他们为此研发出的技术会为将来为更大、更灵敏的射电望远镜阵列——例如，一平方千米天线阵——奠定基础。虽然这个领域存在竞争，但无论是谁第一个捕捉到了这些超高能中微子都将为天文学翻开全新的一页。 （本文已刊载于《世界科学》2010年第5期） [New Scientist 2009年8月5日] <div style="margin-bottom:10px"><div class="bshare-custom icon-medium"><a title="分享到新浪微博" class="bshare-sinaminiblog"></a><a title="分享到人人网" class="bshare-renren"></a><a title="分享到豆瓣" class="bshare-douban" href="javascript:void(0);"></a><a title="分享到腾讯微博" class="bshare-qqmb" href="javascript:void(0);"></a><a title="分享到开心网" class="bshare-kaixin001" href="javascript:void(0);"></a><a title="分享到QQ空间" class="bshare-qzone" href="javascript:void(0);"></a><a title="分享到网易微博" class="bshare-neteasemb" href="javascript:void(0);"></a><a title="分享到Facebook" class="bshare-facebook" href="javascript:void(0);"></a><a title="分享到Twitter" class="bshare-twitter" href="javascript:void(0);"></a><a title="分享到Google+" class="bshare-gplus" href="javascript:void(0);"></a><a title="更多平台" class="bshare-more bshare-more-icon 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2013年1月1日星期二

早期教育与智力开发

46年前，美国密歇根州的一个中产阶级小镇为3-4岁的儿童开设了一个课程。这个课程后来更好的塑造了一些人的人生。46年过去了，这些当年的儿童都已成长为社会的中坚力量，活跃在各个岗位上，统计上看，他们拥有更加稳定的家庭，更高的收入，更好的福利，和更低的犯罪率。这些孩子都接受了一个学前课程（preschool），课程是小班形式，由受过良好教育培训的教师指导，强调学习中家长的参与和互动交流。这项长达40多年的研究由加州伯克利大学的教授David Kirp和哈佛教育学院共同参与。他们随后出版了一本书，“The Sandbox Investment: The Preschool Movement and Kids-First Politics”，介绍了他们在这项研究中的发现。

这项研究表明早期教育确实可以影响认知和学习能力，有质量的学前教育可以对孩子有即时和长期的好处。虽然批评者认为这些孩子本身出身在良好的家庭环境中，相对其他的孩子就有优势，而人的性格形成和智力的开发是一个漫长的过程，在3岁之前和上学之后都一直在进行，另外成长过程中是否经历过重大的打击或者变革也会显著的改变一个人的性格和处事，所以这短短几年的早期教育也许并不是他们成功的唯一原因。但是，科学界已经承认了这样一个事实，即儿童早期的经历可以塑造人的大脑回路（early experiences shape brain circuitry）。

大脑如房屋，神经如电路

有很多因素影响着大脑的发育，包括遗传因素，营养状况，家庭环境，日常经历和身体锻炼。过去，一些科学家们认为大脑的发育是由遗传决定的，拥有什么样的基因就发育成什么样的大脑，发育的过程遵循一个既定的程序。但现在越来越多人相信，早期经历会很大程度的影响大脑和特定回路的形成。

外界环境通过感官来刺激我们的大脑——视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉。婴儿第一次闻到妈妈皮肤传来的味道（嗅觉），父亲浑厚的声音（听觉），房间里色彩明亮的一件玩具的颜色（视觉），或者温暖大手的轻柔抚摸（触觉），这些感受都会传入大脑，共同塑造大脑回路的形成。

若把孩子的大脑想象为一栋房子。在生命的前三年中已经拥有成年时80%的脑体积的大脑，就已经完成了它80%的造房子工程——庞大的地基，添砖加瓦，屋顶房梁。下一步就是内部装修。买电线，装开关，连接各个房间电路，确保房子的正常运行。只不过大脑的回路要复杂的多得多。我们仿若置身于神经细胞形成的巨大星系之中，但这些细胞之间的连接还并没有建立。此时的大脑要做的事情就是，把每一个回路的连接正确建立，让它们最大效率的运行，并不断完善它们。

人类的大脑拥有超过千亿的神经细胞。这个数字可能很难想象，它是整个银河系恒星数目的10倍，或者地球上所有人口的20倍。神经细胞会分出很多枝杈（树突），和其他的神经细胞形成连接，传递化学信号。这些化学信号决定了这个细胞是否活跃或沉寂。

很大一部分的神经细胞连接形成于出生后的第一年，这些连接会形成一个巨大的神经网络。比如，父母重复的喊孩子的名字，不停的输入同样的声音信息，孩子就会慢慢的在神经网络里记录下这个声音信号，从而和自我联系起来，渐渐的就会对这个信号产生反应。从一出生开始，大脑就开始建立这些对应的联系，来形成习惯、思想、自我意识、记忆之类。

等到儿童3岁的时候，他们的大脑已经形成了千兆以上的神经连接，是成人大脑数目的两倍，而且这些连接将会一直持续到大约10岁时。从11岁开始，大脑就开始清除部分冗余的连接，使得系统变得更准确，更有效。在这期间，倘若父母帮助孩子接触良好的环境和教育，就能够促进神经连接的形成和完善。神经元连接的建立是遵循“用进废退”的原则的，重复的刺激能加强连接的形成，进而形成长期记忆。比如，在父母和孩子讲话的过程中，不断重复的单词和短语就自然而然地加强了他们大脑的语言中枢功能。

重要的大脑发育时期

对于0-3岁孩子的父母来说，因“时”施教也许和因材施教同样重要。不同的大脑区域发育时间是有差异的，所以在合适的时间给予正确的经历和训练是很有必要的。学习的过程会贯穿人的一生，但鼎盛的时期是在大脑如海绵般有强大吸收力的时期，也就是出生之后的前三年。

视觉和听觉发展的最佳时期则在0-5岁之间。感官系统的发育能帮助他们更好的认识世界，并和外界交流。在出生后最初的几个月里，他们需要去接触各种形状，颜色，不同距离的事物和运动，来让视觉回路建立和完善。听觉也是如此。而语言的学习发生在更长的一段时间内，从0到10岁，他们都在不断在学习着语言的技能。每个孩子对于语言能力的发展和掌握是不同的，尤其是在出生后的头几年。一些基本的训练可以由父母来完成，比如耐心且不断的和孩子讲话，鼓励他们牙牙学语，表达自己。不过，语言也可以由经过专业培训的教育人员来帮助完成。

情商（Emotional intelligence）的高低则是孩子长大后是否能有成就和获得快乐生活的重要因素，它包括自我意识，自律性，同情心，信任等多个方面。任何来自其他课程的训练，都无法取代父母对孩子情商的培养。幼儿对世界、对爱的最初认识都是来自父母。父母对孩子的关爱，亲密接触，陪伴和玩耍都会影响大脑中神经物质的产生和释放，比如产生愉快感觉的多巴胺，掌管情绪的五羟色胺，产生兴奋的去甲肾上腺素，负责应激反应的皮质激素等。一项关于母亲的爱抚对成年后心理与行为的影响的研究表明，从小被剥夺爱抚的幼儿，从幼年时期起就具有高水平的皮质激素（一种受到刺激后产生的应激激素），大脑发育相对减缓，对学习与记忆至关重要的海马体，和掌管作出决策分析的眶额皮层在体积减小。相反，掌管恐惧反应的杏仁核却体积加大，活性提高，使得个体更容易受到焦虑情绪的困扰（见Seren 《阴魂不散的童年》）。

大脑中这些显著的变化都显示，幼年时代的经历和体内激素的变化，往往比成年后的经历，有着更加持久而难于逆转的效用。另一项研究则表明，比起只有孩子自己参加的课程，由父母和幼儿共同参加的、侧重亲子互动交流的培训课程，会更大程度的促进孩子各项智力指标的增长。

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本文作者：陈筱歪<a href="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/07/baby-brain-hat-cory.cousins_副本.jpg"><img class="alignleft size-full wp-image-57116 lh_lazyimg" src="http://songshuhui.net/wp-content/plugins/images-lazyload-and-slideshow/blank_1x1.gif" file="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/07/baby-brain-hat-cory.cousins_副本.jpg" alt="" width="250" height="333" /><noscript><img class="alignleft size-full wp-image-57116" src="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/07/baby-brain-hat-cory.cousins_副本.jpg" alt="" width="250" height="333" /></noscript></a> 46年前，美国密歇根州的一个中产阶级小镇为3-4岁的儿童开设了一个课程。这个课程后来更好的塑造了一些人的人生。46年过去了，这些当年的儿童都已成长为社会的中坚力量，活跃在各个岗位上，统计上看，他们拥有更加稳定的家庭，更高的收入，更好的福利，和更低的犯罪率。这些孩子都接受了一个学前课程（preschool），课程是小班形式，由受过良好教育培训的教师指导，强调学习中家长的参与和互动交流。这项长达40多年的研究由加州伯克利大学的教授David Kirp和哈佛教育学院共同参与。他们随后出版了一本书，“The Sandbox Investment: The Preschool Movement and Kids-First Politics”，介绍了他们在这项研究中的发现。 这项研究表明早期教育确实可以影响认知和学习能力，有质量的学前教育可以对孩子有即时和长期的好处。虽然批评者认为这些孩子本身出身在良好的家庭环境中，相对其他的孩子就有优势，而人的性格形成和智力的开发是一个漫长的过程，在3岁之前和上学之后都一直在进行，另外成长过程中是否经历过重大的打击或者变革也会显著的改变一个人的性格和处事，所以这短短几年的早期教育也许并不是他们成功的唯一原因。但是，科学界已经承认了这样一个事实，即儿童早期的经历可以塑造人的大脑回路（early experiences shape brain circuitry）。 <h1>大脑如房屋，神经如电路</h1> 有很多因素影响着大脑的发育，包括遗传因素，营养状况，家庭环境，日常经历和身体锻炼。过去，一些科学家们认为大脑的发育是由遗传决定的，拥有什么样的基因就发育成什么样的大脑，发育的过程遵循一个既定的程序。但现在越来越多人相信，早期经历会很大程度的影响大脑和特定回路的形成。 外界环境通过感官来刺激我们的大脑——视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉。婴儿第一次闻到妈妈皮肤传来的味道（嗅觉），父亲浑厚的声音（听觉），房间里色彩明亮的一件玩具的颜色（视觉），或者温暖大手的轻柔抚摸（触觉），这些感受都会传入大脑，共同塑造大脑回路的形成。 若把孩子的大脑想象为一栋房子。在生命的前三年中已经拥有成年时80%的脑体积的大脑，就已经完成了它80%的造房子工程——庞大的地基，添砖加瓦，屋顶房梁。下一步就是内部装修。买电线，装开关，连接各个房间电路，确保房子的正常运行。只不过大脑的回路要复杂的多得多。我们仿若置身于神经细胞形成的巨大星系之中，但这些细胞之间的连接还并没有建立。此时的大脑要做的事情就是，把每一个回路的连接正确建立，让它们最大效率的运行，并不断完善它们。 人类的大脑拥有超过千亿的神经细胞。这个数字可能很难想象，它是整个银河系恒星数目的10倍，或者地球上所有人口的20倍。神经细胞会分出很多枝杈（树突），和其他的神经细胞形成连接，传递化学信号。这些化学信号决定了这个细胞是否活跃或沉寂。 <a href="http://songshuhui.net/wp-content/uploads/2011/07/大脑.gif"><img class="alignnone size-full wp-image-57122 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视觉和听觉发展的最佳时期则在0-5岁之间。感官系统的发育能帮助他们更好的认识世界，并和外界交流。在出生后最初的几个月里，他们需要去接触各种形状，颜色，不同距离的事物和运动，来让视觉回路建立和完善。听觉也是如此。而语言的学习发生在更长的一段时间内，从0到10岁，他们都在不断在学习着语言的技能。每个孩子对于语言能力的发展和掌握是不同的，尤其是在出生后的头几年。一些基本的训练可以由父母来完成，比如耐心且不断的和孩子讲话，鼓励他们牙牙学语，表达自己。不过，语言也可以由经过专业培训的教育人员来帮助完成。 情商（Emotional intelligence）的高低则是孩子长大后是否能有成就和获得快乐生活的重要因素，它包括自我意识，自律性，同情心，信任等多个方面。任何来自其他课程的训练，都无法取代父母对孩子情商的培养。幼儿对世界、对爱的最初认识都是来自父母。父母对孩子的关爱，亲密接触，陪伴和玩耍都会影响大脑中神经物质的产生和释放，比如产生愉快感觉的多巴胺，掌管情绪的五羟色胺，产生兴奋的去甲肾上腺素，负责应激反应的皮质激素等。一项关于母亲的爱抚对成年后心理与行为的影响的研究表明，从小被剥夺爱抚的幼儿，从幼年时期起就具有高水平的皮质激素（一种受到刺激后产生的应激激素），大脑发育相对减缓，对学习与记忆至关重要的海马体，和掌管作出决策分析的眶额皮层在体积减小。相反，掌管恐惧反应的杏仁核却体积加大，活性提高，使得个体更容易受到焦虑情绪的困扰（见Seren 《 <a href="http://songshuhui.net/archives/44071">阴魂不散的童年</a>》）。 大脑中这些显著的变化都显示，幼年时代的经历和体内激素的变化，往往比成年后的经历，有着更加持久而难于逆转的效用。另一项研究则表明，比起只有孩子自己参加的课程，由父母和幼儿共同参加的、侧重亲子互动交流的培训课程，会更大程度的促进孩子各项智力指标的增长。 <div style="margin-bottom:10px"><div class="bshare-custom icon-medium"><a title="分享到新浪微博" class="bshare-sinaminiblog"></a><a title="分享到人人网" class="bshare-renren"></a><a title="分享到豆瓣" 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