當(dāng)老師在一節(jié)課的最后幾分鐘里教授大量的知識時，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生可能對獲取這些知識存在一些困難。如果你在六個星期后有期中考試，可能從下個星期開始是不是地進行學(xué)習(xí)會比從今天晚上或者明天開始學(xué)習(xí)得到更好的效果。
從某種程度上講，能否記住某些事情依賴于你何時必須記住這些事情。圣地亞哥加利福尼亞大學(xué)計算機科學(xué)與工程系的教授Gary Cottrell認為：從某種程度上講，能否記住某些事情依賴于你何時必須記住這些事情。臨時抱佛腳是可以的，但是如果你需要記的事情在一個月之后才會用上，可能在這期間間斷性地學(xué)習(xí)效果會更好。
換句話說，時機決定一切。
這是時空動力學(xué)學(xué)術(shù)中心（Temporal Dynamics of Learning Center）的主要工作，該中心旨在探索時機在大腦學(xué)習(xí)和社會系統(tǒng)中的作用。
該中心的領(lǐng)導(dǎo)Cottrell說：“時間這個變量已經(jīng)得到了充分的研究，時機在學(xué)習(xí)中短至突觸（神經(jīng)元之間的鏈接）水平、長至幾個月或者幾年都是至關(guān)重要的?！?/span>
學(xué)習(xí)在很多層面上發(fā)生，比如突觸和神經(jīng)元、大腦系統(tǒng)、運動行為以及老師和學(xué)生間的社會交流。在每一次與他人交流時，時機都屬于這許多層面的一部分，像是神經(jīng)元如何行使功能、感應(yīng)系統(tǒng)如何進行信號交流以及大腦各部分之間如何聯(lián)系。
Cottrell認為，我們可以對時機進行研究，并且這可以幫助我們了解我們的大腦是如何獲取信息的，通過了解大腦進行學(xué)習(xí)的方法，從而有望對我們的教育進行改善。
例如，研究發(fā)現(xiàn)一些不善于閱讀的人的基本問題在于他們辨別音位改變的能力較低。按照Cottrell的說法，這種辨別音位改變的能力較低的學(xué)生對于語言結(jié)構(gòu)理解不深，并且在閱讀過程中對于單詞的發(fā)音把握能力不強。
Cottrell說：“我們相信通過對學(xué)習(xí)的時空動力學(xué)的研究，我們可以改變孩子們學(xué)習(xí)的能力以及優(yōu)化學(xué)習(xí)的環(huán)境。但是很不幸，對于時間和時機功能的研究迄今為止也就算是零零碎碎的結(jié)果，我們將進行更多的努力開改變這一現(xiàn)狀?！?/span>
國家科學(xué)基金會科學(xué)學(xué)習(xí)中心始于2006年，包含了來自美國、加拿大和澳大利亞的40位研究人員。這些研究人員涉及多個學(xué)科的工作，包括機器學(xué)習(xí)能力、心理學(xué)、認知科學(xué)、神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)、分子遺傳學(xué)、生物物理學(xué)、數(shù)學(xué)和教育學(xué)。
該中心是以圣地亞哥的加利福尼亞大學(xué)為基礎(chǔ)的，包括來自羅格斯大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)伯克利分校以及范德堡大學(xué)的合作研究人員。國家科學(xué)基金會（NSF）每年資助該中心350萬美元作為研究經(jīng)費。
該中心的科學(xué)家們對很多領(lǐng)域都進行了研究，這些領(lǐng)域包括有關(guān)于突觸的研究，該部分涉及神經(jīng)元（神經(jīng)細胞）之間傳遞電信號和化學(xué)信號；以及腦系統(tǒng)的研究，包括腦電波和大腦涉及記憶的各個部分。
例如，在一個實驗中，研究中心的科學(xué)家預(yù)測神經(jīng)發(fā)生或者海馬區(qū)新生神經(jīng)元的增加涉及記憶的形成以及組織，將新生的記憶聯(lián)系在一起。Cottrell說：“這些細胞將我們在幾天或者幾周內(nèi)學(xué)習(xí)到的東西組織在一起?！?/span>
而且，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)海馬區(qū)有一類叫做“位置細胞”的細胞，在某個環(huán)境中進行準(zhǔn)確定位是這些細胞表現(xiàn)得非?；钴S。在實驗中，研究人員訓(xùn)練老鼠在同一個屋子里發(fā)現(xiàn)三個不同的地方。每一個地方都通過兩種方法中的一種讓老鼠發(fā)現(xiàn)，這兩個方法分別是：在兩到三周的時間里讓老鼠間斷性地發(fā)現(xiàn)這三個地方，或者在同一個時間里讓老鼠發(fā)現(xiàn)這三個地方。選擇第一種方法進行訓(xùn)練的老鼠，只有被放置在其中之一的地方時“位置細胞”才會活躍起來，而接受第二種方法進行訓(xùn)練的老鼠在三個地方的任何一個地方都有更多的活躍細胞。減少海馬區(qū)新生細胞的數(shù)量同樣也導(dǎo)致在這三個地方活躍細胞數(shù)的增加。
Cottrell說：“最開始我們認為海馬區(qū)這些細胞的激活應(yīng)該發(fā)生在每一個環(huán)境中，但是結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，在第一種訓(xùn)練方法中，老鼠腦中的“位置細胞”的激活對位置具有選擇性，只有在特定的環(huán)境中這些細胞才會被激活，而究竟是那種環(huán)境更加依賴于新生的細胞?！?/span>Cottrell補充道：“更重要的是，產(chǎn)生新生細胞的能力隨著細胞富集和有氧運動的增加而增加?！?/span>
為什么這對教育來說也是很重要的呢？該中心的研究主任Andrea Chiba解釋道：“在我們由于財政壓縮而廢除體育來完善教育計劃之前，我們應(yīng)當(dāng)三思而行，因為這對大腦發(fā)育以及學(xué)習(xí)知識的某些關(guān)鍵方面可能是非常重要的。”
羅格斯大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家April A. Benasich領(lǐng)導(dǎo)的另一個研究小組正在對伽馬波對新生兒以及語言能力的發(fā)展的影響方面進行研究。伽馬波是一種快速、高頻并且具有節(jié)律性的大腦反應(yīng)。當(dāng)大腦進行高強度的認知學(xué)習(xí)時產(chǎn)生這種反應(yīng)。
在成人大腦中，伽馬波同認知能力、思維能力以及記憶能力聯(lián)系在一起。但是直到最近，科學(xué)家對伽馬波在新生兒腦中所起的作用仍然知之甚少。
羅格斯大學(xué)的研究認為，16個月到3歲期間（該階段是認知和語言能力形成的最劇烈階段）伽馬波的強弱有助于對隨后幾年，特別是4-5歲的語言能力進行預(yù)測，伽馬波越強，語言和認知能力越強的可能性越大。
Benasich說：“即使大腦在休息的狀態(tài)下，也就是說大腦并沒有進行認知任務(wù)的情況下，嬰兒的認知能力仍然是同能量密度（伽馬波）成正比的。因此，在重要的發(fā)育時期，在一定的頻率范圍內(nèi)，產(chǎn)生高能量的能力可能對認知來說將成為更加有利的因素。”
Benasich和她的研究小組對休息狀態(tài)的額皮質(zhì)產(chǎn)生的伽馬波進行了比較深入的研究，額皮質(zhì)是16月、24月和36月嬰幼兒學(xué)習(xí)詞匯最快的時期。
在分析了嬰兒的腦電圖后，語言能力和認知能力強的嬰兒比這些能力較弱的嬰兒產(chǎn)生更強的伽馬波。同樣，注意力更集中以及自控能力更好的孩子也能產(chǎn)生更強的伽馬波。
Benasich認為，嬰兒發(fā)育水平的測定有助于在大腦認知和語言功能不足的關(guān)鍵時間里進行更加有效的治療，并且為今后更好的學(xué)習(xí)確定有效的方法。
在嬰兒坐在母親腿上安靜地玩耍時，研究人員將含有62個傳感器的帽子戴到嬰兒的頭上，以此來得到他們的測量方式。在獨立實驗中，通過孩子們的語言和認知能力對其進行評價。他們所研究的孩子來自兩類家庭，一類是正常家庭，另外一類是有家族語言障礙史的家庭。后者的伽馬波的能量要低于前者。
另外一組稱為加麥蘭計劃的研究來探究巴厘島音樂對認知發(fā)展特別是注意力集中能力的保持方面的作用。該中心的兩個博士后工作人員Alexander Khalil和Victor Minces參與了這項研究。
這項計劃的第一部分已經(jīng)證明巴厘島音樂與兒童的注意力之間有關(guān)系。該小組的下一步計劃是探索加強音樂訓(xùn)練是否有助于延長兒童集中注意力的時間。
Chiba認為，在一個實驗組中，包括集中注意力重要在內(nèi)的認知能力可能同保持節(jié)律同步性的能力之間有著某種關(guān)系。
Cottrell說，他的這個想法來源于Khalil在他所教的小學(xué)音樂課上的觀察，Khalil所教授的正是加麥蘭。Cottrell說：“有12個孩子演奏樂器，他們在演奏時應(yīng)當(dāng)同其他人演奏的一樣。Khalil注意到，那些有注意力缺乏癥的孩子在同步性方面要做的差一些。他猜想，教這些患有注意力缺乏癥的孩子加麥蘭是否有助于在一定程度上提高這些孩子的注意力，所以加麥蘭計劃也就因此誕生。”
該中心其他的研究包括：通過訓(xùn)練患有孤獨癥的兒童是否可以提升他們的社交能力、嘗試開發(fā)能夠讀懂學(xué)生面部表情的機器人從而增強現(xiàn)有的智能輔助系統(tǒng)，以及探明當(dāng)人們成為某種認知技能的高手時他們的大腦發(fā)生了什么樣的改變。
科學(xué)家認為，更好的了解時間和時機在短至毫秒長至幾年的范圍里的作用，將可能被應(yīng)用到教育領(lǐng)域，并使得孩子們在學(xué)校里以至最終在人生中獲得成功。
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