学习的神经学基础.doc

學習的神經學基礎成大醫學中心小兒部主任陳永榮醫師學習是主動的歷程，包括耳、眼睛、和其他輸入通道等感覺系統、資訊內容、過去經驗、注意力、集中力等因素，共同運作的結果。有效的學習必須有目標和策略。學習態度可分為兩種表面學習與深入學習。成功的學習者具有自我處理與自我調節的兩項特色。大腦是學習的主要器官也是發展中的器官大腦是學習所須的構造或模型所組合而成。大腦在出生後仍繼續發展，這是由遺傳基因所掌控，約二十歲左右大腦才達到完全成熟的階段。出生四年內發展最快，腦重量可增加一公斤。大腦可分四區枕葉、顳葉、頂葉、額葉；枕葉是視覺處理區，頂葉掌管動作、方向、計算和物體辨認等功能。顳葉是負責認知、情緒、自律神經功能和記憶功能，聲音和語言理解有關。額葉占大腦半球的30%，有布羅卡區（內部語言）、圖像書寫運動區、眼運動區是負責思考、概念的形成、計畫的執行，並連接至邊緣系統，所以在有意識的情緒上扮演重要角色。基本功能：(1) 計畫未來、(2) 查覺危險之存在、(3) 抑制基本需求、(4) 集中注意力。學習新事物或技巧要達到熟練的境界，須要腦的局部更分化，使運作得更有效率，達到圓滿程度。例如在幼兒期，鏡像干預是一種特異的早期動作模式，因腦部發育尚未成熟所致，會影響動作學習。這種現象於優勢大腦半球建立後就會消失，主要是動作執行側的大腦半球，透過胼胝體，抑制對側大腦的干擾，動作就能順利完成，這就是交互大腦抑制現象，一般在三至七歲時就可以出現。所以與學習有關的主要功能，即知覺、辨識、理解、意識、注意、覺醒、智能、語言、思考、概念形成、推理與決策、短期和長期記憶、情緒知覺、感受、表達、動機等，多由大腦來執行完成。經由腦傷病人的研究，發現在大腦的特定部位有病變的病人，常有特殊類型的功能障礙，所以學習障礙可能是大腦神經組織受損所致。例如語韻學之運作：左大腦外側裂周圍 (失認症)執行功能：前額葉 (注意力缺損)空間認知：右後大腦半球 (特殊的數學、手部書寫障礙)社會認知：邊緣系統、眼球和右大腦半球 (自閉症)長期記憶：海馬、杏仁核 (失憶症)Types of Learning 學習類型運動、情緒、和認知的學習分別由各種不同的神經迴路負責，而新的行為模式可能是神經發育成熟的結果或是環境經驗促成的。1. reflex behavior-反射行為不須要環境經驗或重覆操作，依賴神經系統的成熟度而出現或消失。嬰兒有反射性情緒行為存在。有外感和內感。2. preprogrammed behavior未程式化行為對於特殊情境事件之固定反應。3. conditioned behavior制約行為須要環境經驗，和保存在記憶，當愉悅或不快等情緒可加強其效應，但不須要瞭解或認知學習內容之意義。4. true learned behavior真正學習行為包括運動、情緒、和認知的學習。Motor learning 動作學習運動技能的學習有賴大腦額葉、小腦、基底核的配合運作。運動設計位於前運動區，語言在布羅卡區（內部語言）， 書寫在圖像運動區；動作之執行在前中央運動帶，但也須要小腦協助調整運動的力量、速度、方向，和基底核調配動作的開始、結束之節奏。連貫性動作須要補充運動區的配合。運動技能的學習須經歷四個時期：1. 單獨之單一動作，2. 連貫動作成為一項技術，3. 增快速度與流暢性，4. 增加韻律或情緒的涵意。* 動作學習須要專注（注意力）、意識清醒、動機（實用性）、和練習。運動技巧與認知無關，不必依賴符號或語言系統，而依靠已建立的動作模式之連貫記憶。學習語言的運動系統-整合了從布羅卡區發出的訊號到大腦皮質運動區，以及嘴唇、舌頭、顎部的肌肉、發聲器官和呼吸器官。所以，大腦皮質運動區、布羅卡區、補充運動區是學習語言動作技巧的重要部位。辨識語音的工作在視丘及聽覺皮質進行，然後被送到語言區處理，而環境的噪音、音樂和非語言的聲音，則送到右腦處理。語言皮質位於左腦四周圍繞聽覺皮質，佔顳葉的大部份，並伸入頂葉和額葉；有兩個主要的區域，即威尼基區負責語言的了解，布羅卡區負責語言的表達。在兩歲左右，兩個主要的語言區的通路開始活動，在額葉靠近運動皮質之控制下顎喉頭與舌頭與嘴唇的部位，負責協調附近運動皮質來發音說話。語言開始時，是兩個腦半球發展到五歲左右，百分之九十五將轉移到左腦，而右腦由其他功能取代如手勢等。 Cognitive learning認知學習內容有知覺、辨識、理解、口語推理、決策、記憶、符號結構語言 。 Consciousness (Arousal)意識或清醒負責區：網狀活化系統與分隔核：腦幹、視丘、分隔這些部位須要穩定的能源供應。網狀構造, 海馬, 與基底核是腦部最高的氧氣吸收區。大腦皮質之覺醒度減低會造成嗜睡、倦怠，有些是藥物如抗癲癇藥引起的。Attention注意負責區：視丘核與前額葉在思考運作上須要特定主題、意識清醒、短期記憶等配合Memory 記憶依記憶內容可分外顯記憶與內隱記憶Explicit memory 外顯記憶(declarative memory)關於事件和事實的訊息，可以口語傳述。Implicit memory 內隱記憶-動作方面的學習，可藉改良執行效果表現出來。依記憶保留時間分為：短期記憶和長期記憶Short-term (Labile memory)短期記憶數秒至數分鐘，從環境中知覺而取得新資訊Long-term (stable memory)長期記憶天、年、或更久，類似電腦中的硬碟，永久儲存，不受睡眠、麻醉影響，但大腦皮質的特定部位若受損就會影響長期記憶記憶的儲存必須是連續性的，因記憶的連續才有時間的概念，如現在與過去之分別。記憶喪失有回溯性失憶(retrograde amnesia) 與前衍性失憶 (anterograde amnesia)Search and Save搜尋與儲存搜尋是從陳舊記憶中的事件回憶成短期記憶，主要是依賴額葉與網狀構造；儲存指新的事件、概念或推理，由短期記憶轉成長期記憶保存，由前顳葉特別是海馬負責。*兩側杏仁核與海馬受損：短期記憶是正常，但無法長期保存，動作學習保存著，所以可以學新的運動技巧。*長期記憶無法保存的原因：破壞大腦皮質的構造如皮質發生異常，或是因缺氧缺血、重度外傷等引起的神經細胞壞死以致破壞大腦皮質。手術切除單側前顳葉或顳葉內側：這部位有高glutamate麩氨酸鹽含量，所以對缺氧非常敏感。若在左側，則無法儲存語言資料；在右側，則無法儲存空間資料。兒童癲癇中有60% 個案會合併有學習障礙，記憶受損是很常見的原因，由於海馬或顳葉內側硬化所致。 Normal development of reading正常閱讀發展閱讀的必要條件：良好的視力、正常眼球運動、口語和文字之音韻的理解、短期記憶。閱讀是一項學習而來的技能，必須學會辨識字體形狀、分析文字的音韻。閱讀的功能必須有效的整合大腦之視覺與聽覺記憶，枕葉之視覺區與視覺聯合區間之結合經胼胝體傳送。閱讀能力類似口語能力是逐漸進步，一直到十二歲左右。正常書寫能力發展的三個階段(1) 正確拼字精細動作和拼寫動作的完整 。(2) 增加口語記憶和提高拼寫單字 、句子和寫短文章的程度。(3) 增加構想、修改、和撰寫文章的能力。書寫包括書法, 拼字, 作文，是兒童最後發展的技巧，在語言發展異常中持續最久，也是後天性腦疾病人最容易喪失的一項功能。正常計算能力的發展數目與文字代表兩種不同的意義，孩童經過一段時間逐漸體會兩者之關係，計算方法首先是數，這必須具備有相當的語言技巧和空間技巧。尤其空間技巧是很重要，可用來代替手指；另外，概念的發展、注意的焦點、記憶的期間、運作的速度、計算的精確等，提供更複雜的計算方法，即算術。先有數的概念然後才數的正確，即先有數目運算的概念，然後才會回想起算術的事實。正常兒童的計算能力，有很大的差異性存在，3.5-4y歲會算四個方塊， 5 歲時會十五個。若十歲半還不會乘，十三歲不會除就算是計算能力遲緩。*Learning Disorders in Children 學習障礙學習障礙是指對於所看到的和所聽到的訊息之解讀能力，以及腦內各部位訊息的聯繫受影響，顯現出學習上的困難如口語、閱讀文字、協調動作、自我控制或注意力等，這些會影響學校課業的效果。學習障礙可能是終生狀態，所以有些會影響個人的學校功課、日常生活、家庭生活、交友和遊戲等。學習障礙的兒童有些是多種類的障礙發生，但有些只有單獨的學習問題，則對生活層面的衝擊較少。學習方面發生問題並不一定就是學習障礙。很多小孩只是單純在學會學習的技巧上較為緩慢，正如兒童在發展過程有快慢的差別。所以學習障礙的診斷必須具備一些條件。Kinds of Learning Disorders學習障礙的種類1. 語言發展障礙2. 學習技能障礙：包括閱讀障礙; 書寫障礙；計算障礙3. 其他：如過動、注意力不足、協調異常等Types of Learning Disabilities 學習能力低落之類型視覺視知覺、記憶、反轉、追視、辨識。聽覺聽覺連續, 記憶、中樞聽覺運作、語言問題運動大小肌肉協調與感覺整合的困難組織排列、空間處理概念抽象、推理、執行、分析、合成、評估作業非語文視空間與非語言作業數學數目概念的演算學習障礙之原因一、外在因素社會與經濟的剝奪、語言差異、不適當或不足的學前教育、對於學習有情緒障礙。二、內在因素發展遲緩如特殊語言問題、注意力不足過動症，中樞神經系統之器質性缺損，自閉症，杜瑞氏症候群，廣汎認知遲緩等。三、混合因素內在與外在因素合併。Imaging in Specific Learning Disorders 影像學檢查ADHD: 注意力不足與過動紋狀體區域低灌流但感覺與體感覺區是高灌流，尾狀核大小不對稱右側較左側大，胼胝體先天異常。Autism:自閉症額葉與頂葉