—《早期儿童发展》2022年第4期—

摘要：本文从早期数码使用经验对大脑执行功能影响的行为研究、磁共振（MRI）研究、近红外技术（fNIRS）研究三方面对国际范围内相关文献进行了全面梳理和分析，探讨早期数码使用经验对幼儿执行功能影响的脑与认知研究前沿。根据分析结果提出以下建议：针对数码使用对幼儿大脑的影响开展更为深入的脑科学研究；在科学研究基础上制定支持幼儿合理使用数码设备的指南；监控幼儿可及的数字媒体内容，创造良好的数码环境；指导家长建立良好的家庭环境，正向引导幼儿使用数码产品。

关键词：幼儿  数码  执行功能

作者:

自2007年智能手机问世以来，人类经历了一场爆炸性的数字革命（digital revolution）。各种易于携带的数码设备(智能手机、平板电脑、笔记本电脑等)、5G移动和万物互联网相继出现，人类文明从此进入“数码时代”（digitalera）。过去十年，数码设备已成为人类生活和学习的必需品，同时也走进幼儿的日常生活。但是，21世纪以来，教育界基于对幼儿身心健康的考虑，对幼儿是否可以使用数码设备存在争议。自2019年底新冠肺炎疫情暴发以来，为减少人员聚集，世界各地幼儿只能使用数码设备在家进行线上学习，再讨论幼儿是否可以使用数码设备已毫无意义。不过，全面评估与分析早期数码使用经验对幼儿大脑发育的影响显得至关重要。本文在团队近年来一系列近红外研究的基础上，对国际相关文献进行全面分析与梳理，以期得出有重要参考价值的研究结论，为相关政策制定与决策提供科学依据。

一、研究背景和研究问题

（一）幼儿使用数码设备的现状与问题

自2010年以来，世界各国儿童逐渐成为“数码土著”一代^[1]。他们在婴幼儿阶段就接触各种数码设备，数码科技逐渐改变了其生活和学习方式。越来越多的幼儿开始使用数码设备看视频、玩游戏、听音乐或故事、学习、创作作品^[2]。例如，在英国，许多幼儿2岁时已开始使用平板电脑等设备，大约1/3的5岁儿童已经拥有自己的平板电脑^[3]。在上海，1~3岁幼儿家庭智能手机、平板电脑拥有率分别达96.5％、89.4%，其中近一半婴幼儿每天至少使用一次智能手机，36.8%的孩子每天至少使用一次平板电脑^[4]。此外，新冠肺炎疫情的暴发极大增加了儿童使用数码设备的机会。2020年，我国约有92.7%的幼儿使用数码产品进行在线学习，其中，6.5%的幼儿每次使用电子产品的时间超过40分钟^[5]。2021年，我国大多数幼儿家庭中都有超过三台电子产品，其中最多的是智能手机、数字电视和平板电脑；53.4%的幼儿能够自己看电视，53.6%的幼儿能够独立操控智能手机或平板电脑，36%的幼儿会自己玩数字产品中的游戏^[6]。

随着数码设备日渐普及，许多家长开始担心早期使用数码设备会给儿童发展带来巨大的负面影响，如损害儿童的视力、影响学业发展等^[7][8]，这些担心并不是毫无理由的。研究表明，不当使用数码设备确实会给儿童带来许多负面影响，如导致儿童数码上瘾^[9]，注意缺陷综合征和强迫症^[10]、压力^[11]、焦虑、抑郁、自恋^[12]、自卑^[13]、学业水平低下^[14][15]等。以印度为例，疫情期间中小学生平均使用数码设备的时长为2.11小时/天，数码上瘾发病率为28.1%^[16]。

然而，也有大量研究表明，适当使用数码设备能够有效促进幼儿多方面发展。例如，促进幼儿的语言和交流能力、创造力、数学思维和问题解决能力，以及合作与读写能力等方面的发展^[17]。Rocha和Nunes(2020)对有关儿童数码设备使用的11份研究成果进行了系统性综述，得出的结论是：5岁以下幼儿使用数码设备弊大于利，尤其是过量使用，更会造成身心伤害^[18]。因此，近年来，有关幼儿使用数码设备的影响的脑科学研究逐渐展开。但是，由于实验对象、设计与脑成像技术的不同，这些脑科学研究的结果还存在许多不一致的情况^[19]。本文就是对此问题进行深度剖析，以期达成相关的科学结论。

（二）幼儿的执行功能

执行功能（Executive function，EF）指大脑特定的认知、转换、自我调节功能，可以在分心时控制和引导注意力，调节情绪反应，抑制行为对环境需求的反应和实现目标^[20][21]。简言之，执行功能是个体为了执行目标导向的行为而有意控制注意、思维及行为的心理机制^[22]。这种机制可以帮助个体在执行复杂任务时保持专注、排除干扰，记住信息、切换规则并进行自我监控，从而以更加灵活和优化的方式达成预先设定的目标，被誉为“大脑的交管系统”^[23]。执行功能的发育始于婴儿期^[24]，一般认为是由大脑前额叶和前扣带皮层等区域处理。执行功能主要包括认知转换、工作记忆和抑制控制能力三大成分^[25][26]。

执行功能是决定幼儿认知与学习成功的关键环节^[27]，控制其认知、情感和行为发展，能够预测其入学准备、未来学业表现、情绪调控和同伴交往等多项发展指标的状况^[28-30]。张莉（2015）对上海市269名幼儿的研究表明，执行功能对学习品质、早期语言能力和数学能力均有显著正向预测作用。这是因为幼儿的学习需要高度协同与整合的认知过程，包括保留和使用新信息，保持集中而灵活的注意力，并较好地控制自我，最大程度避免受到外界干扰或出现不利于达成目标的冲动行为^[31]，而这些恰好是执行功能的重要成分。因此，执行功能水平较高的儿童，更容易在早期学业发展中获得成功^[32]；而执行功能缺陷则会给幼儿的学业成就、同伴关系带来不良影响，还会导致一系列行为问题^[33]。

虽然执行功能的发展贯穿于个体的整个生命周期，但诸多重要发育都集中在幼儿期（3~6岁）^[34][35]，因此，幼儿执行功能研究成为当前国际心理学界最为热门的研究领域之一。随着幼儿数码设备使用时间和频率的增多，一些研究者开始关注数码设备使用对幼儿执行功能的影响。那么，使用数码设备究竟会对幼儿执行功能产生何种影响？我们又该如何根据研究成果制定幼儿数码设备使用规则以及相关政策？本文通过对已有研究的全面综述以得出相关结论。

二、早期数码使用经验对幼儿执行功能影响的研究进展

（一）数码设备使用对幼儿大脑执行功能影响的行为研究

有些学者通过行为观察测验研究幼儿的执行功能，探究早期数码设备使用对幼儿执行功能的影响。其中，常用的行为实验任务有多维分类卡片任务^[36]、心理旋转加工任务^[37]、空间寻宝任务^[38]、消失的动物工作记忆任务^[39]等。然而，由于实验任务与对象不同，现有的研究结论并不一致。有研究表明，用数码设备玩游戏、使用教育类App有助于幼儿执行功能的发展^[40][41]。然而，更多研究表明，过多使用数码设备对婴幼儿执行功能有负面影响^[42-44]。例如，Zimmerman和Christakis研究发现，3岁以前幼儿看电视的时长与其6~7岁时的执行功能呈显著负相关^[45]。Hermawati等人（2018）(对2岁以下幼儿进行了实证研究，发现若每天观看屏幕时间多于3小时，幼儿会出现注意力问题和多动等症状^[46]。此外，还有一些研究没有发现数码设备使用与执行功能之间的联系。例如，Jusienė（2019）探究了各类数码设备使用时长与幼儿执行功能的关系。研究结果表明，不同类型的数码设备使用与执行功能之间并不存在显著相关^[47]。Antrilli（2018）等人也发现，在平板电脑上玩互动游戏并不会给婴幼儿的认知灵活性带来影响。这些研究结果的不一致很可能与使用数码设备观看的内容、使用时长、幼儿的年龄和家庭环境有关^[48]。

综上分析，现有行为研究结果倾向于支持以下三个结论。

一是内容非常重要。一些研究者认为，与数码设备本身相比，数码媒体的内容才是影响执行功能的决定性因素，观看不同媒体内容会对幼儿执行功能产生不同的影响^[49][50]。Huber等人将96名2~4岁幼儿分为三组，一组使用平板电脑观看非教育类动画片，一组观看教育类视频，一组使用教育类App探索数学概念，并对幼儿的执行功能进行前测和后测。结果发现，不同类型的内容对幼儿执行功能的影响存在显著差异：使用教育类App组的幼儿表现出更好的抑制控制能力和工作记忆能力，但使用平板观看动画片组却没有表现出这样的积极作用^[51]。Barr（2010）的研究发现，观看成人取向电视节目的4岁幼儿表现出较差的执行功能，但观看适宜的幼儿节目时其执行功能并不会受影响^[52]。Rhodes（2020）等人调查了80名5~8岁幼儿在看电视之前和之后的执行功能，发现观看奇幻节目的幼儿在看电视后执行功能表现更差。因而研究者认为，观看不适宜的电视内容（如包含大量暴力镜头的奇幻节目）可能会损害幼儿的执行功能^[53]。

二是使用时间长短很关键。适度使用数码设备非常重要，使用设备过多、时间过长都有可能给幼儿的执行功能带来负面影响^[54][55]。McNeill（2019）对185名3~5岁幼儿进行了为期一年的追踪，发现每天使用数码设备超过30分钟与每天使用数码设备少于30分钟的幼儿相比，抑制控制能力更差^[56]。这很可能是因为父母常使用数码设备安抚幼儿^[57]，致使幼儿自主调控的机会减少。另外，执行功能是在各类活动（如操作活动、想象力游戏等）中快速发展的能力，使用数码设备过多会极大压缩其他对幼儿认知发展有重要作用的非数码活动，从而阻碍其执行功能的发展^[58]。上海交通大学的江帆教授团队(2022)追踪了152名6~72个月幼儿分别在第6、9、12、18、24、36、48、72个月龄时的屏幕使用时间，并研究了屏幕使用时间与幼儿72月龄时的认知发展和社会—情感能力之间的关系。根据幼儿的屏幕使用时间，研究者将幼儿分为三组：屏幕时间“持续较低”组（continued low），屏幕时间“前期增长”组（early increasing）及屏幕时间“后期增长”组（late increasing）。结果发现，屏幕时间前期增长组和后期增长组在认知能力和多动两方面均表现更差。作者认为，这是因为过多屏幕暴露给大脑负责认知控制的区域造成了负面影响，减少了幼儿在日常生活中进行主动认知加工的机会^[59]。

三是幼儿年龄和家庭环境很重要。幼儿年龄和家庭环境也会影响数码设备的使用，进而影响幼儿执行功能的发展。有研究表明，数码设备的使用对不同年龄的儿童影响效用不同。例如，Linebarger等人（2014）发现，随着观看教育类电视节目时长的增加，6~8岁儿童的执行功能进一步提升，但2~5岁的儿童则没有表现出这种趋势^[60]。此外，Jusienė（2019）研究不同类型数码设备使用与幼儿执行功能的关系时，并未发现显著的相关性。Jusienė解释说，这是由于该研究选取的研究对象的家长大多（170/190）受过高等教育，更倾向于为幼儿提供适宜其年龄特征的高质量内容^[61]。

（二）数码设备使用对幼儿大脑执行功能影响的磁共振研究

为进一步探究数码设备使用经验对执行功能影响的脑机制，一些研究者采用各类脑成像技术（如EEG、PET、SPECT、MRI、fMRI）对不当使用数码设备甚至上瘾的个体进行了研究。其中，磁共振脑成像技术（MRI）和功能性磁共振脑成像技术（fMRI）是使用较多的研究技术。研究表明，同酒精上瘾一样，网络上瘾者在使用数码设备时，大脑会快速分泌大量多巴胺，一旦减少使用或发生戒断，多巴胺的分泌会急剧减少^[62]。在这个过程中，大脑中负责奖赏的伏隔核、负责动机的眶额皮质、负责记忆的杏仁核和海马体、负责认知控制的前额叶皮层和扣带回均会发生一系列复杂的变化。Kuss等人（2012）对18篇有关网络和游戏成瘾的脑科学研究进行了系统综述，结果发现从分子学层面看，网络和游戏成瘾表现为弥漫性的奖励缺乏，具体表现为多巴胺分泌水平下降；从神经元回路层面看，网络和游戏成瘾会因长时间激活与上瘾有关的脑区而导致神经适应和结构改变；从行为层面看，网络和游戏成瘾表现为控制认知功能的不同脑区萎缩^[63]。

由于核磁共振脑成像技术需要庞大的设备、较高的扫描条件（6岁以下婴幼儿需要在睡着的时候扫描，或至少保持15~60分钟静止不动）^[64]，以幼儿执行功能为对象的MRI研究相对较少。一些研究者采用核磁共振脑成像技术（MRI）对6岁以上儿童数码设备使用与执行功能的关系进行研究。辛辛那提儿童医疗中心的约翰·赫顿研究团队（John Hutton）2017年采用MRI研究了美国19名8~12岁儿童左视觉词形区（left visual word form area）静态联结情况。结果发现，观看屏幕时间越长，该脑区与言语及认知控制脑区的联结越弱，意味着长时间观看屏幕会影响儿童的语言发展^[65]。2020年，约翰·赫顿研究团队进一步通过MRI研究了52名3~5岁幼儿数码媒体使用与大脑皮层结构（大脑皮质厚度CT和沟槽深SD）之间的关系，结果发现，使用数码产品越多的儿童，其大脑枕叶、顶叶及缘上回的大脑皮质厚度及颞下回沟槽深度越小。这预示着，使用数码媒体越多，幼儿的某些高级认知技能（如语言能力、早期读写能力、移情能力等）可能越差。由此约翰·赫顿认为，早期使用数码媒体会影响大脑结构，而过度使用可能会导致幼儿高级认知技能发展滞后^[66]。

（三）数码设备使用对幼儿大脑执行功能影响的近红外研究

近年来，功能性近红外光谱技术（fNIRS，简称“近红外技术”）逐渐成为一种新兴的非侵入式脑功能成像技术。它比功能性核磁共振脑成像技术(fMRI)的时间分辨率更高、便携性更强，特别适合对幼儿进行研究。近两年来，一些学者开始使用该技术探索数码设备使用与幼儿大脑执行功能的关系。

Li等人（2021）近来采用多维分类卡片任务（The Dimensional Change Card Sort，DCCS）和近红外技术研究了平板电脑使用经验与幼儿执行功能的关系，对38名幼儿（平均年龄5岁）进行了执行功能行为测试和大脑近红外扫描。研究者首先通过家长问卷，将38名幼儿分为重度使用组（heavy-user，16人）、轻度使用组（low-user，14人）及未使用组（non-user，8人），然后请这些幼儿完成多维分类卡片任务。该任务要求幼儿根据实验者的指示，将一些卡片分别按照图形或颜色分类，以测试其执行功能。接下来，研究者采用fNIRS探测大脑在完成DCCS任务时与执行功能有关的脑区（布罗德曼分区第6、8、9、10、40及44区）氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbT）的变化情况。研究表明，在多维分类卡片任务中，从未使用过平板电脑的幼儿在完成DCCS任务时，正确率达到100%，显著高于重度使用组的幼儿（t-2.256，p<0.05）。fNIRS结果显示，未使用组幼儿血氧反应模式是正常的、健康的，而重度使用组幼儿的血氧反应模式是不正常的，类似于癫痫患者^[67]。

在这项研究的基础上，Li（2022）采用了全新的二次方程分析，重新分析了通过DCCS任务收集的fNIRS数据，全面、动态、精准地模拟幼儿额叶血氧反应模式。结果发现，二次方程比一般线性方程（GLM）更能精准模拟氧合血红蛋白的变化，这表明执行DCCS任务时，幼儿的血流动力学呈现出U形曲线。研究还表明，未使用组幼儿前额血氧反应模式与重度使用组相比，表现得更加专注和投入，BA8和BA9^①的大脑激活速度慢且稳定。这些研究表明，过多使用数码设备很可能导致幼儿额叶执行功能区域出现功能性甚至结构性病变^[68]。

三、政策启示

（一）针对数码设备使用对幼儿大脑的影响开展更为深入的脑科学研究

在梳理已有研究的基础上我们发现，虽然大量行为研究已提供间接证据，表明过度使用数码设备会导致幼儿执行功能受损，但源自脑成像研究的神经影像学证据相对较少。相较易受无关变量干扰的行为研究，脑科学研究的结果相对而言更为准确和严谨。目前国际范围内对幼儿使用数码设备开始了一系列脑科学探索，但依然有大量问题亟待进一步解决。首先，考虑到不同脑成像技术各有优点和缺点，下一步研究应考虑同时采用多种脑成像耦合技术（如EEG-fMRI-fNIRS）收集幼儿数码设备使用的多模态证据^[69][70]；其次，进一步关注数码设备使用对学前儿童执行功能影响的“剂量效应”，如数码上瘾、数码设备使用时间、使用频率、使用强度等因素单独或交互作用对幼儿执行功能的影响^[71]；再次，通过脑科学研究进一步明晰不同类型的数码设备及不同媒体内容使用对幼儿大脑执行功能的影响，如电脑、平板电脑、智能手机等^[72][73]；最后，通过脑科学研究进一步探讨不同认知水平（年龄）、不同家庭环境及学校环境的幼儿数码设备使用与执行功能的关系^[74][75]。

在数码设备使用对幼儿大脑功能的影响方面，我国的相关研究还非常少。有关部门应支持研究人员进一步开展跨学科、本土化的脑科学研究，探讨数码设备使用与幼儿大脑发展的关系，为我国卫生部门和教育部门制定相关政策提供坚实的理论依据，为幼儿教育工作者、家长支持和干预幼儿数码设备使用提供实证参考。

（二）在科学研究基础上制定支持幼儿合理使用数码设备的指南

为应对一系列儿童网络安全问题，多国制定了有关数码设备使用的相关政策和指南^[76]。2016年，美国儿科学会（The American Academy of Pediatrics，AAP）发布报告，建议限制各年龄阶段儿童的数码设备使用时间，并给家长和教师提出四条建议：控制数码设备使用机会、使用频率、观看内容及家长陪同观看^[77]。2021年6月1日，我国新修订的《未成年人保护法》正式实施，其中增设的“网络保护”专章（第五章）从政府、学校、家庭、网络产品和服务提供者等不同主体出发，对网络素养教育、网络信息内容管理、个人信息保护、网络沉迷预防和网络欺凌防治等内容作了规定，力图实现对未成年人的线上线下全方位保护^[78]2021年8月，国家新闻出版署发布《关于进一步严格管理切实防止未成年人沉迷网络游戏的通知》^[79]。同年10月，教育部办公厅等六部门也发布了《关于进一步加强预防中小学生沉迷网络游戏管理工作的通知》，就网络内容、落实防沉迷要求、校园管理、家校合作等方面提出了指导性意见^[80]。

这些法律及文件在防止未成年人网络沉迷、维护儿童网络安全方面有着里程碑式的意义。然而至今，我国尚未出台专门针对幼儿使用数码设备的指导性政策文件。《数字中国发展报告（2020年）》显示，我国有超过三分之一的小学生在学龄前就开始使用互联网，而且呈逐年上升趋势，随着数字时代的发展，孩子们首次触网的年龄越来越小^[81]。与成人不同，儿童大脑处于快速发展期，数码设备使用对大脑结构处于变化时期的幼儿影响更为显著^[82]。因此，国家卫生部门、教育部门等政府部门应在一系列科学研究成果基础上，借鉴国内外有关政策制定的成功经验，制定专门针对幼儿使用数码设备的指南，并通过多种渠道定期发布幼儿数码设备使用情况白皮书，提出指导性建议，推广科学方法，帮助幼儿父母、看护人、幼儿园教师等建立科学认知，学习干预或教育策略，共同促进幼儿的健康发展^[83]。

（三）监控幼儿可及的数字媒体内容，创造良好的数码环境

研究表明，观看包含暴力镜头、成人导向的电视节目或视频会给幼儿的执行功能带来负面影响^[84][85]，而使用互动性强的教育类App反而会促进幼儿执行功能的发展^[86]。2018年以来，以短视频平台为代表的数码媒体快速发展，渐渐取代电视和电脑成为视频内容传播的重要渠道。以短视频为例，中国互联网络信息中心报告显示，截至2021年12月，中国短视频用户规模达到9.34亿人，较2020年12月增长6080万人，占网民整体的90.5%^[87]。然而，很多短视频过于强调感官刺激，内容深陷低俗化旋涡^[88]，且其沉浸式的媒介环境，极易导致幼儿和青少年出现短视频上瘾等问题。虽然在国家政策的要求下，一些短视频平台推出防沉迷系统和“青少年模式”，但防沉迷的效应微乎其微^[89]。2021年，我国颁布了多项法律法规对短视频平台进行宏观治理，促进了短视频内容的提档升级。然而，升级后的短视频内容究竟是否适合幼儿观看，目前还没有任何研究或报告。中国儿童中心课题组（2022）的调查显示，我国部分脱贫地区33.6%的0~3岁婴幼儿平均每天屏幕时间超过1小时，大多用于观看抖音、快手等小视频^[90]。这些婴幼儿观看了哪些短视频内容，而这些内容又对其大脑产生了何种影响，目前我们并不清楚。未来除需要科学研究工作者进一步对此类问题进行深入研究外，相关监管部门还需要重点关注幼儿使用数码设备的情况，并多方协同，建立一套有效保护幼儿的数码环境监控工作机制，以保护下一代身心健康成长。

（四）指导家长建立良好的家庭环境，正向引导幼儿使用数码产品

研究表明，幼儿年龄和家庭环境是影响早期数码使用和执行功能发展的重要因素^[91][92]。6岁以前，幼儿的大脑处于快速发展期，对外界环境的感受性非常高^[93]。此时良好的环境刺激是诱发幼儿主动认知加工、建立前额叶皮层与其他脑区功能性联系的重要因素^[94]。大量研究表明，各类父母参与程度较高的认知活动，如早期阅读、积极敏感的亲子互动等，是促进幼儿认知发展的重要因素^[95][96]。因而，教育主管部门和幼儿教育机构应该在已有研究的基础上，指导家长建立适宜幼儿年龄特征的、积极、敏感、高互动的家庭环境，促进幼儿认知和非认知能力的发展。

与此同时，家长还需要发展出“数码育儿”能力^[97]，对幼儿的数码使用进行合理调控。例如，合理控制幼儿的数码使用时间^[98]，为幼儿提供高质量的数码内容^[99]，陪伴幼儿使用数码产品并与之讨论数码使用经历^[100]等。家长调控对提升幼儿数码素养有积极的促进作用^[101]，并能有效预防使用有问题的数码产品^[102]。当前，一些家长已开始采用一系列策略（如监督、引导、限制和共同使用等）对幼儿使用家庭数码进行调控^[103][104]，但依然有一些家长不清楚幼儿在使用数码产品时自己应该做什么、该怎么做^[105]。相关教育部门、社会组织和幼儿教育机构应为广大家长提供系统的培训和指导，从而支持家长对幼儿数码使用进行直接、正向的引导。

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