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可以说，学习的神经机制有赖于突触的形成。由于突触的修剪遵循“用进废退”原则，因此一次或者几次刺激所建立的神经连接很快就会消失。只有刺激或信息在脑内重复的次数足够多，神经元之间的活动足够多，连接他们的突触才能足够稳健。在经过大量重复刺激后，神经元对这些刺激会产生高效优化的反应，这样不同脑区之间的脑回路逐渐形成，也就完成了“学习”过程。所学的知识在脑内“嵌”得越深，我们就越容易回忆和使用它们，这是学习发生的主要生理机制。就如同我们来到一个陌生的地方，需要反复通过查看地图、向当地人问路以及实地探查等方式来熟悉方位，通过了解去某地的路线及其周围的环境，来学习并记住和这个地方相关的人和事。
无论是神经元之间的连接，还是人脑不同区域间的协调配合，可以说学习过程其实就是通过练习让脑细胞学会同时放电的过程。从这个意义上说，儿童青少年的学习活动需要一定量的重复，来加强神经元之间的连接，促进脑不同区域之间的协调配合。这就是儿童青少年的学习：尝试寻找新的刺激，通过刺激建立新的神经元连接，在不断地修正这些连接的过程中，形成越来越成熟、稳定的人脑网络。
我们知道，一个婴儿从出生开始，几乎就像一张白纸。那么，他们是从什么时候开始学习的？又是以什么方式进行学习的？这里我们要介绍人脑学习的两种方式：模仿学习和统计学习。
儿童的学习过程究竟是如何开始的？也许从出生之后就已经以模仿的方式开始了。当父母对着出生仅40分钟的婴儿伸舌头的时候，虽然婴儿还不知道什么是舌头，之前也没看过伸舌头这个动作，却可以本能地以吐舌头的动作作出回应。而在随后的几个月里，婴儿很快可以模仿父母和家人的其他行为，比如微笑、拍手等等。
尽管我们能够预料到这些行为的发生一定取决于脑，但其中的脑机制一直是不解之谜，直到科学家发现了镜像神经元。
镜像神经元的发现，需要追溯到20世纪90年代，可以说是意大利神经科学家在研究猴子运动皮层活动时的意外发现。
科学家希望通过教会猴子剥花生，来观察它们的大脑是如何调控手部动作的。按照预想，猴子要完成剥花生的动作，就需要激活大脑额叶的预动区，启动之前某些时候已经学会的动作顺序，从而激活大脑中与这些动作有关的运动皮层，并发送指令激活完成这些动作所需要的特定肌肉。但是，让科学家意想不到的是，他们发现当一些猴子只是看其他猴子做这些动作时，它们大脑的预动系统也被激活了。科学家推断：在我们观察他人时，大脑特定的肌肉和脑区也会得到相应的激活，而这些肌肉和脑区与被观察者激活的区域是重合的。在后期研究中，这些起预动作用的神经元系统，就被称为镜像神经元系统。
现在我们已经知道人脑有一个遍及所有感知系统、极其复杂的镜像神经元系统，使得我们可以模仿他人的行为、复现他人的体验、了解他人的情绪、领悟他人的内心世界。婴儿之所以能在出生后40多分钟就可以模仿伸舌头，也是因为他们在看到父母的行为时，就会自动地激活脑中的镜像神经元，而镜像神经元的启动进一步激活了婴儿吐舌头的运动神经元。
镜像神经元系统的存在帮助我们解释了婴幼儿是如何学会说话的。在听到别人的话语时，婴幼儿的脑中便会激活发音吐字顺序相同的区域。因此有研究者提醒初为父母者，在教婴儿说话的时候，不要只是丢给他们一个录音机或者讲故事机，而是要抱起婴儿，和他面对面保持眼神接触，同时以缓慢的语速、悦耳的声调、夸张的口型，时而加重语气，时而重复词句，娓娓道来地和婴儿沟通。这样的言谈方式能吸引婴儿的注意力，更有助于他们启动镜像神经元系统，促进语言的学习。
镜像神经元还可以帮助解释为什么我们可以津津有味地观赏或预测那些体育、舞蹈、音乐名家所展示出来的独门绝技。虽然我们自己无法做出这些高超的技术，但我们脑中的镜像神经元系统却会积极地帮助我们，在观看大师精湛技艺的时候，构建脑中相应的动作模式。当然，如果此时个体恰好正处在某个机能形成的关键期，他们就可以通过模仿、学习和反复练习，循序渐进地掌握这项技能。
从模仿他人的行动中学习是人类文化的一种根本机制。儿童在观察别人的言行、看别人训练时，也在激活和塑造自己脑中相应的脑区。比如家长和教师应该都曾经注意到，小孩子总是会聚精会神地关注大孩子的动作，并尝试模仿；再比如有的儿童专注地看同伴动手组装玩具，此时虽然他自己没有亲手去动手操作，但是他脑中和动手组装玩具有关的脑区都会活跃起来。也就是说，儿童在观察别人组装玩具的过程中，通过观察别人的言行，学到了新知识。
从这个角度出发，家长和教师日常生活中的行为和言谈，其实也都是给儿童青少年做出的示范。想象当他们一年365天都在目睹着我们的举动，我们会对他们产生什么样的影响？他们又将会受到什么样的熏陶？这就提醒家长和教师，那些我们引以为傲的行为，那些我们期待儿童青少年能做好的事情，我们自己首先要做好，给儿童青少年榜样的力量。反之，那些我们自己都不认同的事情，不希望儿童青少年去模仿学习的行为，就要少做，哪怕只是一些无关痛痒的事情。古人云：莫以恶小而为之，莫以善小而不为。对于模仿学习中的儿童青少年来说，家长、教师以及身边重要成年人的以身作则，尤为重要。
1996年《科学》（
Science
）杂志上发表了一篇文章，
研究者给八个月大的婴儿听一些无意义的人造语言，bi-da-ku-pa-do-ti-go-la-bu-bi-da-ku……这些人造语言之间并没有刻意地停顿，只是同一个单词内几个音一起出现的概率，大于那些在单词边界上不属于同一个单词的两个音出现的概率。研究者让家长抱着8个月大的婴儿，用一个蓝色企鹅吸引他的注意力，同时播放希望让婴儿学习的人造语言声音。当婴儿听到多次重复出现、已经学会的声音（比如bi-da-ku时），就会看向没有蓝色企鹅的另一边，而另一边有一个大熊猫敲鼓的玩具，这时就会开始发光并敲鼓，意思是鼓励婴儿“学会了”。通过这个实验，研究者发现婴幼儿学习语言是利用统计规律的。
如果以婴儿学习中文为例，可以理解为婴儿能够把妈妈说的一连串的声波理解成一个个独立的词，并且统计出来。比如“宝”和“贝”经常是一起出现的，所以“宝贝”是一个独立的词汇，尽管他们也经常听到“可爱的宝贝”或者“亲爱的宝贝”，但显然“的”和“宝”在一起，并不是一个独立的词汇。我们也可以理解为，这就是语感形成的过程，通过统计出现的概率，总结出某种语言的规律。
这也就提醒我们，在教授儿童时，应该选择符合儿童脑学习规律的方法。考虑到儿童是靠统计概率的直觉来学习的，我们在教授新知识时，就应该给他们足够的时间和空间，去反复接触新的信息和刺激，让他们的脑有机会通过统计学习的方法，总结出自己所理解的规律，而不是不顾他们认知发展的特点，直接教授复杂的知识，特别是难以理解的原理和公式。