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随着科学的发展，现代脑成像技术让我们可以清楚地看到人脑的全貌。脑最外层呈现灰色，称为“灰质”；而在中间地带则是一片白色的区域，称为“白质”。从微观层面来看，组成灰质的，是脑神经元和脑神经元之间的连接件；组成白质的，只有神经元之间的连接件。灰质关系到一个人的认知能力和处理信息的能力；白质的作用则主要是把大脑发出的信号传递给脊髓神经，从而给身体下达行动指令。
准确地说，脑（brain）包括大脑（cerebrum）、脑干（brain stem）、小脑（cerebellum）以及包含丘脑（thalamus）和下丘脑（hypothalamus）在内的间脑（diencephalon）。从宏观结构上，大脑（cerebrum）可以分为四个区域，分别负责不同的功能，按照从后往前的顺序，它们分别是后脑勺的枕叶，两侧耳后的颞叶，以及头顶的顶叶和额头部位的额叶（图1-1，另见彩插）。位于后侧区域的枕叶和颞叶，是大脑的视觉与听觉中枢，前侧区域的顶叶和额叶，分别负责躯体的感觉运动、多项任务间进行切换和大脑的认知、决策等功能。除此之外，边缘系统（图1-2，另见彩插）也是人脑重要的组成部分，包括杏仁核、海马体等脑结构，是我们感知外界刺激和情绪的十字路口，和额叶协同处理我们的情绪。
图1-1 大脑的分区
图1-2 人脑边缘系统
了解了脑的结构，我们还希望了解脑是如何工作的。如果我们把人脑比作一辆汽车，那么不同脑区就像是汽车里的零部件。要让这辆汽车在马路上安全行驶起来，一些关键的零部件必须正常运转。同样地，想让儿童青少年的大脑高效运作，也需要一些关键脑区积极参与到学习活动中来。
首先，足够的燃料是发动汽车所必备的。对于儿童青少年来说，想要大脑调动思考，给身体发送正确指令，并行动起来，也要有足够的燃料。这些燃料既包括希望、快乐、期待等积极情绪（引发学习、交往等行为），也包括担忧、紧张、害怕等消极情绪（引发远离和躲避危险的行为）。位于人脑深处的边缘系统就是产生各种情绪情感的区域，我们可以把边缘系统看成是人脑这辆汽车的油箱，为我们提供情感上的燃料。边缘系统的杏仁核是产生情绪、识别情绪和调节情绪的脑区，在青春期初期开始迅速发育，容易受到激素（比如性激素和肾上腺素）的影响，从而造成青少年情绪上的波动。因此，青少年的脑更像是一辆配备了超强引擎的汽车。
但是，一辆汽车要想跑得稳，不能光马力强劲，还要有第二个必备装置，也就是一个强大的刹车制动系统，来确保行驶安全。大脑中前额叶皮层就是这个类似于刹车的制动系统。在大脑发育的过程中，前额叶皮层成熟的时间最晚，它同时关系到很多高级的认知功能，包括负责制定计划、作出决策、控制冲动等，堪称大脑里的司令部。很多脑科学家认为，人类之所以是万物之灵，就是因为我们有着地球上最发达的前额叶皮层。在所有的动物里，人类的前额叶皮层占比是最大的，它占人类大脑的30%。而在黑猩猩的大脑里，前额叶皮层只占大脑总量的11%；在狗的大脑里占7%；在猫的大脑里，只占3%。
当然，发育不够完全的前额叶皮层，也就意味着制动系统的性能不足，表现在现实中，就是比较容易冲动甚至失控。对于儿童青少年来说，边缘系统已经发育到比较完善的水平，但是前额叶皮层还没有完全发育成熟，也就是说他们大脑这辆汽车的刹车系统跟不上强大的动力系统。所以这辆汽车在需要停车的时候，经常控制不住自己，这也就是为什么青春期阶段的孩子情绪控制能力较弱，往往前一秒还很开心，下一秒就可能泪流满面或怒不可遏。
第三，一辆汽车要想正常行驶，还需要随时根据路况灵活调整车速，也就是说需要配备一个变速系统，可以让汽车在不同的行驶速度上自由切换。我们脑中的前扣带回就堪称是人脑汽车的变速杆，它关系到脑的认知灵活性，让我们具备切换注意力的能力，把注意力从一项任务转移到另一项任务，从一个观点转移到另一个观点。前扣带回在儿童青少年阶段发育也尚未完全，因此我们会看到有些青少年在注意力分配上存在困难，或者在很多时候拒绝尝试新事物、拒绝改变，容易在某一件事上纠结，久久难以走出。有研究者提出，很多人之所以墨守成规，不敢尝试创新，不是因为缺乏创意，而是和脑前扣带回激活程度低有关，使得他们缺乏认知灵活性，无法把注意力转移到新事物上。
人脑汽车已经具备了燃料、刹车系统和变速系统，但是具备这些还远远不够。因为任何马路，都不可能只跑一辆车。要想跑得快，跑得稳，还必须协调好和其他汽车之间的关系，变道时确保前后没有车辆，行驶时保持合理的车距。这时给车辆配备上全套的后视镜，就可以让我们观察到前后左右其他车辆的行驶情况。让人脑这辆汽车顺利行驶的第四个脑区就是颞叶，它的功能类似于汽车的后视镜，可以帮助我们处理和整合各种外界信息，从而更好地维持跟外界的社交关系。脑科学领域也把颞叶称为“大脑的扶手”，意思是说颞叶如同椅子的扶手一样，可以协助我们察觉辅助性的社交线索。比如在和别人说话时，其他脑区可以帮助我们理解这些话的字面信息，但是颞叶会协助我们理解说话者的语气、腔调、音量，识别这些隐藏在信息背后的微妙情绪。
颞叶的成熟早于前额叶，所以随着年龄增长，大部分儿童青少年在人际交流的过程中能够学会觉察和识别很多非言语信息。但对于颞叶功能不足的儿童青少年来说，他们可能会存在社交方面的障碍，比如对语音、语调之类的情绪信息不敏感，无法读懂别人的面部表情甚至无法区分不同人的面孔等等。由于无法收集对方传达的信息，他们在表达自己的想法时也存在困难，于是造成人际交往上的困难。这就像开车的时候，由于缺乏后视镜的辅助，我们就无法观察前后左右的其他车辆，也就难以避免地发生一些剐蹭和碰撞。
第五，一辆汽车要想跑得稳、具有良好的驾驶体验，还需要有较强的自我协调性，这就需要再给这辆汽车配备一套良好的传动装置。在我们的脑中，负责让身体各个部分协调运转的传动装置，就是小脑。
小脑位于大脑后端的下面，只占全脑的20%，但它的神经元数量，却占全脑的80%。
作为协调脑活动和身体行为的传动装置，小脑负责协调全身的肌肉和运动，让我们有条不紊地完成复杂的动作任务，比如打球、跳舞、喝水、走路等。小脑还负责存储有关自动化行为的记忆，比如我们能够不看键盘打字、边骑自行车边和别人聊天、随手快速系鞋带等。由于小脑的自动化加工，这些行为可以熟能生巧，越练越敏捷，越练越精确，越做越省力。此外，小脑还负责协助认知处理，协调和微调人们的思维、感觉和记忆，通过连接执行心理或感觉任务的区域，让我们能够自然而然引发所需的必要技能，不必靠意识瞻前顾后地考虑活动细节，这样大脑就可以腾出更多空间去关注其他心理活动，从而扩大了我们的认知范围。可以说，人类认知能力的扩大多半归功于小脑，因为它使很多心理活动实现了自动化。
对于儿童青少年来说，小脑发育成熟得较早，初中阶段的学生已经能够很好地完成和掌握多种运动技能。想要更好地发挥小脑协调身体和大脑的作用，发挥小脑心理活动自动化的优势，从而让儿童青少年的脑可以投入到新知识和新技能的学习上，家长和教师就一定要重视并鼓励儿童青少年规律地参加体育锻炼，不断强化小脑功能。
现在人脑这辆汽车的主体零件已经基本凑齐了，但它还缺最后一样东西，就是应激装置，包括安全气囊、自动刹车等等。应激装置非常重要，因为一旦发生突发情况，它能够确保驾驶员的生命安全。我们脑中的基底神经节就是这个应激保护系统，它的主要作用之一就是在我们遇到突发状况或者危险的时候，让身体做出适当的反应，比如面对惊喜，我们会兴奋地跳起来；面对威胁，我们会出于本能想要逃跑。
以上我们借助汽车的比喻，了解了人脑中六个重要的脑区：边缘系统是油箱，提供情感上的驱动燃料；前额叶皮层是刹车系统，让我们有更强的自控力；前扣带回是变速系统，让我们的思考更灵活，能够随时切换注意力；颞叶是后视镜，帮我们识别社交线索，处理人际关系；小脑是协调和传动装置，帮我们协调思想活动和身体行为；基底神经节则是类似安全气囊的应激系统，让我们能合理地作出应激反应。当然，人脑的真实情况要复杂得多，这个比喻只是方便我们更好地理解脑的工作原理，从而帮助儿童青少年更加有效地激发脑的潜能。
从外观上看，脑的表面凹凸不平形成皱纹。陷下去较深的地方称为裂，较浅的地方称为沟，隆起的地方称为回。脑具有数量庞大的沟壑，使得脑皮层实际的面积在平铺之后，大概能达到一张报纸的大小。
一条从脑前到脑后的浅沟将脑从中间隔开，分成左右对称的两个半球。左右脑存在部分结构上的差异（如颞平面、脑外侧沟的差别），但更重要的是，左右脑在高级心理机能上有着不同的分工——比如左脑被认为和语言机能、数学计算、逻辑推理等抽象思维机能密切相关，而右脑则与空间定向、绘画、音乐、艺术、情绪、直觉想象等机能活动有关；再比如，左脑负责日常、自发的行为，而右脑则在应急处理异常情况时发挥作用。
从人类进化的历程来看，左右脑的分工是十分重要的。当人类祖先在面临外界的刺激，特别是危及生命的威胁时，需要作出两个方面的判断：一是从整体上确定该刺激的熟悉程度，如有必要，立即做出应激反应，这是右脑的功能；二是判断记忆中是否有类似的刺激，以便随时调用较为熟悉的方案，这是左脑的功能。因此，在面对同一外界刺激时，将上述两个过程交由左右脑同时分工处理，会比不分工更有效，这可能就是促使人脑分工的最初动力。
虽然人脑半球的分工很重要，但更为重要的还是左右脑之间的协同配合，因为人类的很多高级机能，都不能仅由一侧半球来完成。以语言机能为例，虽然言语活动和左脑更为相关，但右脑也会参与其中，比如觉察我们说话时的情感，就是右脑的机能。我们知道，同样一句话，如果语气重音不同，语调不同，意思就会完全不一样，而这正是右脑的专长。比如同样是一句“你可真行”，说话时用不同的语气，表达的可能是对别人取得优异成绩的真诚赞扬，也可能是在对他人期待落空后的无奈或嘲讽。对于那些右脑发育不足或者有右脑损伤的人来说，他们就难以辨别出语气的差别，也听不出说话者的情绪。
再以数学机能为例，虽然数学中的逻辑推理和运算主要由左脑掌管，但在解决很多数学问题时，都离不开右脑的协助。比如几何问题就牵扯到左右脑的信息交流，其中空间机能和对图形的理解是右脑所擅长的，而对问题文字描述部分的语言理解，则是左脑所擅长的。
这有助于我们理解儿童青少年在不同学科中的学习表现。比如总是学不好几何的学生，可能和他们非常顽固地依赖于左脑，对所有信息都采用言语思维的习惯有关，他们通常很难使用右脑对图形进行空间感知，更不会采用两脑协同的方式来解决复杂的问题。所以虽然他们在学习计算的时候可以轻松掌握，但一遇到需要在头脑中对三维的立体形状进行操作时，特别是立体几何，就会感觉很困难。
由此可见，左右脑的功能是整合的。学习是锻炼人脑很好的方式，但学习不是脑中某个区域的单独参与，而是多个结构和功能区域协同参与的结果。这也提醒家长和教师，需要采用多样化的活动形式，鼓励学生每天保持学习状态，调动多个脑区，拓展自己的知识面，从而促进儿童青少年的整体学习。学习的方式可以是多种多样的，包括阅读、观看节目、实地参观、图画、玩耍等形式，都有助于促进人脑不同脑区之间的协作，调动多种感官参与思考记忆。这样不但能让脑留下更多的回忆线索，还能促进不同脑区之间的协调发展。
同时，教师和家长在设计教学活动或者辅导儿童青少年学习时，也要理解不同学生擅长的认知加工模式有所不同，在不同加工模式上的能力也可能存在差异，因此需要为他们提供个性化的帮助。比如对于难以调动右脑理解立体图形的学生，可以鼓励他们动手制作，或者给他们提供一些三维图形实物，让原本在头脑中抽象进行的空间感知变得具体化、可视化。这些实物道具相当于辅助儿童青少年空间感知能力发展的“脚手架”，随着他们脑的发育成熟，他们会在反复的练习中建立起对图形的感知，并逐渐摆脱实物的辅助。
前面提到，左脑负责日常行为，它通过神经与躯体右侧相连。也就是说，左脑控制我们身体右侧的活动，这就使得右手使用率越来越高，最终导致更多人使用右手来进行复杂的日常操作。在人群中，绝大多数人更常使用右手，我们称之为右利手，也有约10%的人更擅长使用左手，包括用左手吃饭、写字等，我们称之为是左利手。研究发现，利手的差异是遗传和环境共同影响的结果。
也许你曾听过“左撇子更聪明”这样的说法，但脑科学的研究表明，左右利手的人在智力上没有显著区别。不过在某些特定方面，的确会有一些差异，比如：左利手的人运动反应速度要快一些（这是因为右脑对特异性的反应速度更快）。所以左利手的运动员往往会取得更好的成绩，比如很多优秀的网球选手都是左手持拍的。另外，左利手通常在发散性思维方面表现得更好，而发散性思维是衡量创造性的重要指标之一。但从整个人群的统计上来看，在各个领域作出杰出贡献的人，还是右利手的人居多，这也符合人群中左右利手的分布规律。
有的家长或教师会从适应学习要求和习惯养成的角度出发，要求左利手的孩子使用右手写字。也有家长认为多使用左手能够开发右脑，所以强制右利手的孩子使用左手完成日常事务。其实，这些都是不恰当的。不管是惯用左手还是右手，都是和遗传、脑发育等原因有关的，一味地纠正是没有道理的，这就等于强迫孩子去用自己功能不是最强的脑去处理事情。因此，不要刻意去纠正儿童的利手，而是应该让他们用自己最擅长的脑去学习，这在一定意义上也与当前倡导的个体多样性发展或者多元智力是一致的，并不是每个人都要一模一样。