神经或大脑的发展是认知和认知发展心理学家越来越关注的一个方面。虽然大脑中的许多神经元在怀孕期间就已出现，但在出生以后，特别是头四年里，大脑仍然在继续发育（Nowakowski，1987）。早期暴露于刺激之下有助于在神经元之间建立起正常水平的相互联系，由此形成一个更为复杂的神经细胞网络，使大量信息得以有效传递。
神经系统的发展是否直接影响了认知的发展呢？Goldman-Rakic（1987）记述了一些在猴子身上做的研究，这些研究显示，年幼的猴子能够完成某一认知任务（如皮亚杰的客体永恒性任务）的年龄，刚好与前额皮质区神经连接的发展高峰相吻合。
Adele Diamond（1991）沿着这条线索做了进一步的研究。他运用了一个经典的物体守恒任务，在该任务中，先给婴儿看一个物体藏在位置A处，然后让婴儿看到物体被改藏到位置B处，但是婴儿仍然去位置A处寻找被藏起来的物体，而不是去位置B处。Diamond比较了较大婴儿（7~12个月）执行“A，非B”客体永恒性任务的能力与其额叶皮层的发展。结果显示，大脑中的这片区域无论是在突触的密度还是在轴突的髓鞘形成上都有极大的发展。Diamond的研究表明，在“A，非B”任务上的进步与婴儿的年龄（因此也与其额叶的发展）相关。在对额叶损伤的猴子所做的研究中，她让一些猴子产生特定的神经缺陷，结果它们在“A，非B”任务上表现出与不同年龄的婴儿相同的行为模式。
Diamond（1991）相信额叶皮层构成了认知行为的基础，不仅表现在跨越时空整合信息的能力上，而且表现在抑制强烈反应倾向的能力上。一个在A地点（物体之前被隐藏的地点）而不是B地点（物体刚刚被藏的地点）寻找物体的婴儿必须记住藏匿地点已被更改这一信息，同时抑制自己做出以前曾经成功过的行为反应（在A地点寻找）。(www.xing528.com)
更多最新的研究使用脑成像技术描述了下列图景：随着发展，大脑变得越来越协调和有组织性（Farber & Beteleva，2011）。与所谓基础功能有关的脑区先发展，例如感觉和运动行为区，这和皮亚杰的观点一致。联结区域，即促进信息整合的脑区发展得稍慢一点。参与自上而下行为控制的区域最后发展，例如额叶和前额叶皮质（Casey，Tottenham，Listen & Durston，2005）。而且，随着个体发展并且具有了一定的经验，大脑中特定神经元的突触连接得以加强，而不使用的突触连接会逐渐凋亡。这一凋亡使得神经回路更有效率，日益专门化而且具有个体的独特性。Kuhn（2006）推测大脑的这一重组能够说明在青少年期，个体在表现上的差异越来越普遍的原因。尽管这也适合解释6个月大婴儿的认知能力，但是当一个孩子进入青春期时，在表现上的差异就更为广泛，例如一些青少年能够像成年人那样完成某些任务，另一些则不能。库恩认为引发这一变化的一个重要因素来自青少年所投身的经验，这些经验反过来使不同的神经回路的保持或者凋亡。
认知操作的神经基础是现在研究的前沿。某个认知任务是否要求神经发展达到某个水平，以及环境经验在神经活动和发展中的作用这些问题，肯定会成为未来十年的研究焦点。
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