在腦中，有成百上千億個神經元，神經元相互之間形成連接，這是我們學習和思維的物質基礎。神經元細胞通過軸突傳遞信號，人體中有些軸突長達1米。在許多軸突上包囊著一層髓磷脂鞘，其成分主要是脂肪。髓磷脂鞘的作用是將軸突隔離絕緣，并加速信號的傳遞，其信號傳遞速度比未囊上髓磷脂鞘的軸突傳遞速度快100倍。這非常重要，如果在人大腦中具有大量的囊上髓磷脂鞘的軸突，那么大腦神經網絡將會工作得更快，并使得一個人學習起來更容易。
髓磷脂鞘化的過程對幼兒來說，非常重要。嬰兒剛出生時，其大腦中只有很少的髓磷脂鞘化的軸突，這可以幫助解釋剛出生的嬰兒為什么看不清東西，為什么不能很好地進行空間定位。他們的神經元尚不能快速地進行工作，所以不能很好地定位。隨著嬰兒逐漸長大，腦的各部分在不同的時期相繼完成髓磷脂鞘化工作。軸突的髓磷脂鞘化是產生學習關鍵期的基礎。
當然，還有其它的因素影響學習關鍵期。在生命的早期，許多神經元尚未被確定今后負責控制什么。下面分析運動皮層�？刂粕眢w運動的神經元在早期僅按一般的方式進行組織，每個神經元具有多個連接，連接到不同的肌肉。10歲之前，所有關于運動的經歷和經驗決定皮層上究竟有多少個神經元控制身體的各個部分如果經常使用手，那么將會有更多的神經元致力于控制手和手指的肌肉，而用于控制身體其它部分的神經元則相應地減少。肌肉活動越多，則連接越穩定。相反，肌肉活動越少，則相應的連接將逐漸萎縮并消失。
只有當幼兒接受到有效地環境刺激，學習關鍵時期才會有效。

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