在脑中，有成百上千亿个神经元，神经元相互之间形成连接，这是我们学习和思维的物质基础。神经元细胞通过轴突传递信号，人体中有些轴突长达1米。在许多轴突上包囊着一层髓磷脂鞘，其成分主要是脂肪。髓磷脂鞘的作用是将轴突隔离绝缘，并加速信号的传递，其信号传递速度比未囊上髓磷脂鞘的轴突传递速度快100倍。这非常重要，如果在人大脑中具有大量的囊上髓磷脂鞘的轴突，那么大脑神经网络将会工作得更快，并使得一个人学习起来更容易。
髓磷脂鞘化的过程对幼儿来说，非常重要。婴儿刚出生时，其大脑中只有很少的髓磷脂鞘化的轴突，这可以帮助解释刚出生的婴儿为什么看不清东西，为什么不能很好地进行空间定位。他们的神经元尚不能快速地进行工作，所以不能很好地定位。随着婴儿逐渐长大，脑的各部分在不同的时期相继完成髓磷脂鞘化工作。轴突的髓磷脂鞘化是产生学习关键期的基础。
当然，还有其它的因素影响学习关键期。在生命的早期，许多神经元尚未被确定今后负责控制什么。下面分析运动皮层。控制身体运动的神经元在早期仅按一般的方式进行组织，每个神经元具有多个连接，连接到不同的肌肉。10岁之前，所有关于运动的经历和经验决定皮层上究竟有多少个神经元控制身体的各个部分如果经常使用手，那么将会有更多的神经元致力于控制手和手指的肌肉，而用于控制身体其它部分的神经元则相应地减少。肌肉活动越多，则连接越稳定。相反，肌肉活动越少，则相应的连接将逐渐萎缩并消失。
只有当幼儿接受到有效地环境刺激，学习关键时期才会有效。

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