교육은 ‘두뇌’와 뗄 수 없는 깊은 관계가 있다. 교육은 학습에서 비롯되고, 뇌는 인지·기억·연산·언어기능 등 학습과 직결된 일을 담당한다. 인간의 뇌 발달의 터닝포인트는 크게 3세, 7세, 10세로 구분된다.

0~3세 구간에는 뇌신경세포가 계속 증가하다 3~4세 때 최고치에 달한 뒤 이후 7세까지 약간 감소하는 양상을 나타낸다. 애써 늘어났던 신경세포가 다시 죽는 셈이다. 이는 뇌 정보전달회로 생성 과정에서 방해가 되는 세포가 없어지는 데 따른 것으로 ‘솎아내기 현상’으로도 불린다. 이 과정이 끝나야 뇌신경세포 수가 안정적으로 유지되고, 7~10세 이후 정보전달회로가 발달해 어른의 뇌가 된다. 

이처럼 각 뇌 성장 부위와 속도에 맞춰 적합한 교육을 시행해야 아이의 두뇌 발달이 촉진된다. 서유헌 가천대 뇌과학연구원장은 “뇌는 나이에 따라 부위별 발달 속도가 다르기 때문에 20년간 차근차근 교육해야 한다”며 “무조건 선행학습을 시키거나 암기 위주 공부에만 매달릴 경우 역효과가 날 수 있다”고 설명했다.

만 0~3세 영·유아기엔 신경세포 회로가 일생에서 가장 활발하게 발달한다. 특히 고도의 정신활동을 담당하는 대뇌피질을 이루는 전두엽, 두정엽, 후두엽이 골고루 성장한다. 이 시기엔 어느 한쪽으로 편중된 학습은 좋지 않으며 오감학습을 통해 두뇌를 총체적으로 자극해야 뇌가 균형 있게 성장할 수 있다. 예컨대 하루 종일 책을 읽어주거나, 언어교육을 무리하게 시키거나, 카드학습이 좋다고 해서 카드만 들여다보게 하는 등 일방적이고 편중된 학습은 도움이 되지 않는다. 
또 이 시기엔 감정의 뇌가 일생 중 가장 빠르고 예민하게 발달한다. 가정불화나 맞벌이 등으로 아이에게 애정결핍이 올 경우 성인이 된 뒤 정신적·정서적 장애로 이어질 수 있다.

만 3~6세 땐 종합적인 사고와 창의력, 판단력, 주의집중력, 감정, 인간성, 도덕성 등을 조절하는 뇌 전두엽이 빠른 속도로 발달한다. 이 시기엔 자유롭고 창의적인 지식과 다양한 답이 있는 지식을 알려주는 게 전두엽 발달에 효과적이다. 최인수 성균관대 아동·청소년학과 교수는 “한글을 가르칠 경우 수십 번 반복해서 쓰게 하지 말고 그림 등으로 표현하게 하며 흥미를 유도하도록 한다”며 “아이와 함께 역사박물관에 간 경우 하루에 고조선부터 조선시대까지의 유물을 몰아서 보여줄 게 아니라 연간회원권을 끊어 여유롭게 관람하는 게 바람직하다”고 조언했다.  

창의력 향상에 독서만큼 도움되는 것도 드물다. 아이가 잠들 기 전에 책을 읽어주는 경우가 많은데 여전히 국내 가정에서 책 읽어주기는 엄마의 몫이다. 하지만 부모가 모두 책을 읽어줘야 아이의 두뇌가 균형 있게 발전할 수 있다. 최 교수는 “엄마는 책의 주인공과 사실적 내용을 설명해 아이의 좌뇌를 발달시키는 반면 아빠는 다양한 어휘와 경험을 활용하면서 상상력과 창의력을 향상시키는 질문을 던져 우뇌 발달에 도움된다”고 설명했다. 아빠와 시간을 많이 보내는 아이는 의사표현 능력과 집중력이 좋아지고 우울한 성향이나 공격성향이 낮다는 연구결과도 있다.
또 이 나이대에는 ‘세 살 버릇 여든 간다’는 속담처럼 평생의 생활태도와 인성이 형성되므로 예절·인성·생활습관 등 다방면에 대한 교육이 이뤄져야 한다.

만 6~12세 초등학생기엔 언어와 청각기능을 담당하는 측두엽, 공간지각과 수학적·물리적 사고를 담당하는 두정엽이 빠르게 발달한다. 이 나이대 어린이가 자신의 의사를 제대로 표현하거나 논리적으로 따지기 시작하는 것은 뇌 발달과 연관된다. 측두엽 발달을 고려해 만 6세 이후에는 본격적으로 국어 학습을 시키는 게 효과적이다. 이 때 쌓은 경험과 실력은 평생의 국어실력을 좌우한다. 영어를 비롯한 외국어교육도 이 시기에 시작하는 게 바람직하다.

조기 영어교육의 붐으로 대부분 유치원에 들어가기 전부터 영어교육을 시작하지만 뇌 발달 속도를 고려해보면 교육적인 효과가 크지 않다. 또 두 개 언어를 동시에 강제적으로 가르치면 두 언어 모두 학습효과가 떨어지는 역효과가 날 수 있다. 언어교육은 다양한 자극을 주면서 흥미를 유도하는 방법으로 실시한다. 강제성을 띤 단순반복, 암기식 교육은 당장 효과를 내겠지만 장기적으로 볼 때 뇌의 일부 회로만 자극해 편협하고 정서적으로 미성숙한 아이를 만들 수 있다.

만 12세 이후 시기에는 시각기능을 담당하는 후두엽이 많이 발달한다. 이 나이대 어린이는 자신의 주변을 관찰하면서 다른 사람과 자신의 차이를 깨닫게 되고 외모에 큰 관심을 갖기 시작한다. TV 속 화려하고 멋진 연예인이나 스포츠스타에 열광하는 것도 시각기능 발달과 깊게 연관된다. 이런 특징을 나무라고 무조건 못하게 할 게 아니라 시각적인 화려함 외에 다른 것의 중요성도 일깨워 주는 게 자아성찰에 효과적이다.

책상에 앉아서 책을 보는 공부만이 뇌 발달에 도움되는 것은 아니다. 적절한 운동없이 공부에만 매달릴 경우 뇌에 과부하가 걸려 오히려 뇌 발달이 저해될 수 있다. 뇌 연구 권위자인 존 레이티 미국 하버드대 교수는 “신체와 정신은 하나로 연결되며 운동은 전반적인 뇌 구조 및 기능을 개선한다”고 주장했다. 
여러 과학 전문지도 뇌 활동을 촉진하는 요소로 운동을 꼽고 있다. 서 교수는 “규칙적인 운동은 학습과 깊게 연관된 뇌의 전두엽을 자극해 활성화하고, 기억력과 학습을 담당하는 해마내 신경세포 생성을 촉진한다”며 “하루 30분 야외에서 뛰놀게 하는 것만으로 충분하며, 시간과 장소에 제약이 있을 경우 스트레칭을 실시하도록 한다”고 조언했다. 두뇌발달에 도움되는 스트레칭으로는 팔꿈치 바닥에 대고 엎드리기, 앉아서 양 팔·다리 올리며 균형잡기, 하늘보고 누워 무릎 붙여 세우고 허리올리기 등이 대표적이다.