研究者對靈長類動物大腦的敏感期也做了大量研究。對恒河猴的研究發現，未出生前的兩個月，恒河猴腦內突觸會快速形成，出生時腦內的突觸數量與成年猴接近，出生后2～3個月突觸的數量高于成年猴，這種情況保持到3歲(性成熟)。隨后，突觸的數量逐漸下降，到5歲時下降到成年猴的水平。[27]也有學者對人類大腦發育開展研究，Huttenlocher發現，嬰兒出生時視覺區域的突觸密度接近成人，2～4個月開始迅速增大，8～12個月達到頂峰，此時嬰兒視覺區的突觸密度是成人的1.6倍，之后該密度開始下降，大約在11歲時降至成人水平；聽覺區的發育更早，突觸密度在3個月時達到頂峰，12歲左右達到成人水平；反之，額葉的發育相對晚一些，出生時突觸的數量與成人類似，隨后開始增長，在2歲左右達到頂峰(成人的1.5倍)，隨后突觸數量開始下降，在16歲左右回到成人水平。[28]由此可以看出，大腦的發育是分區域、分批次進行的，感知覺等基本認知過程(視覺和聽覺區)的成熟早于推理、計算等高級認知過程(額葉)。
以敏感期為代表的可塑性研究為教育提供了重要的科學依據。例如，不同的認知過程對應不同的敏感期，感知覺較早、思維推理較晚，這提示教育者在早期教育階段要注重孩子基本感知覺的培養，在后期階段注重思維推理能力的培養。另外，嬰幼兒時期大腦可塑性最強，所以在該階段對其進行多方面的引導至關重要。需要注意的是，雖然敏感期很重要，但不應夸大其重要性，如上文所述，即便錯過了敏感期，大腦仍具有可塑性，個體可以不斷獲得新技能，但難度會增加。
三、路徑：多學科交叉融合
交叉學科的特性決定了教育神經學將會從其他學科中借鑒經驗，完善自身的研究內容。這種借鑒包含研究思想和技術手段兩個方面。從研究思想看，教育神經學借鑒了認知心理學中“心智”的概念以及認知神經科學中“腦機制”的概念。從研究技術看，教育神經學借鑒了認知心理學中先進的行為研究手段，例如：雙生子研究、眼動追蹤、姿態追蹤、反應時記錄、正確率記錄等；也借鑒了認知神經科學中一些無損傷的神經影像技術。
(一)融合多學科的思想范式
大腦是由神經系統、神經元、突觸等構成的復雜體。心理是大腦和外部行為之間的連接。行為是指可以直接觀察到的外顯活動。教育神經學不僅關注心理和行為的神經機制，更重視大腦、心智與教育的關系。Connell認為教育神經學至少包含了三個層面的研究：腦、心理、行為。腦、心理和行為分別對應人腦的內部結構、內部功能和外部功能。心理在腦與行為之間發揮中介作用。這三個層面對應了四個學科：神經科學、認知神經科學、認知心理學和教育學。[29]
神經科學的研究對象是大腦的內部結構，目的是探索大腦的基本結構和運行規律。該學科研究內容主要包括大腦的解剖特征和腦內的神經元及其活動規律，研究方法主要包括：單細胞記錄、大腦切片、基因染色等，主要以低等動物作為研究對象。[30]由于研究本身的局限，神經科學的早期結論并未應用于教育領域。早期的研究對象多為低等動物，結論難以推廣至人類。另外，早期研究關注生理疾病而非心理現象，雖然對人類健康有所啟發，但難以指導教育活動。隨著科學技術的發展，當代神經科學的研究已經采用靈長類動物作為研究對象，而且也逐漸關注心理現象。神經科學的結論也將為教育提供更多的啟示。
認知心理學和教育學的研究對象則是大腦的外部功能，即心理過程和外部行為。認知心理學主要研究單個個體的心理過程和外部行為，而教育學是研究多個個體的心理現象和行為規律。[1]認知心理學假設人腦對于信息的加工與計算機類似，包括獲得信息、加工信息、存儲信息以及使用信息等過程，這些過程對應的心理過程，包括感覺、知覺、注意、記憶和思維等。[31]認知心理學主要回答心理是什么(What)。研究者們需要首先提出一些可能的心理過程，然后通過巧妙的實驗設計增加或者減少這些心理過程。如果黑匣子中真的存在某一心理過程，那么增加或者減少該心理過程必然會導致研究對象的行為發生變化，即加因素法。[32]例如，對于某一個真實的心理過程，增加該過程會導致人們的反應速度減緩，正確率降低；減少該過程則會導致反應速度增加，正確率升高。認知心理學家們正是采用這種研究思路發現了諸多心理過程。例如，心理旋轉、視覺的并行搜索等。雖然認知心理學對內部的心理過程做出了一定的假設，但是，該學科也存在一定的局限：它并不能回答人類如何實現這些心理過程(How)。例如，當研究者想要描述知識在人腦中的存儲過程時，認知心理學家會用“記憶的形成”來描述該過程，也能夠證明在知識的處理過程中的確存在“記憶”這一心理過程，甚至可以通過實驗總結出影響記憶形成的諸多要素，例如，重復、干擾、場景變換等。但即便如此，研究者仍未解答人腦哪個區域以及如何存儲這些知識。
在回答How這個問題上，認知神經科學則彌補了這一缺陷。認知神經科學家們用“神經元突觸的長時程增強”來描述知識存儲這一過程，該表述不僅解釋了“記憶”這個概念的本質是什么(長時程增強)，而且也直接回答了“知識究竟是如何在人腦中形成、存儲的”(神經元突觸的連接)。認知神經科學的研究對象是人腦的內部功能和生理機制。“生理機制”體現了認知神經科學與認知心理學的主要差異?！缎氯A詞典》中“機制”一詞的定義為機器的構造和動作原理。從該定義中可以看出，機制關注的是系統的構造原理和活動原理，即How。認知神經科學中的機制主要包含四個層面：全腦的機制(大腦、小腦、腦干等)、部分組織的機制(大腦中的前額葉、顳葉等)、神經元的機制和分子的機制(細胞膜上的各種蛋白質)。[16]與神經科學相比，認知神經科學的研究以某個心理過程為對象，即研究“心理腦”。例如，神經科學可以研究愛因斯坦的大腦切片，探明神經元之間傳遞信息的速度甚至是大腦的進化，這些研究無須以某個心理過程為載體，而認知神經科學把人的心理過程與大腦神經元的活動關聯起來，直接探討心理、行為和大腦的關系，這就使其能夠將腦與教育連接起來。另外，認知神經科學多采用無創傷的神經影像技術研究人，而神經科學多以侵入、感染、切除等創傷性的技術研究低等和非人靈長類動物。
綜上所述，教育神經學通過融合認知心理學、認知神經科學、神經科學、教育學四個學科的研究思路，形成了以教育活動為研究對象的交叉學科。該學科中包括了教育學的教育教學活動，認知心理學的機器類比思想，神經科學的腦結構探索，以及認知神經科學中的“腦、心理、行為”的一體化的觀點。如此，教育神經學把教育活動、心理規律、行為和大腦納入一個研究框架內，嘗試探索教育的神經機制。
