как влияет учеба на мозг
Гранит науки: что учеба делает с мозгом?
Когда мы интенсивно что-то изучаем, буквально физически чувствуем, как работает мозг. Если приходится много и долго зубрить, писать, придумывать и воплощать проекты, то мозг утомляется. Но при правильном распределении нагрузок и отдыха мы получаем новые навыки, знания, способности, которые потом значительно облегчают нам жизнь. Что именно «чувствует» мозг во время учебы и почему это полезно?
Новые связи
Любой процесс обучения чему-то новому в нашем мозге происходит благодаря образованию нейронных связей. Движения, речь, память, способность мыслить, наконец, — результат взаимодействия этих связей. Поначалу нам трудно выполнять новые действия, следовать алгоритмам, даже запоминать стихи, но со временем становится все проще, и в результате мы оттачиваем навык до автоматизма. В результате регулярного повторения мозг укрепляется, буквально. Созданные нейронные связи становятся прочнее, словно мышцы при постоянных тренировках. Получается, что наш мозг сильно меняется, когда мы чему-то учимся.
Обратная сторона медали
«Совершенству нет предела» — фраза, которая на 100% применима к процессу развития мозга. В течение всей жизни мы можем создавать и наращивать новые нейронные связи. А это значит, что никогда не поздно начать учить новый язык, высшую математику или программирование. Это феномен называется нейропластичностью, но у него есть и обратный эффект. Если не учиться, не нагружать свой ум и не осваивать новые навыки, мозг деградирует. Помимо того, что новые связи не создаются, так еще и разрушаются старые. Постепенно мы можем разучиться делать такие вещи, которые, казалось бы, забыть невозможно. Уже сегодня мы не можем сразу запомнить номер телефона, хотя еще 15 лет назад, до повсеместного распространения смартфонов, держали целую записную книжку в голове. Мы почти перестали писать от руки, а это напрямую связано с нашим мышлением — речемыслительные процессы влияют друг на друга, на способность правильно формулировать мысли, строить предложения.
Учиться, учиться и еще раз учиться
Цифровые технологии упрощают нам жизнь, а прогресс диктует свои правила. Незачем заставлять себя придерживаться «старых правил», когда есть возможность развивать мозг по-новому. Многолетние исследования нейропсихологов подарили нам массу методик укрепления мозга. Викиум адаптировал эти научные знания и воплотил в онлайн-тренажеры. Выполненные в игровой форме, они просты и понятны, но при этом крайне ценны. Чтобы поддерживать высокий тонус мозга, важно развивать его базовые функции — мышление, восприятие, внимание, память. Именно на тренировку этих функций направлены задания. Запатентованная программа выстраивает персональную тренировку так, чтобы развитие происходило комплексно, создавая крепкий фундамент вашей ежедневной продуктивности. Укрепляйте мозг вместе с Викиум!
Как онлайн-обучение влияет на мозг
Онлайн-обучение — удобный инструмент как для педагога, так и для школьника и его родителей. Но, как и всё новое, внедрить его бывает непросто.
В новом цикле статей разрушаем мифы, связанные с онлайн-обучением.
Миф № 1: онлайн-обучение не развивает мозг, а разлагает
С развитием цифровых технологий расширяются возможности их применения в образовании на разных ступенях: от младших классов до последних курсов вуза и профессиональной подготовки. С каждым годом появляется всё больше онлайн-платформ и курсов для детей и взрослых по самым разнообразным специальностям. Однако наряду с этим растёт и количество опасений по поводу негативного влияния таких образовательных сервисов на качество усвоения материала и даже на разум ребёнка. Многие родители убеждены в том, что обучение на компьютере приводит вовсе не к развитию, а к необратимой деградации способностей школьника.
Действительно ли это так? Нет, это заблуждение. Онлайн-обучение эффективно развивает мозг и поддерживает его в отличной физической форме. Каким же образом учёба с помощью компьютера может влиять на интеллектуальные способности человека?
1. Формирование новых нейронных связей и улучшение нейропластичности.
Нейроны — это главные клетки нашего мозга, которые связаны между собой синапсами. По мнению американского нейробиолога и заслуженного профессора Калифорнийского университета Лоретты Грациано Бройнинг, новый опыт необходим для тренировки нашего мозга и образования новых устойчивых синаптических связей между нейронами. В своей книге «Перекладывая нейронные пути» исследовательница пишет, что чем больше разнообразного опыта получает наш мозг, тем больше нейронных связей формируется. А значит, чем больше форматов и возможностей обучения есть в распоряжении школьника и чем более разнообразными стратегиями он пользуется, тем лучше работает его мозг.
Именно появление новых привычек позволяет развить большую нейропластичность. Под этим термином подразумевается способность нашего мозга адаптироваться в зависимости от ситуации и приобретённого опыта. Чтобы развивать это качество, нужно постоянно менять шаблоны поведения. И улучшение нейропластичности помогает не только в учёбе. Это позволяет легче адаптироваться к меняющимся условиям жизни, быстрее реагировать в затруднительных и неоднозначных ситуациях, что особенно актуально в современном мире.
2. Укрепление существующих связей.
Кристофер Шоу подчёркивают другой важный момент: главное — это не объём практики, т. е. количество потраченных на изучение нового материала часов, а регулярность, потому что нейроны, которые долго не используются, перестают работать. То же самое происходит и с нашим телом: если человек, который привык постоянно заниматься спортом, вдруг отказывается от активных упражнений, то он быстро теряет массу, а его мышцы тают на глазах. Можно сказать, что обучение с помощью цифровых платформ — настоящая тренировка для ума: занятия по 15 минут, как утренняя зарядка, помогают поддерживать мозг в тонусе. ЯКласс предлагает множество коротких и интересных заданий, которые подойдут школьнику для ежедневной интеллектуальной гимнастики. Это и весёлые задачки на смекалку из раздела «Переменка», которые можно использовать на познавательных пятиминутках прямо на уроке, и интерактивные задания «1С:Школа», и игровые инструменты в темах разных предметов.
3. Развитие интеллекта.
Также русские исследователи этой проблемы из Университета ИТМО подчёркивают, что именно электронное обучение имеет неоспоримые преимущества перед классическим форматом в плане развития интеллектуальных способностей. Это связано с тем, что онлайн-платформы часто построены таким образом, что включают так называемые когнитивные тренинги, которые улучшают рабочую память, сосредоточенность, скорость реакции и эффективность учащегося. Так, тесты и задания на ЯКласс построены специальным образом не только для отработки конкретных задач, но и для улучшения общих интеллектуальных функций. Например, новые задания на основе технологии «Drag-and-drop» («тащи-и-бросай»), которая помогает формировать у школьников навык восприятия инструкций, а также развивает произвольное внимание.
Таким образом, обучение с помощью компьютерных технологий совершенно не вредит мозгу человека, а наоборот, способствует его активному и стремительному развитию. Цифровые платформы помогают увеличить количество активных клеток головного мозга, поддерживать их в состоянии тонуса и формировать более крепкие связи между ними. Онлайн-ресурсы развивают нейропластичность, помогая лучше адаптироваться к быстро меняющимся условиям, в также тренируют общие мыслительные функции, такие как память и внимание. Поэтому не стоит бояться потенциального вреда передовых технологий для ребёнка. Онлайн-обучение — это настоящая физкультура для ума, которая развивает его силу, гибкость, ловкость и скорость.
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Наука
Процесс обучения и мозговая акробатика
Если нейронные области с легкостью переключаются с одних партнеров по общению на других, процесс усвоения знаний улучшается.
Загляните внутрь мозга человека, усваивающего какую-то новую информацию. При определенном везении вам удастся понаблюдать за образованием связей между нейронами. Такой физический мост между двумя нервными клетками «запаивает» в мозг новые знания. При поступлении новой информации одни синапсы образуются и закрепляются, а другие — ослабевают, уступая место новым связям.
Вы также сможете наблюдать и более тонкие изменения, такие как колебания уровней сигнальных молекул или даже незначительный рост активности нервных клеток. За последние несколько десятилетий ученые сосредоточенно изучали микроскопические изменения, происходящие в процессе усвоения мозгом новой информации. И хотя благодаря данному детальному изучению было выявлено множество интересных фактов о синапсах, связывающих различные участки нашего мозга, их все еще недостаточно. Нейробиологи до сих пор не составили полного представления о том, как же обучается человеческий мозг.
Вполне возможно, что смотрели они на слишком близком расстоянии. Когда речь заходит о нейробиологии процесса обучения, фокусировка на одних лишь синапсах не позволяет увидеть главного.
Благодаря новому, более широкому подходу ученые пытаются осмыслить масштабные изменения, обуславливающие процесс обучения. Исследуя смещение взаимодействий между множеством различных областей головного мозга, они начинают понимать механизмы захвата и удержания мозгом новой информации.
Такого рода исследования опираются на мощные математические знания. Специалисты в области человеческого мозга берут на вооружение подходы и инструменты, разработанные другими науками, имеющими отношение к разного рода сетям, дабы в точных числовых выражениях раскрыть форму и функцию проводящих путей нервной системы, смещающихся в процессе обучения.
«Когда вы учитесь, это требует изменений не только в одной области мозга, — говорит Даниэлла Бассетт (Danielle Bassett), нейробиолог из университета Пенсильвании. — В действительности здесь задействовано множество различных областей». Ее комплексный подход подразумевает вопрос о том, «что на самом деле происходит в вашем мозгу в процессе обучения?» Бассетт спешит дать определение этой новой области «сетевой нейробиологии» и приступить к открытию новых горизонтов.
«Данное направление является весьма перспективным, — говорит нейробиолог Олаф Спорнс (Olaf Sporns) из университета Индианы в городе Блумингтон. По его словам, исследования Бассетт обладают большим потенциалом для ликвидации разрыва между изучением нейровизуализации и представлениями ученых о том, как же происходит обучение. — Я думаю, она избрала правильный путь».
Бассетт и другие уже нашли волнительные намеки на то, что способный на более эффективное обучение мозг обладает гибкостью и способностью сходу перестраивать соединения с целью усвоения новых знаний. Некоторые области мозга всегда общаются с одними и теми же нейронными партнерами, редко переключаясь на другие. Но те участки мозга, что демонстрируют бóльшую гибкость, быстро меняют «собеседников», подобно родителю дошкольника, который отправляет приглашение на день рождения по списку адресов электронной почты, а чуть позже — памятку коллегам по работе.
В нескольких исследованиях ученые стали свидетелями данной гибкости в действии, наблюдая за тем, как сети перенастраиваются в процессе обучения человека, когда тот находится внутри томографа. Гибкость сетей может способствовать нескольким типам обучения, а ее избыток, как показывают исследования, может быть связан с такими расстройствами, как шизофрения.
Неудивительно, что некоторые исследователи спешат применить эту новую информацию, выискивая способы повышения гибкости мозга тех из нас, чьи нейронные связи отличаются излишней жесткостью.
«Это довольно новые идеи, — говорит когнитивный нейробиолог Рафаэль Джеррати из Колумбийского университета. По его словам, математических и вычислительных инструментов, необходимых для данного типа исследований, до недавнего времени просто не существовало. Поэтому люди не размышляли о процессе обучения с точки зрения крупномасштабных сетей. — В некотором смысле проблема была довольно скучная, вычислительная, — говорит Джеррати. Но теперь для исследований открыта своего рода «концептуальный» путь.
Контекст
Чем мужской мозг отличается от женского
Власть разрушает мозг
Вскрывая череп
Музыка — лекарство для уставшего мозга
Он со своими коллегами зафиксировал проблески некоторых из этих взаимодействий путем сканирования мозга людей, изучавших ассоциации между двумя лицами. И только одно из них сопоставлялось с неким поощрением. В более поздних экспериментах исследователи проверили, действительно ли человек мог понять, что ореол удачи, связанный с одним лицом, распространялся и на то лицо, чьим партнером он был ранее. Этот процесс, называемый «переносом обучения», — одна из тех вещей, что люди делают повседневно, например, когда вы опасаетесь заказывать салат в ресторане, где вам недавно подали испорченный сыр.
Мозг участников исследования, показавших хорошие результаты в плане применения знаний о чем-то одном — в данном случае лице — по отношению к другому, обладал определенными характерными чертами, как сообщили Джеррати и его коллеги в журнале Neuroscience в 2014 году. Связи между гиппокампом — структурой мозга, ответственной за память и вентромедиальную префронтальную кору головного мозга, которая, в свою очередь, связана со способностью к самоконтролю и принятию решений, — у хорошо обучаемых участников эксперимента были слабее, чем у людей, которым усвоение новой информации давалось с трудом. Томографические изображения, полученные через несколько дней после прохождения тестового задания, выявили характерные различия между головным мозгом представителей обеих групп, заявляют исследователи. В ходе эксперимента также выяснились и другие нейросетевые различия среди вышеозначенных областей и крупных сетей, охватывающих мозг.
По данным исследования, проведенного нейробиологом Винодом Меноном (Vinod Menon) из Стэндфордского университета и его коллегами, при сканировании мозга детей, испытывающих трудности с изучением математики, обнаружились, помимо прочего, неожиданные межнейронные связи. По сравнению с детьми, которые затруднений не испытывали, мозг ребят с дискалькулией, сканировавшийся при выполнении математической задачи, показал больше нейронных связей, особенно между теми областями, что участвуют в решении математических задач. Подобный избыток межнейронных связей — он был описан в 2015 году в научном журнале Developmental Science — оказался полной неожиданностью, говорит Менон, поскольку в ходе предыдущих исследований высказывалось предположение о крайней слабости таких математически обусловленных сетей. Однако может оказаться, что большое количество связей создает систему, неспособную к усвоению новой информации. «Идея заключается в том, что изобилующая нейронными связями система будет не столь восприимчива и эффективна», — говорит он.
Необходимо установить гармоничное равновесие, отмечает Менон. Слишком слабые нейронные пути не могут переносить необходимую информацию, а пути, обладающие чрезмерным количеством связей, не позволят новой информации закрепиться. Но этим суть проблемы не ограничивается. «Речь не о том, что все везде меняется, — подчеркивает он. — Существует определенная специфичность». Некоторые соединения важнее других, все зависит от поставленных задач.
Нейронным сетям необходимо переносить информацию вокруг себя быстро, но плавно. Для того, чтобы по-настоящему понять смысл этого перемещения как противопоставление данным, полученным с помощью статичных снимков, ученым нужно понаблюдать за тем, как мозг ведет себя в процессе обучения. «Следующий этап — выяснить, как в действительности перераспределяются сети, — говорит Менон. — Дать ответ на этот вопрос нам помогут исследования Даниэллы Бассетт и других ученых».
Бассетт и ее коллеги зафиксировали эти изменяющиеся в процессе обучения сети. Добровольцам показали простые последовательности и попросили отстучать их на синтезаторе одновременно с проведением функциональной МРТ. На протяжении шести недель обучения нейронные сети в мозгу этих людей продемонстрировали подобие «суетливости». Некоторые связи становились сильнее, некоторые — слабее, подытожила Бассетт с коллегами в журнале Nature Neuroscience в 2015 году.
Люди, быстро научившиеся выстукивать правильную последовательность клавиш, продемонстрировали интересную нейронную черту: по мере обучения их мозг задействовал определенные связи между лобной долей — верхним слоем передней части головного мозга — и передней поясной, расположенной ближе к середине мозга. Данная связь имела отношение к направлению внимания, постановке целей и планированию — навыкам, которые могут быть важны на ранних этапах обучения, а на поздних — уже нет, подчеркнула Бассетт. По сравнению с неуспевающими, быстро обучаемые добровольцы с большей долей вероятности переместили эти связи, в результате чего повысилась эффективность работы их мозга.
Гибкость важна и для других видов обучения. 30 мая на сайте bioRxiv.org Джеррати, Бассетт и другие сообщили, что обучение методом проб и ошибок, при котором правильные ответы обеспечивают одобрение, а неправильные — не засчитываются, использует гибкость мозга по максимуму. Эта сеть включает в себя множество точек на коре (внешнем слое головного мозга) и в более глубокой структуре, известной как полосатое тело. В другой работе Бассетт и ее коллег, опубликованной в научном журнале Cerebral Cortex, выяснилось, что определенные области мозга способны на быстрое сформирование и разрыв нейронных связей.
Проведенное в ходе этих исследований наблюдение выявило «гораздо более интересную сетевую структуру, чем предполагалось ранее, когда мы рассматривали только статичные снимки,» говорит Джеррати. По его словам, обучающийся мозг невероятно динамичен, а нейронные модули разрывают связи со своими партнерами и находят новых.
Несмотря на различия нюансов в каждом следующем исследовании, основная общая черта остается неизменной: «Похоже, что часть знаний об окружающем мире делает некоторые части вашего мозга более гибкими и способными поддерживать связь с самыми разными областями», — говорит Джеррати. Иными словами, процесс обучение требует гибкости.
Однако слишком хорошо — тоже нехорошо. При выполнении задач по извлечению информации из памяти внутри томографического сканера у людей с шизофренией наблюдалась более высокая гибкость нейронных сетей, чем у здоровых, объявила Бассет в прошлогоднем выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. «Это наталкивает меня на мысль о том, что для здоровых людей гибкость опасности не несет, однако ее может быть слишком много», — говорит Бассетт.
Ведь механизмы возникновения подобной гибкости неизвестны, как и то, что именно ею управляет. Андреа Стокко (Andrea Stocco), когнитивный нейробиолог из Университета Вашингтона в Сиэтле, подозревает, что важную роль в процессе контроля гибкости играет группа глубинных структур мозга под названием базальные ганглии. Он сравнивает эту область, включающую в том числе и полосатое тело, с авиадиспетчером, передающим информацию туда, где она более всего необходима. Одной из задач базальных ганглий, является, по всей видимости, прекращение определенных процессов. «Б-льшую часть времени базальные ганглии блокируют что-либо», — говорит он. Другие ученые нашли доказательства того, что контролировать гибкость помогают ключевые «центры» коры головного мозга.
Исследователи пока не понимают связь показателей гибкости в различных областях мозга с микроскопическими изменениями, сопровождающими усвоение новой информации. В настоящее время, макро- и микрокартины процесса обучения — две отдельные реальности. Несмотря на отсутствие золотой середины, исследователи спешат найти признаки того, что нейронная гибкость может предоставить возможность улучшения способностей к обучению.
Вполне возможно, что гибкость можно улучшить с помощью внешней стимуляции мозга. Людям, подвергшимся стимуляции, направленной на определенные цепи памяти, намного лучше удавалось вспомнить последовательности предложенных им слов, отметили ученые в выпуске журнала Current Biology от 8 мая. Некоторые специалисты утверждают, что раз стимуляция улучшает память, то может повысить и гибкость, а, возможно, и способность к обучению.
Подают надежды также и некоторые препараты. Декстрометорфан, входящий в состав некоторых лекарств от кашля, блокирует белки, способствующие регуляции связей между нервными клетками. По сравнению с плацебо, у здоровых людей данный компонент придает некоторым областям мозга бóльшую гибкость и способность к быстрому переключению между нейронными партнерами, сообщили в прошлом году Бассетт с коллегами в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Она также изучает возможности нейронной обратной связи — процесса, при котором люди пытаются изменить структуры своего мозга для повышения гибкости с контролем в реальном времени.
Повысить гибкость может также и нечто более простое. В выпуске журнала Scientific Reports от 31 марта Бассетт с коллегами описали выполненный ими сетевой анализ необычного объекта. В рамках проекта под названием MyConnectome нейробиолог Расс Полдрак, работавший тогда в университете штата Техас в Остине, трижды в неделю на протяжении года повергался процедуре МРТ головного мозга, тщательно отслеживая различные показатели, включая настроение. Бассетт и ее команда применили математические инструменты к данным Полдрака, дабы замерить его нейронную гибкость в каждый отдельно взятый день в поисках связей с его настроением. Результат оказался выдающимся: мозг Полдрака продемонстрировал максимальную гибкость в моменты наибольшего счастья, однако причины этого еще предстоит выяснить. (Минимальная же гибкость сопровождала удивление.)
Это результаты только одного человека, а потому неизвестно, насколько применимы они будут к другим. Более того, в исследовании определяется только связь, но не утверждается, что счастье вызывает бóльшую гибкость и наоборот. Но идея занимательная, а то и очевидная, как говорит Бассетт. «Конечно, ни один учитель на самом деле не скажет, что считает трудновыполнимой нашу просьбу сделать детей счастливыми, чтобы они стали лучше учиться». Очень важно, однако, точно установить то, каким именно образом счастье влияет на процесс усвоения новой информации, — подчеркивает она.
Исследовательская работа только начинается. Но вышеозначенная небольшая группа ученых уже предоставила аналитическую картину процесса обучения благодаря восприятию мозга как матрицы, состоящей из узлов и связей, которые легко могут смещаться, меняться местами и перегруппировываться. По словам Бассетт, более широкий взгляд на сетевую науку привносит «целый ряд новых гипотез и способов их проверки».
Лора Сэндерс — независимый научный писатель, автор блога о науке воспитания детей. Ранее писала о нейробиологии, сообщая обо всех связанных с умственной деятельностью мистериях. Имеет докторскую степень в области молекулярной биологии, полученную в лос-анджелесском Университете Южной Калифорнии. Затем Лаура стала писать о человеческом мозге во всех его формах и проявлениях. Ее изыскания публиковались в научных журналах, в том числе Current Biology, Developmental Biology и PLOS Biology.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Нейробиология: Что происходит с мозгом, когда мы учимся
Экология сознания: Жизнь. Совершенно точно доказано, что наш мозг — дико пластичная штука, и индивидуальное обучение серьезно на него влияет — в значительно большей степени, чем врожденные предрасположенности.
Если сравнивать с детенышами других животных, можно сказать, что человек рождается с недоразвитым мозгом: его масса у новорожденного составляет всего 30% массы мозга взрослого. Эволюционные биологи предполагают, что мы должны рождаться недоношенными, чтобы наш мозг развивался, взаимодействуя с внешней средой. Научный журналист Ася Казанцева в лекции «Зачем мозгу учиться?» в рамках программы «Арт-образование 17/18» рассказала
О процессе обучения с точки зрения нейробиологии
и объяснила, как мозг меняется под влиянием опыта, а также чем во время учебы полезны сон и лень.
Кто изучает феномен обучения
Вопросом, зачем мозгу учиться, занимаются как минимум две важные науки — нейробиология и экспериментальная психология. Нейробиология, изучающая нервную систему и происходящее в мозге на уровне нейронов в момент обучения, работает чаще всего не с людьми, а с крысами, улиточками и червячками. Специалисты по экспериментальной психологии пытаются понять, какие вещи влияют на обучаемость человека: например, дают ему важное задание, проверяющее его память или обучаемость, и смотрят, как он с ним справляется. Эти науки интенсивно развивались в последние годы.
Если смотреть на обучение с точки зрения экспериментальной психологии, то полезно вспомнить, что эта наука — наследница бихевиоризма, а бихевиористы считали, что мозг — черный ящик, и их принципиально не интересовало, что в нем происходит. Они воспринимали мозг как систему, на которую можно воздействовать стимулами, после чего в ней случается какая-то магия, и она определенным образом на эти стимулы реагирует. Бихевиористов интересовало, как может выглядеть эта реакция и что на нее способно влиять. Они считали, что обучение — это изменение поведения в результате освоения новой информации
Это определение до сих пор широко применяется в когнитивных науках. Скажем, если студенту дали почитать Канта и он запомнил, что есть «звездное небо над головой и моральный закон во мне», озвучил это на экзамене и ему поставили пятерку, значит, произошло обучение.
С другой стороны, такое же определение применимо и к поведению морского зайца (аплизии). Нейробиологи часто ставят опыты с этим моллюском. Если бить аплизию током в хвостик, она начинает бояться окружающей реальности и втягивать жабры в ответ на слабые стимулы, которых она раньше не боялась. Таким образом, у нее тоже происходит изменение поведения, обучение. Это определение можно применять и к еще более простым биологическим системам. Представим себе систему из двух нейронов, соединенных одним контактом. Если мы подадим на нее два слабых импульса тока, то в ней временно изменится проводимость и одному нейрону станет легче подавать сигналы другому. Это тоже обучение на уровне этой маленькой биологической системы. Таким образом, от обучения, которое мы наблюдаем во внешней реальности, можно построить мостик к тому, что происходит в мозге. В нем есть нейроны, изменения в которых влияют на нашу реакцию на среду, т. е. на произошедшее обучение.
Как работает мозг
Но чтобы говорить о мозге, нужно иметь базовое представление о его работе. В конце концов, у каждого из нас в голове есть эти полтора килограмма нервной ткани. Мозг состоит из 86 миллиардов нервных клеток, или нейронов. У типичного нейрона есть тело клетки со множеством отростков. Часть отростков — дендриты, которые собирают информацию и передают ее на нейрон. А один длинный отросток, аксон, передает ее следующим клеткам. Под передачей информации в рамках одной нервной клетки подразумевается электрический импульс, который идет по отростку, как по проводу. Один нейрон взаимодействует с другим через место контакта, которое называется «синапс», сигнал идет с помощью химических веществ. Электрический импульс приводит к высвобождению молекул — нейромедиаторов: серотонина, дофамина, эндорфинов. Они просачиваются через синаптическую щель, воздействуют на рецепторы следующего нейрона, и он изменяет свое функциональное состояние — например, у него на мембране открываются каналы, через которые начинают проходить ионы натрия, хлора, кальция, калия и т. д. Это приводит к тому, что на нем, в свою очередь, тоже формируется разность потенциалов, и электрический сигнал идет дальше, на следующую клетку.
Но когда клетка передает сигнал другой клетке, этого чаще всего недостаточно для каких-то заметных изменений в поведении, ведь один сигнал может получиться и случайно из-за каких-то возмущений в системе. Для обмена информацией клетки передают друг другу много сигналов. Главный кодирующий параметр в мозге — это частота импульсов: когда одна клетка хочет что-то передать другой клетке, она начинает посылать сотни сигналов в секунду. Кстати, ранние исследовательские механизмы 1960–70-х годов формировали звуковой сигнал. В мозг экспериментальному животному вживляли электрод, и по скорости треска пулемета, который слышался в лаборатории, можно было понять, насколько активен нейрон.
Система кодирования с помощью частоты импульсов работает на разных уровнях передачи информации — даже на уровне простых зрительных сигналов. У нас на сетчатке есть колбочки, которые реагируют на разные длины волн: короткие (в школьном учебнике они называются синие), средние (зеленые) и длинные (красные). Когда на сетчатку поступает волна света определенной длины, разные колбочки возбуждаются в разной степени. И если волна длинная, то красная колбочка начинает интенсивно подавать сигнал в мозг, чтобы вы поняли, что цвет красный. Впрочем, тут все не так просто: у колбочек перекрывается спектр чувствительности, и зеленая тоже делает вид, что она что-то такое увидела. Дальше мозг самостоятельно это анализирует.
Как мозг принимает решения
Принципы, аналогичные тем, что используются в современных механических исследованиях и опытах на животных с вживленными электродами, можно применять и к гораздо более сложным поведенческим актам. Например, в мозге есть так называемый центр удовольствия — прилежащее ядро. Чем более активна эта область, тем сильнее испытуемому нравится то, что он видит, и выше вероятность, что он захочет это купить или, например, съесть. Эксперименты с томографом показывают, что по определенной активности прилежащего ядра можно еще до того, как человек озвучит свое решение, допустим, относительно покупки кофточки, сказать, будет он ее покупать или нет. Как говорит прекрасный нейробиолог Василий Ключарев, мы делаем все, чтобы понравиться нашим нейронам в прилежащем ядре.
Сложность в том, что у нас в мозге нет единства суждений, каждый отдел может иметь свое мнение о происходящем. История, похожая на спор колбочек в сетчатке, повторяется и с более сложными вещами. Допустим, вы увидели кофточку, она вам понравилась, и ваше прилежащее ядро издает сигналы. С другой стороны, эта кофточка стоит 9 тысяч рублей, а зарплата еще через неделю — и тогда ваша амигдала, или миндалевидное тело (центр, связанный в первую очередь с негативными эмоциями), начинает издавать свои электрические импульсы: «Слушай, остается мало денег. Если мы сейчас купим эту кофточку, у нас будут проблемы». Лобная кора принимает решение в зависимости от того, кто громче орет — прилежащее ядро или амигдала. И тут еще важно, что каждый раз впоследствии мы способны проанализировать последствия, к которым это решение привело. Дело в том, что лобная кора общается и с амигдалой, и с прилежащим ядром, и с отделами мозга, связанными с памятью: они ей рассказывают, что произошло после того, как в прошлый раз мы принимали такое решение. В зависимости от этого лобная кора может более внимательно отнестись к тому, что говорят ей амигдала и прилежащее ядро. Так мозг способен меняться под влиянием опыта.
Почему мы рождаемся с маленьким мозгом
Все человеческие дети рождаются недоразвитыми, буквально недоношенными в сравнении с детенышами любого другого вида. Ни у одного животного нет настолько длинного детства, как у человека, и у них не бывает потомства, которое рождалось бы с настолько маленьким мозгом относительно массы мозга взрослого: у человеческого новорожденного она составляет лишь 30%.
Все исследователи сходятся во мнении, что мы вынуждены рождать человека незрелым из-за внушительного размера его мозга. Классическое объяснение — это акушерская дилемма, то есть история конфликта между прямохождением и большой головой. Чтобы родить детеныша с такой головой и крупным мозгом, нужно иметь широкие бедра, но невозможно их бесконечно расширять, потому что это будет мешать ходить. По подсчетам антрополога Холли Дансуорт, чтобы рожать более зрелых детей, достаточно было бы увеличить ширину родового канала всего на три сантиметра, но эволюция все равно в какой-то момент остановила расширение бедер. Эволюционные биологи предположили: вероятно, мы и должны рождаться недоношенными, чтобы наш мозг развивался во взаимодействии с внешней средой, ведь в матке в целом довольно мало стимулов.
Есть знаменитое исследование Блэкмора и Купера. Они в 70-е годы проводили опыты с котятами: большую часть времени держали их в темноте и на пять часов в день сажали в освещенный цилиндр, где они получали не совсем обычную картину мира. Одна группа котят в течение нескольких месяцев видела только горизонтальные полосы, а другая — только вертикальные. В итоге у котят возникли большие проблемы с восприятием реальности. Одни врезались в ножки стульев, потому что не видели вертикальных линий, другие таким же образом игнорировали горизонтальные — например, не понимали, что у стола есть край. С ними проводили тесты, играли с помощью палочки. Если котенок рос среди горизонтальных линий, то горизонтальную палочку он видит и ловит, а вертикальную просто не замечает. Затем вживляли электроды в кору головного мозга котят и смотрели, каким должен быть наклон палочки, чтобы нейроны начали издавать сигналы. Важно, что со взрослым котом во время такого эксперимента ничего бы не случилось, а вот мир маленького котенка, чей мозг только учится воспринимать информацию, вследствие подобного опыта может быть навсегда искажен. Нейроны, которые никогда не подвергались воздействию, перестают функционировать.
Чем люди похожи на моллюсков
Мы привыкли считать, что чем больше связей между разными нейронами, отделами человеческого мозга, тем лучше. Это так, но с определенными оговорками. Нужно не просто чтобы связей было много, а чтобы они имели какое-то отношение к реальной жизни. У полуторагодовалого ребенка синапсов, то есть контактов между нейронами в мозге, гораздо больше, чем у профессора Гарварда или Оксфорда. Проблема в том, что эти нейроны связаны хаотично. В раннем возрасте мозг быстро созревает, и его клетки формируют десятки тысяч синапсов между всем и всем. Каждый нейрон раскидывает отростки во все стороны, и они цепляются за все, до чего смогли дотянуться. Но дальше начинает работать принцип «Используй, или потеряешь». Мозг живет в окружающей среде и пытается справляться с разными задачами: ребенка учат координировать движения, хватать погремушку и т. д. Когда ему показывают, как есть ложкой, у него в коре остаются связи, полезные, чтобы есть ложкой, так как именно через них он гонял нервные импульсы. А связи, которые отвечают за то, чтобы расшвыривать кашу по всей комнате, становятся менее выраженными, потому что родители такие действия не поощряют.
Процессы роста синапсов довольно хорошо изучены на молекулярном уровне. Эрику Канделу дали Нобелевскую премию за то, что он догадался изучать память не на людях. У человека 86 миллиардов нейронов, и, пока ученый разобрался бы в этих нейронах, ему пришлось бы извести сотни испытуемых. А поскольку никто не позволяет вскрывать мозги стольким людям ради того, чтобы посмотреть, как они научились держать ложку, Кандел придумал работать с улиточками. Аплизия — суперудобная система: с ней можно работать, изучив всего четыре нейрона. На самом деле у этого моллюска больше нейронов, но на его примере гораздо проще выявить системы, связанные с обучением и памятью. В ходе экспериментов Кандел понял, что кратковременная память — это временное усиление проводимости уже существующих синапсов, а долговременная заключается в росте новых синаптических связей.
Это оказалось применимо и к человеку — похоже на то, как мы ходим по траве. Сначала нам все равно, куда идти на поле, но постепенно мы протаптываем тропинку, которая потом превращается в грунтовую дорогу, а затем в асфальтированную улицу и трехполосное шоссе с фонарями. Похожим образом нервные импульсы протаптывают себе дорожки в мозге.
Как формируются ассоциации
Наш мозг так устроен: он формирует связи между событиями, происходящими одновременно. Обычно при передаче нервного импульса выделяются нейромедиаторы, которые воздействуют на рецептор, и электрический импульс идет на следующий нейрон. Но есть один рецептор, который работает не так, он называется NMDA. Это один из ключевых рецепторов для формирования памяти на молекулярном уровне. Его особенность в том, что он работает в том случае, если сигнал пришел с обеих сторон одновременно.
Все нейроны куда-то ведут. Один может привести в большую нейронную сеть, которая связана со звучанием модной песенки в кафе. А другие — в другую сеть, связанную с тем, что вы пошли на свидание. Мозг заточен на то, чтобы связывать причину и следствие, он на анатомическом уровне способен запомнить, что между песней и свиданием есть связь. Рецептор активируется и пропускает через себя кальций. Он начинает вступать в огромное количество молекулярных каскадов, которые приводят к работе некоторых до этого не работавших генов. Эти гены проводят синтез новых белков, и вырастает еще один синапс. Так связь между нейронной сетью, отвечающей за песенку, и сетью, отвечающей за свидание, становится более прочной. Теперь даже слабого сигнала достаточно, чтобы пошел нервный импульс и у вас сформировалась ассоциация.
Как обучение влияет на мозг
Есть знаменитая история о лондонских таксистах. Не знаю, как сейчас, но буквально несколько лет назад для того, чтобы стать настоящим таксистом в Лондоне, нужно было сдать экзамен по ориентации в городе без навигатора — то есть знать как минимум две с половиной тысячи улиц, одностороннее движение, дорожные знаки, запреты на остановку, а также уметь выстроить оптимальный маршрут. Поэтому, чтобы стать лондонским таксистом, люди несколько месяцев ходили на курсы. Исследователи набрали три группы людей. Одна группа — поступившие на курсы, чтобы стать таксистами. Вторая группа — те, кто тоже ходил на курсы, но бросил обучение. А люди из третьей группы вообще не думали становиться таксистами. Всем трем группам ученые сделали томограмму, чтобы посмотреть плотность серого вещества в гиппокампе. Это важная зона мозга, связанная с формированием памяти и пространственным мышлением. Обнаружилось, что если человек не хотел становиться таксистом или хотел, но не стал, то плотность серого вещества в его гиппокампе оставалась прежней. А вот если он хотел стать таксистом, прошел тренинг и действительно овладел новой профессией, то плотность серого вещества увеличилась на треть — это очень много.
И хотя до конца не ясно, где причина, а где следствие (то ли люди действительно овладели новым навыком, то ли у них изначально была хорошо развита эта область мозга и поэтому им было легко научиться), совершенно точно наш мозг — дико пластичная штука, и индивидуальное обучение серьезно на него влияет — в значительно большей степени, чем врожденные предрасположенности. Важно, что и в 60 лет обучение оказывает воздействие на мозг. Конечно, не так эффективно и быстро, как в 20, но целом мозг в течение всей жизни сохраняет некоторую способность к пластичности.
Зачем мозгу лениться и спать
Когда мозг чему-то учится, он выращивает новые связи между нейронами. А это процесс медленный и дорогостоящий, на него нужно тратить много калорий, сахара, кислорода, энергии. Вообще, человеческий мозг, притом что его вес составляет всего 2% от веса всего тела, потребляет около 20% всей энергии, которую мы получаем. Поэтому при любой возможности он старается ничему не учиться, не тратить энергию. На самом деле это очень мило с его стороны, ведь если бы мы запоминали все, что видим каждый день, то мы довольно быстро сошли бы с ума.
В обучении, с точки зрения мозга, есть два принципиально важных момента. Первый заключается в том, что, когда мы осваиваем любой навык, нам становится легче действовать правильно, чем неправильно. Например, вы учитесь водить машину с механической коробкой передач, и вам сначала все равно, переключать передачу с первой на вторую или с первой на четвертую. Для вашей руки и мозга все эти движения равновероятны; вам неважно, в какую сторону гнать нервные импульсы. А когда вы уже более опытный водитель, то вам физически проще переключать передачи правильно. Если вы попадете в машину с принципиально другой конструкцией, вам снова придется задумываться и контролировать усилием воли, чтобы импульс не пошел по проторенной дорожке.
Второй важный момент:
главное в обучении — это сон
У него много функций: поддержание здоровья, иммунитета, обмена веществ и разных сторон работы мозга. Но все нейробиологи сходятся в том, что самая главная функция сна — это работа с информацией и обучением. Когда мы освоили какой-то навык, то хотим сформировать долговременную память. Новые синапсы растут несколько часов, это долгий процесс, и мозгу удобнее всего это делать именно тогда, когда вы ничем не заняты. Во время сна мозг обрабатывает информацию, полученную за день, и стирает то, что из этого надо забыть.
Есть эксперимент с крысами, где их учили ходить по лабиринту с вживленными в мозг электродами и обнаружили, что во сне они повторяли свой путь по лабиринту, а на следующий день ходили по нему лучше. Во многих тестах на людях показано, что то, что мы выучили перед сном, вспомнится лучше, чем выученное с утра. Выходит, что студенты, которые принимаются за подготовку к экзамену где-то ближе к полуночи, все делают правильно. По той же причине важно думать о проблемах перед сном. Конечно, заснуть будет сложнее, но мы загрузим вопрос в мозг, и, может быть, наутро придет какое-то решение. Кстати, сновидения — это, скорее всего, просто побочный эффект обработки информации.
Как обучение зависит от эмоций
Обучение в большой степени зависит от внимания, потому что оно направлено на то, чтобы снова и снова прогонять импульсы по конкретным путям нейронной сети. Из огромного количества информации мы на чем-то фокусируемся, берем это в рабочую память. Дальше то, на чем мы удерживаем внимание, попадает уже в память долговременную. Вы могли понять всю мою лекцию, но это не означает, что вам будет легко ее пересказать. А если вы прямо сейчас на листке бумаги нарисуете велосипед, то это не значит, что он будет хорошо ездить. Люди склонны забывать важные детали, особенно если они не специалисты по велосипедам.
У детей всегда были проблемы с вниманием. Но сейчас в этом смысле все становится проще. В современном обществе уже не так нужны конкретные фактические знания — просто их стало невероятно много. Гораздо важнее оказывается способность быстро ориентироваться в информации, отличать достоверные источники от недостоверных. Нам уже почти и не нужно долго концентрироваться на одном и том же и запоминать большие объемы информации — важнее быстро переключаться. Кроме того, сейчас появляется все больше профессий как раз для людей, которым сложнее концентрироваться.
Есть еще один важный фактор, влияющий на обучение, — эмоции. На самом деле это вообще главное, что у нас было на протяжении многих миллионов лет эволюции, еще до того, как мы нарастили всю эту огромную лобную кору. Ценность овладения тем или иным навыком мы оцениваем с точки зрения того, радует он нас или нет. Поэтому здорово, если удается наши базовые биологические эмоциональные механизмы вовлекать в обучение. Например, выстраивать такую систему мотивации, в которой лобная кора не думает о том, что мы должны выучить что-то с помощью усидчивости и целенаправленности, а в которой прилежащее ядро говорит, что ему просто чертовски нравится это занятие.
опубликовано econet.ru. Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь
Автор: Ася Казанцева
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ: