Главная
Главная
О журнале
О журнале
Архив
Архив
Авторы
Авторы
Контакты
Контакты
Поиск
Поиск
Главлит придет, уверенно и беспощадн
Воспоминания и размышления журналиста и деятеля СЖ СССР в связи с приказом ФСБ...
№10
(388)
07.10.2021
Образование
Эффективное обучение на основе достижений нейронаук
(№6 [294] 15.05.2015)
Автор: Зинаида Тарутина

До прихода третьего тысячелетия в исследовании всех видов мыслительной деятельности своего собственного мозга и у всех других людей ученому приходилось полагаться на его рабочие способности, анализируя свои переживания и пытаясь понять из наблюдений ход мыслей других людей и причины их поступков. В итоге в большой группе гуманитарных наук накопилось много разнообразной субъективной информации, сочетавшей гениальные догадки, ошибочные предположения и множество мифов.

Лишь в самом конце ХХ века ученые получили возможность не только наблюдать и анкетировать, но и измерять ранее недоступные процессы и явления. Однако, до сих пор информация об изменениях головного мозга в течение жизни человека остается недостаточной.

Причины этого незнания понятны и весомы. Часть изменений человеческого тела на протяжении жизни каждого человека очевидна из-за легкости отслеживания, например, увеличения массы, роста, пропорций и др. А вот мозг в течение эволюции млекопитающих получил сразу несколько защитных слоев, поэтому он полностью скрыт от внешних наблюдений.

Радикальные сдвиги наступили совсем недавно из-за того, что совершенство созданного усилиями представителей точных наук и инженерами оборудования впервые обеспечило безопасное наблюдение деятельности головного мозга и других скрытых структур. В этой сфере продолжается быстрый прогресс с появлением новых и интересных фактов в специализированных журналах и в базах Интернета.

Очевидно, что обучение является самым что ни есть естественным механизмом развития мозга. Оно так же естественно для мозга, как дыхание для организма. Распространено представление об интенсивном развитии мозга только в интервале от рождения до окончания формирования мышечных и других структур и достижения стабильной массы тела в возрасте 16-18 лет. Взрослый и старший возраст считают периодом постепенного упадка когнитивных и всех иных возможностей человеческого мозга ([4; 12; 13] и др.).

Но это не столько ошибочное, сколько слишком упрощенное предположение. На самом деле Природа наделила человека постоянной любознательностью и стремлением к познанию, мозг в старшем возрасте не деградирует и даже способен к дальнейшему совершенствованию. Конечно, современная наука не отрицает тот факт, что наиболее интенсивное обучение мозга и повышение его эффективности как исполнительного органа приходится на молодой возраст, поэтому вся реальная образовательная сфера и психолого-педагогические науки имеют главной задачей создание наиболее благоприятной среды для удовлетворения этих потребностей.

Способность мозга изменяться под влиянием обучения определяется термином "пластичность мозга" [14]. На уровне нейронов процесс обучения связан с образованием новых межнейронных контактов - синапсов. Благодаря синапсам выстраивается нервная цепочка, в которой нейроны обмениваются сигналами (импульсами). Межнейронные контакты постоянно образуются и исчезают, а все многообразие высшей нервной деятельности обусловлено именно такой синаптической пластичностью. [8].

Ключевым механизмом пластичности нейронов является изменение эффективности синаптической передачи. Именно поэтому в нейробиологии большинство исследований механизмов обучения на субклеточном уровне состояла в изучении закономерностей функционирования синапсов. Этот подход привел к обнаружению долговременной посттетанической потенциации. Она выражается в длительном повышении амплитуды и крутизны нарастания потенциалов в конкретной структуре мозга. Такая форма изменения функционирования клеточных контактов связывается с повышением синаптической эффективности, способной обеспечить длительное сохранение результатов обучения. Определенная структура связей нейронов возникает в результате достаточно продолжительного процесса обучения, в процессе которого и совершенствуются возможности человеческого мозга - скорость усвоения, время и глубина переработки информации.

Наращивание интеллектуальных способностей человека происходит естественным путем только в случае интенсификации ментальной деятельности под влиянием всего комплекса характеристик окружения. Поэтому обучение будет полезным и эффективным по своему конечному результату лишь тогда, когда потенциал мозга реализуется через преодоление интеллектуальных трудностей. При этом его значительная недогрузка может иметь весьма заметные и необратимые негативные последствия для развития [10; 11].

Изменения в поведении, возникающие в результате опыта, развиваются на основе обучения и запоминания, закрепляются на структурном уровне, влияя на нейроны. Это закрепление заключается в усилении биохимических связей между нейронами, а в результате синапсы быстрее и легче передают сигнал от одного нейрона к другому.

Прогресс в обучении может выражаться в увеличении частоты, скорости и силы реагирования, уменьшении латентного периода реакции, времени выполнения задачи и числа совершенных ошибок. Кривые амплитуды реакций, вероятности возникновения реакции, скорости и темпа реагирования в течение обучения будут расти; кривые латентного периода реакции впоследствии будут снижаться.

Интеллект в основном зависит не от размера мозга и даже не от числа нейронов, а от числа связей между ними. Именно появлением новых межнейронных связей определяется рост способностей мозга. Количество связей изменяется в пределах нескольких порядков и частично обусловлено генетической наследственностью, частично определяется образом жизни и опытом. Если человек учится, наращивает число связей, то обязательно становится умнее. Стремление к обучению, впрочем, тоже имеет наследственную составляющую.

Очень важно вовремя и правильно использовать "пластичность мозга" - его способность развиваться и "крепнуть" под влиянием стимуляции - обучения. Память и ментальная способность нуждаются в тренировке значительно больше, чем мышцы.

"Мозг выстаивается по генетической программе, скульптор – это опыт. Если вы будете давать мозгу трудную работу, то мозг будет сохранен, это в равной степени как мышцы. Трудная работа, которая ему дана, она свое дело делает" [16]. 

Узнавая что-то новое человек обязательно испытывает удовольствие. Это доказали исследователи из Университета имени Отто фон Герике (Германия) и Барселонского университета (Испания) в статье в Current Biology. Пабло Рипольес (Pablo Ripollés) и его коллеги в эксперименте с участием добровольцев показали, что на понимание и запоминание значений новых слов мозг реагирует так же, как на денежный выигрыш. Освоение новых слов стимулировало активность вентрального отдела стриатума, или полосатого тела. Это важный отдел мозга, который входит в систему подкрепления, его импульсы имеют непосредственное отношение к мотивации, удовольствию, ожиданию награды.

Кроме того, успех в заучивании новых слов зависел от состояния белого вещества в полосатом теле. Белое вещество играет роль проводника, который связывает разные области мозга, и чем его больше, тем сильнее данная область интегрирована с другими отделами мозга, тем активнее она обменивается с ними данными. Наш мозг подкрепляет мотивацию к изучению языка тем, что реагирует на лингвистические усилия чувством удовольствия - приятные эмоции помогают запоминать новый материал [9].

Ученые из Берлина, Бохума и Лейпцига, работающие в рамках общегерманского проекта изучения процесса обучения, координатором которого является Петра Рихтер, исследовали активность мозга при обучении с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Они обнаружили, что в мозге более успешных в обучении людей качественнее активизируются альфа-ритмы, по сравнению с теми, кто учится плохо. Альфа-ритмы - ритмы энцефалограммы, ответственные за переход от расслабленного состояния к сконцентрированному с повышением внимания.

У тех испытуемых, которые хорошо отзывались на обучение, ЭЭГ регистрировала специфические изменения альфа-ритма активности мозга. Этот ритм в полосе частот от 8 до 13 Гц (средняя амплитуда - 30-70 мкВ) регистрируется у 85-95% здоровых людей и является проявлением спокойного бодрствования. Во время умственной активности он затухает, поэтому является, среди всего прочего, показателем того, как хорошо мозг реагирует на обучение, подтверждая, что хорошие ученики легко решают типовые задачи.

Способным ученикам легко дается учеба по той простой причине, что они от природы наделены способностью сосредотачиваться и быть внимательными. А мозг отстающих не умеет усваивать нужную информацию, потому что альфа-ритм у них вялый. У менее способных к обучению людей неэффективность заложена не в процессе обучения как таковом, а в том, что мозг недостаточно качественно обрабатывает нужную информацию.

С помощью компьютерных моделей исследуются альфа-ритмы в процессе обучения. Чем сильнее было падение его амплитуды в процессе обучения, тем проще было учиться. В целом на качество обучения влияет целый ряд факторов: генетические аспекты, анатомия мозга каждого человека и не в последнюю очередь - внимательность, способность сосредоточиться. Чтобы изучить роль каждого из этих факторов, необходимо разработать специальные методики. Ученые обратились при изучении активности мозга к такому базовому чувству, как прикосновение, поскольку именно в соматосенсорной коре головного мозга расположены тактильные центры [5].

Бытует убеждение в том, что с возрастом способность к обучению у человека снижается. Однако специалисты из Мичиганского университета установили в эксперименте, что дело тут вовсе не в возрасте человека, а в привычке. По их данным, молодых людей, которые привыкли к определенным правилам, переучивать так же трудно, как и пожилых.

На то, чтобы отстраниться от старых правил, ставших привычными до автоматизма, и начать следовать новым установкам, мозг вынужден тратить очень много энергии, особенно, когда это связано с одним и тем же предметом. Мозг расходует много сил в поддержку актуальности новой информации, поэтому при переходе на новые правила просто невозможно избежать множества ошибок. Это происходит по той причине, что человек концентрируется на новом правиле, а не на самом задании, поэтому и начинает чаще ошибаться. После изменения правил число ошибок участников эксперимента резко возрастала. Эту информация опирается на то, что во время прохождения теста ученые наблюдали за электрической активностью мозга испытуемых. [6]. 

Печально, но перед инерцией привычек бессилен не только мозг пожилых людей, но и вполне молодых и активных. Обучению существенно препятствует привычка, поэтому правильную начальную организацию всей структуры учебных заведений, выбор предметов и особенно их содержания следует направлять не только на исключение повторения изучения одного и того же материала в различных дисциплинах, но и на минимизацию необходимости переобучения. Можно было лишь посочувствовать специалистам по радиоэлектронной технике в начале второй половины ХХ века, когда с небольшим интервалом во времени происходил последовательный переход от больших и простых электровакуумных радиоламп сначала в малым многоэлектродным («пальчиковым»), а позже к полупроводниковым элементам. И это было только начало их труда, ведь каждые 2-3 года стали сменять друг друга поколения так называемых "интегральных схем", количество составляющих элементов которых выросло с 20-30 штук до сотен миллионов.

Указанную нами рекомендацию не следует считать применимой только для образовательной системы в целом или больших по объему полных учебных планов средних или высших школ. Каждый преподаватель, который ведет конкретный предмет с включенной в его содержание исторической частью, не имеет права забывать о том, что в случае акцентированного ознакомления учащихся или студентов с эволюцией знаний через изложение последовательного ряда ошибочных теорий с объяснением различий между ними для удостоверения логики исторического развития знаний ученых, он может почти полностью уничтожить способность студентов воспринимать новую и наиболее совершенную теорию. Мозг окажется настолько перегруженным исторической информацией, которую, к сожалению, преподаватель требует изучить и подтвердить достижениями на контрольных работах, промежуточных и заключительных экзаменах, что студенты окажутся несостоятельными лучше усвоить именно нужные и новейшие знания.

На наш взгляд, абсолютное большинство учебного материала для среднего образования и большой процент содержания программ дисциплин для вузов имеет недостатком сочетание избыточного историзма с редукцией времени, предполагаемой на новейшие знания и изложение наиболее перспективных для дальнейшей работы молодого человека "эмбриональных" теорий и открытий [10; 11].

Для подтверждения существования этого большого по объему средства торможения мышления и развития учащихся наших средних и высших школ, ограничимся только тремя примерами.

Первый касается литературного блока, где ученики начальной школы вообще не встречаются с современными текстами с очень интересной для них в данный момент информацией, а вынуждены двигаться по ступеням истории нации и человечества, читая и анализируя десятки произведений, подобных "Слову о полку Игореве", трудности восприятия которого даже в замечательных переводах или воспроизведениях лучших писателей практически непреодолимы для учащихся младшего школьного возраста.

Другой пример - содержание регулярного курса школьной физики, в деталях повторяющего исторический академический прогресс в этой науке. Изложение начинается с наименее интересной для современных детей темы - законов и формул прямолинейных движений материальной точки. Дидактическая ошибка, которая существует в наших школах и сейчас, заключается в том, что подобное движение является полной абстракцией и вообще практически не встречается в Природе (даже для антропогенной окружающей среды можно указать лишь короткие мгновения подобного движения в части транспортных средств). В Природе доминирует вращательное движение протяженных тел и других объектов, а знания о нем на уровне понятий ученики школ не получают вообще. В результате они даже не догадываются о том, что существует закон сохранения для этого движения (мы имеем в виду сохранение момента импульса для замкнутых систем) и не имеют возможности представить ход процессов, подобных образованию Солнечной системы из облака межзвездной пыли и других объектов. Очень жаль, что в школе игнорируют вращательное движение и не объясняют детям и подросткам множество интересного о волчках, бумерангах и многих других вещах, которые ведут себя "странно и непредсказуемо" 

Третий пример посвятим биологии, значение которой постоянно возрастет в последние десятилетия, а дела с её преподаванием в школе особенно плохи, ведь не только школьники, но и учителя не знают и не могут использовать полезные достижения в этологии, нейробиологии и других молодых биологических и интегративных науках. На наш взгляд, остаются очень актуальными несколько сотен материалов, которые были собраны и провозглашены во время Всеукраинской конференции 1999 года по проблемам преподавания в средних и высших школах и других учреждениях естественно-математических наук [1]. В одном из них приведен подсчет научных терминов в официальном учебнике по биологии для шестого класса - почти 2000. Это, конечно, недопустимо много. К сожалению, до сих пор при создании учебной литературы практически не учитываются возрастные особенности мышления детей и подростков, игнорируются их высокие приоритеты и зоны интереса.

Но время вернуться к анализу более банальных и ежедневных вопросов обучения учащихся и студентов.

Исследование скорости и успешности выполнения какой-либо мыслительной деятельности показало, что, когда человек начинает спешить, возрастает количество ошибок и снижается качество конечного интеллектуального продукта. Если требуется высокая точность и аккуратность, то темп работы вынужденно замедляется.

Никто не отрицает - в общем темп работы является вещью индивидуальной. Но в целом закономерность именно такова: если брать быстрый рабочий темп, то надо быть готовым к большому количеству ошибок. Когда от мозга требуют быстрых ответов, он просто недобирает информации, не дает нейронам полностью проанализировать ситуацию, а потому чаще ошибается. Это подтверждается поведенческими экспериментами и наблюдениями за активностью мозга в целом. Однако при выборе скоростного пути решения задачи нейроны коры были гораздо активнее, если сравнивать с акцентированием аккуратности [15].

До 1960-х годов считалось, что у взрослых млекопитающих не могут появляться новые нейроны (тезис: нервные клетки не восстанавливаются!), а постоянная гибель нервных клеток компенсируется за счет перераспределения функций среди оставшихся. Но в 1962 году Жозеф Олтман из США в экспериментах впервые доказал, что у взрослых млекопитающих все же идет процесс нейрогенеза, а в 1998 году, группа Петера Эрикссона обнаружила, что новые клетки образуются и в мозге взрослых людей [3].

Недавно Кирсти Сполдинг (Kirsty Spalding) из Каролингского института (Швеция) и ее коллеги установили, что у взрослых людей в гиппокампе (зона мозга, тесно связана с эмоциями и памятью) ежесуточно образуется не менее 700 новых нейронов, что соответствует достаточно заметной скорости обновления клеток коры мозга - примерно 1,75% в год. Сполдинг и ее коллеги отмечают, что подобные "поздние" нейроны могут существенно влиять на функции и возможности нашего мозга.

Для системы высшего образования указанный факт самый важный по двум причинам: 1) образование новых клеток повышает возможности и без того особенно совершенного молодого мозга; 2) отсутствие интенсивного труда мозга влечет не только неиспользование новых клеток, но и уменьшает их возможности присоединиться к имеющимся структурам. Активные студенты имеют двойное превосходство над ленивыми и пассивными, ведь накапливают профессиональные знания вместе с совершенствованием мозга.

Доктором Элеонорой Мак-Ги были проведены исследования мозга водителей лондонских такси. Сканирование показали, что размер гиппокампа у этих лиц значительно больше, чем у рядовых граждан, которые зарабатывают себе на жизнь другим способом. Показателен также тот факт, что чем больше лет водитель такси занимался своим делом, тем крупнее был его гиппокамп. Без сомнений - мозг водителей постепенно увеличивался в размерах, чтобы помочь им сохранить в памяти подробный и очень сложный образ карты большого города.

Можно предположить, что, например, у водителей такси на Манхэттене в Нью-Йорке нет таких значительных изменений гиппокампа. Во-первых, там довольно переменный контингент подобных работников, во-вторых - предельно простая пространственная структура этой вообще-то очень большой части города. Улицы там формируют предельно простую сетку из авеню и стрит, а единственным известным исключением является Бродвей, что нарушает это правило и проложен строителями вкось.

Дополним изложение интересным фактом. Еще в 1970-е годы были открыты отдельные клетки в гиппокампе (их называют нейронами места), которые активизируются при движении человека в пространстве в случае осознания этого движения. По мере перемещения возбуждения переходит из одних клеток в другие, а в результате получается некая интерактивная карта (похожа частично на то, что мы имеем в современных навигаторах) [17].

Закончим наше изложение двумя уже достаточно проверенными фактами:

1) постоянная тренировка способствует не только развитию сети нейронов, но и стимулирует образование новых клеток мозга и их включение в деятельность имеющихся структур. Наблюдения процессов в мозге дают неопровержимые доказательства того, что регулярные умственные упражнения приводят к росту новых клеток мозга [7, с.200]; .

2) "Нейронная сеть усложняется в зависимости от того, чем мозг занят … это звучит весьма оптимистично и в каком-то смысле нравоучительно, человек должен постоянно помнить — от того, чем занят его мозг, зависит судьба мозга" [2, с . 72].

 

Литература

1. Актуальні проблеми вивчення природничо-математичних дисциплін у загальноосвітніх навчальних закладах України. Матеріали Всеукраїнської конференції. Київ. 12-14.05.1999 р. – К.: Київський ун-тет ім. Т.Шевченка, 1999. – 126 с.

2. Анохин К., Черниговская Т. Зеркало для мозга // В мире науки. – 2008. - №5. – С. 68-73

3. Евсеева Ю. Клетки мозга могут восстанавливаться (URL: http://newsland.com/news/detail/id/1191251/)

4. Курцвейл Р. К 2030 году мозг человека будет подключён к облачным сервисам (URL: http://newsland.com/news/detail/id/1554844/) ; 25-04-2015

5. Научно объясненная глупость (URL: http://www.nanonewsnet.ru/articles/2013/nauchno-obya...) 7-04-2014

6. Обучению препятствует привычка (URL: http://newsland.com/news/detail/id/1292212/) ;   13-12-2013

7. Слоан Пол Искусство мыслить незаурядно. Пер. с англ. - К.: Companion Group, 2011. - 224 с.

8. Стасевич К. Мысль заставляет нейроны работать вместе  22-01-2015 (URL: http://www.nkj.ru/news/24562/)

9. Стасевич К. Мы получаем удовольствие от новых слов (URL: http://vk.com/topic-692972_25780992?offset=2900   22-01-2015 (См. http://www.nkj.ru/news/25110/

10. Тарутіна З. Є. Значення природознавчої основи психолого-педагогічної складової сучасної вищої освіти // Вища освіта України. – 2014. - №1. – С. 79-84.

11. Тарутіна 3. Є. Науково-теоретичні напрями підвищення ефективності процесу навчання в умовах ноопрогресу людства // Вища освіта України. – № 1. – Додаток 1. – Київ, 2014. – С. 127-130.

12. Тинберген Н. Социальное поведение животных.: Пер. с англ.— М.: Мир, 1993.— 152 с.

13. Ученые: старение мозга начинается в 43 года (URL: http://newsland.com/news/detail/id/1548075/) ; 22-04-2015

14. Харченко Е.П., Клименко М.Н. Пластичность мозга // Химия и жизнь. – 2004. - №8. – С. 26-31

15. Чебан Е. Как мозг выбирает между точностью и скоростью (URL: http://vk.com/topic-692972_25780992?offset=680   22-01-2015 (См. http://science.compulenta.ru/719600/ 8 ноя,hz 2012 в 18:20)

16. Черниговская Т. Язык и сознание: что делает нас людьми? // Видеозаписи публичных лекций "Полит.ру" – 2008. – 24 декабря (URL: http://www.polit.ru/article/2008/12/24/langmind/)

17. Шаинян К. Что помогает запоминанию. Два свежих исследования о том, как формируется наша память (URL: http://vk.com/topic-692972_25780992?offset=1060) 22-01-2015 (См. http://www.svoboda.org/content/article/24962370.html 21 апр 2013 в 11:54

_______________________
© Тарутина Зинаида Евгеньевна

 

 

Виноградари «Узюковской долины»
Статья о виноградарях Помещиковых в селе Узюково Ставропольского района Самарской области, их инициативе, наст...
Мир в фотографиях. Портреты и творчество наших друзей
Фотографии из Фейсбука, Твиттера и присланные по почте в редакцию Relga.ru
Интернет-издание года
© 2004 relga.ru. Все права защищены. Разработка и поддержка сайта: медиа-агентство design maximum