Обучение и мозг
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Можно предположить, что понятие пространства очень просто и совершенно очевидно. Однако, скажем, в Древней Греции в него вкладывали совершенно иной, чем сегодня, смысл. Греки считали, что пространство отделяет тело от окружающей его среды, то есть определяли его как переход из тела вовне. Эта античная точка зрения сохранилась в топологическом определении пространства.
С течением времени понятие пространства изменялось. Школа Евклида установила трехмерность пространства, немецкая — утверждала, что пространство определяется существующими в нем объектами. Физики и геометры разошлись по этому поводу. Из более поздних исследователей Альфред Уайтхед, например, считал, что пространство — это просто некое свойство мира, которое не зависит ни от расстояний, ни от скоростей, ни от каких-либо им родственных мер.
Не менее различны и представления о времени. Около двух третей живущих на Земле людей считают время циклическим. Многие придерживаются иных взглядов на время: связывают его с принятой системой измерения, полагают его релятивистским (то есть рассматривают как нечто относительное) и т. д. В астрономии и космологии принято рассматривать два вида времени: величину, соответствующую определенному, «заданному» дню, и ее логарифм.
Словом, свойственное нам как человеческим существам представление о времени существенно отличается от действующей системы счисления времени, потому что мы всегда по-иному оцениваем период, заключающий какое-либо событие: «заполненное» время всегда проходит быстрее, чем «пустое».
Ход времени не делит его на одинаковые отрезки. В свое время американский психолог Уильям Вогел написал статью о времени в биологии, противопоставляя свою концепцию взглядам на роль времени, развитым в физике. Он отметил, что в биологии величина промежутка времени должна определяться степенью новизны, отличающей два рассматриваемые события. Поэтому для ребенка, которому все сущее внове, продолжительность времени оказывается много больше, чем для взрослого человека. Когда мы взрослеем и получаем из окружающей среды все меньше и меньше информации, время должно существенно сжиматься — так оно и происходит в действительности.
Хотя время трудно классифицировать по видам или сортам, можно выделить один его отличительный признак, а именно — принадлежность к прошлому, настоящему или будущему. Какой бы вид времени вы ни выбрали, внешний мир будет на вас воздействовать, а вы сами будете воспринимать его; поэтому, когда речь идет о прошлом, можно располагать достоверными данными; имея дело с будущим, мы не располагаем сведениями о нем, но можем попытаться воздействовать на него; и, наконец, настоящее — это, строго говоря, то, о чем ничего не известно и что изменить невозможно. Это важные определения, и в них следует внимательно разобраться.
Важно также суметь определить количество информации, которое человек может воспринять сразу. Каковы бы ни были наши задачи, чему бы ни был должен учиться ребенок, следует дробить темы на достаточно малые порции, иначе он вообще откажется их воспринимать (причем это касается как обучения математики, так и например обучения вокалу, больше о котором можно узнать на сайте https://solomriya.com.ua/obucheniye/vocal/). Необходимо выделить такие «объемы» пространства и времени, чтобы важные для ребенка события происходили в пределах этого пространства за соответствующий промежуток времени. Что касается меня, то я не усматриваю здесь особых различий между пространством и временем: все определяет размер события — в одних случаях оно может оказаться продолжительным по времени, но занимать небольшую область пространства; в других случаях дело может обстоять как раз противоположным образом. Но одно ограничение все-таки есть: изучая поведение человека, нет смысла выбирать отрезки времени, меньше одной сотой секунды.
Человек на протяжении всей жизни продолжает учиться, совершенствуя и корректируя запечатленный в его мозгу образ внешнего мира. В основном этот процесс завершается к шестнадцати годам. Становясь старше, человек начинает терять старые сведения почти так же быстро, как приобретает новое знание, — он может добиться быстрого прогресса в какой-то определенной области, но потерять общую гибкость мышления. Таким образом, интерес представляет тот важнейший период, который начинается с рождением человека, достигает расцвета приблизительно через шестнадцать лет после этого события и затем постепенно сходит на нет.
Нам известно, что именно в это время формируется большая часть нервных связей. В основном этот процесс заканчивается к шестнадцати годам, по крайней мере в том участке мозга, который управляет речью человека. К этому времени ребенок уже в состоянии отдавать себе отчет в том, что он собирается делать, в противном случае он никогда не сможет прогнозировать свои поступки. Он перестает двигаться к цели на ощупь — он ее определяет и фиксирует: «Вот в чем заключается моя задача, и я намерен решить ее таким-то или таким-то способом и т. п.». Подобная ситуация возникает в шестнадцать лет, иногда — в двенадцать, а иногда — и в восемнадцать.
Нельзя стать хорошим скрипачом или танцором, не вступив на это поприще в достаточно юном возрасте. Позже, когда этот короткий отрезок человеческой жизни пройдет, вы уже не сможете стать «мастером», к восьмидесяти годам человек перестает испытывать желание учиться. Мы все еще способны усваивать частности, относящиеся к нашей узкой области деятельности, однако делаем мы это совершенно не теми способами, что использует ребенок при обучении. Таким образом, важнейшую роль в человеческой жизни играют первые годы (приблизительно пятая часть всей жизни), причем, чем ближе к моменту рождения — тем большее значение они приобретают.
Становясь старше, человек отказывается не только от способов обучения, свойственных ребенку, — пространство, в котором он может оперировать, сжимается. Человек теряет мобильность, и доступный ему мир сужается. С другой стороны, ребенок судит о величине своего мира, сравнивая наименьший и наибольший предметы из тех, что он может увидеть и в состоянии воспринять. На первых порах этот мир не очень велик — противоположная стена комнаты ограничивает его, и все, что лежит вне пределов видимости, может вообще не существовать для ребенка. В этот период пространство сравнительно невелико, а отрезки времени длятся самое большее — секунды, для новорожденного это, во всяком случае, не минуты. Связи между началом и концом события, длящегося минуту, утрачиваются безвозвратно. Следовательно, не осознав ситуацию быстро, ребенок не сможет уследить за ее развитием.
По всей вероятности, в юности человек располагает наибольшим пространством. В сферу его действия входят множество участков пространства, однако его внимание к ним не столь пристально, чтобы он мог обсуждать их свойства. Ребенок «собирает» информацию и устанавливает связи между объектами внешнего мира, формируя собственную модель этого мира. Между семью и одиннадцатью годами заключен важнейший период этого процесса, ибо то, чего ребенок не достиг к двенадцати годам в этом отношении, потеряно для него навсегда.
Именно в этот период образуется большая часть миелиновой оболочки мозга — к семнадцати годам формируется 95 процентов ее. Говоря об образовании миелиновой оболочки, мы имеем в виду следующее. Существуют особые клетки — нейроглии, которые приклеиваются к аксону нейрона и обвиваются вокруг него: в результате аксон оказывается «оплетеиным» слоем глии — особых клеток, которые есть только в мозге. В человеческом организме каждая из таких клеток может обвиться вокруг одного аксона, образующаяся же из них цепь увеличивает скорость проведения и ограничивает область распространения нервного импульса. Этот механизм обеспечивает возникновение специфических трактов в нервной системе. К 16—17 годам, таким образом, нервная система приобретает очень стройную структуру. В более позднем возрасте ее формирование сопряжено с чрезвычайными сложностями.
Результаты последних исследований показывают, что человеческий мозг содержит свыше тысячи миллиардов нейронов: количество клеток глий еще больше, причем некоторые из них являются «кормилицами» нейронов: ни при каких обстоятельствах нейрон не имеет непосредственного контакта с кровеносным сосудом — связь осуществляется только через глию. Все кровеносные сосуды окружены клетками нейроглии, которые выделяют из крови и транспортируют к нейронам необходимые им питательные вещества, «очищают» мертвые и прекратившие развитие нейроны, а также регулируют рост нейронов.
Для любого вида человеческой деятельности, в том числе и для каждого этапа обучения в человеческой жизни находится наиболее подходящий период. Так, например, начинать заниматься языками лучше всего до десяти лет. Это относится и к двигательной активности. В Монтинегро крестьянки пеленают детей, привязывая их к доскам, которые носят у себя за спиной до тех пор, пока ребенку не исполнится полтора года. Все, «выношенные» таким образом, ходят много хуже развивающихся обычно.
Процесс обучения нераздельно связан с образованием миелиновых оболочек. После того, как миелиновая оболочка образуется, процесс обучения перестает быть тактическим и принимает стратегический характер. Это обстоятельство проявляется в том, что есть период, до наступления которого изучение данного понятия нам недоступно — какова бы ни была наша предыдущая подготовка или что бы там ни было, система должна «дозреть» для того, чтобы допустить данный вид обучения. Кроме того, есть и такие периоды, после которых исключается возможность формирования определенных понятий. Есть также строгие последовательности, которых следует придерживаться при обучении: есть вещи, которым мы должны научиться прежде, чем перейти к изучению каких-то других. Очень важно следить за развитием ребенка с тем, чтобы объекты изучения соответствовали степени зрелости его нервной системы. Идти вперед можно только тогда, когда нервная система готова к этому шагу. Ребенок не усваивает определенных понятий до тех пор, пока он не осознал предшествующих им до такой степени, что может оперировать ими свободно.
Он, например, может говорить на нескольких языках и знать, как этому научиться, однако он будет разбираться в их грамматике, только став взрослее, так как грамматика не является способом говорить на каком-либо языке, но представляет наши соображения о том, как это следует делать.
Ребенок меньше трех лет просто не в состоянии называть цвета или числа. Чисто «механически» он может что-то запомнить в этот период, но он не придает символам никакого количественного значения, и понятие числа у него поэтому отсутствует. Понятие об однозначном соответствии различных предметов возникает у ребенка приблизительно в три года. В более раннем возрасте отсутствует способность к «переносу», то есть к сопоставлению, например, восприятию на ощупь и зрительно формы предмета.
Шимпанзе в отличие от ребенка так никогда и не обретет эту способность. До трех лет соответствующие нервные связи мозга еще не имеют миелиновых оболочек — их формирование происходит приблизительно в три года. Мы не можем научить ребенка ходить прежде, чем пирамидный пучок в его спинном мозге покроется миелиновой оболочкой. Зрительное опознание треугольника (в отличие от осязательного) требует наличия проводящего пучка в угловой мозговой извилине, как от центрального поля извилин, так и от зрительного поля (нижний отдел теменной доли) коры головного мозга, но эти поля образуются не раньше, чем ребенок достигает трех лет.
Ребенок учится постоянно. Он продолжает совершенствовать и корректировать хранящуюся в его мозге модель внешнего мира, которая формируется с помощью двух механизмов — памяти и обучения. В каком-то из отделов мозга запоминаемые сведения — «память» — сохраняются.
Введя определенный факт в нервную систему — что-то; соответствующее чему- то во внешнем мире, можно раз навсегда создать своего рода «ключ», который будет воспроизводить в системе этот факт в любой момент, когда потребуется. Таким образом, то, что произошло однажды, фиксируется навсегда.
Какова природа этого процесса? Очевидно, что память не является просто фотографией окружающего мира. Очевидно, что память не локализуется в какой-то определенной
точке мозга или нейроне. Человеческая память столь грандиозна, что Бертран Рассел, например, до девяноста лет вообще не верил в ее существование, считая, что мы имеем дело с процессами совершенно иной природы — ментальной, или идеальной.
Человеческая память имеет одну интересную особенность. Она в течение всей жизни человека сохраняется и даже в старости легко восстанавливает часть (от двух до семи процентов) событий, происходивших в детстве. Создается впечатление, что эта часть памяти не изменяется, на нее не влияют даже повреждения мозга.
Этот эффект достигается за счет какого-то восстановительного процесса. Все это, однако, не самые важные проблемы памяти. Рассмотрим некоторую фиксированную последовательность событий. Допустим, человек становится свидетелем какого-то происшествия — убийства, например, и потом пытается восстановить его начало. Для этого он должен вернуться к моменту, с которого событие началось, или ему непосредственно предшествовавшему, и восстановить всю последовательность. Здесь мы сталкиваемся с такой разновидностью памяти, при которой возможен лишь один способ вернуться к интересующему нас моменту времени. Последовательный перебор при поиске нужного события — характерная особенность «непроизвольной» памяти и заучивания наизусть. Нельзя, однако, этот метод считать адекватной моделью человеческой памяти.
Еще одна разновидность — память с произвольным порядком выборки. Мы можем запоминать нечто, сохраняя его в некотором участке мозга. Следующий пример иллюстрирует подобную систему. Вспоминая адрес какого-либо определенного человека, мы должны как будто перебрать все известные нам адреса и, найдя нужный, получить в руки все подробности. Но такая метода плохо подходит для организации нашей памяти. Много вероятнее, что она основана на принципе взаимосвязи. Был даже предложен термин — «ассоциативная память».
Рассмотрим эксперимент, в котором испытуемый должен запомнить информацию о каком-то количестве, например двенадцати объектах, не располагая указаниями о способе или порядке запоминания. Вспоминая, он обычно воспроизводит информацию о четырех или пяти. Если же снабдить его особым ассоциативным правилом, испытуемый вспоминает почти все. Действительно, мы обычно запоминаем по ассоциации и всегда стараемся обнаружить в окружающем мире взаимосвязи. Именно взаимосвязи лежат в основе той модели внешнего мира, которую мы формируем и корректируем по мере приобретения жизненного опыта. Память имеет дело только со взаимосвязями и не обращает внимания ни на что иное.
Когда человек мыслит, он формирует некоторый зрительный, слуховой или какой-либо еще образ, которым и оперирует. Для этого не пригодны естественные языки — продукты наших обычаев и образа жизни, питающиеся из множества источников ископаемые цивилизации. Они чрезвычайно легко оказываются несостоятельными и полны двусмысленностей. Нет, естественный язык — это совсем не та модель или образ, который хотелось бы иметь посредником при мышлении. Каждый находит собственную структуру, модель — и с их помощью «мыслит». Исчисление, по всей вероятности, — одна из первых и важнейших мысленных моделей; для того, чтобы запечатлеть событие, использовалась куча камешков. Человек всегда старался сохранить воспоминание о каких-либо предметах или событиях «внутри себя», то есть мысленно. Именно для этого в мышлении и используются модели. Если мы умеем делать это (то есть формировать подобные модели), значит, мы можем учить этому и других.
Автор: У. Мак-Калох, перевод с английского.