Во время “Десятилетия науки и технологий” нейронаука будет набирать популярность. Однако очень многие задаются вопросом, а какие полезные результаты может дать данная отрасль для практиков. Где применить знания о мозге? Наш автор Никита Отставнов решил ответить на этот вопрос в нашей регулярной колонке.
После длительных поисков прикладной области для нейронаук, я убедился, что наиболее полезные результаты данная наука может дать медицине и образованию. К сожалению, если в первом направлении исследований предостаточно, а порой они и вовсе противоречат друг другу, то во втором направлении было сделано значительно меньше.
Тем более важным оказывается для нас обзор публикаций в области “Нейрообразования”. Мы хотим посвятить отдельную колонку нейроновостей тем исследованиям, которые трансформируют образование, дебатам о точках соприкосновения теории и практики нейрообразования. И начать хочется с общей логики развития данной отрасли: с ее исторических истоков до нашумевшей статьи Джона Бруера.
Источник: public domain
Наиболее известные исследования в области образования в Советское время проводил круг Выготского. Лев Семенович исследовал поступательное обучение, предложив миру концепцию “зоны ближайшего развития”. Он изучал становление когнитивных функций как продукта историко-культурного влияния, главную роль в передаче которого играют родители. Ученик Выготского, Алексей Николаевич Леонтьев, позднее использовал культурно-исторический подход для изучения того, как развивается память. В своей монографии он выделил и подробно описал три этапа развития памяти (эйдетический, инструментальный и ментальный), а также предпринял первые попытки показать особенности становления этой когнитивной функции у детей с ОВЗ.
Позднее, изучая нейропатологии мозга, Александр Романович Лурия смог показать, как те или иные функции нарушаются при конкретных поражениях. Это была успешная попытка отнести не просто когнитивные функции к мозговым субстратам, но пояснить, что каждая когнитивная функция — это сложная сумма элементов, опирающаяся на динамические функциональные системы. Говоря простым языком, Лурия начал прокладывать связь между биологией и психологией, которую увековечил в трудах “Высшие корковые функции человека” (1962) и “Нейропсихология памяти” (1974).
Как в и Cоветском Cоюзе, большинство нейронаучных исследований в 70-х годах в Америке были посвящены различных нарушениям. Первый труд, полностью посвященный нейрообразованию, в котором появился сам термин, был издан в 1981 году за авторством Джеймса Ли О’Делла. О’Делл опередил свое время и, вероятно, не подозревал, что его взгляд на процесс преподавания и обучения, который он пытался объяснить с точки зрения работы мозга, станет определяющим в ближайшие 30 лет. В диссертации он обсуждает нейронные механизмы познания и пытается благодаря им описать процесс обучения. Интерес к теме поддерживался книгами Говарда Гарднера “Структура ума” и Лесли Харта “Мозг человека, обучение человека”. Но, пожалуй, самое бурное развитие на западе данная тема получила во время “Десятилетия мозга”. В это время появились тысячи работ, раскрывающих механизмы работы мозга. Десятки теорий о мозге и обучении. В это же время сформировались основные мифы о мозге, с которыми сегодня активно борются.
Нейрообразование в этот период оформилось в виде двух подходов, актуальных и сегодня. Во-первых, существовали предметные, специфические исследования, например, посвященные математике (Станислас Деан). Во-вторых, существовали глобальные теории про принципы обучении — о том как мозг учится лучше всего. Изучение данных тем проводилось либо учеными, которые решили “пойти в школу”, либо педагогами, которые самостоятельно начали изучать нейронауку. Так появились основополагающие труды, например «Торжество нейронов: руководство для педагога по человеческому мозгу» (Роберт Сильвестр, 1995), «Понимание мозга для педагогов и психологов» (Вирджиния Бернингер и Тодд Ричардс, 2002), «Обучение с учетом работы мозга» (Эрик Дженсен, 1998) и так далее.
Однако, это были лишь крупицы наиболее ценной информации, которую смогли собрать исследователи. Большинство же публикаций с конца 1990-х до середины 2000-х были посвящены психологии, и лишь добавляли модную приставку “нейро-” к термину “образование”. Лишь с началом нового тысячелетия нейрообразование стало самостоятельной отраслью: появились образовательные программы, исследовательские вопросы и коллективы. Случилась ли при этом реальная интеграция двух наук в новую отрасль?
Многие задавались вопросом — как могут быть связаны нейронауки и образование? Что может служить мостиком? Почти 25 лет назад Джон Бруер в своей статье постарался дать свой ответ на данный вопрос.
Бруер описывает, что основу общения между педагогом и нейроученым в его время составляли нейромифы — ложные представления о мозге, которые кажутся достаточно простыми для применения на практике. Самый частый вопрос, который получал ученый от преподавателей начинался с фразы “А правда ли что…”
В своей статье “Образование и нейронаука: слишком отдаленный мост” ученый отмечает три основных мифа, которые заставляют педагога обращаться к нейроученому: миф о постоянстве мозга (и отсутствии нейропластичности), о критических периодах и о влиянии обогащенной среды на развитие мозга.
Идея первого мифа заключается в том, что единожды сформировавшийся мозг более не изменяется. Большое количество синапсов формируется в детстве и этот период необходимо успеть использовать, чтобы развить все таланты ребенка. Эта идея обуславливает и второй миф, что лишь в определенном возрасте можно обучать детей, и если вы пропустили этот возраст — всё, шанс упущен (Неужели “Мартин Иден” Джека Лондона — всего лишь выдумка???).
Что же не так с данными утверждениями? Начать стоит с того, что основные авторы нейромифов — это журналисты (подчеркну — обычные, не научные журналисты!), которые либо неправильно поняли высказывание ученых, либо грубо генерализировали их. Свои выводы журналисты зачастую строят на статьях, где исследовались… животные (крысы, кошки). Так, исследования синаптогенеза практически не проводились на людях. Неужели мы можем строить наши гипотезы об улучшении образования на… кошках?
Те исследования, которые проводились на людях, показали, что есть различия в формировании мозга между нами и братьями нашими меньшими. Так, синаптогенез у человека наблюдается в разное время в разных областях мозга, существуют так называемый градиенты развития мозга, чего не наблюдалось у модельных животных. Выходит, мы не кошки…
В своем обзоре Бруер отмечает, что хоть увеличение плотности синапсов и коррелирует с возникновением различных навыков, однако навыки продолжают развиваться и после созревания мозга, улучшаются в течение всей жизни. Скорее всего, журналисты неправильно транслировали идею исследований: в критический период открывается возможность для возникновения сенсорных и моторных (это они решили не указывать) способностей. Обратите внимание — здесь нигде не говорится про когнитивные способности. Подробнее недостатки мифа о критических периодах мы разобрали в данном видео.
Третий миф — идея обогащенной среды образования — также берет свое начало на исследованиях модельных животных — крыс. В ряде экспериментов Уильям Гриноу показал, что если усложнить среду обитания животных (добавить препятствия, игрушки, возможность социального контакта), животные смогут лучше решать сложные когнитивные задачи, например, поиск выхода из лабиринта (аналог исследований рабочей памяти). Ученые обнаружили, что у таких животных было на 20-25% больше синапсов в зрительной коре.
Важно, что Гриноу назвал такую образовательную среду не обогащенной, а комплексной. Его идея заключалась в том, что комплексная среда для крыс будет наилучшим образом соответствовать их поведению в естественной среде обитания. Об образовании в его статье и речи не шло!
После такого исследования появилась картинка-мем “Может ли теннис улучшить работу мозга?” с 82-летним теннисистом Гарднером Меллоу, который был в прекрасной физической форме (об умственной форме никто не говорил). Статья под картинкой (Tennis and the brain) кратко описывала исследование на крысах и… давала положительный ответ на вопрос в названии.
“Мы не можем выбирать детский сад, основываясь на нейронауке. Не можем использовать нейронауку как единственный гид по вопросам улучшения практик образования. Наше увлечение мозгом приводит к тому, что мы упускаем из виду и недооцениваем то, что поведенческая наука уже имеет интересные предложения для улучшения образования”. — пишет Бруер.
Брауер утверждает, что нельзя базировать новую область исследований на нейромифах. Он предполагает, что создавать мост и не нужно. Он уже есть и состоит из двух частей: мостика между образованием и когнитивной наукой, между когнитивной наукой и нейронаукой.
Когнитивная психология изучает ментальные функции, которые необходимы в процессе познания. Речь идет о внимании, памяти, речи и т.д. Когнитивисты пытаются понять, как когнитивные функции выстраивают наше познавательное поведение и уже затем идут исследовать мозг имеющимися методами.
Такой подход уже дал несколько положительных результатов. Так, исследования когнитивистов позволили улучшить процесс обучения математике, изменили математические инструкции/объяснения в ряде американских школ. Так, Роберт Синглер, Шарон Гриффин и Робби Кейс, наблюдая за тем, как дети сперва понимают количество(магнитуду), затем постепенно учат ассоциацию между ним и названием числа в неформальной ситуации, сформировали идею “чувства числа” и внедрили ее в формальный процесс — обучение арифметике в начальной школе. При обучении на такой программе, дети, которым математика давалась с трудом, смогли догнать своих сверстников, так что по результатам нельзя было точно определить, у кого раньше были проблемы, а у кого нет.
Еще один положительный пример — исследование того, как организован процесс сравнения чисел и как лучше подходить к обучению данному навыку. Когнитивисты предложили трех-этапную модель данного процесса: стадию идентификации чисел, стадию перевода символов в количество (магнитуду) и сравнение их, стадию формирования вербального/моторного ответа (Станислас Деан). Применив такую модель в обучении студентов, ученые обнаружили, что школьникам нужно значительно меньше времени для операций сравнения (менее полусекунды), поняли, что каждый этап по своему влияет на эффективность численного сравнения и зависит от формы, в которой представлены стимулы (арабские цифры, аудиальные стимулы и так далее).
Изучив на поведенческом уровне данную трехэтапную модель, выяснив, что обучение с учетом этой модели позволяет успешнее справляться с арифметическим сравнением, Деан перекинул следующий мостик и исследовал, а что происходит в мозге на каждом этапе для разных стимулов. Подтвердила ли нейронаука модель Деана? С помощью ЭЭГ Деан показал, что есть общая область мозга, которая активировалась как для письменных арабских цифр, так и для устно-названных чисел: она “включалась” практически всегда в момент, когда происходило сравнение количеств (магнитуд). Видимо, чтобы сравнить два числа, мозг переводит их с языка символа или звука на язык количества в конкретной зоне мозга. Так идея трехэтапной модели была проверена, оказалось, что каждый этап базируется на определенных областях мозга. К тому же появились намеки, “что именно смотреть в мозге, если ребенок не может сравнить числа” (например, при дискалькулии).
Таким образом, с точки зрения Бруера, на текущий момент времени образование ничего не может получить от нейронауки. Они слишком далеки друг от друга. Попытка построить прямую связь между ними — тщетна. Но строить ничего и не нужно. Надо суметь построить коммуникацию между образованием и когнитивной наукой, и между когнитивной наукой и нейронаукой.
В частности, к таким выводам пришло экспертное сообщество по итогам обсуждения отчета “Рынок нейрообразования”. Это дает надежды, что нейрообразование начнет развиваться не просто в виде онлайн-образования, приложений виртуальной реальности или цифровых продуктов для обучения. Это дает надежду, что появится отрасль, которая будет отвечать на запрос преподавателей, формировать новые подходы к обучению и изменять старые, валидировать их на данных из нейронаук.
Чем же можем мы, нейроновости, помочь данному процессу? Мы можем давать идеи, которые будут служить развитию такой коммуникации. Открыть отдельную рубрику, посвященную нейрообразовательным проектам, описывать их, обсуждать. Рубрику, где будут рассматриваться проекты исключительно из логики “образование — когнитивная наука — нейронаука”, которая расскажет об успешных (и не только) кейсах изучения нейрообразования.
Текст: Никита Отставнов
Education and the Brain: A Bridge Too Far by John T. Bruer, Published in Educational Researcher, November 1997. 10.3102/0013189X026008004
Материал подготовлен в рамках совместного проекта с инфраструктурным центром «Нейронет». В нем мы освещаем мировые достижения в области нейротехнологий, нейроразвлечений и спорта, а также нейрообразования.
