Обучение конструирует мозг ребенка на уровне белого вещества

Исследователям из Университета Вашингтона (UW) удалось установить, что происходит с белым веществом детей при интенсивном образовательном процессе и как гибкость мозга напрямую связана с обучением. Восемь недель специальной обучающей программы усилили нейронные связи и улучшили навыки чтения даже у ребят с дислексией, хотя полагалось, что архитектура мозга жестко предопределяет это расстройство. Подробности опубликованы в журнале Nature Communications.

На иллюстрации изображен дугообразный пучок (зеленый), нижний продольный пучок (синий) и задние коллозальные тракты (розовые). Сredit: Jason D. Yeatman et al. / Nature Communications  


 

Руководитель работы Джейсон Йитман (Jason D. Yeatman), доцент отдела речевых и слуховых исследований UW (I-LABS), считает, что процесс воспитания ребенка действительно меняет мозг физически, и его научная команда смогла обнаружить изменения в соединениях между разными его зонами всего за несколько недель после начала образовательной программы. С этой точки зрения роль учителя в качестве «инженера» мозга детей недооценена.

Дислексия – это расстройство, при котором нарушается способность читать и произносить слова. Оно входит в группу наиболее распространенных проблем при обучении, которые связаны с языком, и в некоторой форме выявляется примерно у 10-20 процентов всего населения. Быстрого и простого способа лечения не существует, а без какого-либо вмешательства дети с дислексией, как правило, испытывают в школе большие трудности, поскольку потребность в грамотности с течением времени только возрастает.

Доктор Йитман запустил Лабораторию развития и обучения мозга в I-LABS и вместе с коллегами провел исследование в течение лета 2016 и 2017 годов, в которое включили 24 ребенка в возрасте от 7 до 12 лет. Они участвовали в программе обучения чтению, предлагаемой центром Lindamood-Bell Learning. Компания не финансировала исследование, но предоставила курсы для участников бесплатно. Родители всех участников предварительно сообщали, что их ребенку либо было сложно читать, либо ему уже поставили диагноз дислексии.

В течение восьми недель дети получали индивидуальные инструкции на работу по четыре часа в день, пять дней в неделю. Ученые провели серию тестов на чтение до и после программы обучения и сделали каждому ребенку четыре МРТ исследования, оценивая также их поведение в начале, середине и конце восьминедельного периода. Контрольной группе из 19 детей со смешанными уровнями навыков чтения также проводились томографии и поведенческий анализ, но эти дети обучающую программу не проходили.

Исследователи сосредоточились на изучении белого вещества с помощью трактографии (которая измеряет скорость диффузии и направление движения протонов вдоль нервных трактов) трех зон мозга: левого дугообразного пучка, который соединяет области, обрабатывающие язык и звуки; левого нижнего продольного пучка, по которому проходят сигналы «входа» — буквы на странице; и задние каллозальные тракты, которые связывают два полушария мозга.

В мозге детей из контрольной группы не выявилось изменений скорости диффузии или структуры между последовательными томографиями, а также никак не изменились показатели тестов на чтение. Но вот у тех, кто участвовал в обучающей программе, навыки чтения улучшились в среднем на один полный класс, плюс у большинства скорость диффузии уменьшилась в дугообразном и нижнем продольном пучках.

Тем не менее в задних каллозальных трактах не произошло никаких значимых изменений, поскольку, как предполагают исследователи и как уже было доказано в предыдущих работах, эта структура в семь лет уже достаточно зрелая и стабильная, хоть и оказывает сильное влияние на обучаемость.

Конечно, это исследование тоже не до конца точно, так как данные МРТ – это лишь косвенные измерения связности между областями мозга, а не точная гистологическая оценка ткани. Однако, получившиеся результаты важны потому, что доказывают, что строго контролируемая краткосрочная образовательная интервенция связана с измеримым и идентифицируемым увеличением объема мозговой ткани в конце эксперимента по сравнению с началом.


Текст: Анна Хоружая 
Rapid and widespread white matter plasticity during an intensive reading intervention by Elizabeth Huber, Patrick M. Donnelly, Ariel Rokem & Jason D. Yeatman in Nature Communications. Published June 2018
doi:10.1038/s41467-018-04627-5 

 

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.

 

Гиппокамп подсказывает слово

Международная команда из семи учёных, имеющих восемь аффилиаций из трёх стран на всех (включая лабораторию нейролингвистики Высшей школы экономики) показала, что гиппокамп, который обычно не связывали с синхронной обработкой речевой информации, вовлечён в понимание сказанного. Исследование опубликовано в журнале Proceeding of National Academy of Sciences.

 
 
29414539952_bb6c666e8f_b
Гиппокамп крысы. Иллюстрация: NIH Image Gallery, Flickr
 
Авторы исследования привлекли к эксперименту 12 пациентов, страдающих эпилепсией, которым для контроля приступов были уже вживлены электроды, при помощи которых можно было изучать активность гиппокампа.

Участникам эксперимента зачитывали простые и короткие (длительность звучания 2,6-3,1 секунды) предложения на английском языке (все участники – носители языка), в которых в конце был пропуск, который нужно было заполнить одним словом-предметом. Потом с некоторой задержкой участникам показывалась картинка, обозначающая пропуск. После чего испытуемый должен был назвать изображённое слово вслух.

 То, каким словом заполнить пропуск в половине из 102 фраз, читалось само собой (например: «она закрыла дверь при помощи…» с продолжением «ключа»), в другой половине та же картинка заканчивала фразу, в которой пропуск был неочевиден («она прогуливалась с … в руке» — с тем же «ключом»).

 Анализ активности гиппокампа (тета-ритм) показал, что этот участок мозга до того, как мозг увидел картинку активно обрабатывал информацию, подбирая ассоциацию к пропущенному месту в фразе. Кстати, в случае «неочевидного» ответа, испытуемые называли изображённое на картинке в среднем на 174 миллисекунды медленнее, чем в случае, когда ответ был ясен заранее.
По мнению авторов, их открытие может дать ответ на вопрос, почему при поражениях мозга, совершенно не затрагивающих речевой центр, всё равно случаются проблемы с речью.
 
 
Текст: Алексей Паевский
Direct brain recordings reveal hippocampal rhythm underpinnings of language processing
 
Vitória Piai , Kristopher L. Anderson, Jack J. Lin, Callum Dewar, Josef Parvizi, Nina F. Dronkers, and Robert T. Knight
 
PNAS September 19, 2016
doi: 10.1073/pnas.1603312113