Share This Post

Как нейронауки используются в образовании

нейронауки

Нейробиолог Майкл Томас (Professor of Cognitive Neuroscience at Birkbeck, University of London, the Director of the Centre for Educational Neuroscience) о связи между нейронаукой и образованием, нейронных схемах в головном мозге и практическом применении нейронауки на школьных уроках на портале postnauka.ru.

Знания о нейронных механизмах

Образовательная нейронаука (educational neuroscience) — это попытка определить, как новые знания о нейронных механизмах обучения можно применять в школе для улучшения результатов детей. Чтобы понять значимость образовательной нейронауки, следует сделать шаг назад и вспомнить, в чем вообще состоит задача психологии, а именно осознать, как работает разум. Применительно к школьному образованию она нужна, в частности, чтобы иметь возможность предсказать поведение детей в классе и понять, как их учить и донести нужные знания.

Как же нам понять, как работает разум человека, если мы можем наблюдать только его внешнее поведение? Для этого мы используем стандартный научный метод: на основании явного поведения взрослых и детей мы пытаемся выявить невидимые механизмы, мотивы и факторы, влияющие на людей. Благодаря таким исследованиям удалось выделить рабочую память, внимание, восприятие, эмоции и тому подобные явления.

Проблема в том, что, когда ученые пытаются понять происходящие в головах у людей процессы, оказывается, что у них весьма ограниченное воображение. Обычно берется какая-то современная технология и используется в качестве метафоры работы разума — это видно на протяжении всей истории психологии. Существовала идея, что разум работает как паровой двигатель (она принадлежит Фрейду) или телефонный коммутатор или что память работает как голограмма. Недавняя версия такой технологической метафоры — компьютер. Если вы возьмете термин working memory (рабочая память), вы увидите, что мы используем его как для описания процесса сохранения в сознании информации, так и для описания работы компьютера. Мы говорим: «Я улучшил свой компьютер до 10 гигабайт оперативной памяти». Но с такими метафорами, описывающими сознание как работу компьютера, есть проблема: они не учитывают принципы работы мозга и то, какие операции даются ему легче, а какие — сложнее.

 

Перед нами открывается часть более широкой картины. В то время как мы все глубже понимаем особенности функционирования мозга, мы видим, как нейронауки начинают влиять на широчайший диапазон сфер общественной жизни: на понимание экономики, права и безопасности. Я работаю в области взаимодействия нейронаук и образования. Мы пытаемся понять, как механизмы обучения нас ограничивают, как и чему дети учатся, как быстро они могут что-то изучить и что они могут усваивать в разном возрасте. Я пытаюсь перенести в образование те знания, которые мы получили в результате нейробиологических исследований, руководствуясь как запросами учителей, так и центральными вопросами нейронаук.

В процессе исследований в этой области несколько вещей поразили меня. Во-первых, у учителей нет специальной подготовки в области механизмов, лежащих в основе обучения. Но у них есть многолетний опыт, позволяющий им интуитивно чувствовать, что работает с детьми, а что нет. Любопытно сравнить их, например, с врачами, которым необходимо пройти длительный курс обучения, посвященный работе человеческого организма, прежде чем они смогут поставить пациенту диагноз. Учителя очень долго собирали опыт, связанный с тем, что работает с детьми и что нет. Именно этот метод проб и ошибок часто приводит к своеобразной образовательной моде. Методики, которые использовались в один год, через десять лет уже забыты, а им на смену приходят совсем другие. При таком подходе возникает риск использования техник, у которых вообще нет никакой доказательной базы. Так что идея глубже понять механизмы, лежащие в основе обучения, и передать это знание учителям очень заманчива.

Второе, что поражает в учителях, по крайней мере в Великобритании, — это то, что они очень восторженно относятся к нейронаукам. Их энтузиазм настолько велик, что иногда они ударяются в нейромифы — неправильные представления о том, как работает мозг. Например, что есть правополушарные или левополушарные люди или что на уроке невозможно сосредоточиться, если не пить много воды.

Специфика эффектов обучения

Некоторые считают, что нейронауку нельзя применять к образованию, ведь это слишком разные дисциплины. С одной стороны, есть нейробиологи, которые изучают активность клеток мозга, рассматривают связи между нейронами или исследуют активность разных частей мозга при помощи МРТ. А с другой стороны — класс с множеством детей и учитель, который пытается заставить их сидеть спокойно и чему-то научить. Как совместить эти две вещи? Безусловно, между микроуровнем нейронауки и конкретными эффективными методиками, которые можно применять на уроках, огромная пропасть. Необходимо рассмотреть новые открытия в области нейронаук и подумать, можно ли их применить в образовании, а затем есть ли явные методы применения этих открытий. Предположим, что мы знаем, сколько раз нужно определенным способом повторить материал, чтобы его запомнить. Какую форму мы можем этому придать, чтобы учителя могли это использовать? Но некоторые считают, что это невозможно и если учителям и нужно консультироваться с какими-то учеными, то это должны быть психологи, а не нейробиологи. Думаю, в таком подходе таится несколько опасностей. Если игнорировать механизмы работы мозга и просто придерживаться психологии и психологических концепций, которые уже существуют, в том числе основанных на том, что мозг работает как компьютер, — многие явления будут просто бессмысленны.

Приведу несколько примеров. Как объяснить то, что если я пытаюсь выучить новые слова на французском, то через несколько месяцев или лет я могу их забыть, но при этом я не забываю, что боюсь пауков? Почему если я выспался, то лучше запоминаю то, что выучил вчера? Почему подростки внезапно начинают принимать рискованные решения и пытаются впечатлить своих друзей? Почему мне проще выучить новый язык в пять лет, чем в пятьдесят? Все это никак не находит отражения в том, как работает компьютер. Вот еще пример. Почему я выучиваю билеты по какой-то дисциплине, прихожу на экзамен и так волнуюсь, что из головы у меня все вылетает? Все эти явления — страхи, сон, пубертатный период, старение — никак не связаны с компьютерами. У компьютеров не бывает стресса. Так что если мы не понимаем, как работает мозг, то не сможем понять многих аспектов обучения и поведения детей.

Еще одна большая загадка обучения: почему если вы учите ребенка или взрослого какому-то навыку, то у них улучшается именно он? Очень сложно найти деятельность, которая улучшит сразу все навыки. Некоторые пишут, что медитация влияет сразу на все процессы, а игра на музыкальном инструменте может улучшить ваш интеллект. Это скорее исключения. В основном, когда вы учите что-то или тренируетесь чему-то, у вас улучшается только этот навык. И возникает вопрос: почему эффекты от обучения так специфичны?

И снова это не имеет абсолютно никакого смысла, если считать, что мозг работает как компьютер. В наших настольных компьютерах есть общие механизмы: центральный процессор, жесткий диск, оперативная память, — и вся информация обрабатывается при помощи этих механизмов. Логично предположить, что если вы натренируете свой центральный процессор, то обработка всей информации пойдет лучше. Но мозг так не работает. В нем существуют специализированные схемы для разных типов контента, и именно поэтому, если вы усиливаете связи между нейронами одной цепочки, это не повлияет на прочность связей между нейронами в другой. Разумеется, возникает вопрос о том, как такая система, где есть множество специализированных компонентов — отдельный для зрения, отдельный для слуха, отдельный для принятия решений, — будет работать. У нас существует еще и система контроля, которая в нужное время активирует необходимые схемы и заглушает лишние.

Между интуитивным и научным

С учетом этих данных роль образования состоит в том, чтобы посмотреть, как мы можем добавить правильный специализированный контент в нужные схемы и натренировать контроллер, чтобы убедиться, что конкретные системы активируются в нужный момент. Важно помнить, что в мозге также гнездятся эмоции. Чтобы дети были готовы учиться, очень важно во время урока поддерживать их эмоциональную стабильность и безопасность и регулировать их поведение. И образовательная нейронаука говорит нам: «Они еще молодые, мозг очень сложная штука, а цели образования разнятся. Но чем больше мы узнаем о механизмах работы мозга, тем больше можем привнести в свои уроки».

Одна из областей, где образовательная нейронаука совершила самые крупные успехи, — это понимание того, что у детей, выросших без образования, нет специальных структур для таких навыков, как обучение чтению, выполнение арифметических операций и решение математических задач и так далее. Таким образом, у нас есть специальная среда, в которой мы учим детей буквам и письменным формам, произношению, чтению, сравнению прочитанного с картинками, сценами и сценариями, которые постепенно заставляют наш мозг строить специальные отделы для чтения слов. Например, возникает область восприятия визуальной формы слова, предназначенная для чтения и обладающая особыми свойствами. Но она появляется только после многих недель тренировок в этой культурно обусловленной среде. То же характерно и для математики, для умения представлять размеры и абстрактные числа. Это позволяет изучить, как нарушения развития вроде дислексии или дискалькулии могут ограничить способности детей учиться этим навыкам.

Хороший пример того, как можно привнести открытия нейробиологии в обычный школьный урок, — это освоение научного знания. Наука интересна тем, что зачастую научное знание перекрывает интуитивное представление о том, как устроен мир. Например, шестилетнему мальчику рассказывают на уроке, что Земля круглая, что она — сфера с круглой поверхностью. Но все шесть лет своей жизни он по ней бегал, а последние два года еще и играл в футбол, и он определенно знает, что футбольное поле выглядит абсолютно плоским, а не изогнутым. И как быть ребенку, если ему нужно выучить, что Земля круглая, когда весь его повседневный опыт говорит, что она плоская? Можно подумать, что учителя просто переписывают это старое знание и накладывают сверху новое, научное. Но нейроисследования показали, что на самом деле они активно подавляют интуитивное знание и активируют научное, а специалистами в преподавании становятся те, кто делает это лучше всех.

Это дает нам возможность понять, что один из навыков, которые могут помочь детям изучать науки, — это навык подавления ненужной информации. И вероятно, у по-настоящему умных людей очень хорошо развит навык контролируемого подавления информации, так что они умеют отсекать интуитивное, повседневное знание, которое не относится к сферам их специализации.

Это перевод материала нашего англоязычного издания Serious Science. Послушать оригинальную версию лекции Майкла Томаса можно по ссылке. За перевод благодарим Ирину Линеву.

Share This Post