Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Учебно-методический комплекс'
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Цены и ценообразование»: программа и методические указания по изучению курса для студентов специальности ...полностью>>
'Обзор'
PR менеджера Семейный парк развлечений "ИГРОМАНИЯ" приглашает на вакансию PR менеджера. Девушка, 20-35 лет, опыт работы не менее 1 года. Рез...полностью>>
'Документ'
Распоряжением Правительства РФ от 09.06.2007 ГОУ СПО «Мариинско-Посадский лесотехнический техникум» стал филиалом ГОУ ВПО «Марийский государственный ...полностью>>
'Семинар'
Привет, как дела? У меня к тебе есть классное предложение. Рядом со мной сейчас находится более опытный человек, который хочет поговорить с тобой (пер...полностью>>

Академик Н. П. Бехтерева > Основные вопросы дидактики к нейрологии

Главная > Документ
Сохрани ссылку в одной из сетей:

27

Мозг и обучение. Основы когнитивной нейрологии

ХХ век внес много ценного в копилку фундаментальных знаний о мозге человека. Часть этих знаний уже нашла применение в медицине, но сравнительно мало используется в воспитании и обучении. Человек как индивидуум уже пользуется достижениями фундаментальных наук о мозге. Человек как член общества имеет еще мало "профита" и для себя, и для общества, что связано в большой мере с консерватизмом общественных устоев и трудностью формирования общего языка между социологией и нейрофизиологией. Здесь имеется в виду перевод достижений в изучении закономерностей работы мозга с языка нейрофизиологии в приемлемую для воспитания и обучения форму.

Академик Н.П. Бехтерева

1. Основные вопросы дидактики к нейрологии

Каждый педагог знает: обучая, он воздействует на мозг человека. Но большинство дидактических приемов до сих пор скорее интуитивны, зависят от личного опыта, обстоятельств, часто применяются наугад, методом проб и ошибок. Что же происходит с мозгом, когда человек обучается? Что происходит при запоминании имен, дат, фамилий? При обучении навыкам (чтение, танцы, рисование)? Чем объясняется разная способность к обучению? Как развивается молодой мозг и как обучается мозг зрелый? Современная нейронаука пока не может дать исчерпывающего ответа на подобные вопросы. Вместе с тем, очевидно, что дидактику как теорию обучения следует строить на сведениях о структуре и функциях мозга – особенно на тех фактах, которые объясняют феномены обучения и памяти.

Однако возможности опереться на знания механизмов и принципов, по которым работает мозг, у специалиста образования до сих пор нет. В практике обучения приходится довольствоваться фактами, которые упрощенно (и в лучшем случае без искажений) излагают популярные издания.

Лишь недавно, на рубеже XXΙ века, стартовал международный проект «Мозг и обучение». Главная его цель – сделать нейронауку доступной для специалистов образования. Проект объединяет ученых многих стран мира. России еще предстоит включиться в эту чрезвычайно важную работу.

В это же время в СГА начались исследования, посвященные главной проблеме – поиску подходов, позволяющих проектировать образовательные технологии на основе современных знаний о структуре и функциях мозга. В СГА создана специализированная научная структура – Институт когнитивной нейрологии (ИКН). По сути, развивается новое направление нейронауки: если современные знания о мозге в гораздо большей степени отвечают на вопрос «как лечить», то задача когнитивной нейрологии – изучать мозг для того, чтобы понять «как учить». Необходим широкий спектр исследований – от молекулярно-генетических до системных, поэтому важна интеграция с ведущими специалистами нейронаук. Ряд научных проектов уже осуществляется в сотрудничестве с ведущими научными учреждениями – Институтом мозга человека РАН, ГНИЦ профилактической медицины РАМН, биологическим факультетом МГУ, Институтом психологии РАН, Институтом нейрокибернетики Ростовского государственного университета. Успешно завершенный совместно с Институтом мозга человека РАН проект дал основу для создания лаборатории, научным руководителем которой стала академик Наталья Петровна Бехтерева.

Цель данной главы – дать специалистам образования основные сведения о принципах работы мозга. Эта информация поможет рассказать об исследованиях ИКН СГА, результаты которых уже сегодня можно применять в практике обучения.

2. Принципы организации мозга

Специалистов образования в первую очередь интересует мозг человека – сверхсложный и совершенный орган, вершина эволюции. Но на всех ступенях эволюции принципы работы мозга едины.

Разные отделы мозга играют свою специфическую роль при обработке информации, ее запоминании, последующем извлечении и использовании в различных видах деятельности. Согласованное взаимодействие структур и отделов мозга при выполнении любой функции есть ни что иное, как функционирование сети, образованной десятками миллиардов нейронов, соединенных между собой чрезвычайно сложным, но упорядоченным образом.

Нейрон – структурная единица мозга. Синапс – структурная единица памяти. Центральная нервная система (ЦНС) человека состоит из многих миллиардов нервных клеток – нейронов. Нейрон во многом похож на другие клетки организма. Вместе с тем нейрон обладает и рядом особенностей, которые обеспечивают его главные функции: прием, обработку и передачу информации.

Нейроны различаются по форме, размеру, химическому составу и функциям. На сегодняшний день выявлено более 200 различных их видов. Тем не менее, все нейроны имеют одну и ту же базовую структуру (рис. 1).

Рис. 1. Схема нейрона

Каждый нейрон состоит из сомы (тела) и многочисленных разветвленных отростков. Есть два типа отростков: дендриты и аксон. Основная задача дендритов – получение сигналов от рецепторов или других нейронов.

Нейроны могут иметь от одного дендрита до тысяч веточек дендритных отростков, на которых образуются от одного до ста тысяч синаптических контактов с другими нейронами. Тело клетки интегрирует информацию, полученную от дендритов, и передает ее по одиночному волокну – аксону. Аксон в свою очередь передает возбуждение другому нейрону или рабочему органу (мышце, железе). Длина аксона может быть меньше миллиметра, а может достигать нескольких десятков сантиметров (все зависит от того, какую функцию выполняет нейрон, которому данный аксон принадлежит).

Одно из основных свойств нейрона – способность возбуждаться, или генерировать потенциал действия (ПД). Главную роль в возбуждении играют ионные каналы, пронизывающие мембрану нейрона.

Ионные каналы бывают двух видов. Одни из них работают постоянно, обеспечивая разность концентраций ионов калия и натрия внутри и вне клетки. В результате на мембране нейрона поддерживается отрицательный потенциал (около –70 мВ). При возбуждении нейрона через ионные каналы второго вида внутрь клетки устремляются ионы натрия, и мембрана приобретает положительный заряд (около +55 мВ). Таким образом, абсолютная величина ПД – около 125 мВ.

Далее возбуждение, или ПД, распространяется по аксону. Направляясь к другому нейрону (или какой-либо другой клетке – мышечной, железистой и др.), аксон образует на принимающей клетке контакт, или синапс.

На рис. 2 показана схема синапса в соответствии с современными представлениями нейронауки.

Рис. 2. Схема синапса

Несмотря на миниатюрность, синапс устроен весьма сложно. Одним из его основных компонентов являются пузырьки, которые содержат биологически активное вещество – нейротрансмиттер, или медиатор (передатчик).

В синапсе возбуждение превращается из электрического импульса в импульс химический, а затем опять в электрический.

Когда нервный импульс (возбуждение) достигает синапса, на пресинаптической мембране открываются ионные каналы, пропускающие внутрь передающего нейрона ионы кальция. Кальций взаимодействует с оболочкой синаптических пузырьков (в них хранится медиатор), и они выталкивают медиатор в синаптическую щель (пространство, разделяющее мембраны передающего и воспринимающего нейронов). Далее молекулы медиатора связываются с рецепторами (рецепторы устроены так, что воспринимают только «свой» тип медиатора образно говоря, медиатор и рецептор подходят как ключ к замку).

После связывания медиатора с рецептором возникает сложный каскад реакций, меняющий в итоге потенциал на мембране «принимающего» нейрона: формируется либо возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП), либо тормозный постсинаптический потенциал (ТПСП). Соответственно, «принимающий» нейрон либо возбуждается, передавая импульс дальше, либо тормозится, блокируя дальнейшее распространение возбуждения. Синапсы можно сравнить с перекрестками на проводящих путях мозга. Роль «регулировщиков», определяющих маршрут проведения нервного импульса, выполняют медиаторы. На сегодняшний день известно более 60 химических веществ, которые выполняют функции медиаторов. Самыми распространенными являются катехоламины (дофамин, норадреналин, адреналин), серотонин и γ аминомасляная кислота (ГАМК).

Нейроны выполняют свои функции не изолированно друг от друга. Работа миллиардов нервных клеток состоит в том, что они получают сигналы от других нервных клеток и передают их третьим. Передающие и принимающие клетки объединены в нервные цепи, или сети. Отдельный нейрон может посылать сигналы тысяче и даже большему количеству нейронов (но чаще один нейрон соединяется всего лишь с несколькими определенными нейронами). Точно так же какой-либо нейрон может получать входную информацию от других нейронов с помощью одной, нескольких или многих входных связей. Все зависит от того, в какую сеть оказалась включенной клетка в процессе развития.

В любой момент огромное количество нейронов находятся в активном состоянии – каждой такой композиции активных нейронов соответствует конкретный вид психической деятельности. При обучении формируются новые композиции работающих нейронов, именно они и активизируются при актуализации усвоенных знаний.

Таким образом, с определенным упрощением можно сказать, что «знания» кодируются в нейронных соединениях. Это означает, что обучение происходит либо через рост новых синапсов, либо через усиление или ослабление уже имеющихся. Нейрофизиология располагает фактами, подтверждающими эти механизмы, причем показано, что первый из этих механизмов действует в раннем возрасте, второй используется уже в зрелом мозге.

Открытие структурных изменений нейронов при обучении позволило предположить, что ключевую роль в формировании долговременной памяти играет синтез белков, рост и изменение нейронных связей. В настоящее время эта гипотеза подкрепляется убедительными данными.

Отсюда следует, что введение любого нового долгосрочного знания приводит к модификации структуры мозга. Продолжая эту мысль, можно наметить пока еще никем не реализованный подход: по структуре мозга можно судить об объеме знаний человека, уровне его образования. Развитие этой идеи потребует, прежде всего, совершенствования и разработки новых методов исследования мозга.

Суммарная электрическая активность мозга. Центральное место в ряду объективных методов исследования психических функций человека занимают различные способы регистрации суммарной электрической активности головного мозга.

В электрических процессах, которые регистрируются с поверхности скальпа (электроэнцефалограмма, ЭЭГ), отражается синаптическая активность нейронов, а именно постсинаптические потенциалы: возбуждающие (ВПСП) и тормозные (ТПСП). Эти потенциалы суммируются, и результат отражается в виде электрических волн ЭЭГ.

В электрическом смысле нейрон представляет собой диполь, ориентация полюсов которого меняется в зависимости от состояния нейрона. При чередовании состояний возбуждения и торможения диполь «вращается», производя в нервной ткани биполярные электромагнитные волны. Эти волны распространяются по объему нервной ткани во всех направлениях с определенной степенью угасания, которое зависит от физических свойств проводящей среды (включающей, кроме самих нейронов-диполей, кровеносные сосуды, глию, а также межклеточную жидкость с растворенными в ней органическими и неорганическими веществами).

Мозг имеет довольно сложную архитектуру, и нейроны-диполи распределены в мозге неоднородно в плане ориентации своих полюсов, к тому же имеют разную плотность. Кроме того, конфигурация потенциалов зависит и от расположения регистрирующих электродов. Поэтому интерпретация регистрируемых на поверхности мозга сигналов представляет собой сложную задачу.

Синхронизация активности относительно большой популяции нейронов-диполей выражается в доминировании в ЭЭГ тех или иных частот.

По критерию частоты в ЭЭГ выделяют отдельные ритмы, связанные с различными функциональными состояниями человека и животных (табл. 1).

Таблица 1

Основные ритмы ЭЭГ человека

Ритм

Частота, Гц

Амплитуда, мкВ

Функциональное состояние

Дельта

0,5–3,5

до 250

Фаза глубокого сна

Тета

4–7,5

до100–200

Напряжение, стресс

Альфа

8–13

не более 50

Спокойное бодрствование

Бета

14–30

не более 20

Реакция активации (arousal)

Гамма

> 30

< 10

Обработка информации

Наибольшее внимание исследователей всегда привлекал альфа-ритм – доминирующий ритм ЭЭГ покоя у бодрствующего человека.

Существует немало предположений, касающихся значения альфа-ритма. Основоположник кибернетики Н. Винер и вслед за ним ряд других исследователей считали, что этот ритм выполняет функцию временного сканирования («считывания») информации и тесно связан с механизмами восприятия и памяти. Предполагается, что альфа-ритм отражает реверберацию возбуждений, кодирующих внутримозговую информацию и создающих оптимальный фон для процесса приема и переработки сигналов. Его роль может состоять в своеобразной функциональной стабилизации состояний мозга и обеспечении готовности реагирования. Есть мнение, что альфа-ритм связан с действием селектирующих механизмов мозга – своего рода резонансных фильтров, регулирующих поток сенсорных импульсов.

В состоянии покоя в ЭЭГ присутствуют и другие ритмические составляющие, но их значение лучше всего выясняется при изменении функционального состояния организма. Так, дельта-ритм у здорового взрослого человека в покое практически отсутствует, но он доминирует в ЭЭГ в четвертой стадии сна (отсюда ее название: «медленноволновой сон» или «дельта-сон»).

Тета-ритм иногда называют стресс-ритмом, или ритмом напряжения. У человека одним из ЭЭГ-симптомов эмоционального напряжения служит усиление тета-ритма с частотой колебаний 4–7 Гц, причем как при положительных, так и при отрицательных эмоциях.

Бета-ритм не имеет однозначного функционального значения. Чаще всего усиление волн этого частотного диапазона обусловлено просто уменьшением высокоамплитудных альфа- и дельта-волн.

Переход от состояния покоя к напряжению всегда сопровождается реакцией десинхронизации, т.е. преобладанием в ЭЭГ высокочастотной бета-активности. Умственная деятельность у взрослых сопровождается повышением мощности бета-ритма, причем значимое усиление высокочастотной активности наблюдается при умственной деятельности, включающей элементы новизны, в то время как стереотипные, повторяющиеся умственные операции сопровождаются ее снижением.

Гамма-ритм в соответствии с современными представлениями отражает процесс установления связи или синхронизации между пространственно разнесенными нейронными ансамблями, вовлеченными в осуществлении какой-либо когнитивной программы.

Высокочастотные ритмы (бета и гамма) обычно усиливаются при реализации когнитивных функций – внимания, восприятия, памяти, принятия решения. Поэтому их количественные показатели могут использоваться при исследовании этих функций. Однако при этом следует помнить, что корреляция вовсе не означает обязательного наличия причинно-следственных связей.

В целом следует отметить, что ЭЭГ – относительно «грубый» инструмент для психофизиологического исследования. ЭЭГ отражает главным образом «энергетические» компоненты когнитивной деятельности и базисные механизмы мозговой деятельности (поддержание уровня бодрствования, обеспечение жизненно важных биологических функций). Различные электрографические эффекты при осуществлении высших психических функций могут быть ошибочно приняты за «маркеры» тех или иных психических актов.

Самый простой визуальный анализ ЭЭГ используется главным образом в клинической практике. Он основан на большом феноменологическом материале. Опытный клиницист по характеру ЭЭГ может выявить едва заметные отклонения электрической активности мозга от «нормы».

В научной практике для анализа ЭЭГ используют математические методы спектрального анализа. На основе спектра мощности выделяют ряд расчетных показателей, которые расширяют содержательную интерпретацию биоэлектрических феноменов.

Функциональные отделы мозга. Основополагающий механизм обучения заключается в формировании сложных, распределенных нейронных сетей, объединяющих функционально различные отделы мозга.

Головной мозг состоит из стволовой части и двух полушарий. Правое и левое полушария соединены связкой нервных волокон, обеспечивающей межполушарный обмен информацией. Каждое полушарие делится на доли, которые специализируются на выполнении различных задач: лобная доля отвечает за планирование действий, височная – за слух и память, теменная – за обработку пространственной информации, затылочная – за зрительные функции (рис. 3). Разумеется, это самая общая характеристика. В каждой области мозга есть свои взаимосвязанные системы нейронов, причастные к обработке разных видов информации. Любой интеллектуальный навык, например арифметические вычисления, запоминание терминов, зависит от согласованного взаимодействия многих специализированных систем, находящихся в различных отделах головного мозга. Повреждение любой из этих нейронных систем нарушит приобретенный навык или сделает невозможным его приобретение.

Рис. 3. Головной мозг (вид сбоку):

1 – лобная доля; 2 – височная доля; 3 – продолговатый мозг; 4 – мозжечок; 5 – затылочная доля; 6 – теменная доля; 7 – латеральная борозда; 8 – центральная борозда

Вместе с тем, большинство нейронов функционально взаимозаменяемы, т.е. один нейрон может отвечать за выполнение какой-либо задачи, а затем быть переадресован на выполнение другой функции.

В запоминании и обучении участвуют практически все корковые и подкорковые отделы головного мозга, т.е. попытка локализовать «знание» в какой-либо четко очерченной области бессмысленна. Вместе с тем, каждый конкретный вид научения затрагивает строго определенную популяцию нейронов, не влияя на соседние клетки. Таким образом, хотя следы памяти и могут охватывать обширные области мозга, субстрат их высокоспецифичен, а значит, поддается изучению.

Для выполнения своих функций мозг нуждается в определенном уровне общей, или неспецифической активации.

На разных уровнях головного мозга существуют относительно самостоятельные активирующие и тормозные структуры, они вступают друг с другом в сложные системы взаимоотношений, формируя блок регуляции тонуса и бодрствования.1 К нему относятся восходящая активирующая система среднего мозга, активирующая-инактивирующая система таламуса и другие структуры.

Считается, что особенности неспецифической, или модулирующей, системы мозга во многом определяют индивидуальность, в том числе индивидуальную способность к обучению. Очевидно, что даже самые лучшие схемы и алгоритмы обучения не дадут должного эффекта, если не учитывать фактор индивидуальности. В мировой практике высшей школы пока еще трудно найти пример обоснованной и последовательной индивидуализации обучения.

В СГА разработана оригинальная типология познавательных способностей, основанная на измерении уровня интеллектуального развития и скорости заучивания. Созданы соответствующие методы и алгоритмы массового тестирования. Все это лежит в основе системы дифференциальной дидактики, которая дает возможность каждому студенту выбрать индивидуальную образовательную траекторию и достигнуть максимальных результатов в учебной деятельности.

Разработка системы дифференциальной дидактики потребует еще многих теоретических и экспериментальных исследований, но уже сегодня в учебном процессе необходимо реализовывать ее главный принцип: предоставить обучающемуся свободный временной режим и возможность выбора количества повторений учебного материала.

Дальнейшее развитие идей дифференциальной дидактики предусматривает исследования, связанные с объективной, количественной оценкой функционального состояния человека, занятого учебной деятельностью, поиском индивидуальных психофизиологических характеристик, определяющих успех обучения.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. История психологии история психологии

    Закон
    Веками рождались и сменяли друг друга представления о душе, сознании, поведении. История психологии воссоздает картину этой смены, выявляет от чего она зависела.
  2. Развитие психологических знаний в рамках учений о душе

    Документ
    Античная психология. Предпосылки возникновения античных представлений о душе. Зарождение психологических идей в Древней Греции. Развитие психологического знания в период расцвета Древней Греции.
  3. В. Н. Помогайбин

    Документ
    Для того чтобы обрести способность к психологическому познанию далеко недостаточно испытывать к нему интерес, что тоже очень важно. Необходимо, окунувшись в неисчерпаемый океан психологической мысли, почувствовать его своеобразие,
  4. Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования (14)

    Документ
    кафедра психологии (Стерлитамакская государственная педагогическая академя им. Зайнаб Биишевой); доктор философских наук, профессор Казанского государственного университета В.

Другие похожие документы..