Морфологическая перестройка. Работа мозга начинается с внутреннего рассогласования

Составить школьное расписание так, чтобы оно всех устраивало, – великое искусство. А иной раз – задача, посложнее великих теорем. Особенно в гимназиях, где работают так называемые совместители. Другое дело – начальные классы. Тут, как правило, первым уроком идет математика, вторым – русский. Пение и рисование завершают учебный день, позволяя голове отдохнуть. А может быть, пение по слогам поставить перед русским? А рисование каким-то образом поможет математике? Что на самом деле происходит в головах, прилежно склоняющихся над тетрадками? Как работает таинственное устройство под названием головной мозг, когда мы пытаемся чему-то научить ребенка? У каждого опытного учителя есть свои наблюдения и свои догадки.

Достаточно достоверные – то есть на уровне процессов, происходящих в клетках мозга во время и после обучения, – ответы на такие вопросы пытаются найти ученые, работающие в Институте психологии РАН. В лаборатории, которой руководит доктор психологических наук, профессор Юрий Александров, изучается, в частности, активность мозга при научении разного рода и у животных, и у людей.

Фундаментальные науки психофизиология и психология давно нуждаются в посреднике, который, пользуясь их достижениями, занимался бы педагогическими экспериментами и внедрением нового опыта в практику. Но поскольку научная педагогика пока от этого очень далека, психофизиологи вынуждены сами ставить опыты, вести исследования прикладного характера. На нашу просьбу рассказать хотя бы о некоторых результатах Юрий Иосифович откликнулся охотно, но с оговорками. Главное, о чем он предупреждает: всякое упрощение обязательно приводит к некоторому искажению. А в результате – к неполному пониманию. Ученые, имеющие дело с таким тонким живым механизмом, как мозг, предпочитают язык терминов и строгих формулировок, который не очень понятен неподготовленному читателю. Поэтому изложение нашей беседы грешит то слишком общими утверждениями, то приблизительностью. Но от этого, как нам кажется, она не становится менее интересной.

– Прежде всего, – сказал Юрий Иосифович, – надо иметь в виду, что представление о мозге как о своего рода чистой доске, на которой мы можем написать все что захотим, устарело. На место инструктивной теории, в соответствии с которой среда, в том числе и культурная, «инструктирует» мозг путем образования новых условнорефлекторных связей, приходит теория селективная. Мозг – не чистая доска, представленная одинаковыми нейронами, говорит эта теория, а великое множество очень разных клеток, определенным образом специализирующихся еще до рождения на свет живого существа. Это еще даже не специализация, а определенная направленность, предрасположенность (преспециализация), позволяющая в дальнейшем осуществлять необходимую для данного существа жизнедеятельность, включающую множество разнородных действий. Скажем, у бобра это набор клеток, необходимых для обучения строительству плотин, добывания пищи и так далее. У человека клетки мозга тоже предуготовлены определенным образом для решения самых разных поведенческих задач. Своего рода клавиатура, или, как еще говорят, ассортимент для возможной будущей деятельности человека. И научение – не инструктирование, а селекция нейронов, то есть выбор из многих разных групп нейронов такой, которая максимально соответствует требуемому действию. Выражаясь метафорически, новая задача не формирует новый рефлекс, а рыщет в ассортименте, ищет подходящие клетки. Нашла! Начинается перестройка их под решение этой задачи.

– Сразу возникает вопрос, насколько жестко ограничен этот набор возможностей. Можно ли обогатить его, развить, что-то добавить?

– Можно. Но в определенных пределах. Предуготовленность, о которой идет речь, самая общая. И складывается она не только в утробе матери, в самом раннем детстве, но, возможно, и позже, хотя и с разной скоростью: наиболее интенсивно формируется ассортимент в раннем детстве. Раннее детство – этап потрясающе важный!

При возникновении каждой новой ситуации, требующей обучения, активируется очень много нейронов: гораздо больше, чем потом будет специализировано. Это огромное разнообразие активированных клеток необходимо для совершения разных проб. Как только положительный результат достигнут, клетки, активированные при этом, переводятся в группу специализированных. Если ассортимент преспециализированных клеток называется первичным, то специализация постепенно создает вторичный ассортимент – набор разных групп клеток, обеспечивающих действия, сформированные в процессе индивидуального развития.

Раньше считали, что новые нейроны появляются только в раннем онтогенезе. Теперь стало ясно, что они появляются в течение всей жизни, даже в пожилом возрасте. И в тридцать лет, и в семьдесят. Чем больше мы учимся, тем больше появляется новых нейронов. А если не учимся, то даже те немногие, что появились, гибнут. Появление новых нейронов у взрослого, видимо, позволяет расширить пределы обучения, заданные в раннем онтогенезе.

– С возрастом, как известно, накапливается опыт, появляется определенный автоматизм, и человек уже не так охотно, как в раннем детстве, осваивает новые клавиши…

– Смотрите, что происходит. В самых общих чертах механизм работы мозга выглядит так. Запуск начинается с внутреннего рассогласования: возникла потребность, которая пока не удовлетворена. Если ситуация знакомая, из памяти извлекается соответствующий опыт, активируются нейроны, которые обеспечивают действие, достаточное для достижения этой цели. Если ситуация незнакомая, процесс пойдет иначе. Рассогласование уже не может быть устранено за счет электрической активности ранее специализированных нейронов. Начинается, как мы уже знаем, экспрессия генов. Активация генов ведет к синтезу соответствующих белков и перестройке морфологии нейронов – то есть перевод нейронов из «пре» в специализацию. Стало быть, обучение – не только функциональная, но и морфологическая перестройка мозга. С годами при овладении определенной профессией она может стать очень существенной. Мозговая организация, например, у лондонского таксиста, которому приходится постоянно ориентироваться в сложной сети улиц, отличается от мозга пешехода так разительно (у таксистов достоверно больше размер гиппокампа – структуры, отвечающей, как полагают, за картирование пространства), что удивительно, как они вообще ухитряются понимать друг друга.

– Если, как вы сказали, всякое обучение начинается с внутреннего рассогласования, с появления новой цели, значит, важнее всего, чтобы на уроке ребенка остро заинтересовала именно эта цель?

– Можно сразу сказать, что если рассогласование происходит совсем не по тому поводу, который предлагает учитель, нет удивления, скажем, в связи с новым явлением, о котором пошла речь на уроке, а есть беспокойство, не кончится ли это очередной двойкой, активизируются разные потенциалы. Ребенок решает другую проблему. Он учится не математике, а тому, как получить с помощью математики желаемую отметку. И именно такой новый элемент опыта – «двойко(тройко)избегательный» вместо «теоремодоказательного» формируется в результате.

В опытах на животных им нужно было нажать педаль в одном случае для того, чтобы получить пищу, в другом – избежать удара током. Действие требуется внешне одно и то же – нажатие на педаль, а мозг работает при этом совершенно по-разному. Активируются разные группы клеток. Та же картина наблюдалась и у испытуемого человека, который должен был дифференцировать звуковые сигналы – простейшее действие. В случае, когда за это он получал награду, мозг работал одним образом, а если избегал наказания, выполняя внешне то же действие, – совершенно иначе. Наблюдая за школьниками в схожих экспериментах, мы надеемся получить ответы на вопрос, как влияет на динамику обучения разница в стимулах – получить награду или избежать наказания – в разных культурах. Эксперименты проводятся в России (Москва) и в Финляндии (Оулу).

В любом случае понятно, что знание приобретается только в соответствии с целью. Только то, которое необходимо, чтобы достичь реального результата. Если для ребенка желаемый результат – хорошая оценка, он будет делать все, чтобы ее получить. При этом внешне действия его могут абсолютно совпадать с действиями одноклассника, бьющегося над той же задачей ради достижения познавательных целей. И успехи их внешне могут выглядеть одинаково. Но мозг работал по-разному. И один запомнил свое маленькое личное открытие в математике или физике навсегда, клетки мозга перестроились, причем перестроился и прежний опыт в связи с новым, а другой запомнит только дорогу к успеху. При этом какое-то научение, конечно же, происходит. Человек приобретает опыт общения, развивается догадливость и много-много чего еще. Но это другое знание. Ради него, может быть, и не стоит одиннадцать лет сидеть на разных уроках. Все равно то, что полагалось усвоить по программе, забудется.

– Получается, что образование – гигантская индустрия, работающая в большой степени наугад и с очень маленьким коэффициентом полезного действия?

– Получается так. И не только по причине, о которой мы говорили. Как устроена сейчас школьная жизнь? Предположим, урок геометрии удался, дети работали с увлечением, довольно быстро научились правильно совмещать треугольники или делать что-то еще полезное. Прозвенел звонок, и все побежали в буфет. Через пять минут – урок истории. А перестройка в клетках мозга, которая началась на геометрии, специализация, созревание памяти, преобразование прежнего опыта – все это требует времени часто значительно большего, чем отведено расписанием. Обучение одному действию может влиять положительно – облегчать обучение другому, а может отрицательно – его ухудшать. В свою очередь обучение этому второму действию может мешать формированию памяти, связанной с первым. Окончательный результат зависит и от эмоционального фона (награда или наказание), и от того, какое действие сложнее, и от степени их сходства (алгебра – геометрия или алгебра – история), от временного интервала между обучением… Но сказать, в каком порядке и в каком объеме лучше изучать школьные предметы, мы пока не можем. Необходимо проведение специальных прикладных исследований.

Известно также, что человек благодаря существованию так называемых зеркальных нейронов может научиться одной и той же операции несколькими способами: совершая собственные пробы и ошибки, наблюдая, как выполняет эту операцию другой, и воображая эти действия при их словесном описании (читая учебник). Если даже в результате он выполняет свое задание одинаково успешно, есть основание полагать, что мозговые механизмы, обеспечивающие эту операцию во всех трех случаях, окажутся весьма разными. Насколько прочна память в каждом случае, мы не знаем. Насколько она пластична, то есть может использоваться для решения других задач, тоже пока неизвестно.

Наши исследования показывают, что люди, которые обучались, выполняя определенную работу, и те, кто только смотрел, как это делают другие, впоследствии, глядя на это действие, видят его по-разному. Даже специалист по классическому танцу и специалист по танцу народному по-разному воспринимают, скажем, классический балет. У них при наблюдении за одним и тем же танцем работают разные группы нейронов. Возможно, эта разница связана как раз с тем, что одни изучали классику только путем наблюдения, а другие танцевали сами.

Интересно, что обучение определенному действию за один раз или поэтапно, за несколько раз, приводит к тому, что во втором случае число нейронов, специализированных относительно этого действия, больше, чем в первом. Что лучше? В каком случае память прочнее и «пластичнее»? Опять-таки для ответа на этот вопрос необходимо проводить специальные эксперименты.

Специализированные клетки остаются на всю жизнь. Стереть ничего нельзя. Можно только наслаивать новое, перестраивая старое. Как идут эти процессы, мы только начали изучать. Ясно, по крайней мере, что предлагать упрощенное, не совсем точное знание, рассчитывая, что потом, в старших классах, можно будет углубить его и расширить – прием рискованный. Старое может помешать формированию нового, привести к глубокой внутренней несогласованности.

Таких проблем, требующих не слишком сложного экспериментального изучения, много. У нас просто не хватает сил на проведение параллельно с фундаментальными и прикладных исследований. Но мы не хотим ждать, пока прикладники обратят внимание на те вопросы, которые мы обсудили, потому что их решение важно и потому что нам интересно. И мы будем проводить такие опыты. Пока удалось наладить сотрудничество с научно-методическим центром Департамента образования Центрального округа Москвы. Если бы к исследованиям подключились другие регионы, особенно национальные школы, можно было бы ждать интересных и важных для школы результатов…

NB!

Материалы на эту тему вы можете прочесть в «УГ» №№28, 32 за 2007 год.