О чём он вообще думает? Мозг подростка: время уникальных возможностей

Глава 2. Обучающийся мозг

Мозг и образование

Как решить сложную математическую задачу? Почему выучить второй язык легче в молодости? Почему некоторые дети умнее остальных? Способности к обучению врожденные или мозг можно тренировать? Сегодня мы понимаем, что ответы на эти вопросы связаны с функционированием и ростом определенных участков мозга. С одной стороны, в последнее время вырос интерес к науке о мозге, с другой – изменились наши ожидания от школьников; все это привело к возникновению совершенно новой территории исследований, объединяющей знания о мозге и знания об образовании. На этой территории преподаватели, учащиеся, специалисты сферы образования и нейробиологи вместе пытаются адаптировать школьную программу к возможностям обучения ребенка и подростка.

В последние годы структура и содержание образования активно обсуждаются в обществе. Всевозможные образовательные инновации, внедренные в 1998–2008 годах под названием «новое образование», привели к ухудшению качества образования в Нидерландах. Образовательные реформы не учитывали различий между детьми и руководствовались не научными достижениями, а политическим выбором. Поэтому комитет, в 2008 году проводивший парламентское расследование в Нидерландах, рекомендовал политикам сосредоточиться на содержании школьной программы, а не на организации образования. При проведении реформы образования необходимо более тесное сотрудничество между исследователями, образовательными институтами и группами заинтересованных лиц.

Неудивительно, что знания о развитии мозга влияют на образование. Педагоги активно используют новые научные открытия, пытаясь адаптировать среду обучения к возможностям учащихся. Случается, однако, что предлагаемые ими программы содержат антинаучные выводы. Вспомните хотя бы об упомянутых мной заблуждениях относительно того, что человеческий мозг задействован лишь на 10 % (хотя на самом деле мы непрерывно используем его полностью) или что левое полушарие отвечает за разум и логику, а правое – за эмоции (в то время как оба полушария участвуют в выполнении всех наших функций). Подобные заблуждения основываются на чересчур поспешном или неверном истолковании результатов научных исследований, что в свою очередь приводит к распространению так называемых нейромифов, то есть ошибочных представлений о возможностях мозга. Сотрудничество между работниками образования и учеными помогает развеять расхожие заблуждения. Чем теснее это сотрудничество, тем эффективнее внедряются теоретические знания в образовательную практику. Следует учитывать и то, что результаты научных исследований – лишь элементы большого пазла. Сами по себе исследования мозга не способны предоставить ответы на все вопросы, связанные с улучшением образования. Однако исследования мозга могут стать ключевым элементом этого пазла: они объясняют познавательный процесс и позволяют выстроить обучение в соответствии с возможностями подростков.

В этой главе мы обсудим последние научные открытия, затрагивающие когнитивные навыки подростков. Навыки эти, безусловно, не существуют сами по себе: на них постоянно влияют меняющиеся эмоции или, к примеру, присутствие друзей. Эмоциональные и социальные аспекты работы мозга мы рассмотрим в следующих главах. Здесь же я расскажу о том, чему и когда способны обучаться подростки, и уделю особое внимание самостоятельному обучению и умению планировать.

Критика концепции «нового образования» касалась прежде всего того, что ожидания относительно формирования ответственности у подростков завышались. Возьмем, к примеру, Сюзанну. Сюзанна учится в средней школе и до сих пор получала только хорошие отметки. В последнее время ее успеваемость, увы, заметно снизилась. Сюзанна, разумеется, не хотела бы остаться на второй год, но, вернувшись домой из школы, она тем не менее не садится за уроки. Первым делом Сюзанна подолгу болтает в чатах с подругами, а потом отправляется на хоккейную тренировку. Лишь под вечер она вспоминает, что должна еще подготовиться к контрольной по физике, доделать упражнение по английскому и выучить историю. Когда она сосредотачивается на чем-то одном, успех налицо, однако большой объем домашней работы по разным предметам ее расхолаживает. В школе же исходят из того, что Сюзанна способна составить для себя график выполнения домашних заданий, ведь подобная самостоятельность сослужит ей службу на более высокой ступеньке образования. Сюзанна вроде бы и не против, но мозг девушки, похоже, еще не готов к сотрудничеству.

Это и есть корень всех проблем. С одной стороны, мозг, разумеется, можно тренировать, с другой – в подростковом периоде он еще вовсю развивается. Следовательно, мы не вправе ожидать от подростка абсолютной самостоятельности. Тем более учитывая тот факт, что области, отвечающие за оптимальное планирование деятельности, в мозге подростка еще не созрели. Они все еще активно формируются, а с ними – и связи между различными отделами мозга. Потому-то мозг Сюзанны просто не справляется с задачей самостоятельного планирования, особенно если домашние задания приходится сочетать с внешкольными мероприятиями. Жаль, если ей придется остаться на второй год, ведь она достаточно умна, чтобы перейти в следующий класс. В этой главе мы постараемся выяснить, что необходимо для умения планировать свою деятельность, какие области мозга управляют этим умением и как они формируются.

Кора лобных долей: регулятор когнитивных способностей

Для адекватного планирования деятельности требуются различные навыки. У Сюзанны много дел. Чтобы справляться с ежедневным объемом домашней работы, ей приходится выполнять несколько задач одновременно. Планирование деятельности – сложный процесс. Он требует умения расставлять приоритеты и противостоять отвлекающим факторам, чтобы достичь поставленных целей в долгосрочной перспективе.

Планирование относится к исполнительным (или управляющим) функциям, отвечающим за целенаправленное поведение. Примеры такого поведения – распланированное выполнение школьной домашней работы или подключение внимания на уроках (даже на фоне болтовни одноклассников на задней парте). Подобными регулирующими навыками в большей степени обладают взрослые, нежели подростки. В рамках концепции «нового образования» учащимся предоставлялась изрядная степень независимости, что зачастую оказывалось им не по зубам. В настоящее время родители снова усиленно контролируют своих детей, в частности благодаря онлайн-системам отслеживания школьной успеваемости. Нередко взрослые узнают об отметках даже раньше самих учеников. Правда, такая форма контроля может всерьез тяготить подростков. Необходимо сбалансированное решение: следует, разумеется, предоставлять подросткам свободу в процессе становления их независимой личности (без неусыпного родительского контроля и диктата), но в то же время направлять их и помогать им, пока окончательно не сформируются их исполнительные функции. Найти этот баланс бывает непросто, к тому же не существует унифицированного критерия свободы и контроля. Кто-то, возможно, уже планирует свою деятельность вполне самостоятельно, а кому-то, наоборот, все еще нужна дополнительная поддержка.

Планирование требует отлаженного взаимодействия между различными управляющими функциями мозга

Чтобы понять назначение исполнительных функций и происходящие в них изменения, мы подробно рассмотрим строение коры, внешнего извилистого слоя большого мозга (см. главу 1). Кора лобных долей – важнейшая область мозга, управляющая исполнительными функциями.

Лобная кора расположена (как следует из названия) в передней части черепа и занимает около трети всех корковых структур. О ее росте известно довольно много. Мы знаем, что в период между рождением и 4–6 годами количество клеток мозга в лобной коре резко увеличивается, а затем идет на убыль. Период сокращения количества нейронов считается чрезвычайно важным: оптимально работающие клетки сохраняются (и становятся сильнее), а менее значимые – удаляются. Этот этап длится до 20–25 лет. Поэтому возраст между 6 и 20 годами является ключевым для обучения: именно в этот период на формирование мозга можно заметно влиять.

Попробуем разобраться, как изменения в росте лобной коры связаны с исполнительными функциями. Повторюсь: кора лобных долей – самый крупный участок коры, и не все области головного мозга выполняют одни и те же задачи. Некоторые отделы мозга наделены всего лишь одной, очень специфической функцией: гипоталамус, к примеру, отвечает за регуляцию биоритма. Кора же отличается многообразием функций, в выполнении которых участвуют различные отделы коры. Поскольку этих отделов великое множество, они называются по своему местоположению в той или иной плоскости лобной коры: верхние и нижние, вентральные (внутренние) и дорсальные (внешние), передние и задние, медиальные (серединные) и латеральные (боковые).

Внутри коры лобной доли различают три зоны: моторную, латеральную и медиальную. Эти зоны управляют всевозможными типами поведения человека. Моторная кора располагается ближе к задней части лобной коры и важна для инициирования и выполнения движений (название говорит само за себя). Чуть ближе к передней части черепа находится латеральная кора, которая играет весомую роль в планировании деятельности, обучении, применении правил и следовании инструкциям. Под латеральной расположена медиальная кора, отвечающая за планирование и целенаправленные действия, а также за самостоятельное управление поведением. Медиальная кора имеет первостепенное значение при принятии эмоциональных (глава 3) и социальных решений (глава 4).

Названия отделов в соответствии с их расположением в различных плоскостях головного мозга: верхние и нижние, вентральные (внутренние) и дорсальные (внешние), передние и задние, медиальные (серединные) и латеральные (боковые)

 

Таким образом, кора лобных долей связана с осуществлением целого ряда исполнительных функций. Методы сканирования мозга пролили свет на многие из них. Однако первые открытия в этой области были сделаны в ходе обследований людей с поврежденным мозгом.

Способность планировать после повреждения мозга

В силу того, что лобная кора располагается в передней части головы, она чаще других областей мозга подвергается повреждениям. Безусловно, любые повреждения имеют серьезные последствия для повседневного функционирования человека. Однако поскольку лобная кора – крупная и неоднородная область мозга, то повреждения различных отделов внутри нее по-разному влияют на нашу жизнедеятельность.

Для начала мы рассмотрим внешнюю часть лобной коры (латеральную кору), поражение которой наиболее значимо влияет на планирование поведения и приобретение новых знаний. Каким образом?

Изображение различных отделов в коре лобных долей головного мозга

Из обследований пациентов мы знаем, что внешняя часть лобной коры – латеральная кора – важна для умения решать проблемы, сохранять в памяти информацию и вовремя останавливать неподобающее поведение. Пациенты с повреждением латеральной лобной коры часто делают неуместные комментарии просто потому, что у них нет сдерживающего тормоза. Кроме того, они плохо понимают юмор с подтекстом (поскольку не в состоянии связывать ситуационные эпизоды воедино), но зато смеются над плоскими шутками.

Пациенты с повреждением латеральной лобной коры испытывают трудности при обработке обратной связи. В ответ на критику они не способны должным образом скорректировать свое поведение. Они как бы застревают в нем, не имея возможности легко его изменить. Следовательно, у пациентов с повреждением в лобной коре в первую очередь возникают проблемы с исполнительными функциями.

Как выяснится позже, в подростковом возрасте исполнительные функции все еще развиваются. Этот факт необходимо учитывать, когда речь идет о степени контроля и управления в школьной ситуации. Подростку, привыкшему выполнять то или иное задание определенным образом, бывает сложно приноровиться к измененной форме обучения или к растущему количеству заданий.

Что происходит в мозге в процессе планирования?

Благодаря таким методам сканирования мозга, как фМРТ, ученым удалось подробно изучить функционирование лобной коры. Исследователи выяснили, в частности, что у каждой области лобной коры свои конкретные задачи. С помощью фМРТ появилась возможность наблюдать за активностью в отдельно взятых областях мозга.

Методы сканирования мозга особенно важны для изучения способностей и потенциала детей и подростков. Нам уже известно, к примеру, что в некоторых частях лобной коры количество нейронов (серого вещества) изменяется в течение более длительного периода времени, чем в других областях мозга. Изменение количества мозговых клеток воздействует на рабочую память и навыки планирования. Мы также знаем, каким образом важные для планирования и исполнительных функций отделы мозга работают в детстве и подростковом возрасте. В этой главе рассматриваются некоторые из таких функций.

Если 10 лет тому назад исследования в основном проводились с относительно небольшими группами участников, то в последние годы они приобрели более массовый характер: современные исследования охватывают широкие группы детей из разных слоев общества, облегчая тем самым корреляцию результатов исследований мозга со сферой образования и успеваемостью учащихся. Ниже приводится описание некоторых из них.

Основные навыки: рабочая память и ингибиторный контроль

Рассуждая о планировании и исполнительных функциях, мы, как правило, подразумеваем сложные ситуации и задачи. Однако для начала следует проанализировать основные навыки в рамках исполнительных функций, такие как рабочая память и ингибиторный контроль. Рабочая память – это способность сохранять в голове информацию, а ингибиция связана с торможением поведения или мыслей. Обычно эти два процесса интенсивно взаимодействуют. Наибольшие изменения в рабочей памяти и ингибиции происходят в раннем детстве и младшем школьном возрасте, а в подростковом возрасте эти навыки продолжают совершенствоваться.

Рабочая память

Мы используем рабочую память практически постоянно, в том числе и в школе, будь то чтение, понимание сложного текста или решение математических задач. Рабочая память – важный предвестник школьной успеваемости. Чем лучше рабочая память, тем выше результаты. Наиболее сложные формы рабочей памяти продолжают оттачиваться на протяжении всего подросткового периода.

Один из способов измерения рабочей памяти – варьирование временных промежутков между предоставлением информации и ее повторением. В нашем центре, к примеру, мы предлагаем участникам исследований такое задание: на экране поочередно отображаются три местности, которые необходимо указать в том же порядке спустя 5, 10 или 15 секунд. Всем участникам – взрослым и детям – эта задача дается сложнее по прошествии 15 секунд, чем 5 секунд. Однако по сравнению со взрослыми у детей младшего возраста возникает относительно больше проблем с выполнением задания через 15 секунд, притом что с 5-секундным интервалом они справляются наравне со взрослыми. Из этого следует, что рабочая память у детей младшего возраста еще недостаточно развита. Примерно с 12 лет дети выполняют подобные задания с тем уже успехом, что и взрослые.

Второй способ исследования рабочей памяти – изменение объема информации для запоминания. Например, на экране демонстрируются четыре объекта. Потом они исчезают, и вас просят их перечислить. Это достаточно просто, однако чем больше объектов становится, тем сложнее эта задача. Ваша рабочая память теперь должна удержать не четыре, а, скажем, восемь или десять объектов. Наряду с объектами можно использовать слова или местность (как в первом задании). Всем нам трудно запомнить большое количество слов, изображений или местоположений, однако по мере того, как их количество растет, дети ошибаются относительно чаще взрослых. Именно поэтому детям бывает сложно запомнить несколько поручений одновременно или, допустим, длинный список покупок.

Значение рабочей памяти критически важно, если надо организовать информацию. Способность к организации информации (как важной составляющей планирования) измеряется с помощью так называемой манипуляции. Вас просят, к примеру, запомнить произвольный набор букв «п, б, ф, н» и произнести их вслух через 6 секунд. Вы не затратите особых усилий на выполнение этой задачи. Однако повторить буквы через 6 секунд в алфавитном порядке окажется уже значительно сложнее.

Форма рабочей памяти, подразумевающей мыслительную работу с информацией, более совершенна у взрослых, нежели у детей и подростков. Это связано с тем, что различные области лобной коры должны научиться адекватно взаимодействовать друг с другом. В подростковом возрасте способность манипулировать или мысленно управлять информацией еще только развивается. Эта форма рабочей памяти играет важную роль, например, при составлении графика выполнения домашних заданий, в который надо не забыть включить и внешкольные занятия вроде футбольной тренировки и т. п. Планирование деятельности требует от рабочей памяти немалых усилий, прежде всего – в отношении способности манипулировать информацией.

Первостепенное значение для функционирования рабочей памяти имеет латеральная префронтальная кора. Эта область мозга активно включается в работу, когда увеличивается количество информации или срок ее хранения. Качество рабочей памяти напрямую связано со степенью активности латеральной префронтальной коры. Вот почему люди, у которых эта область мозга работает интенсивнее, обладают более развитой рабочей памятью.

Латеральная префронтальная кора задействована при запоминании любого типа информации, будь то местоположения, изображения, числа или предметы. Однако не все участки этой коры выполняют одинаковые функции. Например, если информацию необходимо только запомнить, то на помощь призывается вентральная (нижняя) область латеральной префронтальной коры. Однако когда нам приходится работать с информацией (например, расставляя ее в алфавитном порядке), за дело берется дорсальная (верхняя) область латеральной префронтальной коры. Это разграничение функций имеет принципиальное значение, исходя из того, что в подростковом возрасте рост мозга (то есть увеличение и уменьшение объема серого вещества) в дорсальной части продолжается дольше. В лаборатории нашего центра мы исследовали области мозга, задействованные у детей при запоминании изображений объектов (таких как часы, дом, ботинок или собака) в течение шести секунд. И сравнили их с мозговой активностью в тех случаях, когда детей просили назвать изображения в обратном порядке (то есть при манипулировании информацией). У детей до 12 лет обнаружилось много проблем с последним заданием, и их дорсолатеральная префронтальная кора работала менее интенсивно, чем у 15–16-летних подростков и взрослых. На основе результатов этих исследований мы пришли к заключению, что, поскольку дорсальная область латеральной лобной коры созревает медленнее, подросткам труднее манипулировать информацией в рабочей памяти. Крупномасштабное американское исследование также показало: по мере развития латеральной лобной коры в период от 6 до 22 лет способность манипулировать информацией в рабочей памяти улучшается. А шведские исследователи обнаружили, что чем сильнее становятся связи между лобной корой и другими отделами мозга, тем легче людям удается запоминать информацию. К тому же выяснилось, что в подростковом возрасте эти связи находятся еще в разгаре формирования.

Не менее любопытным является тот факт, что после многократного выполнения задания на запоминание информации лобная кора участников исследования начинала работать интенсивнее, в том числе и у подростков. Это свидетельствует о том, что мозг можно тренировать. Впрочем, не бесконечно: подростки младшего возраста способны, к примеру, запоминать и манипулировать тремя или четырьмя изображениями, однако на пятом изображении их возможности иссякают. Очевидно, что тренировка рабочей памяти связана с ограничениями, и не всем под силу достичь одного и того же уровня.

Области мозга, участвующие в выполнении задания на рабочую память. По мере взросления связи между этими областям становятся сильнее. Чем сильнее связи, тем выше производительность рабочей памяти

Задание на рабочую память, в котором участники должны мысленно поставить изображения в обратном порядке. При выполнении этого задания важную роль играет дорсолатеральная префронтальная кора (слева внизу). При выполнении заданий на рабочую память эта область мозга менее активна у детей, чем у взрослых (справа внизу). Источники: Jolles et al. (2011), Crone et al. (2006)

В сфере образования наблюдается большой спрос на тренировку рабочей памяти. Учащимся предлагаются разнообразные программы с упражнениями для рабочей памяти. В настоящее время интернет наводнен программами тренировки мозга – увы, не учитывающими результаты научных исследований. Ученые по всему миру неустанно их критикуют. Факт, что благодаря использованию таких программ молодые люди начинают успешнее справляться с поставленной компьютером задачей, не всегда соотносится с их способностью повысить школьную успеваемость. Овладевшие неким приемом, они могут применить его лишь в конкретной ситуации, но не в более широком учебном контексте. Поэтому при отборе той или иной программы полезно узнать ее содержание и осведомиться о разработчиках. Тренировать мозг следует, подстраивая сложность задачи к способностям подростка на определенный момент времени при пошаговом обучении. Такой подход увеличивает емкость рабочей памяти и помогает в изучении стратегий, которые подросток может применить в разных ситуациях. Иными словами, мы все больше и больше узнаем о возможностях тренировки мозга, но внедряя соответствующие программы в образование, необходимо проявлять осторожность и отбирать среди них те, что опираются исключительно на научные данные.