Страница 3 из 7
1. Достижения нейробиологической науки
Проблемы того, как происходит процесс обучения, исследуют нейробиологи ведущих университетов и научных учреждений всего мира. Всякое обучение связано с движением сигналов по нервным путям в мозгу. Хотя данная механика мало чем отличается от той, что имела место 200 тысяч лет назад, мы продолжаем открывать новые факты, связанные с этим замечательным процессом. В указанном направлении – огромный прогресс, но надо иметь в виду, что все названные открытия были сделаны за последние 30 лет.
Таким образом, это лишь начало пути, и, как во всех исследованиях, ученые начинают с рассмотрения общей картины и лишь затем постепенно углубляются в детали специализации, так что одно общее направление распадается на тысячи мелких ответвлений, требующих изучения. Возникают конкурирующие теории и модели, и тысячи исследований порождают все новые и новые, призванные подтвердить ранее полученные результаты. Кроме того, научно-технический прогресс привел к появлению более совершенных методов исследования, что дает возможность сравнить результаты, получаемые разными методами. Изучая научную литературу, я поразилась, с одной стороны, количеству проводимых исследований, а с другой – отсутствию глубины во многих из них, что объясняется сравнительной новизной и молодостью этой научной дисциплины. Таким образом, среди открытий, которые я представляю здесь вниманию читателей, есть результаты двоякого рода: одни прошли достаточную проверку благодаря многократной репликации, тогда как другие могут казаться очень интересными и многообещающими, но не факт, что они пройдут проверку временем.
Изучение биологических аспектов центральной нервной системы (ЦНС) находится на переднем крае научных исследований. Это стало возможным благодаря достижениям в медицинской науке и технике, обеспечившим настоящий прорыв в изучении функционирования человеческого организма. ЦНС включает в себя головной и спинной мозг, которые связаны с конечностями и органами при помощи проводящих нервных путей, относящихся к периферической нервной системе. Нейробиология обучения как раз и занимается исследованием вопроса, как эти системы, работая сообща, позволяют приобретать и удерживать в памяти новые знания и навыки.
В дополнение к нейробиологии есть множество других научных дисциплин, изучающих мозг, мышление и поведение и включающих в себя антропологию, психиатрию и психологию. Общими усилиями этих ученых формируется подробная «дорожная карта», которую каждый может эффективно использовать для обучения себя и других.
Ниже представлен обзор основных достижений, сделанных за последние пять лет и помогающих лучше понять, как мозг учится. Они легли в основу рекомендаций, изложенных в книге (тем, кто читал первое издание этой книги, новые данные помогут расширить и углубить приобретенные ранее знания). Эти достижения можно разбить на следующие категории:
• новые технологии визуализации мозговых процессов и их анализа;
• новые неврологические доказательства существования нескольких видов интеллекта;
• новые представления о том, как происходит в мозгу творческий процесс;
• новые методы манипулирования мозгом и нервной системой;
• новое понимание того, как может быть использован в учебном процессе искусственный интеллект и виртуальная реальность;
Новые технологии и статистические данные
Достижения в медицинской науке и технике ныне позволяют исследователям проникать внутрь мозга и тела человека. Современные технологии позволяют визуализировать мозговую активность. Компьютерная томография (КТ) сканирует мозг наподобие рентгенографии и дает возможность наблюдать различные участки мозга. Магнитно-резонансная томография (МРТ) позволяет следить за движением крови в мозгу и выявлять активизацию тех или иных структур или областей мозга. Наконец, есть еще позитронная эмиссионная томография (ПЭТ), которая позволяет создавать детальные цветные и даже трехмерные изображения внутренних тканей. Все эти томографы представляют собой достаточно большие аппараты, рассчитанные на размещение человека внутри, в своего рода трубе, а значит, они не подходят для исследования мозговой активности при групповом взаимодействии, а также в движении.
Есть и другие новые инструменты, более компактные и транспортабельные, позволяющие ученым изучать мозговую деятельность людей, занятых обычными делами в повседневной обстановке. К числу этих технологий относится электроэнцефалография (ЭЭГ), позволяющая отслеживать электрическую активность в мозгу и изображать ее в форме волн. Кроме того, есть еще магнитоэнцефалография (МЭГ), где в одном устройстве сочетаются МРТ и ЭЭГ и данные сливаются в более сложную картину. Ближняя инфракрасная спектроскопия (БИКС) позволяет исследователям видеть уровни окисления крови и сгорания глюкозы, а транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) активизирует определенные области мозга с помощью неинвазивного электрического тока. Все эти технологии и инструменты дают ученым возможность рассматривать мозг под разными углами и на разных уровнях – от крупных областей до мелких структур и даже отдельных нейронов.
Новые инструменты позволяют изучать мозг на разных уровнях анализа
В дополнение к этим новым технологиям ученые используют огромные объемы статистической информации, позволяющие рассматривать большие группы людей и в то же время углубляться в индивидуальные различия между ними. Одним из важных прорывов за последние пять лет стало то, что ученые могут анализировать большие объемы данных, получаемых благодаря разным методикам, и складывать их в целостную и объективную картину. Это позволило выйти на новый уровень понимания мозга как сложнейшего «сетевого» органа. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско визуализировали часть этой информации в форме видеоролика, получившего название «Стеклянный мозг» (The Glass Brain; вы можете найти его на YouTube и Vimeo). Это невероятное видео показывает, как функционирует наш мозг.
Это напоминает мне фильм «Фантастическое путешествие» (Fantastic Voyage), который я очень любила в детстве. По сюжету фильма кровяной сгусток грозит проникнуть в мозг выдающегося ученого и уменьшенную до микроскопических размеров команду врачей запускают внутрь его мозга, чтобы спасти ситуацию. Они плавают по кровеносным сосудам и с предельной четкостью видят изнутри человеческий организм. Если в 1960-е годы, когда снимался фильм, это казалось абсолютной фантастикой, то в настоящее время ученые рутинно запускают в различные системы организма нанороботов и средствами нейровизуализации постоянно получают новую интересную информацию.
Но все эти сказочные технологии не лишены недостатков. Весьма поучительна в этой связи история с дохлым лососем. Доктор Крейг Беннет, нейрофизиолог из Дартмутского университета, готовился к эксперименту, предполагавшему функциональную магнитно-резонансная томографию (фМРТ) мозга людей в процессе рассматривания ими различных фотографий. Чтобы отрепетировать и отладить эту процедуру, ученый и его помощники решили использовать в качестве испытуемого не человека, а приобретенного на рынке свежего лосося. Поместив лосося в томограф, они приступили к сканированию мозга рыбы. К изумлению ученых, аппарат фМРТ зафиксировал активность в мозгу дохлого лосося, что было совершенно невозможно. Оказалось, что эта аппаратура иногда может выдавать ложноположительные результаты, что заставило ученых задуматься о необходимости не только статистической калибровки результатов для нейтрализации подобных ошибок, но и перепроверки всех ранее полученных результатов. Описанный случай, имевший место в 2009 году, вызвал немало шума в научном сообществе, потому что к тому времени неоткорректированные должным образом данные использовали в своей работе от 25 до 40 процентов исследователей. Группа доктора Беннета за данное открытие была удостоена Шнобелевской премии, и ей была посвящена большая статья в журнале Scientific American, автор которой писал: «К тому моменту, как на прошлой неделе эта группа была удостоена Шнобелевской премии, доля ученых, использующих потенциально недостоверные данные, сократилась до 10 процентов. Кто знает, быть может, отчасти благодарить за это надо дохлую рыбу».