P. A. Педагогическая психология: Принципы обучения: Учебное пособие

Вероятно, вы когда-нибудь наблюдали за бегущей строкой, сообщающей, где можно поесть или заправить автомобиль. Отдельные буквы появляются и исчезают, и смысл сообщения постепенно становится ясным. Восприятие такого рода движения, известное как фи-феномен, впервые было продемонстрировано в 1912 г. немецким психологом Максом Вертгеймером (1380 — 1943). Фи-феномен свидетельствует о том, что восприятие отдельных элементов еще не дает возможности заранее определить целостный смысл воспринимаемого. Даже если нам удастся мысленно отделить друг от друга появляющиеся и исчезающие знаки, в их последовательности мы все равно будем воспринимать целостный образ. Такой анализ зрительного восприятия привел к положению о том, что «целое является чем-то большим, чем сумма его частей», то есть относительно множества естественных явлений утверждается наличие нерасчленимого сущностного единства. Это основное положение гештальт-психологии.

Представители этого направления, в частности, Вер-тгеймер, Вольфганг Келер (1887—1967), Курт Коффка (1887-1941) и Курт Левин (1890- 1947), считали, что научение есть не просто сложение различных чувственных впечатлений или, как утверждали бихевиористы, образование ассоциаций, а схватывание целостных значений. Образование «смысловых конфигураций» (Gestalten — нём.) происходит во всех сферах восприятия. Мелодия является чем-то большим, чем входящие в нее ноты; картина радует глаз через восприятие ее как целого; стихотворение понимается не просто как функция от его метра или ритма; а вкус мороженого нельзя свести к сочетанию сахара и сливок. Именно эти определенным образом организованные смысловые явления, по мнению представителей гештальт-психологии, должны выступать в качестве, предмета психологической науки. В противоположность сторонникам структурной психологии, применявших метод интроспекции для расчленения переживаний, они считали существенным изучение целостных смысловых феноменов.

Понятия и принципы гештальт-психологии первона- . чально развивались на основе изучения процесса вое-

46

приятия (Koffka, 1935). Например, входящий в поле восприятия объект, на котором фокусируется внимание, называется фигурой, а окружающие его очертания — фоном. Представители гештальт-психологии продемонстрировали, что при переключении внимания фигура и фон могут меняться местами. На рисунке 1.4 можно увидеть либо вазу (белого цвета), либо два профиля (черного цвета), что зависит от того, какого цвета фигура и какого — фон. Отношение фигуры и фона служит примером того, насколько проблематично отделение воспринимаемого объекта от окружающего его поля восприятия

вспоминаем как !•. Принцип завершенности влияет не только на восприятие, но и на мотивацию. Один из учеников Левина, Блюма Зейгарник (1927 — 1968), обнаружила, что незавершенные задания не только вспоминаются лучше, чем завершенные-, но и что

люди испытывают желание при случае закончить оставленное задание. Возможно, это явление, известное как эффект Зейгарник, частично объясняет, почему множество взрослых людей испыты-вают пристрастие к многосерий-ным мелодрамам, или «мыльным операм».

SSIIOO

SSIIOO

Согласно гештальт-психологии, научение состоит в формировании новых восприятий в процессе столкновения с проблемными ситуациями. При нали-

чии проблемы возникает состояние когнитивного неравновесия, которое вызывает напряжение и побуждает решить эту проблему, чтобы восстановить равновесие. Решая проблему, человек первоначально действует в соответствии с естественными законами, в частности, с законом прегнантности. Решение возникает, когда человек схватывает соответствующий гештальт, и, следовательно, -способен связать проблему с некоторой смысловой конфигурацией. Когда возникает решение, оно приходит в виде неожиданной вспышки инсайта, «особого типа нервной организации, которая возникает, как только достигается цель» (Hartmann, 1942).

Инсайт был продемонстрирован в знаменитом эксперименте Келера с шимпанзе Султаном в 1925 году. Сначала Султан прыгал за гроздью бананов, подвешенной внутри клетки. Это не помогло. Устав от безнадежных прыжков, обезьяна, казалось, потеряла интерес к бананам и уселась, едва обращая на них внимание. Через некоторое время Келер увидел, что Султан взял палку, оставленную в клетке, и раскачивал бананы до тех пор, пока они не упали. В другой раз, чтобы достать бананы, Султану удалось соединить две палки, так как каждой палки по отдельности не хватало, чтобы до них дотянуться. Животное справилось и с более сложной задачей, неожиданно поставив под бананами коробку и используя ее как ступеньку. В каждом из этих случаев Келер описывал поведение животного как проявление инсайта. Дело обстояло так, как будто средства, необходимые для решения проблемы, всегда имелись в наличии, но возникновение решения требовало преобразования восприятия проблемы- Сторонники гештальт-психологии полагают, что такое решение возникает скорее в результате умственного перечисления или проверки гипотез, чем в процессе проб и ошибок, как считал Торндайк.

Центральным понятием в гештальт-психологичес-кой теории научения является концепт понимания или осмысленного научения. Рассмотрим пример типичного второклассника, вернувшегося домой из школы:

ТОМ: Я думаю, наша учительница сошла с ума. МАМА: Ну почему же, дорогой?

ТОМ: Вчера она сказала нам, что 5 плюс 5 равняется 10. Очень хорошо, но сегодня она говорит, что это может быть и

7 плюс 3, 6 плюс 4, 8 плюс 2, или 9 плюс 1. Если она сама ничего не понимает, как я смогу что-то понять?

«Научился», ли Том считать до десяти? Сторонники гештальт-психологии сказали бы, что он научился считать с помощью простого запоминания, не понимая стоящей за этим идеи сложения. Так как наш мир организован по определенным законам, научение должно состоять в усвоении этих законов, так чтобы можно было понять структуру различных областей знания. Запоминание без понимания отнюдь не дает возможности помнить выученные правила в течение продолжительного времени, или применить их в новой учебной -ситуации. Вертгеймер (1945) убеждал преподавателей делать меньший акцент на зубрежку и практические методики, а вместо этого сосредоточить внимание на разъяснении значения правил. Он приводил пример учеников, пытающихся найти площадь параллелограмма Z/• Обычно учащимся объясняется, что сначала

следует определить площадь прямоугольника по формуле S = длина х высоту, а затем отнести эту формулу к параллелограмму, проведя пунктирные линии так, чтобы параллелограмм выглядел как прямоугольник

Z/i Затем учащиеся вычисляют площадь параллелограмма, применяя ту же формулу к его сторонам. Однако, у учащихся, обучаемых подобным методом, возникают проблемы при определении площади других четырехугольных фигур. В случае с трапецией \.. /, например, учащиеся проводили параллельные линии

с внешней стороны, фигуры й/j и получали слишком

большой ответ. Введя учащихся в курс дела относительно того, в чем действительно заключается определение площади неправильных четырехсторонних фигур, Вертгеймер обнаружил, что теперь они могут легко справиться с задачами на подсчет площади. Если учащихся учили рассматривать прямоугольник как равновесную фигуру, которую можно разделить рядами на столбцы небольших площадей, они были вполне способны понять, что такое площадь. Определение площади параллелограмма стало делом простой перестановки площадей так, чтобы их было легче вычислить. Учащиеся,

49

обученные таким способом! однаждьгпоняв, в чем суть дела, были способны вычислить площадь самых разнообразных геометрических фигур. Вертгеймер считал, что для того чтобы научить применять определенный навык без использования заученных правил, сформулированных учителем или взятых из книги, учащимся нужно помочь понять структуру проблемы. Его позиция и сегодня остается значимой благодаря вниманию, уделенному вопросу о том, как учащиеся могут достичь более глубокого понимания структуры проблемы.

Приблизительно до 1950 года бихевиористские воззрения Торндайка и позиция представителей гештальт-психологии доминировали в полемике о том, как люди научаются. Хотя обе позиции остаются жизнеспособными по сегодняшний день, они были включены в другие, более широкие теории. Большая часть этой книги посвящена современным исследованиям, в которых эти идеи были применены к учебной практике.

В начале главы мы отметили взаимосвязь преподавания и учения. В школе осуществляется обучение различным навыкам, и преподаватели несут ответственность за этот процесс. Учение мы определили как «изменение в характере или способностях, которое сохраняется в течение некоторого промежутка времени и которое нельзя приписать только процессу взросления». Заключение о том, что произошло научение, делается на основе изменений в выполнении действия; научение связано в первую очередь с опытом, но может отражать и биологические предпосылки. Научение может быть как непроизвольным, так и намеренным.

Наше исследование процесса учения опирается на ряд уже существующих теорий учения. Теория — это систематическая попытка объяснить совокупность взаимосвязанных явлений. Она дает нам возможность преодолеть пределы личного опыта, избежать упрощений, свойственных традиционному знанию, и рассмотреть результаты исследований с более широкой точки зрения. При построении теории на основе фактов формулируются принципы, которые часто тре- _{п тели} буют дополнительных предположе- гештальт-психологии ний, называемых теоретическими делают акцент на конструктами. На основе результа- осмысленном научении

51

Часть I. Понять учащегося

тов исследований устанавливаются основные факты, используемые в дальнейшем формировании теории.

Первые теорий научения выросли из философского анализа познания — как рационального выявления врожденных идей (Платон) или как накопления ассоциаций на основе опыта (Аристотель). Еще одной точкой зрения, которая повлияла на рост теоретического знания, стала дарвиновская теория происхождения видов, согласно которой биологические виды эволюционировали в процессе адаптации к внешней среде. Понятие адаптации легло в основу функционалистского движения, представители которого связывали психологию с человеческой деятельностью, в частности, со сферой образования (Джеймс и Дьюи). На развитие теорий учения также оказала влияние экспериментальная традиция, например, изучение памяти Эббингау-зом, лабораторные исследования Вундта, опиравшиеся на метод интроспекции, и структурный подход к сознанию, пионером которого выступил Титченер.

Двумя доминирующими в последнее время теориями научения являются бихевиоризм и когнити-визм. Бихевиористская традиция выросла из эмпирической, ассоцианистской традиции, родоначальником которой был Аристотель и в развитие которой внесли вклад Локк и Милль, утверждавшие, что научение человека заключается в образовании новых комбинаций идей. Ранние бихевиористы, в частности, Уотсон, описывали научение как происходящее через процесс обусловливания, в котором определенные стимулы связыв-аются с другими на основе смежности. Примером может служить маленький Альберт, который стал бояться меховых предметов в результате того, что их появление сопровождалось громким шумом. Торн-дайк и другие бихевиористы делали акцент на опосредующей роли цели в образовании связей между стимулами и реакциями и утверждали, что к тому же существуют законы научения, управляющие этим процессом. Описание Торндайком научения как процесса, обусловленного определенными законами'-— основными (в частности, законом эффекта) и второстепенными (например, законом реакции по аналогии), — привело к формулированию теории, которая считается первой настоящей теорией научения. Ис-

следования Торндайка по явлению переноса и проблеме умственной дисциплины сделали психологию важной составляющей образовательной практики.

Когнитивизм возник как реакция на теории, в которых, по мнению сторонников этого направления, переоценивалась роль стимулов и реакций в научении. В этом подходе, зародившемся в исследованиях восприятия Вертгеймером, Коффкой и Келером — представителями гештальт-психологии, — делался акцент на развитие «организованного целого» как единицы научения. Организованное целое (Gestalt) возникает в результате неожиданного преобразования окружающего психологического поля. Как следствие инсайта, вызывающего это преобразование, формируется новая конфигурация, которая представляет собой нечто большее, чем сумма ее частей. Считалось, что это преобразование ведет к осмысленному научению, или пониманию, что, как доказывали сторонники гештальт-психологии, должно быть целью образовательного процесса.

Как мы увидим в следующих главах, полемика между бихевиористами и когнитивистами продолжает оказывать определяющее влияние на наши представления об учении. При формировании безусловно эффективной теории учения, которая, я надеюсь, будет развита всеми читателями этой книги, следует учитывать обе традиции.

Понятийная карта этой главы представлена на странице 53.

Теперь, когда вы познакомились с рядом ранних психологических теорий учения, постойте свою собственную теорию! Эта теория не обязательно должна быть строго научной — просто сформулируйте свои мысли относительно того, как происходит учение. Вероятно, вы сможете уместить ее в два или три абзаца. После этого отложите вашу теорию до тех пор, пока не прочтете всю книгу. В последней главе я попрошу вас сформулировать вашу теорию снова. Должно быть, будет интересно увидеть, как изменились ваши взгляды.

54
ГЛАВА 2.

МЕХАНИЗМ НАУЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Содержание главы

Зачем нужно изучать биологию? Строение нервной системы Строение головного мозга

Нейропсихология научения Изменения в мозге Изменения на нейронном уровне

Изменения в функциях различных структур головного мозга Межполушарная асимметрия

Сенсорные системы Зрение Слух

Произвольные движения

Развитие двигательных функций . Овладение двигательными навыками

Стресс и борьба со стрессом Реакция на стресс Борьба со стрессом

Нарушения механизма научения

Нарушения, связанные с наркотическими веществами • Влияние наркотических веществ на развитие детей

Задачи главы

1. Объяснить, почему важно понять биологическую основу человеческого поведения.

2. Описать строение нейрона и способ, посредством которого нервные импульсы передаются по нервным проводящим путям.

55

3. Дать представление об основных структурах мозга, имеющих непосредственное отношение к процессу научения.

4. Оценить доводы в пользу того, что процесс научения отражается в изменениях на нейронном уровне, в мозге в целом или в структурах мозга.

5. Описать роль, которую, предположительно, играет гип-покамп в процессах долговременной памяти.

6. Установить различия между функциями, приписываемыми левому и правому полушариям мозга; привести соответствующие данные.

7. Изложить точку зрения (которая, возможно, будет вам близка) на роль межполушарной асимметрии в учебной практике.

8. Описать, каким образом зрительные и слуховые сигналы обрабатываются и преобразуются мозгом.

9. Осветить основные стадии развития управления двигательными функциями.

10. Объяснить, каким образом, вегетативная нервная система функционирует при стрессовом воздействии.

11. Рассмотреть три способа, с помощью которых можно справится со стрессовой ситуацией.

12. Объяснить, каким образом наркотические вещества наносят ущерб способности к научению и расстраивают поведение.

13. Описать, какие последствия для ребенка может иметь употребление наркотических веществ женщиной во время беременности.

— Рики, вернись на место и закончи свое задание. Ты все утро бездельничаешь.

Как показывают приведенные сюжеты, многое из того, что относится к процессу научения и вообще к человеческому поведению, недоступно нашему пониманию. Все три ситуации служат примерами случаев, когда процесс научения отчасти связан с непсихологическими факторами. Каждый из случаев демонстрирует влияние состояния организма на поведение. Отсутствие у Рики способности концентрироваться; трудности, испытываемые Морин при ходьбе; реакция студентов.на стресс, связанный с важной контрольной работой, — все это определенным образом обусловлено биологическими факторами.

Многим, возможно, не нравится мыслить о себе с точки зрения биологии. Зачастую трудно поверить, что мы ведем себя определенным образом потому, что наше тело или мозг функционируют тоже определенным образом. Стремление объяснить человеческое поведение с точки зрения,одной лишь биологии, не учитывая психологических и социальных факторов, слишком упрощает положение дел. Тем не менее при попытке объяснить поведение было бы в равной степени наивным игнорирование основных фактов, касающихся сенсорной системы, нервной системы и мускулатуры.

В этой главе рассматриваются биологические и физиологические основы механизма человеческого научения. Физиология является биологической дисциплиной, которая изучает процессы жизнедеятельности и витальные функции организма. Знакомство с физиологией нервной системы (нейрофизиологией) полезно при объяснении психологических явлений, в особенности сложных речевых процессов. Например, поражение определенного участка мозга может вызвать определенные речевые нарушения. Природа этих нарушений дает ключ к пониманию устройства языковых способностей. При поражении участка мозга, известного как зона Вернике, нарушается не только способность понимания произнесенного слова, но и способность произнесения слов. Очевидно, в этих двух процессах задействуются сходные механизмы головного мозга.

Нейропсихология также проливает свет на основные механизмы научения. Например, в ходе изучения

58

функционирования нервной системы было показано, что на ранних стадиях усвоения навыка мозг работает намного интенсивнее, чем при выполнении этого навыка на более продвинутом уровне. Мозг, который уже «научился», использует меньшее число нейронов или комбинаций нейронов, тогда как в процессе научения мозг, очевидно, задействует более протяженные либо малоэффективные цепочки нейронов (Haier &, 1988). Эти данные были получены с помощью метода, известного как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). В ходе опыта добровольцам вводился раствор безвредной, слегка радиоактивной глюкозы. Активные нейроны поглощают глюкозу, используя ее в качестве источника энергии, и чем более активен участок мозга, тем большее количество глюкозы он поглощает. Закрепленные на голове испытуемых датчики указывают на участки мозга, где концентрируется радиоактивная глюкоза, и посылают данные о позитронной эмиссии на компьютеры, с помощью которых строятся двухмерные графики, отражающие активность нервной системы. Хайер и его коллеги наблюдали за этими диаграммами, когда испытуемые были заняты компьютерной , игрой, в которой требовалось перемещать квадраты для образования различных фи-

гур. Фактически уровень активности нервной системы снижался, когда испытуемые

приобретали навык при выполнении этого задания. Кроме того, выяснилось: чем выше интеллектуальный коэффициент человека, тем меньшее количество энергии он тратит при выполнении сложных заданий, связанных с абстрактными рассуждениями. Хайер делает вывод, что интеллект означает эффективность умственной деятельности и что научение, быть может, в действительности предполагает выделение участков мозга, которые перестают задействоваться.

Новые технологии позволили существенно продвинуться в понимании функционирования мозга, причем некоторые данные нельзя было предсказать даже несколько лет назад. Изучение головного мозга и нервной системы в целом дает возможность лучше понять процесс научения. Начнем с разбора их строения.

Основной единицей нервной, системы является нейрон, или нервная клетка. В мозге содержится приблизительно 100 миллиардов этих имеющих особое значение клеток. По одному из расчетов, количество возможных взаимосвязей между всеми нейронами одного человеческого мозга превышает общее количество атомов в познанной Вселенной (Thompson, 1985). Умопомрачительное число, не так ли? Основной функцией нейрона является переработка и передача информации. По некоторым оценкам, каждый нейрон обладает перерабатывающей способностью компьютера, а вычислительная мощность всех нейронов мозга при их совместном функционировании превышает вычислительную мощность всех компьютеров в мире (Anderson, 1990).

Нейроны довольно разнообразны по видам и размерам. Нервная клетка любого типа состоит из тела, или сомы, дендритов, одного аксона и нервных окончаний. В тело клетки-входит ядро, которое содержит хромосомы, состоящие из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Дендриты— тонкие усики, отходящие от клетки — служат для соединения нейронов друг с другом. Нервные импульсы, проходящие от нейрона к нейрону, передаются через синапсы, которые представляют собой точки соединения между нервными окончаниями клетки, посылающей импульс, и дендритами клетки, принимающей импульс. Передача нервных импульсов через синапсы происходит только в одном направлении, от нервного окончания к дендриту. Сначала нервные импульсы проходят по аксону, длинной тонкой трубке, по которой информация поступает от тела клетки к нервным окончаниям. На рисунке 2.1 показан путь передачи нервных импульсов от одного нейрона к другому.

При передаче от нервного окончания к дендриту нервные импульсы подвергаются изменению под воздействием веществ, называемых нейромедиаторами, которые выделяются нервными окончаниями.

Существует множество нейромедиаторов, включая аце-тилхолин, норэпинефрин, дофамин, серотонин, различ-

60



Рис. 2.1. Передача нервных импульсов от нейрона А к нейрону В
ные аминокислоты, а также нейропептиды. Неизвестно, почему имеется так много разновидностей нейро-медиаторов, но предполагается, что для нейронов различных типов требуются различные типы и комбинации нейромедиаторов. Нейромедиаторы оказывают возбуждающее либо тормозящее воздействие на клетки, принимающие нервные импульсы. Возбуждающее воздействие увеличивает вероятность того, что нейрон, получив нервный импульс, передаст этот импульс дальше к нейронам, с которыми он связан. Тормозящее воздействие уменьшает эту вероятность. Избыток или недостаток какого-либо нейромедиатора может привести к изменениям в настроении, в эффективности мышления или на энергетическом уровне, вызывая колебания возбуждающего или тормозящего воздействия.

В ходе исследований было открыто, что некоторые медикаменты, в которых содержатся вещества, обнаруженные в нейромедиаторах, могут использоваться при лечении психических заболеваний. Например, для ослабления психотических симптомов был использован хлозафин, оказывающий тормозящее воздействие на дофамин и серотонин. Снижение уровня ацетилхоли-на, который, как выяснилось, накапливается в синапсах, вело в случае с крысами к ослаблению памяти (Deutsch, 1971). Недостаток ацетилхолина также был замечен у страдающих болезнью Альцгеймера < > (Coyle, Price & DeLong, 1983). Следовательно, при лечении этого заболевания, ведущего к прогрессирующей потере памяти, упор был сделан на повышение уровня ацетилхолина в нервной системе посредством медикаментозного лечения (Davis & Mohs, 1986). Однако уче-

ные не поддерживают применение препаратов другого рода, так называемых стимуляторов умственной деятельности. Я вынужден разочаровать тех, кто стремится быстро достичь высокого уровня интеллектуальной активности. Скорее всего, эти препараты либо выводятся из организма, либо просто откладываются в нем, не производя никакого эффекта.

Думаю, мне следовало бы сообщить вам, что типографская краска, использованная при выпуске ста случайно выбранных экземпляров этой книги, оставляет на руках несмываемые следы. Физиологам известно, что у тех немногих, я надеюсь, читателей, которые поверили этому, на краткое время резко возросла активность миндалевидного тела (орган головного мозга), что привело организм в состояние готовности в ответ на эту очевидную угрозу. Мы располагаем этими данными, поскольку в последние годы ученые начали разрабатывать карту функций, выполняемых различными участками мозга, и достигли в этом определенных успехов. Например, было установлено, что гиппокамп (орган, находящийся рядом с миндалевидным телом) играет важную роль в процессе преобразования вновь поступающей информации в долговременную память. Тем не менее, то, что мы знаем о мозге, составляет меньшую часть того, что нам о нем не известно, ибо, как отмечает Джеймс Уотсон (Watson, 1992), «мозг есть предельная биологическая граница... наиболее сложный объект, до сих пор открытый во Вселенной» (р.7). Давайте кратко ознакомимся с его доступными познанию элементами.

- Основание мозга в сущности является продолжением спинного мозга. В него входит продолговатый мозг, регулирующий такие вегетативные функции, как дыхание, кровообращение и пищеварение. Мозжечок находится прямо над продолговатым мозгом и служит для объединения информации о движениях и пространственном положении тела, поступающей из внутреннего уха и мышц, таким образом управляя координацией телодвижений и равновесием.

62

Самой массивной и наиболее сложной частью человеческого мозга является большой мозг, в который входит таламус, гипоталамус, кора большого мозга и новая кора. Таламус служит в качестве ретрансляционной станции для сенсорных проводящих путей, по которым зрительные, слуховые и интероцептивные сигналы передаются в новую кору. Только обонятельные нервные импульсы не проходят через таламус. Этот орган почти полностью состоит из выступающих нервных волокон, которые отходят ко всем участкам коры большого мозга. Несколько ниже таламуса находится гипоталамус, отвечающий за эмоциональную и мотивационную сферы. Повреждение гипоталамуса ведет к значительным нарушениям в приеме пищи, регуляции температуры тела, половой активности и таких эмоций, как гнев и страх. Животное с поврежденным гипоталамусом может поглощать огромное количество пищи, а затем вдруг отказаться от нее вообще, постепенно умирая с голоду; его сексуальная активность может переключится на неодушевленные предметы, а затем вообще иссякнуть (Levintal, 1990). Введение электродов в гипоталамус подопытного животного вызывает у него сильный приступ агрессии (Flynn, Vargas, Foote, & Edwards, 1970). Будучи связанным с мотивацией и эмоциями, гипоталамус к тому же играет определенную роль в гормональной активности гипофиза, органа, который стимулирует выделение надпочечниками адреналина, что существенно активизирует организм в экстремальных ситуациях. В этой главе мы еще вернемся к гипоталамусу в связи с обсуждением эндокринной системы.

Кора большого мозга, толщина которой составляет всего несколько миллиметров, покрывает оба полушария мозга. Новая кора представляет собой филогенетически позже всего развившуюся часть мозга; она имеется только в мозге млекопитающих. Джестроу (Jastrow, 1981) связывает расширение объема памяти у человека с увеличением размеров коры большого мозга и его складчатой топографией, которая позволяет огромному количеству нейронных цепочек поместиться на ограниченном участке. Площадь большой коры со всеми ее складками

составляет 400 кв. дюймов; в большой коре содержится приблизительно 75 % всех нейронов головного мозга. (A.Smith, 1985). Поскольку новая кора состоит в основном из нервных клеток, она имеет серовато-коричневый вид — отсюда выражение «серое вещество» мозга. Так как новая кора напоминает по своей форме и строению грецкий орех, в прошлом именно грецкие орехи прописывались в качестве средства лечения заболеваний, считавшихся болезнями мозга (Teyler, 1975).

Борозды, или щели, большого мозга разделяют новую кору на четыре участка, или доли, названия которых соответствуют прилегающим частям черепа. Поскольку новая кора является билатеральной, то есть распространяется на оба полушария, эти доли располагаются по обе стороны большого мозга. Таким образом, мы имеем левую и правую лобные доли, левую и правую теменные доли и т. д. Расположение и функции каждой доли определены в таблице 2.1.

Локализация

двигательных

функций

«Стоп! Вот это да! Давай, Гоббс— всего лишь ткни в его мозг прямо там, где мой палец».

Когнитивные функции локализовать не так просто. Нам действительно известно, что определенные зоны девой лобной доли — а именно, зона Вернике, уже упоминавшаяся нами, и поля Брока — отвечают за речевые функции. Повреждение полей Брока наносит ущерб способности писать и говорить, хотя восприятие уже написанных и произнесенных слов не нарушается. Симптомы этого заболевания — экспрессивной афазии — подтверждают гипотезу о том, что моторный аспект речевой активности частично отличается от процесса понимания речи. Пациенты с экспрессивной афазией, или афазией Брока, с легкостью могут петь, что предполагает отдельную локализацию (возможно, в правом полушарии) не связанных с речью музыкальных способностей. Сложность строения мозга уже должна стать очевидной. Я рассмотрел лишь некоторые из установленных физиологами зон. Вполне возможно,

Учение, как было определено в главе 1, является изменением некоторой способности, которое нельзя приписать процессам роста. Мы спрашиваем с точки зрения физиологии: что изменилось в нервной системе при изменении определенной способности? Изменился ли сам мозг — его вес, размеры или строение? Произошли ли биохимические изменения на нейронном уровне? Могут ли произойти изменения в функционировании мозга или одной из его структур? Если могут, то какие структуры связаны с различными видами научения? Существует множество возможностей, всё из которых активно исследуются.

Многие попытки ответить на встающие перед физиологами вопросы основаны на изучении животных. Существует две причины в пользу сравнительных исследований этого типа: (1) анализ строения мозга часто требует непосредственного проникновения в мозг, что представляет угрозу для здоровья человека; (2) мозг животных менее сложен и может быть исследован с большей уверенностью в том, что взаимодействующие переменные величины сведены к минимуму или взяты под контроль. Разумеется, мы предполагаем, что при изучении мозга животных правомерно делать обобщения относительно строения человеческого мозга. Если существуют очевидные анатомические различия, это предположение менее обоснованно, как, например, при изучении новой коры большого мозга.

Фактически такие обобщения совершались при исследовании воздействия насыщенной внешней среды на строение мозга. В исследовании, продолжавшемся в течение тридцати лет, Розенцвейг (Rosenzweig, 1984) изучал крыс, выросших в стимулирующей внешней среде, и животных, заключенных в изоляцию. Первые помещались группами в клетки, которые были оборудованы специальными платформами, колесами, ступеньками, наклонными поверхностями и прочими объектами возможной манипуляции. Этих крыс к тому же выпускали на открытую площадку с рядами барьеров, расстановка которых ежедневно менялась. Контрольная группа крыс росла поодиночке в слабоосвещенных клетках, где животные не могли ни видеть других особей, ни соприкасаться с ними. Чтобы проверить гипотезу о том, что в насыщенной внешней среде научение происходит более интенсивно, всех крыс помещали в сложный лабиринт. Оказалось, что крысы, выросшие в насыщенной внешней среде, научаются быстрее, чем крысы из контрольной группы, очевидно, потому что первые извлекали большую пользу из сигналов, передаваемых извне лабиринта. В конце периода наблюдения все крысы умерщвлялись с целью изучения их мозга.

67

За годы исследований было обнаружено и неоднократно подтверждено множество различий в строении мозга у особей из двух групп. Мозг типичной крысы, выросшей в обогащенной внешней среде, отличался такими особенностями, как более толстая и массивная кора, более интенсивное кровоснабжение, повышенный уровень содержания протеина и ацетилхолина. Кроме того, имелись различия на нейронном уровне: у крыс, выросших в насыщенной внешней среде, ветвление дендритов в нервных клетках было более частым, тем самым зона возможных синапсических контактов расширялась.

Данные, полученные с помощью метода позитрон-но-эмиссионной томографии, также подтверждают, что в процессе научения во всем мозге происходят определенные изменения. Эти данные свидетельствуют, что отдельные участки коры большого мозга включают небольшие фрагменты целостного представления. Восприятие бейсбольного мяча, например, вызывает зрительные и осязательные представления о его форме, цвете, тактильном ощущении, а также о движениях кисти и руки, которые необходимо совершить при броске мяча. А.Дамасио & Х.Дамасио (A.Damasio & H.Damasio, 1992) показали, что эти представления воссоздаются в отдельных частях, мозга синхронно, но в разных точках. При мысли о бейсбольном мяче, например, особая «зона конвергенции», находящаяся в коре большого мозга, активирует все участки мозга, в кото-

68

рых хранится информация об отдельных признаках бейсбольного мяча. Одновременно в эту зону поступают ответные нервные импульсы, которые несут информацию об этих признаках, таких как «белый», «круглый» или «со швами». Как считают эти исследователи, при освоении нового, более сложного навыка — например, положения кисти, необходимого для того, чтобы сделать крученый мяч— во взаимосвязь с основной зоной конвергенции вступают другие области мозга. Понятие об объекте и его признаках сохраняется, таким образом, как своего рода скрытая запись, фрагментарно рассеянная по всему мозгу. Фрагменты информации о бейсбольном мяче хранятся рядом с фрагментами данных о других напоминающих мяч объектах и ближе всего к объектам с общими признаками. Эта гипотеза объясняет, почему мы способны быстро переходить от мысли к мысли при рассмотрении знакомой нам темы. Она также наводит на мысль, что изучению учащимися новых понятий или процессов может способствовать предварительный обзор сведений, сходных с новым материалом. Таким образом, задействование уже имеющихся ассоциаций будет способствовать пониманию новой информации, которая обладает свойствами, присущими уже имеющимся сведениям.

Экспериментальные методы достигли такого уровня развития, что стало возможным обнаружение изменений, происходящих в нейроне во время научения. Один из таких методов предполагает введение непосредственно в нейрон тончайших электродов. При этом снимаются данные об электрической активности нейрона, в процессе которой, как обнаружилось, периоды, когда нейроны «выстреливают» (разряжаются), чередуются с периодами, когда таких явлений не наблюдается. Как предполагается, электрическая активность нейронов сопровождает химическое действие нейромедиаторов в области синапсов. При наличии раздражителей можно наблюдать различные схемы чередования разряжения и стабильного состояния. „» Например, Моррелл (Morrell, 1967) использовал зри- 00

тельный раздражитель (в виде рисунка с темной полосой на светлом фоне) и слуховой раздражитель (щелкающий звук) в опыте над кошками, у которых в зрительную зону коры были вживлены электроды. Оказалось, что каждому раздражителю соответствует единственная в своем роде схема разряжения, интенсивность которого уменьшалась, когда раздражители становились более привычными. При совмещении раздражителей схема разряжения менялась. Результаты опыта показали, что в процессе того, как животные учились следить за раздражителями, происходило определенного рода обусловливание, а одновременно с ним — изменения в электрической активности нейронов.

Не так давно был разработан метод использования явления сверхпроводниковой квантовой интерференции для фиксации изменений, происходящих в магнит-' ном поле мозга при разряжении нейрона. Участвовавшие в опыте исследователи — Кауфман, Куртис, Ванг и Уильямсон (Kaufman, Curtis, Wang & Williamson, 1992) —_: наводили специальное устройство на мозг человека, воспринимающего в данный момент звучание различных музыкальных нот. Они определили не только то, что звуки различной громкости действительно соответствуют различным участкам мозга, но и то, что участки, содержащие слуховые анализаторы, расположены подобно клавиатуре, на которых различные нейроны активируются при восприятии разных звуков. В самом деле, между участками, соответствующими ноте «до» нижней октавы и «до» средней октавы, то же расстояние, что и между участками, соответствующими «до» средней октавы и «до» верхней октавы, в точности как на фортепианной клавиатуре!

Процесс научения сопровождается изменениями на уровне нейронов

Третий метод основан на предположении, что на нейронном уровне процесс научения сопровождается уровне сопровождается изменением количества нейромедиато-ров, выделяемых в области синапсов. Опыты над Ap/ysz'a californica, безраковинным моллюском размером примерно с белку, показали, что такие элементарные реакции, как втягивание жабр или отдергивание задней части, сопровождаются химическими изменениями в чувствительных нервных клетках. Первоначально воздействию подвергалась задняя часть моллюска, что

вызывало отдергивание в месте контакта. Интересно, что последующие прикосновения к сифону моллюска (дыхательному органу в верхней части жабр) приводили не только к реакции отдергивания, но и к увеличению количества нейромедиаторов, выделяемых нервными клетками, связанными с данным участком тела моллюска. Налицо был тип научения, известный как повышение чувствительности (сенситизация). В соответствии с результатами исследований, увеличение количества выделяемых нейромедиаторов происходило в зависимости от функционирования чувствительных нейронов (Kandel & Schwartz, 1988).

Хотя и полезно понять процессы, происходящие на нейронном уровне, однако, исходя из последних исследований ясно, что научение затрагивает весь мозг в целом, а не только его отдельные участки. За исключением случаев травматического поражения мозга человек способен заново выучить или вспомнить большинство слов, которые были бы утрачены, если бы локализация содержимого памяти действительно была строго определенной. Мозг исключительно гибок. Наилучшее подтверждение этому — случай Финиеса Гейджа, который произошел в конце прошлого века. Этот человек в результате несчастного случая на производстве получил удар в голову металлическим забойником весом в 13,5 фунтов. Гейдж потерял сознание, но впоследствии оправился и двенадцать лет прожил с железной болванкой в голове, так как столетие назад извлечь ее без угрозы для здоровья было нельзя. Хотя повреждение мозга, естественно, повлияло на профессиональные навыки Гейджа (что неудивительно), этот необычный человек мог адекватно действовать в большинстве ситуаций и даже предусмотрел возможность того, чтобы после смерти его скелет был отправлен сразу в несколько медицинских учреждений, которые должны были выплатить ему деньги заранее (A.Smith, 1985).

Гейджу явно повезло в том, что жизненно важные зоны мозга не были затронуты, поскольку при поражении определенных структур или зон мозга возникают серьезные нарушения. Мы рассмотрим следствия поражения некоторых жизненно важных структур мозга.

71

Лобные доли. Объемные лобные доли человеческого мозга когда-то считались причиной превосходства человека, которое проявляется в его деятельности, протекающей на высшем уровне. Однако в ходе исследований выяснилось, что эта часть головного мозга играет менее важную роль, чем предполагалось. Первые исследования в этой области (Teuber, 1959) показали, что человек с пораженной лобной долей при выполнении теста на "определение интеллектуального уровня ничем не отличается от человека с неповрежденным мозгом. В ходе более современных исследований выяснилось, что в результате поражения лобной доли происходят более специфические нарушения. Люди с пораженной лобной долей не способны быстро переключаться в процессе решения задачи. Кроме того, они плохо справляются с тестом Струпа, при выполнении которого требуется назвать цвет напечатанного слова. Хитрость заключается в том, что каждое слово обозначает цвет, а цвет типографской краски никогда не совпадает с обозначаемым цветом (например, слово «красный» может быть напечатано синим цветом). Эти результаты свидетельствуют о трудностях в отделении действия от познания и в понимании ожидаемого действия (Stuss & Benson, 1984).

Височные доли. Выше мы уже определили роль височной доли в идентификации объектов. Височная доля также, по-видимому, связана с памятью, и ее по-вреждение-, вместе с поражением других структур мозга, ведет к тяжелой форме антераградной, или травматической, амнезии, — то есть полной потере памяти о событиях, происходящих после повреждения мозга. Ретроградная амнезия относится к событиям, произошедшим до повреждения. Ярким примером антероград-ной амнезии был случай Х.М., человека, у которого височная доля была частично удалена при лечении тяжелой формы эпилепсии. Сразу после операции, которая была сделана в 1953 г., он утратил способность узнавать больничный персонал, не мог найти путь к ванной комнате или вспомнить что-либо еще, имеющее отношение к больнице. К нему так никогда и не вернулась способность вспоминать события после того, как они произошли, но его долговременная память о собы-

72

тиях, произошедших до 1953 года, сохранилась. Миль-нер (Milner, 1985) сообщает, что забывание происходило, как только фокус внимания Х.М. смещался, хотя при отсутствии отвлекающих факторов он был вполне способен научаться. Таким образом, Х.М; был вполне способен в течение 15 минут удерживать в памяти число «584», постоянно повторяя его в соответствии с детально разработанной мнемонической схемой, но спустя минуту после того, как тема менялась, он уже не мог вспомнить ни число, ни способ его запоминания. Фактически он не помнил, что ему нужно было первым делом запомнить некое число. Факты, о которых этот человек узнавал при чтении; детали, относящиеся к его работе; дорога домой — все это нужно было ежедневно повторять.

Мильнеру удалось научить Х.М. приобретению некоторых новых знаний, используя задания, требовавшие повторного выполнения. В одном из таких заданий, известном как рисование в зеркале, от него требовалось провести линию, используя специальную звездочку и наблюдая за своей рукой только через зеркало. Выполнение этого задания улучшалось в ходе ежедневной тренировки — как это обычно и происходит — далее несмотря на то, что каждый раз Х.М. не помнил о том, что вчера он тоже выполнял это задание! В других заданиях, предполагавших применение двигательных функций и не требовавших сложного вербального анализа необходимых действий и, следовательно, наличия осознанной памяти, Х.М. также после значительных усилий добивался успеха. Миль-нер делает вывод о том, что височная доля играет существенную роль в научении и воспроизведении в памяти различных знаний и навыков, но что нехватку процедурных знаний (знаний о том, как выполняется то или иное действие) можно преодолеть только с помощью упорных упражнений. Вполне очевидно так-, же, что существует четкое различие между способами функционирования кратковременной и долговременной памяти, поскольку Х.М. был способен следовать непосредственным требованиям кратковременного научения и активно выполнять их, но не мог вспомнить то, чему он научался, через достаточно продолжительный промежуток времени.

73

Гиппокамп и миндалевидное тело. Животные, у которых была поражена зона гиппокампа и миндалевидного тела, с трудом ориентировались в пространстве. Что касается человека, то была установлена связь гиппокампа с процессами долговременной памяти, для которой этот орган служит в качестве своего рода алфавитного указателя. Когда нервные импуАьсы проходят через гиппокамп, во всей его структуре увеличи¹ вается электрическая активность нейронов, которые в течение длительных промежутков времени сохраняют готовность к принятию новых импульсов. Предполагается, что этот эффект, известный как долговременная потенциация (Berger, 1984), сопутствует процессу сохранения ассоциаций. Поскольку от гиппокампа к другим зонам новой коры отходят протяженные нервные волокна, постольку возможно, что эффект долговременной потенциации, наблюдаемый в гиппокампе, в действительности является началом процесса запоминания. Процесс воспоминания также начинается с активизации гиппокампа, который затем активирует определенные зоны новой коры (Teyler & DiScenna, 1986).

В целом представляется, что в процессе научения как отдельные нейроны, так и определенные зоны и органы мозга подвергаются последовательному видоизменению. В ходе будущих исследований, вероятно, обнаружится более тесная взаимосвязь между изменениями, происходящими внутри нейронов и в больших по размеру структурах, и картина в целом станет бо-. лее ясной. Более глубокое понимание того, как информация сохраняется в нейроне, как она передается к другим нервным клеткам и как она сохраняется в различных структурах и зонах мозга, в итоге приведет к возникновению более целостных теорий, применимых к более широкому ряду процессов, связанных с научением и памятью.

Большой мозг разделен на две части длинной бороздой, или щелью, известной как продольная щель большого мозга. В результате имеются два отдельных полушария, каждое из которых отвечает за управление

телесными функциями. Любопытно, что левое полушарие управляет правой половиной тела, тогда как правое полушарие —л евой половиной. Таким образом, когда вы хотите шевельнуть правой рукой, именно левое полушарие мозга дает соответствующую команду. Нервные импульсы передаются из одного полушария в другое через комиссуры (межполушарные соединения), в частности, через мозолистое тело, наибольшую по размерам комиссуру. Кроме того, между функциями полушарий существуют различия, или асимметрия. Левое полушарие, по-видимому, связано с символическими функциями (например, речью), тогда как правое отвечает за восприятие и пространственную ориентацию.

Во многих из последних физиологических исследований (и, как следствие, в педагогической практике) обращается внимание на проблему межполушарной асимметрии. Дело заключается в том, что преподавателям необходимо, если имеет место функциональная асимметрия мозга, обеспечить соответствующей нагрузкой оба полушария. Критики нашей системы научения обвиняют ее в слишком сильном акценте на вербальные и аналитические навыки, за которые отвечает левое полушарие мозга. Они доказывают, что сбалансированные учебные планы должны обеспечить нагрузку и на правое полушарие, развивая навыки художественного и пространственного мышления. Попытаемся исследовать основания этого довода.

Наличие межполушарной асимметрии, по-видимому, твердо установлено. Как отмечает Орнстейн (Огп-stein, 1977), «основная функциональная дихотомия между левым и правым полушариями отражена в широком круге научных, исторических, философских и религиозных трудов» (р.79). Установлено, что у большинства людей правое полушарие весит больше, чем левое. Левое полушарие, с другой стороны, больше по размерам и имеет большее количество извилин в области височной доли, отвечающей за речевые функции (Gerschwind & Levitsky, 1968). Асимметрия присуща не только мозгу; давно известно, что у женщин правая грудь немного больше левой, а у мужчин правое яичко располагается выше и по размером больше левого.

Левое полушарие, управляющее правой половиной тела, в большинстве случаев является доминирующим

75

полушарием. Большинство людей во всех этнических группах являются правшами. В результате этого во многих культурах преобладание левой стороны тела (и, как следствие, люди, у которых, предположительно, доминировало правое полушарие) наделялось зловещими или аномальными качествами. Например, французское слово gauche (левый) используется также для описания неловкого или ошибочного поступка. В одно время в нашей системе образования предпринимались попытки переучить детей, писавших левой рукой, ограничивая ее задействование. В действительности у левшей часто преобладает левое полушарие, доля же людей с доминирующим правым полушарием значительно меньше (A.Smith, 1985). Следует, однако, заметить, что эти данные нельзя считать окончательными, поскольку, как правило, размеры доминирующего полушария не известны, а среда людей, мозг которых подвергся прижизненному обследованию или операционному вмешательству, либо посмертному вскрытию, не является однородной.

Какими данными в пользу того, чтобы каждому полушарию приписать различные когнитивные функции, мы располагаем? О'Бойл (O'Boyle, 1986), рассматривая литературу по физиологии, выделил три типа исследований, в которых межполушарная асимметрия описывалась различным образом.

В исследованиях первого типа использовались случаи поражения одного из полушарий. Как мы уже отмечали, поражение полей Брока или зоны Вернике в левом полушарии ведет к нарушению речевых функций, тогда как поражение правого полушария — к визуально-пространственным нарушениям. В исследованиях этого типа, однако, не всегда определяется природа поражения. Было ли поражено только одно полушарие? Было ли это поражение вызвано хирургическим вмешательством, связанным с лечением более существенного нервного заболевания? Кроме того, возможно, что в состоянии пациентов до и после операции имелись определенные различия. В этих исследованиях акцент делается только на действиях, которые пациент способен выполнять после поражения; процессы, происходящие в каждом полушарии при нормальном функционировании, не рассматриваются.

76

Исследования второго типа основываются на данных, полученных в ходе изучения так называемого расщепления мозга. Давайте снова вернемся к мозолистому телу, главной комиссуре, через которую сообщаются правое и левое полушария мозга. Мозолистое тело при лечении эпилепсии иногда разделяется, так что оба полушария оказываются отрезанными друг от друга, но по существу не пораженными. При изучении пациентов с изолированными друг от друга полушариями передача зрительной информации лишь одной половине мозга дает интересные результаты. Изображение некоторого предмета, например, чашки, идентифицировалось при передаче его только левому полушарию. То есть левое полушарие могло вызвать вербальный ответ, тогда как правое этого сделать не могло. Если же пациента просили протянуть руку за ширму и нащупать предмет, изображение которого было передано правому полушарию, предмет выбирался правильно, но пациент не мог назвать его словом. Таким обра-зом, в случае с правым полушарием ответ мог быть выражен только невербальным способом, что свидетельствовало о наличии функциональной асимметрии мозга (Sperry, 1974). Снова, однако, возникает методологическая проблема репрезентативности: все пациенты, участвовавшие в опыте, до него страдали эпилепсией, и вполне возможно,, что у них имелись и другие аномалии, связанные с нервной системой.