Запомни всё, что учишь. Как использовать возможности мозга, чтобы быстрее понимать и дольше сохранять знания

Прежде всего, следует уточнить, что мозг младенца — это не чистый лист. Хотя широко распространено мнение, что знания приобретаются в процессе развития, на самом деле с момента нашего рождения в мозге уже заложено множество знаний, которые являются врождёнными и не требуют обучения.

Например, у младенцев от природы есть некоторое интуитивное понимание законов физики. Уже в возрасте нескольких месяцев они способны осознавать, что предметы не могут внезапно исчезать или появляться одновременно в двух местах. В ходе экспериментов, проведённых учёными, с помощью реквизита перед глазами младенцев создавали иллюзию того, что мяч «проходит сквозь стену» или внезапно исчезает, и младенцы реагировали на это с удивлением. Такая реакция подтверждает их интуитивное понимание основных физических законов. Поэтому, когда малыш снова и снова роняет ложку на пол, поймите, что он, возможно, просто исследует физические явления!

Помимо физической интуиции, европейский авторитет в области нейробиологии Станислас Дион также доказал, что младенцы от рождения обладают определёнными познаниями в таких областях, как математика, биология и язык. Ещё более убедительным является тот факт, что, наблюдая за мозгом младенцев с помощью передовой технологии магнитно-резонансной томографии, исследователи обнаружили, что почти все нейронные цепи, присутствующие в мозге взрослого человека, уже существуют в мозге новорождённого. Таким образом, мозг младенца — это далеко не чистый лист. Как говорит Ван Вэйган, каждая новая жизнь — это «целостное существо». Каждый из нас обладает потенциалом к обучению, так же как у каждого есть так называемая «способность к обучению».

За исключением особых случаев, таких как аномалии развития, основная структура нашего мозга при рождении у всех одинакова и основана на одном общем алгоритме обучения. Конечно, микроструктура мозга, например, изгибы коры головного мозга, у каждого человека индивидуальна, но эти различия носят преимущественно количественный характер. Помимо врождённой базы знаний, ещё одним фактором, формирующим наш мозг, является приобретённый опыт обучения. Фактически, по сравнению с врождённой структурой, приобретённое обучение оказывает более глубокое влияние на формирование мозга.

Наш мозг состоит из нейронов, а точки соединения между нейронами называются «синапсами». В мозге насчитывается около 100 миллиардов синапсов, которые действуют как миниатюрные процессоры мозга. По мере углубления обучения синапсы активируются, и их функции постепенно усиливаются. Некоторые синапсы даже увеличиваются в размере или делятся, укрепляя тем самым связь между двумя нейронами. Обучение также изменяет форму нейронов: они растут, словно пышные деревья — это и есть «весна» мозга в процессе обучения. Будь то освоение музыкального инструмента, чтение или занятия спортом, кора нашего мозга становится более толстой, а связи между различными областями — более тесными.

Что касается воспитания детей, то общепринято считать, что у обучения есть свой «золотой период». Это представление верно. В мозге действительно существует «чувствительный период», который также называют пиком пластичности мозга. Например, количество синапсов в мозге двухлетнего ребенка в два раза превышает количество синапсов у взрослого человека. По мере роста ребенка функциональные синапсы сохраняются, а неиспользуемые — отсекаются, в результате чего многие нейронные цепи постепенно «отключаются» через несколько месяцев или лет. Например, к двум годам зрительные области мозга человека в основном созревают, тогда как основной период развития слуховых функций продолжается до трех-четырёх лет. Что касается социальных навыков, исследования показывают, что если младенец до 20 месяцев не получает достаточного родительского внимания и межличностного взаимодействия, он может столкнуться с социальными трудностями в процессе взросления.

С возрастом пластичность мозга постепенно снижается. Возьмём, к примеру, изучение иностранного языка: исследования показывают, что способность человека к усвоению грамматики постепенно снижается с детства и резко падает к 17 годам. Более того, у тех, кто начинает изучать язык позже, чаще возникают акцент и грамматические ошибки. Таким образом, с учётом тенденций развития мозга, для изучения иностранного языка действительно существует оптимальный период. Однако, несмотря на возможное снижение способности к обучению, она не исчезает полностью. Наш мозг по-прежнему обладает значительной гибкостью; даже в пятидесятилетнем возрасте можно освоить новые навыки или научиться играть на музыкальном инструменте, просто прогресс может быть немного медленнее.

Поэтому особенно важно обеспечить ребенку разнообразную и стимулирующую среду для раннего обучения. У детей, которым регулярно читают сказки на ночь, нейронные цепи, отвечающие за устную речь, развиваются лучше, чем у тех, у кого нет такой привычки. У детей, выросших в двуязычной среде, мозг обладает более развитыми способностями к обработке языковой информации. Будь то совместное изучение слов, рассказывание историй, игра в пазлы или совместное обсуждение различных вопросов — стимулирующая среда помогает мозгу ребенка формировать более богатые и гибкие нейронные связи.

Однако следует отметить, что одной только пластичности синапсов недостаточно, чтобы полностью объяснить огромный потенциал человека к обучению. Ведь большинство животных, включая мух, обладают этой способностью к изменению синапсов.

Четыре основные составляющие обучения человеческого мозга

Станислас Дион считает, что исключительная способность человека к обучению обусловлена появлением в процессе эволюции четырёх ключевых функций, которые также составляют основу обучения: внимание, активное участие, обратная связь и закрепление. Далее мы рассмотрим, как эти четыре основные составляющие влияют на наш процесс обучения и как с их помощью можно повысить эффективность обучения.

Для начала давайте рассмотрим понятие «внимание». Почему оно имеет столь важное значение? Дело в том, что вычислительные возможности нашего мозга ограничены, а внимание помогает нам справляться с проблемой информационной перегрузки. Механизм внимания можно рассматривать как мощную систему фильтрации, которая отбирает ключевую информацию, позволяя мозгу сосредоточиться на самом важном. Традиционные системы искусственного интеллекта не отличаются высокой эффективностью, в основном потому, что они не могут эффективно использовать механизм внимания: они тратят огромное количество времени на обработку всего массива данных, вместо того чтобы сначала отфильтровать важную информацию, а затем сосредоточиться на её обработке. Однако только в 2014 году, когда учёные внедрили механизм внимания в искусственные нейронные сети, скорость обучения машин значительно возросла. Современный ИИ при распознавании изображений сосредотачивается на целевом объекте, временно игнорируя другие нерелевантные элементы, что позволяет оптимизировать его производительность.

Только когда мы сосредотачиваемся на какой-то информации, она действительно «доходит до мозга». Информация проникает в мозг на разную глубину: некоторые сведения могут затрагивать лишь наши органы чувств. Например, когда я рассеянно слушаю лекцию преподавателя, я слышу голос, но на самом деле не «вникаю» в то, что говорится. Слова учителя остаются в моих сенсорных каналах и не проникают в лобную кору, ответственную за познание и мышление. Только когда я действительно сосредотачиваюсь на словах учителя, информация поступает в лобную кору, вызывая нервную реакцию и изменения в синапсах. Только так я могу по-настоящему запомнить слова учителя. Поэтому внимание — это первый шаг в обучении.

После того как мы зафиксировали какую-либо информацию, её обработкой занимается «система исполнительного контроля» мозга, которая подобна диспетчерскому центру, расположенному в лобной коре и регулирующему различные виды деятельности мозга. Однако эта система может обрабатывать только одну задачу за раз, что объясняет, почему нам так трудно «делать две вещи одновременно». Исключение составляют задачи, которые в значительной степени автоматизированы, выполняются бессознательно и не забирают основные ресурсы мозга. Например, мы можем одновременно бегать и слушать аудиокнигу, поскольку бег стал для нас чрезвычайно привычным действием.

Далее мы рассмотрим второй важнейший элемент обучения: активное участие. Здесь под «активностью» подразумевается психологическая активность, то есть активное формирование гипотез в мозге. Это означает, что при усвоении новых знаний мы должны сначала сформировать в уме предварительную гипотезу, а затем с помощью различных способов, таких как объяснения учителя, проверить, верны ли наши предположения. Активное участие человека часто проистекает из любопытства или жажды знаний. Для мозга само по себе исследование неизвестного является своего рода наградой: при этом выделяется дофамин, который доставляет нам удовольствие. Однако не ко всему знанию мы испытываем одинаковое любопытство. Почему так происходит?

Это связано с тем, что степень любопытства определяется разницей между «известным» и «тем, что хотелось бы узнать». Когда эта разница слишком мала, нам может показаться скучно; а когда она слишком велика, мы можем посчитать материал сложным для понимания и от него отвернуться. Это также объясняет, почему у нас часто возникает феномен «трехминутного увлечения». Следовательно, знания не должны быть ни слишком знакомыми, ни слишком новыми, а должны находиться в золотой середине между этими двумя крайностями.

Для учителей и родителей это означает, что им необходимо подбирать для детей индивидуальный уровень сложности обучения, а для этого требуется глубокое понимание уровня знаний и границ любопытства ребенка. В образовательной среде проблема заключается в том, что уровень знаний учеников в одном классе различается, а унифицированный учителем учебный материал может оказаться либо слишком простым, либо слишком сложным, что не позволяет удовлетворить любопытство учеников.

В целом, обучение требует от нас активного участия, формирования и проверки наших гипотез. Его основной движущей силой является любознательность, для которой необходим соответствующий темп обучения. Рассмотрев вопрос активного участия, мы переходим к третьему элементу обучения: обратной связи.

Как известно, своевременная и точная обратная связь имеет решающее значение для обучения. Обратная связь важна потому, что, помимо любознательности, удивление также является ключевым фактором, стимулирующим обучение. Мы начинаем учиться только тогда, когда что-то выходит за рамки наших ожиданий. Процесс обучения направлен на уменьшение внутренней неопределённости, и даже если эта неопределённость снижается с 90 % до 50 %, это уже является значимым обучением.

Для учащихся самым прямым способом получения обратной связи являются экзамены. Хотя многие считают, что экзамены — это лишь средство оценки учащихся, некоторые исследователи подчеркивают, что экзамены сами по себе являются важной частью обучения и должны проводиться регулярно и часто. Почему же краткосрочные и частые тесты более эффективны, чем итоговый экзамен по итогам семестра?

Исследования показывают, что непрерывное обучение в течение нескольких часов может снизить активность нашего мозга. Распределение обучения на несколько дней, напротив, активизирует работу мозга. Частые тесты помогают нам многократно повторять материал, закреплять знания и выявлять пробелы в знаниях. Таким образом, чем чаще проводятся тесты, тем лучше результаты обучения.

Последний фактор, который мы рассмотрим далее, — это «закрепление». Одного только изучения недостаточно: мы должны обеспечить закрепление знаний в мозге, чтобы в любой момент можно было быстро к ним обратиться. Процесс закрепления зависит не только от дневной практики — сон также играет решающую роль.

Во время ночного сна наш мозг не отдыхает полностью. Он систематизирует и переосмысливает дневной опыт, чтобы закрепить вновь усвоенную информацию. В одном эксперименте участникам предлагалось в течение нескольких часов днём играть в «Тетрис», а ночью у них сканировали мозг. Результаты показали, что в их снах не только появлялись галлюцинации в виде геометрических фигур, но и движения глаз соответствовали манипуляциям в игре. Ночью нейронные пути, которые были активны днём, вновь активируются, причём частота этой нейронной активности в 10–100 раз превышает дневную. Таким образом, процесс закрепления знаний ночью может значительно превосходить дневное обучение. Качество сна напрямую влияет на эффективность закрепления знаний.

Помимо укрепления знаний, сон также способствует зарождению новых идей и точек зрения. Дневное обучение и опыт могут перестраиваться во время сна, порождая совершенно новые мысли и озарения. Во время сна мозг ускоренно прокручивает различные возможные решения, словно ускоренный фильм. Это также объясняет, почему многие учёные получают важные озарения во сне: например, Эйнштейн описывал, как ему приснилось, что он сидит на фотоне, и это дало ему вдохновение для теории относительности. Учитывая важность сна, мы не можем не задаться вопросом: могут ли машины «спать»? Этот вопрос может показаться несколько нереальным, но учёные уже разработали множество алгоритмов обучения, имитирующих циклы сна, предназначенных для применения в машинах. Цель развития машин — всё больше приближаться к функциям человеческого мозга.

Поэтому нам следует не только обеспечить достаточное время для отдыха, но и рассмотреть возможность организации обучения перед сном, чтобы максимально повысить его эффективность. Для детей короткий дневной сон также помогает закрепить пройденный утром материал. Однако стоит отметить, что мозг регулирует потребность ребенка во сне в зависимости от дневных раздражителей. Поэтому, если ребенок не чувствует сонливости, не стоит заставлять его спать днём.

Сон — это и отдых, и обучение

Сон играет ключевую роль в закреплении памяти, и это касается не только когнитивной памяти, но и физических навыков. Когда мы спим, мозг отсеивает огромный объем информации, собранной в течение дня, сохраняя только значимую и отбрасывая ненужную или нерелевантную. В то же время мозг связывает между собой, казалось бы, незначительные связи, что позволяет решать проблемы или осваивать навыки, которые беспокоили нас днем, совершенно по-новому.

После полноценного ночного сна ограничения мышления ослабевают. Но для этого нам сначала нужно убедиться, что мы уже ввели в мозг ключевую информацию по сложной задаче и тщательно её обдумали. Только в этом случае сон поможет нам интегрировать эту информацию и построить целостную когнитивную структуру.