Dane oryginału

First published in German under the title Lernen; Gehirnforschung und die Schule des Lebens by Manfred Spitzer, edition: 1

© 2002 Elsevier GmbH, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg

This edition has been translated and published under licence from Springer-Verlag GmbH, DE, part of Springer Nature.

Springer-Verlag GmbH, DE, part of Springer Nature takes no responsibility and shall not be made liable for the accuracy of the translation.

Redaktor naukowy wydania polskiego

MARIA JAGODZIŃSKA

Recenzenci

Prof. Mirosław Szymański

Prof. Maria Jagodzińska

Projekt okładki i stron tytułowych

Joanna Gwis

Ilustracja na okładce

Dick Makin/Dick Makin Imaging

Redaktorzy inicjujący

Joanna Marek

Katarzyna Kaczmarek

Redaktor

Irena Zienkiewicz

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl.

Polska Izba Książki

Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2007

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2007 r., (wyd. I)

Warszawa 2020

ISBN 978-83-01-21413-5

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: mobisfera.pl

Spis treści

Przedmowa

1. Wprowadzenie

Lejek norymberski

Supermarket „Internet”

Aktywność

Manipulowanie treściami

Przyjemność i daremność

Lęk

Ślady

Mózg

Pół mózgu

Plan

Część 1. Jak się uczymy
2. Zdarzenia

Hipokamp

Nawigacja dzięki komórkom miejsc

Reprezentacje neuronowe

Wzrost neuronów odpowiadających za miejsca i słówka

Wykrywacz nowości

Historie

Uczenie się bez hipokampa

Podsumowanie

Metodyczne postscriptum: Obrazowanie czynności mózgu

3. Neurony

Impulsy i synapsy

Reprezentacja przez siłę synaps

Anatomia w liczbach

Wejście i wyjście

Podsumowanie

Postscriptum dla zaawansowanych: Neuronowy rachunek wektorowy

4. Wiedza i umiejętności

Duże umiejętności i mała wiedza

Siła synaps wiele umie

Synapsy się uczą, ale powoli

Powolne uczenie się umiejętności

Rozwój języka: uczenie się zasad przez przykłady

Radzenie sobie z przeszłością

Pomidory w głowie

Regularny świat

Podsumowanie

5. Reprezentacje neuronowe

Więcej niż wewnętrzne obrazy

Reprezentacja w populacjach neuronów

Neuronowe aspekty i perspektywy

Od krawędzi do zasad

Neurony kategorii

Neurony reguł

Plastyczność neuronów: zmieniające się reprezentacje

Podsumowanie

6. Plastyczne mapy

Mapy

Zasady map

Powstawanie map

Plastyczne mapy

Plastyczne rozumienie mowy

Czy w głowie robi się ciasno?

O dotykaniu i mówieniu

Daleko posunięta plastyczność korowa

Poznawcze mapy korowe u pracowników poczty

Współdziałanie map

Podsumowanie

7. Sen i marzenia senne

Konsolidacja i fazy snu

Uczenie się we śnie

Zeberki uczą się śpiewu we śnie

Uczenie się w marzeniach sennych?

Pozostałości dnia w marzeniach sennych

Higiena snu w życiu i uczeniu się

Podsumowanie

Postscriptum: Delfiny, ptaki i pytanie dlaczego

Część 2. Co wpływa na uczenie się
8. Uwaga

Czujność

Uwaga selektywna

Aktywność w uczeniu się

Koncentracja na miejscu albo na obiekcie

Zwracać uwagę lub nie

Podsumowanie

9. Emocje

Wzburzenie: zaangażowanie w sprawę

Lęk zżera duszę

Podpatrywanie mózgu w trakcie emocjonalnego uczenia się

Stres

Stres ostry i przewlekły

Podsumowanie

Postscriptum: Skąd się bierze stres

10. Motywacja

Lepiej niż myśleliśmy

Dopamina

Kokaina

Nagroda

Nowość i ocena

Nagroda i plastyczność

Czekolada, muzyka, kontakt wzrokowy

Wytwarzanie motywacji?

Motywacja w szkole

Podsumowanie: dopamina, nowość i nagroda

Psychiatryczne postscriptum: Szaleństwo – kiedy system oceny wariuje

11. Uczenie się przed narodzeniem i po nim

Uczenie w łonie matki

Wrodzone i/lub wyuczone

Okresy krytyczne

Wczesne dostrajanie do dźwięków

Prototypy twarzy

Realizacja możliwości

Ciche połączenia

Komputer w pokoju dziecinnym?

Podsumowanie

Część 3. Uczenie się w ciągu całego życia
12. Dzieciństwo

Połączenia dojrzewają

Obszary pracują w trybie on-line

Zdrowe dzieci i nauka mówienia

Język migowy

Ewolucja: bycie gotowym czy stawanie się gotowym

Podsumowanie: czego Jaś się nie nauczy…

13. Czytanie

Poznanie

Okablowanie

Diagnoza mikrozaburzeń w zakresie połączeń nerwowych

Terapia i neuroplastyczność

Podsumowanie

14. Kształcenie: matematyka, nauki przyrodnicze i humanistyczne

Matematyka

Mózg Einsteina

Matematyka ≠ matematyce: moduły

Oś, zmysł i moduł

Dokładnie liczyć czy szacować z grubsza

Lekcje matematyki

Kształcenie w zakresie przedmiotów przyrodniczych i humanistycznych

Podsumowanie

15. Szybka młodość, mądra starość

Kończąca się egzystencja i dopasowana powolność

Statystyka: o dokładności wartości średnich

Powoli do mądrości

Szybka fizyka i powolny pokój

Im więcej, tym lepiej

Mężczyźni: doświadczenie albo siła

Słonice i płodność

Dlaczego się starzejemy?

Podsumowanie: sens starości

Część 4. Uczenie się wspólnoty
16. Współpraca

Ewolucyjne mechanizmy współpracy

Od wymiany towarów do wymiany myśli

Uwięzieni w grze

Dylemat w skanerze

Rzeczywistość: wielu graczy, wiele gier

Gniew i kara

Dobra opinia

Warunki zewnętrzne społecznego uczenia się

Wilk czy owca?

Podsumowanie: korzenie współpracy

17. Oceny

Depresja i mania

Kapusta, jabłka i banany

Dylemat zwrotnicy

Moralność w skanerze

O funkcji reprezentacji ocen

Dobry smak

Koty, Whiskas i moralność

Podsumowanie

18. Wartości

Wartości w mózgu

Choroby i odkrycie modułów

Przypadek Phineasa Gage’a

Ocena i wartość jak dom i rzeczownik

Kardex i kodeks

Zasady: lingwistyka i etyka

Rozwój: wartości dojrzewają późno

Zróżnicowanie doświadczeń otwiera przestrzenie

Wychowanie: co mamy robić?

Podsumowanie

19. Uczenie się przemocy z telewizji

25. 000 godzin przed telewizorem

Czy telewizja wyzwala przemoc?

Efekty po dwóch dziesięcioleciach

Uczenie się przez modelowanie: przemoc w laboratorium

Eksperymenty naturalne

Telewizja tworzy przemoc

Wpuścić czy wypuścić?

Desensytyzacja

Dzieci przed telewizorem

Także dziewczynki, także bez skłonności

Podsumowanie: przemoc jako zanieczyszczenie środowiska

Postscriptum: Gry komputerowe – uczenie się przez robienie

Część 5. Wnioski: od badania PISA do Pizy
20. Badania PISA

Sto osiemdziesiąt tysięcy uczniów i uczennic

Czytanie, liczenie, nauki przyrodnicze

Wyniki: średnie i rozrzuty

Fińskie szkoły z fińskiego punktu widzenia

Niemieckie szkoły z tasmańskiego punktu widzenia

PISA-E

Podsumowanie

Postscriptum: OECD odkrywa mózg

21. Szkoła

Co się dzieje naprawdę

Nauczanie klasyczne, wariancja, Jim i słowo na O

Niemiecki w przedszkolu

Angielski w szkole podstawowej

Uczenie się: dla życia, nie do klasówki!

Dyscyplina

Osoba nauczyciela

Kształcenie nauczycieli

Powiązania…

… i zdarzenia…

… zamiast przekazywania

Pochwała i nagana, lęk i stres

Komputery w szkole

Podsumowanie

22. Lekcje religii

Religia i państwo

Przedmiot szkolny w ustawie zasadniczej

Islam i nowe kraje związkowe

Neuroplastyczność, płaty czołowe i trzeźwa rzeczywistość

Oświecenie

Filozofia, etyka, religioznawstwo

Etyka w 7 klasie?

Obszar problematyczny: kolędy

Podsumowanie: Od płatów czołowych do zmiany konstytucji

Postscriptum: Medytacje na temat trawy, pierwiastka z dwóch, Boga i świata

23. Treści życia

Pokemony i ochrona środowiska

Warunki życia

Jakie treści?

Struktury…

… historie…

… metafory…

… i mity

Natura…

…i kultura

Kiedy inni decydują….

… i sami decydujemy

Postscriptum: Piza

24. Epilog: Terra II

Literatura

Przypisy

Przedmowa

Jeśli coś wyróżnia człowieka spośród innych istot żywych, to to, iż potrafimy się uczyć i czynimy to przez całe nasze życie. Uczymy się pić, biegać, mówić, jeść, śpiewać, czytać, jeździć na rowerze, pisać, liczyć, uczymy się angielskiego i zasad dobrego wychowania, osiągając w tym większe lub mniejsze sukcesy. Później uczymy się zawodu, poznajemy ludzi, uczymy się, jak wychowywać dzieci i być przełożonym. Tu również osiągamy większe lub mniejsze sukcesy. Jeszcze później uczymy się, aby przede wszystkim być dla innych, traktować siebie z przymrużeniem oka; uczymy się, jak przeżyć miesiąc za emeryturę i jak godnie odejść (tu nie pozwolę sobie na przypuszczenia odnośnie możliwych sukcesów).

Uczymy się metodą prób i błędów (jak dziecko podczas ssania piersi czy chodzenia), uczymy się przez przyglądanie się, słuchanie, powtarzanie tego, co robią inni (jak w przypadku śpiewania, jedzenia czy mówienia) albo przez wkuwanie, np. słówek. Wielu ludzi stawia znak równości między uczeniem się i wkuwaniem, czyli brakiem radości. Ale takie podejście też jest wyuczone!

Uczenie się wcale nie odbywa się wyłącznie w szkole. Wręcz przeciwnie: Non scholae, sed vitae discimus[1] – to odnosi się nie tylko do celu uczenia się (czyli dla życia, nie do klasówki), ale także do tego, gdzie uczenie się odbywa: w życiu i poprzez życie (a czasami nawet wtedy, gdy dzieje się to w szkole!).

Uczenie się zachodzi w głowie. Tym, czym żołądek w procesie trawienia, nogi w poruszaniu się czy oczy w widzeniu, tym jest mózg w uczeniu się. Dlatego wyniki badań nad mózgiem są dla uczenia się tak samo ważne, jak astrofizyka dla podróży kosmicznych czy fizjologia mięśni i stawów dla sportu. Nauka o komórkach nerwowych i mózgu – neurobiologia rozwija się w ostatnich latach niezwykle intensywnie. Ten spektakularny rozwój doprowadził do uzyskania wyników, o których nikomu jeszcze kilka lat temu nawet się nie śniło. Chciałbym, aby dzięki tej książce badania prowadzone nad mózgiem stały się bardziej zrozumiałe, co – mam nadzieję – przełoży się na lepsze zrozumienie uczenia się. Owo zrozumienie nie powinno pozostać jedynie hermetyczną wiedzą ekspertów, ponieważ dotyczy nas wszystkich – niezależnie bowiem od tego, czy chcemy, czy nie, wszyscy się uczymy.

Jestem najzupełniej świadomy tego, że podejmując niektóre wątki mocno związane z polityką, poruszam się po zaminowanym terenie. Ale właśnie dlatego książka ta wydaje mi się cenna. Nawet jeśli, na co mam nadzieję, owe miny nie doprowadzą do uszkodzenia ciała, to być może wzbudzą w Czytelniku różne myśli i odczucia, a – jak pokażę na bardzo wielu stronach tej książki – im częściej się to wydarzy, tym skuteczniejsze będzie uczenie się.

Uczniowie nie są głupi, nauczyciele nie są leniwi, a nasze szkoły nie są do niczego. Ale od jakiegoś czasu wszyscy podejrzewamy, że coś jest nie tak. Po opublikowaniu wyników programu PISA[2] mamy to wręcz czarno na białym. W międzynarodowym porównaniu z uczniami 31 krajów niemieccy piętnastoletni uczniowie w dziewiątym roku nauczania pozostają na skromnym 22 miejscu w zakresie umiejętności czytania, na miejscu 21 w zakresie nauk przyrodniczych i matematyki. Oznacza to, że ich wyniki leżą poniżej średniej krajów OECD. Dane te poruszyły rodziców, polityków, nauczycieli, przedsiębiorców i związkowców. A przy tym akurat ten wynik badania PISA należy do mniej zatrważających! Ale nie uprzedzajmy faktów…

Autorzy książek są ludźmi. Nie działają jak komputer, nie są internetem. Są natomiast istotami mającymi swoją historię, życie, bagaż doświadczeń i swoje słabości. Chyba nikt nie chciałby tego kwestionować. Żeby wyjaśnić niektóre ogólne zasady działania, pozwoliłem sobie odwołać się do własnych doświadczeń. Nieporozumieniem byłoby jednak przypuszczenie, że w książce opisuję jedynie osobiste przeżycia i poglądy. Wręcz przeciwnie. Chodzi o bardzo ogólne zasady, które można przenieść z badań nad mózgiem na nasze codzienne życie. Anegdoty są przykładami, szczegółami pozwalającymi ukazać tkwiące w nich zasady. Mają tylko funkcję dydaktyczną: lepiej zapamiętujemy poszczególne wydarzenia aniżeli ogólne prawdy, ponieważ to właśnie poszczególne zdarzenia nas poruszają, potrafimy je sobie wyobrazić. Właśnie dlatego przetwarzamy takie konkretne zdarzenia w naszych umysłach znacznie intensywniej niż ogólne zasady czy prawidłowości. „W złożonych systemach demokratycznych zawsze istnieje prawdopodobieństwo zwrócenia zagwarantowanej dzięki nim wolności jednostki przeciwko demokracji jako takiej”. To zdanie nawet w przybliżeniu nie zapadnie nam w pamięć tak, jak 11 września 2001.

Kiedy byłem studentem, zdarzało mi się bywać na wykładach z psychologii motywacji, które były tak nudne, że tylko z trudem udawało mi się nie zasnąć. Albo profesor nie traktował poważnie przedstawianych nam treści, albo swojej pracy. Może jego wiedza, czym jest motywacja, wcale nie była większa od naszej? Tak czy inaczej, nie przekładało się to na popularność owego profesora. „Gdybyś kiedykolwiek miał się znaleźć w analogicznej sytuacji, musisz robić to lepiej” zdarzało mi się wtedy często myśleć. Dlatego książka o neurobiologii i uczeniu się jest dla mnie wyzwaniem pod wieloma względami. Jej strony mają bowiem nie tylko zawierać istotne treści, ale chciałbym, aby czytanie sprawiało przyjemność i budziło ciekawość Czytelnika.

W ostatnim roku zasiadałem w grupie eksperckiej OECD z zakresu mózgu i kształcenia w Radzie do spraw Kształcenia Badenii-Wirtembergii[3], byłem ekspertem podczas przesłuchania na temat projektu PISA w Bundesracie[4] i przeprowadziłem szereg kursów dokształcających dla nauczycieli. Tyle, jeśli chodzi o moje nowe zainteresowania. Tym, kto w trakcie tych wszystkich zajęć najwięcej skorzystał, jestem ja sam. Uświadomiłem sobie, że w obliczu koniecznych obecnie zmian w naszym systemie kształcenia nieodzowne jest uwzględnienie neurobiologicznych podstaw uczenia się, gdyż tylko takie podejście uchroni nas przed popełnieniem licznych błędów. Nie twierdzę oczywiście, że z badań nad mózgiem w prosty sposób da się wyprowadzić wzór na łatwe, przyjemne i skuteczne kształcenie. Ale dokładnie tak, jak muzyka determinowana jest w dużym stopniu przez fizykę drgań i fizjologię słuchu, tak uczenie się determinowane jest przez świat, w którym zachodzi, i przez narząd, który je umożliwia. Myślę, że obecny stan wiedzy na temat mózgu (a musimy mieć świadomość tego, że badania nad mózgiem dopiero teraz rozpoczęły się na dobre) pozwala wyciągnąć liczne praktyczne wnioski dla szkoły, uniwersytetu i społeczeństwa.

W celu zwiększenia przejrzystości książki prosiłem krewnych i znajomych, przyjaciół i współpracowników o krytyczne czytanie wstępnych wersji rozdziałów. Za ten trud pragnę serdecznie podziękować wszystkim wymienionym osobom: Bernhard Connemann, Susanne Erk, Uwe Herwig, Gudrun Keller, Markus Kiefer, Thomas Kammer, Reinhold Miller, Ulrike Mühlbayer-Gässler, Carlos Schönfeld, Beatrix, Anja, Stefan, Thomas i Ulla Spitzer oraz Friedrich Uehlein. Julia Ferreau i Gerlinde Troegele pomagaly mi w trakcie pisania manuskryptu. Bez pomocy Georga Groena i Bärbel Herrnberger nigdy nie skończyłbym pisania tej książki. Im chciałbym podziękować szczególnie! Katharina Neuser-von-Oettingen z wydawnictwa Spektrum Akademischer Verlag zniosła wszystko, co ludzie z wydawnictw muszą znosić ze strony upartych autorów. Chcę tu wszystkim bardzo podziękować za ich trud. Za wszelkie błędy i nieusunięte przeszkody na drodze do zrozumienia tekstu jestem odpowiedzialny wyłącznie ja sam.

Książkę dedykuję moim nauczycielom ze szkoły, uniwersytetu i wszystkiego, co było potem, oraz moim współpracownikom. Pod tym względem miałem i nadal mam ogromne szczęście.

Na koniec jeszcze ostrzeżenie: To nie jest książka kucharska! Kto szuka prostych (żeby nie powiedzieć tanich) rad, jak bez wysiłku nauczyć się chińskiego, i to najlepiej we śnie, ten będzie bardzo rozczarowany. Nie oszukujmy się (mimo, iż istnieje mnóstwo książek, które właśnie to czynią). Nie ma sztuczek kuglarskich, dzięki którym można się czegoś nauczyć w mig. Gdyby takowe istniały, uczono by ich na uniwersytetach i w szkołach pedagogicznych. Co można obecnie zaoferować, to rodzaj instrukcji obsługi najwspanialszej maszyny do uczenia się: naszego mózgu. Jeśli chcesz, drogi Czytelniku, sprawnie posługiwać się swoim mózgiem lub w ramach wykonywanego zawodu pokazywać innym, jak to robić, to proszę, czytaj dalej. Mam szczerą nadzieję, że uczynisz to z przyjemnością!

Manfred Spitzer

Ulm, sierpień 2002

1 Wprowadzenie

Żeby zrozumieć uczenie się, trzeba najpierw odpowiedzieć na pytanie, czym ono właściwie jest. Niby to wiemy, ale i nie wiemy. Mamy jakąś wiedzę wstępną, która zawiera jednak sporo przesądów, i dlatego musimy to najpierw wyjaśnić, aby nie dochodziło do nieporozumień. Krótko mówiąc, jeśli chcę się czegoś nauczyć o uczeniu się, muszę się najpierw dobrze zastanowić, co już wiem lub co mi się zdaje, że wiem. Zacznijmy od początku.

Lejek norymberski

Każdy zna lejek norymberski[5]. Przystawia się go do głowy, mniej więcej na środku, i wlewa do niego wszystko to, czego chcemy się nauczyć. Wszystkie treści, jak płyn z butelki, wchodzą bezproblemowo do naszej głowy. Cóż za praktyczne urządzenie!

Niestety, lejek norymberski nie istnieje. Ale myśl o nim krąży po naszych głowach: na kasetach, umożliwiających uczenie się we śnie, które, podobnie jak w przypadku lejka, nie wymaga wysiłku, już od lat zarabia się duże pieniądze, mimo że nie działają. Powstały programy uczące szybkiego czytania („książka w godzinę” itp.), które też nie działają, chyba że nie zależy nam szczególnie na przyswojeniu treści (już Woody Allen się z tego naśmiewał: „Przeczytałem »Wojnę i pokój« w godzinę” – „I co?” – „Chodzi o Rosję.”). Sposobem zarabiania pieniędzy jest także sprzedaż kaset z muzyką poprawiającą pamięć. Muzyka może być piękna i jej słuchanie czy samodzielne muzykowanie może być bardzo korzystne (patrz: Spitzer, 2002a): jednak ten, kto wierzy, że muzyka w tle w czasie odrabiania pracy domowej poprawi efektywność uczenia się, jest w błędzie.

Wszystkie te pomysły i metody mają wspólny mianownik, którym jest pojmowanie uczenia się jako procesu biernego: treść, której mamy się nauczyć, dzięki uczeniu się, jakoś trafia do naszej głowy. Problem uczenia się zostaje w ten sposób sprowadzony do problemu transferu treści z zewnątrz do wewnątrz. „Jak mam to sobie wbić do głowy?” pyta niejeden uczeń. Domniemana odpowiedź: im bardziej kolorowo i żywo, im śmieszniej i bardziej w formie zabawy, im bardziej interaktywnie i konkretnie przedstawimy treści, których ma się nauczyć, tym skuteczniej się ich nauczy.

Nie należy się więc dziwić, że metafora biernego uczenia się dzięki cudownemu lejkowi dziś przekłada się na olbrzymi rynek produktów multimedialnych, komputerów i oprogramowania służącego uczeniu się. Wygląda na to, że przemysł chce nam wmówić, iż komputer może być ekwiwalentem lejka. I wszystko wskazuje na to, że bardzo wielu ludzi dało się do tego przekonać.

I nie bez powodu. Żyjemy w społeczeństwie informacyjnym. Media i komputery sprawiają, że informacje są dostępne wszędzie. Dzięki temu uczenie stało się nie tylko ważniejsze, ale i, dzięki technice, łatwiejsze, niż kiedykolwiek wcześniej. W szczególności internet gwarantuje, że nie zabraknie informacji. Niektórzy twierdzą, że to rozwiązuje problem uczenia się: do roku 2008 na 15 uczniów ma przypadać przynajmniej jeden komputer z dostępem do internetu. To jest założenie polityków Unii Europejskiej, sformułowane 16 marca 2002 na szczycie w Barcelonie. I znowu wierzymy, że wystarczy technika, a uczenie się będzie zachodzić samoistnie.

Supermarket „Internet”

Bardzo mylny pogląd! Internet ma się tak do uczenia, jak supermarket do dobrego jedzenia (patrz: Spitzer, 2001a): w supermarkecie znajdziemy wszystko, i to w ilościach, które zdają się – w porównaniu z pojemnością naszych żołądków – nieograniczone. Ale dobre jedzenie to znacznie więcej niż tylko składniki. Dopiero dzięki odpowiedniemu zestawieniu i przygotowaniu stają się potrawami, które należy jeszcze odpowiednio połączyć i podać w odpowiedniej kolejności. Dopiero wtedy składniki stają się dobrym jedzeniem.

Nie inaczej jest z przygotowaniem otaczających nas stale i wszędzie źródeł strawy duchowej. Informacja jest strawą dla ducha. Możemy się zadowolić nudną papką czy masowo produkowanym, monotonnym jedzeniem. Wiele gazet czy filmów wartością dorównuje konsumowanym w trakcie lektury czy oglądania chipsom i chrupkom: pustym kaloriom odpowiadają puste obrazy i zdania na papierze czy ekranie. To produkty masowe, nie wymagające niczego od odbiorcy, minimum, na które przystajemy, gdy chcemy coś zaoferować naszym żołądkom czy umysłom. Dobre jedzenie, podobnie jak dobra fabuła, jest czymś zupełnie innym. Bierze pod uwagę nasze preferencje, skłonności, przeszłe doświadczenia, a jednak zaskakuje. To kolejność, niezwykle połączenie i ciekawy sposób podania sprawiają, że możemy mówić o dobrym jedzeniu.

To samo dotyczy strawy duchowej. Nie chodzi bynajmniej tylko o kalorie. Ważne są różnorodność, dopasowanie do naszych potrzeb. Nasze przeżycia zamieniają się w ślady pamięciowe (jak dokładnie się to dzieje, opisuję w dalszej części książki). Nasz mózg tworzy z ulotnych wrażeń zmienione struktury połączeń między komórkami nerwowymi. Z przeżyć duszy tworzą się ślady w mózgu. A jak do tego dochodzi, jest właśnie tematem niniejszej książki.

Aktywność

Kto uważa, że uczenie się jest czymś biernym, ten szuka lejka. Kto uważa, że uczenie się jest aktywnością, taką jak np. bieganie czy jedzenie, ten nie poszukuje lejka, tylko zastanawia się nad tym, jak stworzyć dla tej aktywności optymalne warunki. Ktoś, kto siedzi w klatce, nie będzie mógł biegać; ktoś, kto ma przed sobą pusty talerz, nie może jeść. Brzmi banalnie, prawda? Ale gdy mówimy o uczeniu się, podobne ograniczenia dotyczą wielu ludzi: podstawowe warunki, by uczenie się mogło zachodzić, nie są spełnione.

Umożliwienie uczenia się nie jest wyłącznie problemem szkoły, ale także społeczeństwa i tworzonej przez nie kultury. Wprawdzie po obfitym posiłku nie jesteśmy w najlepszej pozycji wyjściowej do efektywnego uczenia się, jednak głód nie sprzyja uczeniu się w jeszcze większym stopniu. A ten, kto bombarduje społeczeństwo wiadomościami z giełdy papierów wartościowych i twierdzi, że idealnym sposobem zarabiania łatwych pieniędzy jest spekulowanie, nie powinien się dziwić, jeśli wyrastające w takim klimacie dzieci nie będą rozumiały potrzeby sensownego, dającego satysfakcję zajęcia i skupią się na pogoni za pieniądzem. To nie programy nauczania zapewniają Finlandii pierwsze miejsce w badaniu PISA i odpowiadają za kiepskie wyniki uczniów niemieckich. Tu chodzi o sposób odnoszenia się do siebie w Finlandii (bardzo przyjazny) i o to, ile inwestuje się tam w nauczycieli (bardzo dużo). Ale o tym na zakończenie książki, kiedy dla Czytelnika stanie się jasne, jak mózg się uczy i w jakich warunkach uczy się szczególnie dobrze.

Na początek ustalmy jedno: uczenie się nie jest bierne – jest aktywnym procesem, w trakcie którego dochodzi do zmian w mózgu uczącego się.

Manipulowanie treściami

Każdy chyba słyszał określenia „pamięć ultrakrótkotrwała”, „pamięć krótkotrwała” i „pamięć długotrwała”. Najczęściej wyobrażamy je sobie jako skrzynki zapełnione treścią. Uczenie się jest czasem rozpatrywane w kategoriach przesuwania treści między tymi skrzynkami. „Jak mam przenieść wiedzę z pamięci krótkotrwałej do długotrwałej?” – to pytanie zadaje sobie niejeden uczący się. Ale takie pytanie, podobnie jak to, skąd wziąć odpowiedni lejek, jest źle zadane. Trzech pamięci, skrzynek, nie ma w głowie. To tylko poręczne abstrakcje, takie jak na przykład duch współpracy w drużynie piłkarskiej. Można o nim mówić, ale jeśli ktoś zapyta, na jakiej pozycji ów duch właśnie gra, to znaczy, że całkowicie nie zrozumiał, o co chodzi. A kto pragnie wygrać mecz obsadzając tym duchem pozycję środkowego napastnika, ten już przegrał. Śmieszne? No cóż, gdy mówimy o uczeniu się, tego typu rozważania są przynajmniej tak samo śmieszne. A traktujemy je bardzo poważnie i pozwalamy, by determinowały nasz system szkolny i politykę w zakresie kształcenia.

Skoro nie można pewnych czasowych charakterystyk naszej pamięci przedstawić w formie skrzynek –jak zrobić to inaczej? Przyjrzyjmy się dwóm ważnym przykładom, pamięci roboczej i głębokości przetwarzania.

Pamięć robocza (operacyjna). Wszyscy jesteśmy w stanie na chwilę zapamiętać ważną informację. Wyszukujemy numer telefonu, na moment go zapamiętujemy i wybieramy – po czym zapominamy. Ten rodzaj pamięci został w ciągu ostatnich dziesięciu lat bardzo dokładnie zbadany. Ma bardzo ograniczoną pojemność (siedem plus minus dwa elementy – na przykład cyfry) i nie przechowuje treści bardzo długo (przeważnie kilka sekund), jednak jest to ogromnie ważna pamięć. Jest to funkcja bezpośrednio aktywująca niewiele treści i pozwalająca manipulować nimi w umyśle. Na przykład jesteśmy w stanie podać ów numer telefonu wspak, jednak tu kończą się już nasze możliwości! Ten rodzaj pamięci nazywany jest pamięcią roboczą. Jak sama nazwa wskazuje, oznacza ona tę część naszego życia umysłowego, która manipuluje treściami, ponownie je porządkuje, łączy ze sobą, obraca na wszystkie strony, przekształca i jeszcze coś z nimi robi. Kiedy wypowiadamy zdanie lub próbujemy je zrozumieć, korzystamy z pamięci roboczej, aby kiedy wbudowujemy zdanie podrzędne, także wtedy, gdy jest ono długie i niekoniecznie związane z tematem, jak się to zdarza, zwłaszcza w języku niemieckim, na co uskarżał się Mark Twain[6], nie stracić wątku.

Badania pamięci roboczej (patrz rys. 1.1) pokazały, że można ją zlokalizować w konkretnych obszarach kory mózgowej (rys. 1.2). W tych obszarach kory dochodzi do wstępnego opracowania treści.

Głębokość przetwarzania. Przejdźmy do przykładu drugiego: im intensywniej zajmujemy się daną treścią, tym większe prawdopodobieństwo, że pozostawi ślad w pamięci. Jeszcze raz: Określona treść nie jest przekazywana ze skrzynki do skrzynki (taki obraz funkcjonowania pamięci jest całkowicie błędny!), lecz przetwarzana w głowie, w sposób interaktywny, przez różne obszary mózgu jednocześnie. Im więcej, im częściej, im głębiej, tym lepiej będzie zapamiętana.

Przyjrzyjmy się eksperymentowi (rys. 1.3). Pokazuje się listy zawierające wyrazy, jeden wyraz po drugim, każdy przez jedną sekundę. Osobę badaną proszono o naciskanie jednego z dwóch przycisków, zależnie od tego, czy wyraz napisany jest małymi, czy wielkimi literami. W ten sposób opracowuje się pierwszą listę wyrazów.

Następnej liście towarzyszy instrukcja, by ocenić, czy dany wyraz jest rzeczownikiem, czy czasownikiem. Ponownie każdy wyraz pokazywany jest przez sekundę. I znowu osoby badane mają do wyboru dwa przyciski, zależnie od podjętej decyzji.

Rysunek 1.1

W poszukiwaniu pamięci roboczej. U góry: osoba badana poddawana jest badaniu z użyciem rezonansu magnetycznego (MRI) i przygląda się literom pokazywanym jedna po drugiej. Litery pokazuje się albo za pomocą lustra i połączonego z komputerem rzutnika, albo, bardziej nowocześnie, przez okulary typu virtual reality bezpośrednio w skanerze. Co dwie sekundy pokazywana jest nowa litera, i w ciągu jednej minuty osoba badana musi naciskać przycisk zawsze wtedy, gdy, na przykład, pojawi się litera H (sytuacja kontrolna). U dołu: W następnej minucie zmienia się instrukcja (sytuacja aktywacji) i osoba badana musi naciskać przycisk zawsze wtedy, gdy aktualnie pokazywana litera jest taka sama, jak przedostatnia (taka procedura nazywana jest też zadaniem two-back). Po czym znowu, przez minutę, osoba badana proszona jest o naciskanie przycisku tylko wtedy, gdy pojawia się H, i następnie znowu przez minutę zadanie two-back i tak dalej. Pomysł eksperymentu polega na tym, że w obu sutuacjach – kontrolnej i eksperymentalnej – osoba badana wykonuje praktycznie to samo, to znaczy odbiera bodźce, podejmuje decyzję i naciska przycisk. Ta sekwencja powoduje pewien stały wzorzec aktywacji mózgu. Gdy jednak porównamy wzorce aktywacji mózgu w obu opisanych warunkach, pojawia się różnica we wzorcu aktywności mózgowej między prostym reagowaniem na jedną literę a zapamiętywaniem dwóch liter i koniecznością wykonania pracy umysłowej na tym materiale

Rysunek 1.2

Po lewej: schemat lewej strony mózgu z oznaczeniem czterech płatów mózgu. Po prawej: typowy obraz aktywności mózgu w paradygmacie two-back. Widoczna jest aktywacja (zaznaczona kolorem czarnym) w obrębie płata czołowego i ciemieniowego

Instrukcja podawana do trzeciej listy nakazuje ocenić, czy dany wyraz dotyczy przedmiotu lub czynności należących do świata ożywionego, czy nieożywionego. Cała procedura pozostaje bez zmian. Eksperyment przeprowadzany jest z udziałem wielu osób badanych. Każda lista pojawia się z każdą z trzech instrukcji (listy wyrazów są tak skonstruowane, że jest to możliwe). Poza tym zmieniana jest kolejność, zarówno list wyrazów, jak i instrukcji. Postępuje się tak, żeby wykluczyć możliwość wpływu samych list wyrazów czy kolejności, w jakiej zostaną zaprezentowane osobie badanej, na wyniki eksperymentu. Najważniejszą częścią eksperymentu jest przerwa między poszczególnymi listami, w trakcie której pyta się osoby badane, jakie wyrazy udało im się zapamiętać.

Rysunek 1.3

Listy wyrazów pozwalające zadać trzy pytania do każdego wyrazu: Czy napisany jest wielkimi (małymi) literami? Czy jest to rzeczownik (czasownik)? Czy oznacza coś ożywionego (nieożywionego)? Odpowiedzi na pytania za każdym razem mogą brzmieć „tak” lub „nie”. Różne pytania sprawiają, że ten sam wyraz przetwarzamy bardzo powierzchownie, trochę dokładniej czy wręcz bardzo dokładnie. Im głębszy poziom przetwarzania (w stałym czasie przyglądania się wyrazowi), tym lepiej go zapamiętujemy

Wiele eksperymentów daje te same wyniki: wyrazy, które były rozpatrywane tylko ze względu na wielkość liter, były pamiętane najgorzej. Opracowanie listy ze względu na rodzaj słowa (rzeczownik czy czasownik) prowadzi do pamiętania większej liczby słów, a najwięcej słów zapamiętano, gdy podczas przeglądania listy dzielono je na ożywione i nieożywione. W tym miejscu warto przypomnieć, że czas, jaki osoba badana miała do dyspozycji, by zapoznać się z wyrazem, był za każdym razem identyczny i wynosił jedną sekundę. Uzyskanego wyniku nie można też wytłumaczyć rodzajem czy kolejnością listy (zmieniano je w trakcie badania). Wytłumaczenie uzyskanych wyników jest następujące: podawane instrukcje pozwalały manipulować głębokością przetwarzania poszczególnych wyrazów; jeśli mamy podać, czy wyraz został napisany małymi czy wielkimi literami, nie musimy się nim w umyśle bardzo zajmować, wystarczy, że zobaczymy litery. Aby podjąć decyzję „rzeczownik czy czasownik”, musimy zastanowić się już nieco dokładniej, natomiast najwięcej wysiłku umysłowego trzeba niewątpliwie włożyć w decyzję „ożywione czy nieożywione”. W tym przypadku należy się zastanowić, co dany wyraz oznacza, czyli przeczytać go i zrozumieć. I właśnie ta praca umysłowa powoduje, że lepiej zapamiętujemy. Ustalmy: im głębiej przetwarzamy daną treść, tym lepiej ją zapamiętujemy.

Na marginesie, o to właśnie chodzi w rymowankach mnemotechnicznych. Treść zostaje jeszcze raz przemyślana, w zupełnie odmienny sposób, przez co zostaje przetworzona głębiej i, w rezultacie, lepiej zapamiętana. Najlepsze rymowanki to te, które sami sobie ułożymy: w tym przypadku wymyślając skojarzenia w umyśle manipulujemy treścią, obracamy ją na wszystkie strony, myślimy nad nią i właśnie dzięki temu zakotwiczamy ją w pamięci.

Przyjemność i daremność

Większości ludzi kojarzy uczenie się ze szkołą, wkuwaniem i ryciem, potem i łzami, złymi ocenami, wyczerpującymi klasówkami. Nie okłamujmy się: uczenie się nie ma dobrej opinii. Uważane jest za coś nieprzyjemnego. Kiedy się uczymy, często nagradzamy się później za nasz trud (zgodnie z mottem: za każde francuskie słówko kawałek czekolady), a kiedy mamy wolne, to znaczy, że nie musimy się uczyć. Podzieliliśmy nasz czas na taki, który musimy niestety spędzić w szkole (uniwersytecie, szkole zawodowej, na kursach doszkalających itp.) i na taki, kiedy mamy wolne i rzekomo się niczego nie uczymy.

Taki stan rzeczy nie jest w zgodzie z ludzką naturą. Wręcz przeciwnie: jeśli miałbym wymienić jedną aktywność, do której człowiek nadaje się najlepiej, tak jak albatros do latania czy gepard do biegania, to jest to właśnie uczenie się. Nasze mózgi są jak niesamowicie efektywne odkurzacze, wciągające wszelkie otaczające nas informacje; nie potrafią inaczej, jak tylko odbierać wszystko, co wokół nas ważne i przetwarzać w najbardziej efektywny sposób (patrz część III tej książki). To, że jesteśmy stworzeni do uczenia się, udowadniają niemowlęta. One potrafią to chyba najlepiej; i jeszcze nie mieliśmy okazji, by je tego oduczyć.

Powszechne przekonanie o tym, że można (lub, co gorsza, trzeba) podzielić czas na taki, kiedy się uczymy, i taki, kiedy mamy wolne, jest kompletnym nieporozumieniem. Nasz mózg płata nam figla i uczy się nieustannie! Ale jeśli wciąż upieramy się przy takim podziale, to przynajmniej ustalmy, czego się uczymy. Po pierwsze, bez przyjemności i z bardzo małą efektywnością uczymy się tych treści, które są narzucone; po drugie, treści, które do nas docierają, chociaż się nad nimi nie zastanawiamy: w grupie rówieśniczej, podczas gry komputerowej, na siłowni, przed telewizorem czy w centrum handlowym. Kto sądzi, że w wymienionych miejscach nie zachodzi u niego uczenie się, bardzo się myli: mózg uczy się bezustannie. I powtórzmy jeszcze raz: tylko od nas samych zależy, czego nasz mózg się uczy, przynajmniej w tak zwanym czasie wolnym. Jakże często oddajemy tę możliwość wyboru w ręce twórców programów i „menedżerów wydarzeń” ludzi, którzy za pieniądze organizują nasz wolny czas (a raczej oferują nam sposoby zabijania czasu, których celem jest skłonienie nas do niepotrzebnego wydawania pieniędzy i manipulowanie nami), lub pozostawiamy wszystko przypadkowi.

Lęk

Uczenie się budzi w ludziach lęk. Dlatego nie lubią uczenia się. Małe dzieci są jeszcze bardzo ciekawe, ale im są starsze, tym częściej reagują na nowości znudzeniem, które nierzadko maskuje ich strach. Dorośli, a przede wszystkim osoby starsze, żywią obawę przed nowością. Wspominają dawne dobre czasy (które, jak wiadomo, gdyby się im dokładniej przyjrzeć, często wcale nie były takie dobre). Powstaje tu dziwna sprzeczność: My, ludzie, jesteśmy tym gatunkiem, który najlepiej i najwięcej się uczy; z drugiej strony charakteryzuje nas także to, że możemy odczuwać strach przed uczeniem się. Jak można to złożyć w sensowną całość?

Kto się uczy, ten się zmienia. Jeśli uczymy się czegoś naprawdę nowego, nie pozostajemy tacy sami, tylko z odrobinę większą ilością nauczonego materiału w głowie, ale zmieniamy się. Przyswajanie czegoś nowego zawsze oznacza zmianę w tym, kto przyswaja. W układzie biologicznym uczenie się w inny sposób nie jest możliwe. Ale my mamy jeszcze świadomość siebie, naszych odczuć, naszej osobistej historii, naszych ograniczeń i naszej skończoności. Gdy konfrontujemy się z czymś nowym, to z dużym prawdopodobieństwem dochodzi do aktualizacji tego typu myśli w naszych umysłach; dzieje się to przeważnie w sposób niezauważony, nieświadomy. To może wzbudzać niemiłe uczucia. Przerysowując, można by to sformułować następująco: skoro „kto się uczy, ten się zmienia”, to „kto się uczy, ryzykuje utratę tożsamości” (czyli doświadczeń i wartości konstytuujących jego osobę). A to może budzić lęk.

Dla dzieci to nie stanowi żadnego problemu: one dopiero budują swoją tożsamość i każde uczenie się temu sprzyja. Zatem co 90 minut uczą się nowego słowa, bez lęku i bez wkuwania! Ale uczenie się czegoś nowego może potencjalnie zachwiać kimś, kto jest wewnętrznie ugruntowany, pewien swej tożsamości i komu się wydaje, że dobrze siebie zna. Dlatego wielu ludzi się obawia, kiedy chce się uczyć, i jeszcze bardziej się obawia, kiedy musi się uczyć. Chichoty na warsztatach dla dorosłych, dynamika grupowa na kursach i seminariach doszkalających (od nieśmiałego poznawania się na początku po wspólne wyjście na piwo na zakończenie) dostarczają przykładów, w jaki sposób nasz gatunek próbuje sobie z tym strachem radzić (temat „emocje i uczenie się” będzie nas jeszcze szczegółowo zajmował w części II).

Ślady

Trwałe ślady w naszych umysłach po ulotnych wrażeniach z otaczającego nas świata mają nazwę: są to reprezentacje świata zewnętrznego. Te reprezentacje powstają i zmieniają się – właśnie ten proces nazywamy uczeniem się. Mózgi i ich budulec, komórki nerwowe (neurony) są wyspecjalizowane w tworzeniu i zmienianiu reprezentacji zależnie od otoczenia. Owa specjalizacja idzie tak daleko, iż poszczególne grupy komórek nerwowych odpowiadają za konkretne aspekty środowiska, za kąty i linie proste, zapachy i dźwięki, matkę, ojca, twarze czy znajome miejsca, za słowa i znaczenia, za plany, marzenia i wartości.

Reprezentacje nie są w żadnym wypadku jedynie obrazami przekazanymi nam przez zmysły. Posiadamy także reprezentacje czynności (wiązania buta), zależności (ciemne chmury zapowiadają deszcz), wartości (współdziałanie popłaca), celów (posiadać dzieci) oraz języka. Nawet to, że jesteśmy trójwymiarowi, że mamy ciało, jest reprezentowane w naszych mózgach: to, co dzieje się na naszym ciele, ale także w nim, że bywamy napięci, zrelaksowani, odczuwamy obrzydzenie lub wściekłość (aby wymienić tylko niektóre emocje), mamy potrzeby, jak głód czy pragnienie. Wszystko to są reprezentacje stanów ciała w mózgu. Często nie mamy do tych reprezentacji tak bezpośredniego dojścia, jak do wyobrażeń. Wręcz przeciwnie: naszym zachowaniem często kierują uczucia, czego nie zawsze jesteśmy świadomi. Kto w to nie wierzy, niech kiedyś zwróci uwagę na ilość kupowanych produktów żywnościowych zależnie od tego, czy wybiera się na zakupy przed obfitym posiłkiem, czy po nim. Czasami zdarza się nawet, że emocje rządzą nami całkowicie. Miłość odbiera rozum, mówi przysłowie ludowe, co możemy czasami obserwować nawet u osób publicznych.

Podkreślmy: jeden neuron może być czemuś przypisany tak, jak wyraz może być przypisany do określonego znaczenia. Mówi się, że neuron coś reprezentuje, gdy się aktywizuje w momencie przetwarzania tego czegoś w mózgu. Do niedawna naśmiewano się w niektórych tekstach psychologicznych z tak zwanego „neuronu babci”, jednak dziś wiadomo, że istnieją neurony, czyli „małe szare komórki”, które uaktywniają się właśnie wtedy, gdy widzimy naszą babcię lub wtedy (o czym także dziś już wiemy), kiedy ją sobie wyobrażamy. Jak dokładnie to rozumieć, wyjaśnimy w kolejnych rozdziałach.

Mózg

Mózg człowieka waży około 1,4 kilograma, co stanowi mniej więcej dwa procent masy ciała. Jednak organ ten zużywa ponad 20 procent dostępnej całemu ciału energii. Jedna piąta każdego posiłku, który spożyjemy, zostanie wykorzystana przez mózg. Kiedy nastają chude czasy, mózg staje się więc wielkim luksusem. Ponieważ w trakcie ewolucji naszego gatunku czasy prawie zawsze były chude, posiadanie mózgu musiało dawać nam ogromną przewagę nad innymi gatunkami. Tylko ta przewaga, kompensująca tak duże zapotrzebowanie tego narządu na energię, uzasadnia jego istnienie. Ten, kto pragnąc zaspokoić głód, nie może po prostu otworzyć drzwi lodówki, tylko musi poszukiwać korzonków i bukwi[7], byłby pozornie w lepszej sytuacji, gdyby mózgu nie miał – dzięki temu zawsze wystarczyłoby znajdować o 20 procent mniej.

A jednak mamy mózg, i to nie bez dobrego powodu: na mózg składają się miliardy komórek nerwowych, które są czemuś przypisane. To umożliwia człowiekowi robienie rzeczy, które nie są dostępne innym istotom żywym. Dzięki swoim mózgom ludzie są ogromnie elastyczni, zaludnili całą kulę ziemską, a nawet stawiali kroki na Księżycu. Oczywiście, tygrysy mają lepsze zęby, słonie są silniejsze, gepardy szybsze, niedźwiedzie polarne lepiej znoszą zimno, wieloryby lepiej pływają, a albatrosom lepiej wychodzi latanie. W przeciwieństwie do wymienionych gatunków zagrożonych wymarciem człowiek dzięki swojemu mózgowi nie wyspecjalizował się w jednej dziedzinie. Człowiek potrafi się dostosować do najróżniejszych warunków zewnętrznych, zadań i problemów. Czyli: człowiek potrafi się uczyć, i to lepiej, niż wszystkie inne stworzenia na świecie. A narządem, który to umożliwia, nie są zęby, mięśnie, sierść, płetwy czy skrzydła, ale mózg.

Skrzydła albatrosa czy płetwy wieloryba są doskonale dostosowane do właściwości powietrza i wody, jak ich gęstość i lepkość. Tak samo mózg jest optymalnie dostosowany do uczenia się. Nie uczy się „jakoś”, lepiej czy gorzej, ale niczego nie robi lepiej i chętniej! Kto, myśląc o szkole, zareagował na to stwierdzenie sceptycyzmem, niech czyta dalej. Dla niego właśnie jest ta książka.

Uczenie się jest dosłownie dziecinnie proste. Niemowlę po upływie kilkuset dni staje się dzieckiem, które potrafi chwytać, biegać, śpiewać i komunikować się z otoczeniem. Uczenie się z reguły nie sprawia nam trudności, chyba, że coś w naszej głowie przebiega nie tak, jak należy; na przykład, kiedy jesteśmy bardzo zmęczeni, chorzy lub pod wpływem alkoholu. Ale nie uprzedzajmy faktów.

Pół mózgu

Dziewiątego lutego 2002 w międzynarodowym czasopiśmie medycznym Lancet opisano historię siedmioletniej dziewczynki, której w wieku trzech lat operacyjnie usunięto lewą półkulę mózgu. Operację przeprowadzono, by usunąć przewlekłe zapalenie mózgu zagrażające śmiercią, z towarzyszącymi niekontrolowanymi atakami padaczki (rys. 1.4). Dziecko nie ma lewej półkuli mózgowej, odpowiedzialnej za mowę. Można było oczekiwać bardzo poważnego połowiczego upośledzenia ruchu i braku komunikowania się za pomocą mowy. Niezwykłość tego przypadku polega na tym, że siedmioletnie dziecko jest prawie całkowicie normalne i posługuje się płynnie nie jednym, a dwoma językami.

Przykład ten pokazuje, w sposób robiący większe wrażenie niż setki innych przykładów, jak plastyczny i zdolny do przystosowywania się jest ludzki mózg. Najwyraźniej dziewczynce wystarcza połowa mózgu. Mózg dziecka nauczył się kompensować brak drugiej półkuli. Jeśli coś takiego jest możliwe, to teoretycznie każdy, kto ma cały mózg, powinien być zdolny do rekordowych dokonań. I jest do tego zdolny – ale tylko, gdy w odpowiedni sposób się swoim mózgiem posługuje. I tutaj pojawiają się kłopoty, wynikające nie ze złej woli, ale z braku wiedzy. Ta książka ma pomóc. Jest napisana w równym stopniu dla uczących się, jak i dla uczących innych.

Plan

Książka została podzielona na pięć części. W części I poszukujemy odpowiedzi na pytanie, jak neurony w mózgu umożliwiają uczenie się. Istnieją różne formy uczenia się, gdyż uczymy się zarówno pojedynczych wydarzeń, jak i ogólnych reguł. Dzieje się to według różnych zasad i w różnych, wyspecjalizowanych obszarach mózgu.

Rysunek 1.4

Stan po operacyjnym usunięciu jednej półkuli mózgu (Za: Borgsteinn i Grootendorst, 2002, s. 473). Autorzy komentują zdjęcie następująco: „U tej siedmioletniej dziewczynki przeprowadzono w wieku trzech lat hemisferektomię, konieczną ze względu na zespół Rasmussena (przewlekłe ogniskowe zapalenie mózgu)[8]. Nie poddająca się terapii padaczka doprowadziła już do prawostronnego porażenia połowiczego i do ciężkiego zaburzenia funkcji językowych. Mimo usunięcia dominującej półkuli, zawierającej ośrodki mowy i odpowiadającej za kontrolę motoryczną prawej połowy ciała, dziecko jest dwujęzyczne i posługuje się płynnie językiem tureckim i holenderskim. Nawet porażenie połowicze częściowo się cofnęło i widoczne jest jeszcze tylko w formie niewielkiej spastyczności prawej kończyny górnej i dolnej. Poza tym dziewczynka prowadzi normalne życie”

W części II stawiamy pytanie, jak uwaga, motywacja i emocje wpływają na proces uczenia się. Zwłaszcza w ostatnich latach neuronauka dokonała ważnych odkryć w tym zakresie. Dzięki nowoczesnym metodom obrazowania można pokazać, jak wygląda w mózgu proces uwagi, a także uczucia. W eksperymentach na zwierzętach pokazano, jak wygląda reakcja na bodźce zewnętrzne zależnie od poziomu motywacji.

Część III poświęcona jest uczeniu się w różnych okresach życia. Jak i czego uczy się dziecko jeszcze w łonie matki, jak to jest u niemowlęcia, a jak u małego dziecka? Na przykładzie umiejętności czytania przedyskutujemy wzajemny wpływ mózgu i kultury oraz wykażemy, że od ich współdziałania zależy, czy uszkodzenie mózgu doprowadzi do trudności w tym zakresie, czy nie. Pokażemy też, dlaczego z wiekiem uczymy się wolniej i czemu ma to służyć.

W części IV książki pokazano związki uczenia się ze sprawami, które czasami umykają naszej uwadze, gdy skupiamy się na czytaniu, matematyce czy językach obcych: jako stworzenia stadne uczymy się zachowań społecznych (rozdział 16) albo się ich nie uczymy (rozdział 19) oraz tworzymy systemy wartości (rozdziały 17, 18), które nie tylko kierują naszym zachowaniem, ale – i tu zależność jest wzajemna – są determinowane przez nasze zachowania. Dziś możemy się przyglądać mózgowi, który dokonuje oceny moralnej, i przy okazji przeżyć niejedną niespodziankę.

Wyniki i odkrycia neuronauk nie są tylko dla ekspertów, ale i dla życia. Można z nich wyciągać wnioski sięgające od konkretnych wskazówek, co należałoby zmienić w szkołach, by poprawić ich efektywność, po ogólne rozważania na temat społeczeństwa bardziej dopasowanego do naszej natury. O to właśnie chodzi w części V, ostatniej. Mam nadzieję, że ta część pokaże, jak ważne są badania nad mózgiem w zrozumieniu nas samych. Myśli biegną tu od projektu PISA, poprzez szkoły, Boga i świat, z powrotem do szesnastowiecznej Pizy (wł. Pisa). Może nawet zatwardziały sceptyk, pomrukując coś pod nosem, ustąpi i przyzna, że badania nad mózgiem dotyczą nas wszystkich.

Część 1 Jak się uczymy

Każdy kucharz powinien mieć wiedzę na temat odżywiania i procesu trawienia, a każdy trener powinien wiedzieć, jak działają mięśnie. Fryzjer wie co nieco na temat włosów, a kosmetyczka zna się na skórze i paznokciach. Ten, kto naucza, powinien rozumieć, czym jest uczenie się i jak działa narząd do tego służący, czyli mózg.

Mimo iż żyjemy w bardzo złożonej społeczności i do wszystkiego mamy specjalistów, jednak nie w pełni się na nich zdajemy; laicy znają się trochę na odżywianiu, a ci, którzy ćwiczą na siłowniach, wiedzą, jak działają mięśnie. Podobno przynajmniej 50 procent ludzi zna się na skórze i włosach i potrafi całkiem fachowo nie tylko obcinać, ale i malować paznokcie.

Odsetek ludzi, którzy sami się uczą, oceniam – wbrew sądzącym inaczej pesymistom – na sto procent. Czy tego chcemy, czy nie, uczymy się zawsze. Dlatego ta książka powinna obchodzić każdego, i dlatego rozpoczyna się od narządu, którego każdy z nas używa, kiedy się uczy: od mózgu. Następnie wyjaśnimy, że zdecydowana większość tego, czego się uczymy, to umiejętności, a nie wiedza, oraz że nasz mózg nastawiony jest przede wszystkim na prawa ogólne zawarte w naszych doświadczeniach. Potem pokażemy, w jaki sposób wszelkie treści zapisane są w neuronach czy w korze mózgowej. Na koniec zbadamy, w jaki sposób zapamiętujemy poszczególne wydarzenia i o co chodzi w uczeniu się przez sen.

2 Zdarzenia

Jedenasty września 2001 pozostanie zapisany w pamięci większości z nas bardzo wyraźnie: krótko przed i krótko po trzeciej po południu czasu środkowoeuropejskiego (czy też krótko przed i krótko po dziewiątej rano na wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych) dwa porwane i pilotowane przez terrorystów samoloty pasażerskie uderzyły w obydwie wieże World Trade Center w Nowym Jorku. Kto widział te zdjęcia, ten ich nie zapomni: dwa płonące drapacze chmur, które w ciągu godziny zawalają się, grzebiąc tysiące niewinnych ludzi. Gdzie dokładnie byłeś, Drogi Czytelniku, kiedy dotarła do Ciebie pierwsza wiadomość o tej tragedii? W czyim byłeś wtedy towarzystwie? Z kim jako pierwszym rozmawiałeś na ten temat?

Większość ludzi potrafi na te pytania odpowiedzieć bez najmniejszych trudności, podczas gdy popołudnia 10. czy 12. września tym samym osobom rozmyły się w mgle zapomnienia. Wielu ludzi myślało wtedy, że ogląda holywoodzką superprodukcję lub że osoba, która im o tym zdarzeniu opowiada, robi sobie niewybredne żarty, tak nieprawdopodobne były wiadomości płynące z USA.

Takie wiadomości mają dwie cechy, które niejako automatycznie sprawiają, że nasze mózgi zapamiętują wydarzenia dokładnie takimi, jakimi one są i w taki sposób, w jaki je w danym momencie przeżywamy: nowość i ważność. Ważne nowości słyszymy raz i od razu je zapamiętujemy.

Nie tylko wydarzenia polityczne mają cechy ważności i nowości: większość ludzi potrafi przywołać z pamięci dzień swojego ślubu, pierwszy pocałunek, pierwsze uściski, pierwsze wyznanie miłosne czy pierwszą noc ze swoim partnerem, czyli ważne zdarzenia z własnego życia osobistego.

Hipokamp

Głęboko we wnętrzu mózgu, dokładnie – po wewnętrznej stronie płata skroniowego kory mózgowej, po prawej i lewej stronie leży hipokamp (rys. 2.1). Dziwna grecka nazwa znaczy dosłownie konik morski, chociaż potrzeba wiele fantazji, by doszukać się podobieństwa do niego w kształcie tej struktury mózgu. Od mniej więcej pięćdziesięciu lat wiadomo, że ta struktura odpowiada za uczenie się zdarzeń: jeśli czegoś nowego mamy się nauczyć, musi to najpierw przyswoić nasz hipokamp.

Rysunek 2.1

Schemat położenia lewego hipokampa w ludzkim mózgu (u góry po lewej) i w obrazach przekrojowych (rezonans magnetyczny) w zaznaczonej płaszczyźnie (u góry na środku). Lewy hipokamp otoczono kółkiem (patrzymy na zdjęcie od przodu, dlatego lewy hipokamp jest po prawej stronie, tak samo jak mój lewy przedziałek i lewe oko znajdują się po prawej stronie mojego zdjęcia paszportowego). U góry po prawej: powiększenie tego fragmentu mózgu. U dołu: przekrój mózgu wzdłuż hipokampa, od przodu do tyłu (po lewej: ogólny obraz, po prawej: powiększenie fragmentu)

Światową sławę z kręgach naukowców badających mózg zdobył pacjent H.M., któremu, na skutek padaczki opornej na inne rodzaje leczenia, operacyjnie usunięto obustronnie hipokamp i przylegające części mózgu. Po zabiegu pacjent sprawiał, na pierwszy rzut oka, wrażenie zupełnie normalnego. Ale okazało się, że nie był w stanie zapamiętać żadnego nowego zdarzenia. Lekarze i psychologowie, którzy go przez całe lata badali, musieli mu się przy każdym spotkaniu na nowo przedstawiać; pacjent zapominał, z kim miał do czynienia ostatnim razem. H.M. mógł ciągle na nowo czytać tę samą gazetę i za każdym razem dziwić się wiadomościom, które były dla niego zupełnie nowe. Do poważnych kłopotów doszło, gdy musiał się przeprowadzić. Nie potrafił się odnaleźć w swoim nowym mieszkaniu.

W jaskrawym przeciwieństwie do niemożności zapamiętania nowych poszczególnych zdarzeń pozostała zachowana zdolność uczenia się nowych umiejętności. Nauczono H.M. na przykład pisma lustrzanego i nie sprawiło to żadnych trudności, uczył się tak samo, jak inni ludzie. Można przypuszczać, iż gdyby nie to, że H.M. już potrafił jeździć na rowerze, po zabiegu operacyjnym byłby także w stanie nauczyć się tego w sposób zupełnie nie zaburzony, jak każdy inny człowiek.

Tymczasem dysponujemy szeroką wiedzą na temat hipokampa. Jest on mniejszy niż duży paluch mojej stopy, ale tak ważny, że od 1989 roku ma czasopismo ze swoją nazwą w tytule, które drukuje wyniki poświęconych mu badań (czego nie mogę powiedzieć o moim paluchu). Hipokamp jest niezbędny do uczenia się pojedynczych zdarzeń. Na przykładzie pacjenta H.M. staje się także jasne, do czego hipokamp nie jest nam potrzebny: kiedy przyswajamy umiejętności lub ogólne zasady przez wielokrotne ćwiczenie, możemy obyć się bez hipokampa (patrz rozdział 4). Ale właśnie dlatego, że hipokamp jest tak ważny w uczeniu się zdarzeń i ponieważ na przykładzie tego rodzaju uczenia się można wyjątkowo dobrze i łatwo pokazać określone zasady działania, warto mu się przyjrzeć szczególnie dokładnie i za pomocą najnowocześniejszych metod. Inaczej mówiąc: jeśli chcemy się nauczyć czegoś o uczeniu się, to hipokamp jest idealnym obiektem do studiowania.

Nawigacja dzięki komórkom miejsc

Standardowym przykładem pojedynczych zdarzeń są miejsca. To może początkowo wydawać się nieco dziwne, ale zastanówmy się przez chwilę: nie ma czegoś takiego jak ogólne miejsce, istnieje tylko to lub inne, każdorazowo określone, poszczególne miejsce. Miejsca w ogóle, ogólnego miejsca, nie ma. Jeśli ktoś dobrze zna Berlin i znajdzie się w Hamburgu, to wiedza na temat Berlina na nic mu się nie zda. Znajomość miejsc jest znajomością poszczególnych faktów, poszczególnych ulic, fasad domów, znaków szczególnych itd.

To jest istotne, gdyż znajomość miejsc można badać na zwierzętach. Zwierząt nie możemy zapytać o jedenasty września czy o pierwszą noc z partnerem, ponieważ nie możemy ich zapytać o nic. Ważne jest, by zdać sobie sprawę z tego, że badanie znajomości miejsc jest istotnym sposobem poznawania procesu uczenia się pojedynczych zdarzeń w eksperymentach z udziałem zwierząt. Badanie znajomości miejsc ma więc duże znaczenie ze względów praktycznych. W żadnym wypadku nie można jednak zakładać, że zwierzęta magazynują w hipokampie wyłącznie miejsca czy wręcz, że hipokamp służy przede wszystkim do magazynowania miejsc i odnajdowania się w terenie. Kiedyś przyjmowano słuszność obu założeń; oba są jednak błędne (patrz też: Wood i in., 1999).

Zwierzęta muszą się orientować w terenie i uczą się tego nieprawdopodobnie szybko. Od dawna wiadomo, że potrzebują do tego hipokampa, gdyż jego obustronne usunięcie sprawia, że nie są w stanie przyswoić informacji o miejscu. U człowieka jest tak samo, jak pokazał przedstawiony przykład pacjenta H.M, po przeprowadzce całkowicie zagubionego w swoim nowym mieszkaniu.

W eksperymencie na zwierzętach możliwe jest przyglądanie się hipokampowi w trakcie uczenia się nowych miejsc. Jak dokładnie się to dzieje, jak uczymy się nowych miejsc? Klasyczny eksperyment na ten temat opublikowano w 1993 roku w czasopiśmie Science (patrz też: Spitzer, 1996, s.86 i następne). Dwaj amerykańscy naukowcy, Matthew Wilson i Bruce McNaughton umieścili około stu malutkich drucików w hipokampach szczurów, aby móc rejestrować aktywność pojedynczych neuronów. Od paru lat było wiadomo, że komórki hipokampa reagują częściowo specyficznie na miejsca: komórka reaguje dokładnie wtedy, kiedy szczur znajdzie się w określonym miejscu swojego terytorium. Dlatego taka komórka nazywana jest też komórką miejsca (ang. place cell).

Rysunek 2.2

Schemat eksperymentu Wilsona i McNaughtona (u góry). Szczur mógł się początkowo swobodnie poruszać tylko po przedniej części klatki (wielkość: 62 × 124 cm), której druga część, odgrodzona nieprzejrzystą przegrodą, była dla niego niedostępna. Na głowie zwierzęcia znajdowała się aparatura umożliwiająca odprowadzanie sygnałów do komputera z dużą mocą obliczeniową, który je następnie przetwarzał. Kiedy przyjrzymy się klatce z góry, to możemy łatwo przedstawić aktywność szczura w czterech dziesięciominutowych fazach eksperymentu (u dołu): w fazach 1 i 4 szczur biega tylko po jednej części klatki, w fazach 2 i 3 zaś ma do dyspozycji całą, niepodzieloną klatkę

Wilson i McNaughton chcieli się dowiedzieć, jak długo organizm uczy się informacji o otoczeniu. Umieścili zwierzęta w klatce (rys. 2.2), w której były małe kuleczki czekolady mające zachęcić zwierzęta, by się dokładnie rozejrzały. Na ścianach klatki znajdowały się, w celu ułatwienia orientacji, różne bodźce wzrokowe i dotykowe (nie widać ich na rysunku). Na podstawie wzorca aktywności komórek nerwowych, zarejestrowanego dzięki elektrodom, okazało się, że 20 do 30 procent neuronów rzeczywiście było komórkami miejsca: każdy neuron wykazywał preferencję dla określonego miejsca w klatce i reagował wyjątkowo mocno zawsze wtedy, gdy szczur znajdował się właśnie w tym miejscu. Na przykład, neuron odpowiadający tylnemu lewemu kątowi klatki reagował najintensywniej, gdy zwierzę znajdowało się w tylnym lewym kącie. Neuron ten reagował także (chociaż słabiej), gdy zwierzę znajdowało się w pobliżu lewego tylnego kąta. Zatem miejsce pobytu zwierzęcia nie jest kodowane w hipokampie przez pojedynczą komórkę nerwową, ale przez zmienny wzorzec aktywacji wielu neuronów zaangażowanych w kodowanie miejsc (rys. 2.3).

Za pomocą sprawnych komputerów można z tych informacji, czyli z tego, który neuron (odpowiadający za określone miejsce) jest aktywny i jak silna jest owa aktywność, wyliczyć, gdzie aktualnie znajduje się szczur! To może się niektórym Czytelnikom wydać trywialne (zgodnie z mottem: żeby się dowiedzieć, gdzie jest szczur, wystarczy zajrzeć do klatki), ale wyobraźmy sobie: odprowadzamy impulsy z głębi mózgu zwierzęcia i na tej podstawie obliczamy, gdzie się ono znajduje. To oznacza, że uzyskane informacje rzeczywiście przedstawiają kod otoczenia danego szczura i że właśnie ten kod udało się rozwiązać.

Ale to jeszcze nie był koniec eksperymentu, a właściwie można powiedzieć, że dopiero się on rozpoczął. Co się dzieje, gdy szczury zapoznają się z nowym otoczeniem? By się tego dowiedzieć, pozwolono szczurom, tak jak zwykle, przebywać przez dziesięć minut w klatce, po czym otworzono przegrodę do drugiej połowy klatki, dwa razy po dziesięć minut, tak, by zwierzęta mogły się w tym czasie swobodnie poruszać także w drugiej (nowej) części klatki. Czyniły to, gdyż również tam na podłodze leżały kawałeczki czekolady. Po upływie wyznaczonego czasu ponownie zamykano przegrodę na dziesięć minut.

Rysunek 2.3

Schemat części oryginalnych danych Wilsona i McNaughtona (1993, s. 1057). Dwadzieścia kwadratów przedstawia połowę podzielonej klatki. W każdym kwadracie zaznaczono aktywność pojedynczego neuronu w różnych odcieniach szarości zależnie od miejsca pobytu szczura podczas pierwszej fazy eksperymentu. Na przykład, neuron przedstawiony w lewym górnym kwadracie nie jest w tym czasie w ogóle aktywny; neuron reprezentowany w kwadracie obok, po prawej stronie, jest aktywny zawsze wtedy, kiedy szczur znajduje się w lewym górnym rogu klatki (patrząc z góry); kolejny kwadrat po prawej stronie pokazuje aktywność neuronu, uaktywniającego się jedynie wtedy, gdy szczur znajduje się w prawym górnym rogu klatki, czyli neuron ten koduje właśnie to miejsce klatki. W sumie mniej więcej połowa neuronów przedstawionych na rysunku przez odpowiednie kwadraty przejawia aktywność zależną od miejsca pobytu zwierzęcia, a więc koduje przestrzeń

Reprezentacje neuronowe

Podczas czterdziestu minut trwania eksperymentu zwierzęta były filmowane, a elektryczna aktywność hipokampa zapisywana. Ponownie okazało się, że miejsce pobytu zwierząt podczas pierwszych dziesięciu minut w znanej części klatki (faza 1) dawało się dobrze przewidzieć. W trakcie następnych dziesięciu minut (faza 2) trafne przewidywanie miejsca pobytu możliwe było tylko dla znanej części klatki: gdy w tym czasie szczur poruszał się po nowej części, przewidywanie obarczone było znacznym błędem. Także liczba neuronów kodujących określone miejsca w nowej części klatki była stosunkowo niewielka. Jeszcze nie nauczyły się nowych miejsc! Owe miejsca nie były jeszcze w hipokampie zwierząt reprezentowane (łac. re – ponownie, praesentare

– przedstawiać).

Po możliwości eksplorowania nowego otoczenia, czyli między 11 a 20 minutą po otwarciu przegrody (faza 3) uległo to jednak zmianie: liczba komórek miejsca wzrosła, a błąd w przewidywaniu miejsca pobytu się zmniejszył. A więc potrzebne było zaledwie dziesięć minut, by niektóre neurony hipokampa nauczyły się nowej części klatki. W ciągu tych dziesięciu minut powstały nowe reprezentacje, to znaczy neurony, które reagują tylko na bardzo określoną informację wejściową i poprzez to są w tej informacji wyspecjalizowane (rys. 2.4).

Rysunek 2.4

Górny rząd pokazuje aktywność jednego neuronu (obraz nałożony na cały prostokąt klatki), który początkowo nie był aktywny, ale podczas obu faz uczenia się nowego terytorium wykształcił przestrzenną reprezentację jednego miejsca w nowej części klatki. Dolny rząd przedstawia drogę (szara linia), którą przebywał szczur w poszczególnych fazach eksperymentu, oraz trasę (czarna linia) wyliczoną na podstawie aktywności neuronów (kodujących miejsca). Z wyjątkiem ruchów zwierzęcia w nowej części klatki w drugiej fazie eksperymentu, zgodność między obiema liniami jest zadziwiająco duża, co oznacza, że znajomość wzorów wyładowań neuronów kodujących miejsca pozwala przewidzieć miejsce pobytu zwierzęcia (za: rys. 2 z: Wilson i McNaughton, 1993, s. 1057)

Nie doprowadziło to wcale do oduczenia się już zapamiętanych relacji przestrzennych w starej części klatki: w czwartej fazie eksperymentu, to znaczy po ponownym zamknięciu przegrody i dziesięciominutowym pobycie w starej części klatki, prawie nie wystąpiły różnice w stosunku do fazy pierwszej. Stare reprezentacje wciąż istniały. Dzięki nim zwierzęta orientowały się w terenie i, tak jak uprzednio, informacje o aktywności neuronów pozwalały przewidzieć, w jakim miejscu zwierzę się znajduje.

Podsumujmy: kiedy zwierzęta wkraczały na nowy teren, w neuronach hipokampa nie istniały odpowiadające mu reprezentacje. Nowe doświadczenia w nowej części klatki powodowały jednak bardzo szybkie zmiany w hipokampie zwierząt, których wynikiem były powstające w ciągu kilku minut reprezentacje otoczenia.

Wzrost neuronów odpowiadających za miejsca i słówka

Dane na temat reprezentacji szczegółów w hipokampie dotyczą także ludzi. Ktoś, kto znajduje się na przykład w labiryncie i poszukuje wyjścia, musi bardzo szybko wytworzyć wyobrażenie miejsca, które go otacza. Dzięki badaniu aktywności mózgowej zdrowych osób próbujących się odnaleźć w wirtualnym labiryncie mogliśmy pokazać, że podczas owego odnajdowania się hipokamp rzeczywiście jest aktywny (rys. 2.5).

Londyńscy taksówkarze mają nieco większy hipokamp niż przeciętny człowiek. Dlaczego tak się dzieje, nie daje się jednak wyjaśnić jedynie na podstawie następującego związku: może być tak, że u niektórych ludzi hipokamp jest większy (tak, jak niektórzy mają dłuższe nogi niż inni), w związku z czym te osoby mają lepszą orientację w terenie i dlatego właśnie są w stanie sprostać wymaganiom stawianym taksówkarzom w Londynie (tak, jak długonogi może odnosić sukcesy w sprincie). Ale może być też tak, że hipokamp londyńskich taksówkarzy jest bardzo mocno eksploatowany i dlatego rośnie (tak, jak rośnie mocno trenowany mięsień). Tej drugiej możliwości jeszcze parę lat temu w ogóle nie brano by pod uwagę, gdyż uznawano za udowodnione, iż komórki nerwowe się nie dzielą i w związku z tym mózg jest narządem bardzo statycznym. Jak dziś wiemy, takie podejście jest błędne. I właśnie w związku z hipokampem dokonano w ciągu ostatnich pięciu lat[9] ważnych odkryć.

W 1997 roku wykazano na myszach, że również u dorosłych osobników powstają w hipokampie nowe komórki nerwowe, ale dzieje się tak tylko wtedy, gdy zwierzęta przebywają w ciekawym otoczeniu (Kempermann i in., 1997). Już rok później wykazano tworzenie się nowych neuronów w mózgu człowieka (Ericksson i in., 1998), a jeszcze rok później rozpoczęto ostrożne dyskusje nad rolą tych zjawisk w procesach uczenia się (Gould i in., 1999, patrz też: Unger i Spitzer, 2000). W roku 2000 pokazano po raz pierwszy u ptaków śpiewających, że po zniszczeniu „ośrodka śpiewu” nowe neurony potrafią wykonać śpiewanie melodii, czyli spełniać funkcję poprzednio istniejącą (Scharff i in., 2000; streszczenie w: Spitzer, 2000). Jeszcze rok później pierwszy raz pokazano na szczurach, że zupełnie normalne procesy uczenia się mogą zachodzić jedynie wtedy, gdy w hipokampie powstają nowe komórki nerwowe (Shors i in., 2001; streszczenie w: Spitzer, 2002b).

W obliczu tych odkryć nie powinno dziwić, że rozpoczęto intensywne poszukiwania wzrostu neuronów także w korze mózgu. Zgodnie z dokładnymi badaniami, prowadzonymi przez grupę roboczą skupioną wokół Pasko Rakica, tak jednak nie jest (Kornack i Rakic, 2001).

Rysunek 2.5

Aktywacja hipokampa podczas poszukiwania wyjścia z wirtualnego labiryntu (Groen i in., 2000). Mężczyźni, średnio, radzą sobie z tym zadaniem lepiej niż kobiety. Do rozwiązania zadania posługują się głównie hipokampem (zdjęcia u dołu), natomiast kobiety rozwiązują zadanie przede wszystkim za pomocą prawej kory czołowej i ciemieniowej (u góry)

Te fakty sugerują, że hipokamp rośnie zależnie od doświadczeń i funkcjonuje tym lepiej, im bardziej jest wykorzystywany. A więc jest prawdopodobne, że powiększenie się hipokampa u londyńskich taksówkarzy wiąże się z koniecznością znajdowania drogi w niezwykle skomplikowanym układzie ulic.

Nie trzeba koniecznie badać miejsc i labiryntów, by dowiedzieć się czegoś o reprezentacjach w hipokampie. Niektórym ludziom z guzami w obrębie hipokampa na krótko przed operacją umieszcza się w tej strukturze mózgu cieniutkie elektrody. Można za ich pomocą mierzyć aktywność komórek nerwowych, co pozwala na lepsze zaplanowanie operacji. Oczywiście można by tych pacjentów umieścić w labiryncie, by oznaczyć komórki miejsca w hipokampie. Ale to nie jest wcale konieczne. Miejsca są jedynie szczególnym przypadkiem pojedynczych zdarzeń. Każda inna pojedyncza informacja może równie dobrze zostać wykorzystana w celu sprawdzenia funkcji hipokampa. Proszono tych pacjentów, by nauczyli się na pamięć przypadkowo dobranych par wyrazów. Użyto do tego metody stosowanej w psychologii od ponad stu lat (rys. 2.6).

W zasadzie sytuacja, w której musimy się nauczyć dwóch niepowiązanych ze sobą wyrazów, odpowiada uczeniu się słówek obcego języka, przynajmniej wtedy, gdy wkuwamy je po raz pierwszy. Dzięki takiemu schematowi eksperymentalnemu można było u tych pacjentów wykazać, że na podstawie aktywności neuronów hipokampa da się przepowiedzieć, czy pacjent zna słowo do pary, czy nie. Innymi słowy: bardzo podobnie, jak w eksperymencie z udziałem zwierząt, gdzie przepowiadano miejsce pobytu zwierzęcia w klatce na podstawie aktywności neuronów, można u człowieka z aktywności neuronowych reprezentacji w hipokampie wyczytać, czy ktoś się danego słówka nauczył, czy nie. W ten sposób udowodniono, że nowo wyuczone treści są reprezentowane w hipokampie i że te reprezentacje mogą się wytworzyć w bardzo krótkim czasie.

Tabela 2.1

Historia poznania wzrostu neuronów. Do lat dziewięćdziesiątych panowała ogólna zgoda co do tego, że neurony są tkanką postmitotyczną. Uznawano to za jednoznaczne z poglądem, że nie istnieje możliwość odrastania komórek nerwowych w mózgach dorosłych osobników (gryzoni, naczelnych, z człowiekiem włącznie)

Rok

Autor/źródło

Tytuł/odkrycie

1997

Kempermann i in. „Nature”

W hipokampie dorosłych myszy dochodzi do wzrostu

neuronów

1998

Ericksson i in. „Nature Medicine”

W hipokampie dorosłych ludzi dochodzi

do wzrostu neuronów

1999

Gould i in. „Trends in Cognitive

Nowo powstające neurony mogą odgrywać rolę

Sciences”

w procesach uczenia się

2000

Scharff i in. „Neuron”

Nowo powstające neurony odgrywają istotną rolę

w ponownym nabywaniu zdolności utraconych

na skutek obumarcia neuronów

2001

Shors i in. „Nature”

Nowo powstające neurony odgrywają ważną rolę

w procesach uczenia się zachodzących w hipokampie

2001

Rakic „Science”

W korze nie zachodzi wzrost neuronów

Rysunek 2.6

Mnemometr (na środku) Hermanna Ebbinghausa (po lewej): Materiałem do nauczenia się są niezwiązane ze sobą pary wyrazów. W każdej próbie sprawdza się, ile par zostało zapamiętanych. Dzięki temu można wykreślać krzywe uczenia się (po prawej), pokazujące prędkość uczenia się. Te krzywe charakteryzują się określonym kształtem, znanym od ponad stu lat dzięki przełomowym badaniom niemieckiego psychologa Ebbinghausa. Od tamtej pory wiadomo też, że osoby starsze uczą się wolniej, osoby młodsze szybciej oraz że to, w jakim stanie znajduje się człowiek, jego motywacja i inne zmienne osobowościowe, wpływa na proces uczenia się

Wykrywacz nowości

Wielokrotnie już mówiliśmy: kiedy tylko uczymy się jakiegoś szczegółu, hipokamp bierze w tym udział. Struktura ta bywa także nazywana wykrywaczem nowości (ang. novelty detector), ponieważ jest nastawiona szczególnie na jedno: na nowość. Hipokamp identyfikuje nowości jako takie, bo są w nim zmagazynowane znane zdarzenia i jest w stanie szybko ocenić każde nowe doświadczenie ze względu na to, czy jest mu ono znane, czy nie. Jeśli dana rzecz jest znana, nie musi się nią dalej zajmować. Jeśli jest jednak nieznana, ocenia ją, wspomagając się innymi strukturami mózgowymi (spełniającymi określone funkcje), odgrywającymi tu pewną rolę (patrz rozdział 8, 9 i 10).

Jeśli hipokamp ocenił jakąś rzecz jako nową i ciekawą, zabiera się do magazynowania, to znaczy tworzy jej neuronową reprezentację. Z tego wynika, że rzecz musi być stosunkowo nowa i ciekawa, by nasza szybko ucząca się struktura mózgowa ją przyswoiła lub wsparła przyswojenie.

Czy z tego nie wynika, że nauczyciele powinni się szkolić w sztuce prezentacji zdarzeń, czyli w przedstawianiu faktów jako nowych tak, aby te fakty zostały szybko przyjęte przez uczniowskie hipokampy? – Tak i nie! W szkole uczymy się bowiem znacznie więcej, niż tylko pojedynczych zdarzeń. W szkole w żadnym razie nie chodzi tylko o nowości, pojedyncze fakty, co pokażemy w kolejnych rozdziałach. Dlatego nauczyciel wcale nie musi pędzić od jednego wydarzenia do następnego, jeszcze nowszego, by dobrze wykonywać swoją pracę.

Historie

Dobry nauczyciel będzie opowiadał historie. Opowieść o World Trade Center znamy wszyscy, a jeśli nauczyciel potrafi dobrze opowiadać, poznamy jeszcze więcej historii i poprzez te historie poznamy historię. Wkuwanie dat („siedem – pięć – trzy: pow-staje Rzym”, „trzysta trzydzieści i trójka – pod Issos była bójka” itp.) nie ma sensu tak długo, jak długo nie znamy kulis wydarzeń. Dopiero opowieść o wychowanym przez filozofa Greku, który z maleńką armią pokonał olbrzymie mocarstwo, sprawi, że data ożyje[10].

Historie nas poruszają, nie fakty. Historie zawierają fakty, ale fakty mają się do opowieści jak szkielet do całego człowieka. Ten, kto sądzi, że w uczeniu się chodzi o wkuwanie faktów, całkowicie się myli; szczegóły mają sens tylko w kontekście, i to właśnie kontekst i sens sprawiają, że szczegóły stają się ciekawe. I tylko wtedy, gdy fakty są w tym sensie ciekawe, pozostaną w naszej pamięci.

Przypisy

[1] Uczymy się nie dla szkoły, lecz dla życia (Seneka Mł. Listy, 106) (przyp. tłum).

[2] Program Międzynarodowej Oceny Umiejętności Uczniów OECD PISA (Programme for International Student Assessment). Polska także uczestniczy w programie.

[3] Odpowiednik polskiego kuratorium (przyp. tłum.).

[4] Wyższa izba parlamentu niemieckiego (przyp. tłum.).

[5] W języku polskim „wbijamy coś komuś do głowy”, w języku niemieckim „wlewamy za pomocą lejka”. Pojęcie „lejka mądrości” wprowadził do literatury norymberskiej prawdopodobnie po raz pierwszy Michael Stifels w książce Deutsche Arithmetik. Od tej pory idea lejka, przez który można wlać wiedzę do głowy, pojawia się dość często. W 1647 roku senator norymberski Georg Philipp Harsdörffer wydał podręcznik poezji Poetischer Trichter. Die Teutsche Dichtund Reimkunst, ohne Behuf der lateinischen Sprache in VI Stunden einzufliessen (Lejek poetycki. Jak opanować w sześć godzin sztukę tworzenia niemieckiej poezji bez odwoływania się do łaciny). Praca ta z czasem zaczęła być nazywana lejkiem norymberskim i to dzięki niej pojęcie nabrało swojego znaczenia i sławy w Niemczech. W bibliotece miasta Norymberga znajdują się graficzne przedstawienia tej idei; najstarszy miedzioryt, przedstawiający trzech mężczyzn wlewających czwartemu, leżącemu na ziemi, wszelaką wiedzę, pochodzi z XVII wieku (przyp. tłum).

[6] W rozdziale pt. „The Awful German Language” wydanej w 1880 roku książki A Tramp Abroad Mark Twain uskarża się na nieprzeciętną długość zdań niemieckich utrudniającą zrozumienie (przyp. tłum.).

[7] Owoce drzewa buku (przyp. tłum.).

[8] Przewlekła postępująca padaczka częściowa ciągła wieku dziecięcego (przyp. tłum.).

[9] Książka po raz pierwszy ukazała się w 2002 roku (przyp. tłum.).

[10] Wychowany przez Arystotelesa Aleksander III Wielki, zwany też Macedońskim, wyrusza z 35-tysięczną armią przeciw Persom; po przekroczeniu gór Taurus, jesienią 333 roku p.n.e. pod Issos pokonuje wojska Dariusza III Kodomanusa (przyp. tłum.).