Книга: Тайная жизнь мозга. Как наш мозг думает, чувствует и принимает решения
Назад: Что происходит в мозге, когда мы видим сны; можно ли расшифровывать сновидения, управлять и манипулировать ими?
Дальше: Глава 6. Просвещенный мозг
Глава 5. Мозг постоянно изменяется
Что делает наш мозг более или менее предрасположенным к переменам?
Правда ли, что гораздо труднее учиться новым вещам, например, иностранному языку или игре на музыкальном инструменте, когда мы становимся старше? Почему некоторым из нас легко дается музыка, а другим трудно? Почему все мы учимся говорить естественным образом, но многие из нас сражаются с правилами арифметики? Почему так легко учить одни вещи и так трудно – другие?
В этой главе мы рассмотрим историю обучения и усвоения знаний, расскажем о мнемонических приемах, о радикальных изменениях мозга, когда мы учимся читать, и о способности мозга к изменению.
Добродетель, обучение, память и забвение
Платон рассказывает, как он гулял по Афинам V века до нашей эры вместе с Сократом и Меноном, горячо спорившими о добродетели. Можно ли научиться этому? И если да, то каким образом? Посреди дискуссии Сократ выдвинул феноменальный аргумент: добродетели нельзя научиться. Более того, вообще ничему нельзя научиться. Каждый из нас уже обладает любым знанием, поэтому обучение на самом деле означает воспоминание. Это смелое и красивое предположение включено в разные варианты учения Сократа и до сих пор повторяется в классных комнатах по всему миру.
Великий античный философ ратовал за интуитивную форму обучения. Оно заключается не в передаче знаний, а скорее в том, что учитель помогает ученикам осознать и выразить те знания, которые у них уже есть. Это одно из центральных положений философии Сократа. Согласно ему, при рождении каждого человека одна из множества душ, блуждающих в царстве богов, снисходит в телесную оболочку новорожденного. По пути она пересекает реку Лету и забывает все, что знала раньше. Все начинается с забвения. Путь жизни и педагогики – это непрерывное вспоминание того, что мы забыли, когда пересекли Лету.
Сократ сказал Менону, что даже самый невежественный раб знает таинства добродетели и самые изощренные элементы геометрии и математики. Когда Менон выказал недоверие, Сократ предложил разрешить спор экспериментальным путем.
Универсальные основы мышления
Менон позвал одного из своих рабов, который неожиданно стал главным героем первого эксперимента в истории просвещения. Сократ нарисовал квадрат на песке и задал ряд вопросов. Математика считалась одним из самых утонченных достижений древнегреческой мысли, а ответы раба были основаны на здравом смысле и интуиции того времени.
В первой задаче Сократ спросил: «Как я должен изменить длину сторон, чтобы площадь квадрата удвоилась? Думай быстро и говори, что пришло в голову, не вдаваясь в долгие размышления». Раб именно так и поступил, когда ответил: «Я бы просто удвоил длину сторон». Тогда Сократ начертил на песке новый квадрат, и раб обнаружил, что он состоит из четырех квадратов, идентичных первому.
Так раб узнал, что при удвоении длины сторон квадрата его площадь увеличивается в четыре раза. Потом Сократ продолжил игру в вопросы и ответы. По ходу дела, отвечая на основе уже усвоенных знаний, раб формулировал интуитивные догадки о принципах геометрии. Он учился на своих ошибках и исправлял их.
Ближе к концу диалога Сократ начертил на песке новый квадрат, каждая сторона которого была диагональю первого.
Теперь раб ясно увидел, что новый квадрат состоит из четырех треугольников, а первый – только из двух.
«Ты согласен, что это сторона квадрата с площадью вдвое больше первого?» – спросил Сократ.
Раб ответил утвердительно и сформулировал основу теоремы Пифагора о квадратичной связи между сторонами и диагональю. Всего лишь отвечая на вопросы, он в общих чертах понял одну из наиболее известных в западной культуре теорем.
«Что ты думаешь, Менон? – спросил Сократ. – Раб высказывал мнения, которые не принадлежат ему самому?»
«Нет», – ответил Менон.
Психолог и просветитель Антонио Баттро понял, что этот диалог заложил основу беспрецедентного эксперимента об интуитивных догадках, которые существуют столетия и тысячелетия. Я провел такой эксперимент вместе с моей студенткой, биологом Андреа Голдин. Мы задавали вопросы Сократа детям, подросткам и взрослым, и их ответы были почти идентичными спустя 2500 лет после первоначального эксперимента. Мы очень похожи на древних греков; мы правильно делаем одни и те же вещи и совершаем такие же ошибки. Это говорит о существовании линий мышления, которые укоренены так глубоко, что они почти без изменений путешествуют во времени через разные культуры.Не имеет значения, происходил ли диалог Сократа с рабом на самом деле. Вероятно, это лишь умозрительная конструкция самого Сократа или Платона. Однако мы доказали, что в наше время может происходить точно такой же диалог. Встречаясь с подобными вопросами, люди реагируют так же, как раб, который жил за тысячи лет до них.
Цель моего эксперимента заключалась в исследовании истории человеческого мышления и проверке гипотезы, согласно которой простые математические догадки, высказанные в Афинах в V веке до нашей эры, совпадают с догадками учеников XXI века из Южной Америки и других регионов мира.
Андреа руководствовалась другой целью. Она хотела понять, каким образом наука может улучшить процесс образования (ее мотивация передалась и мне в ходе совместной работы). Это привело ее к совершенно другим вопросам. Был ли диалог на самом деле таким эффективным? Можно ли считать ответы на вопросы хорошей формой обучения?
Иллюзия открытия
Андреа предложила после окончания диалога показывать ученикам новый квадрат другого цвета и другого размера и предлагать им нарисовать еще один квадрат вдвое большей площади. Мне казалось, что задача слишком простая, и я предложил усложнить ее. Могут ли ученики распространить правило на новые формы, например, на треугольники? Могут ли они нарисовать квадрат, площадь которого будет вдвое меньше (а не больше) первоначального квадрата?К счастью, Андреа настояла на своем. Как она и предполагала, около половины участников не справились с упрощенным заданием. Они не смогли воспроизвести то, что казалось уже усвоенным знанием. Что же произошло?
Первый ключ к разгадке уже появлялся в этой книге; во многих случаях наш мозг обладает информацией, которую он не может выразить или продемонстрировать явным образом. Это все равно что слово, которое вертится на кончике языка. Поэтому возможно, что информация уже была приобретена в ходе диалога, но не таким образом, чтобы ее можно было высказать и использовать.
Понять этот механизм можно с помощью примера из повседневной жизни. Допустим, кого-то время от времени подвозят по пути в одно и то же место. Однажды этому человеку приходится сесть за руль и самому проехать по маршруту, по которому его возили уже сто раз… но оказывается, что он не знает, куда ехать. Дело не в том, что раньше он был невнимательным или не смотрел на дорогу. Процесс закрепления знаний нуждается в практике. Этот аргумент занимает центральное место в проблеме образования: одно дело усвоить знания как есть, но совсем другое – применить их на практике. Второй пример – обучение техническим навыкам, вроде игры на гитаре. Мы наблюдаем за учителем и ясно видим, как он ставит пальцы, чтобы извлечь аккорд, но когда наступает наша очередь, мы не можем сделать то же самое.
Анализ сократовского диалога показывает, что для усвоения понятий необходима такая же обширная практика, как и для процедурного обучения (чтения, игры на инструменте, управления автомобилем). Но есть и важное отличие. Обучаясь играть на музыкальном инструменте, мы сразу понимаем: одного наблюдения недостаточно. А вот при усвоении понятий и учитель, и ученик полагают, что можно без труда принять хорошо сформулированный аргумент. Это иллюзия. Для обучения понятиям необходима кропотливая практика, как и при обучении машинописи.
При дальнейшем изучения диалога Сократа и Менона обнаружилась педагогическая катастрофа. Процесс обучения по Сократу выглядит очень приятным для учителя. Ответы учеников кажутся очень удачными. Но во время экзамена результаты далеко не всегда оказываются удовлетворительными. Моя гипотеза состоит в том, что образовательный процесс иногда дает сбой по двум причинам: отсутствие практики в использовании приобретенных знаний, и фокус внимания, который должен быть направлен не на мелкие и известные факты, а на возможность их сочетать ради нового понимания. Мы уже обозначили первый аргумент и подробно изучим его на следующих страницах. Краткое изложение второго можно найти в педагогической практике.
Помимо демографических, экономических и социальных факторов, имеющих важное значение, есть страны, в которых обучение математике работает лучше, чем в других. К примеру, в Китае ученики усваивают больше ожидаемого (на основании ВВП и других социально-экономических переменных), а в США – меньше. Как объяснить эту разницу?
В США во время решения сложных примеров на умножение, например 173×75, учителя обычно спрашивают у детей уже известные вещи: «Сколько будет 5×3?» И все хором отвечают: «Пятнадцать». Это приятно, потому что ученики знают правильный ответ. Но ловушка заключается в том, что детей не учат порядку действий. Почему надо начинать с 5×3 и переходить к 5×7, а не наоборот? Как следует сочетать фрагменты информации и разработать план для пошагового решения проблемы 173×75?
Ту же ошибку мы находим в диалоге Сократа. Раб Менона не смог бы начертить диагональ своей рукой. Секрет решения проблемы не в осознании того, как подсчитать треугольники, когда диагональ уже проведена. Ученик должен сам прийти к идее, что для решения проблемы нужно думать о диагонали. Педагогическая ошибка заключается в том, что внимание ученика привлекается к фрагментам уже решенной задачи.
Когда в Китае школьникам предлагают умножить 173 на 75, учитель спрашивает: «Как вы собираетесь решить этот пример? С чего нужно начинать?» Вопрос о неизвестном сразу же выводит учеников из зоны комфорта. Им нужно придумать, как разделить это сложное вычисление на ряд шагов: сначала умножить 5 на 3, потом 5 на 70, и так далее. Это заставляет их прилагать усилия и совершать ошибки, которые можно исправить.
Два метода преподавания совпадают в том, что они основаны на вопросах. Но в первом случае вопросы относятся к уже известным фрагментам знаний, а во втором – к методу объединения этих фрагментов.
Строительные леса обучения
Исследуя современные ответы на диалог с рабом Менона мы обнаружили нечто странное. Те, кто дословно следовал инструкциям диалога, учились хуже, а те, кто пропускал некоторые вопросы, – лучше. Большое количество инструкций усложняло обучение. Каково решение этой загадки?
Мы нашли ответ в исследовательской программе, подготовленной психологом и педагогом Даниэлой Макнамара для определения удобочитаемости текстов. Ее проект, чрезвычайно влиятельный в академической среде и педагогической практике, показывает, что решающие факторы обучения не соответствуют традиционным представлениям (внимание, интеллект, усидчивость). Первостепенное значение имеет то, что читатель уже знает о предмете, прежде чем приступить к чтению.
Это привело нас к выводам, отличающимся от общепринятой учебной практики: провалы в обучении не зависят от рассеянности или недостатка внимания. Ученики, не имеющие почти никаких знаний о предмете, могут сосредоточенно изучать диалог, но их внимание сфокусировано на каждом шаге: они видят деревья, но не видят лес. Тем ученикам, чьи предыдущие знания приближают их к решению, не нужно концентрировать внимание на каждом этапе.
Так мы с Андреа сформулировали на первый взгляд парадоксальную гипотезу: те, кто более внимателен и прилежен, узнают меньше. Для проверки мы устроили новаторский эксперимент, – первую одновременную запись мозговой активности, когда один человек выступал в роли ученика, а другой в роли учителя.
Разумеется аргумент «больше внимания – меньше обучения» не всегда верен. При равных изначальных знаниях более внимательные достигают лучших результатов. Но здесь, как и во многих других школьных диалогах, выясняется, что усилия обратно пропорциональны уже имеющимся знаниям. Ученики с меньшими знаниями подробно разбирают диалог шаг за шагом. Другие пропускают целые части, так как уже знакомы с многими деталями. Путь можно считать усвоенным, когда человек способен пройти по нему, не останавливаясь на каждом шагу.
Эта идея тесно связана с понятием зоны ближайшего развития, описанным великим русским психологом Львом Выготским в 1920-х годах и оказавшим большое влияние на педагогику. Выготский утверждал, что необходима разумная дистанция между тем, что ученики способны сделать самостоятельно, и требованиями наставника. Далее мы вернемся к этой идее и рассмотрим, как можно уменьшить разрыв между учителями и учениками, позволяя детям выступать в роли педагогов. Но сейчас я хочу заглянуть в другое окно, открытое в ходе анализа диалога Сократа: обучение, старание и выход из зоны комфорта.
Старание и талант
Мы интуитивно чувствуем, что немногие люди, виртуозно владеющие гитарой, опираются на некое сочетание биологических и культурных факторов. Но для понимания того, как эти элементы взаимодействуют друг с другом, и самое главное, для использования этого знания при обучении и преподавании, нужно разделить общую концепцию на несколько частей.
Представление о том, что генетические факторы определяют максимальный уровень мастерства для каждого из нас, глубоко укоренено в человеческом сознании. Иными словами, каждый может достичь определенного уровня в музыке или футболе, но лишь немногие виртуозы поднимаются на уровень Жуана Жильберто, или Лионеля Месси. Великие таланты рождаются, а не создаются. Их коснулись волшебной палочкой, они обладают врожденным даром.
Мысль о том, что все мы движемся по сходной траектории обучения, но потолок возможностей зависит от биологической предрасположенности, была впервые высказана в 1869 году Фрэнсисом Гальтоном, одним и самых разносторонних и плодовитых британских ученых. Наиболее очевидный пример – физическая предрасположенность к чему-либо. У высокого человека гораздо больше шансов стать профессиональным баскетболистом. Трудно дорасти до великого тенора, если человек родился без соответствующего голосового аппарата.
Идея Гальтона интуитивно проста, но не соответствует действительности. Подробно исследуя, как великие мастера приобрели свои навыки, и не поддаваясь искушению общих выводов, больше основанных на мифах, мы видим, что первые две предпосылки в корне неверны. Верхний предел обучения не настолько генетически обусловлен, зато путь к этому пределу в определенной степени зависит от генетики. Генетика присутствует в обоих случаях, но нигде не является решающим фактором.
Способы обучения
Великий нейропсихолог Ларри Скуайр разработал классификацию, разделяющую обучение на две категории. Декларативное обучение происходит на сознательном уровне и может быть объяснено словами. Хороший пример такого обучения – правила игры. Когда они усвоены, их можно объяснить (описать) новому игроку. Интуитивное обучение включает навыки и привычки, обычно усваиваемые на неосознанном уровне. Есть виды знания, которые трудно выразить в языковой форме и объяснить другому.
Наиболее внутренние, интуитивные способы обучения действуют на таком глубоком бессознательном уровне, что мы даже не замечаем, что чему-то научились. К примеру, мы учимся видеть. Мы легко можем распознать эмоцию человека по выражению его лица, но не в состоянии описать это знание, чтобы создать механизмы, имитирующие этот процесс. Большинство людей обладает врожденной способностью видеть, и ее утрата порой порождает поэтические образы. Уругвайский автор Эдуардо Галеано написал: «Море было таким необъятным и сияющим, что мальчик был потрясен его красотой. Когда он наконец смог говорить, то обратился к отцу, дрожа и запинаясь. «Помоги мне видеть!» – попросил он». Нечто похожее происходит, когда мы учимся ходить или сохранять равновесие. Эти способности настолько присущи нам, что кажется, будто они были всегда.
Эти две категории полезны при исследовании обучения, но важно понимать их абстрактность и неизбежное преувеличение; в реальной жизни обучение почти всегда бывает частично декларативным и частично интуитивным.
К примеру, учиться ходить – это интуитивная и процедурная форма обучения. Она не требует инструкций или объяснений и медленно усваивается в ходе долгой практики. Однако многие аспекты можно контролировать сознательно. То же самое происходит с дыханием – по сути, неосознанным процессом. Было бы неразумно отвлекать драгоценное осознанное внимание на непроизвольный процесс, остановка которого грозит смертью. Но в какой-то мере мы можем сознательно контролировать ритм, глубину и поток дыхания. Эта телесная функция, охватывающая сознание и бессознательное, используется в медитативной практике и других упражнениях, где мы учимся направлять осознанное внимание на новые предметы.
Как мы убедимся в дальнейшем, установка связи между интуитивными и декларативными процессами служит ключевым фактором всех способов обучения.
Порог одобрения
Порог одобрения – фундаментальное понятие, описывающее способность к улучшению результатов. Это уровень, на котором нам кажется, что все обстоит хорошо. К примеру, когда люди учатся печатать на клавиатуре, они начинают с визуального поиска каждой буквы, что требует больших усилий и сосредоточенности. Как и раб Менона, они уделяют внимание каждому шагу. Но потом им начинает казаться, будто их пальцы обретают собственную жизнь. Когда мы печатаем вслепую, наши мысли витают где-то еще: мы размышляем над текстом, разговариваем с кем-то или предаемся дневным грезам. Любопытно, что, когда мы достигаем этого уровня мастерства, дальнейшего улучшения не происходит, даже если печатать часами. Иными словами, кривая обучения идет вверх, пока не достигает некого значения и стабилизируется на нем. Большинство людей доходит до скорости примерно 60 слов в минуту. Мировой рекорд принадлежит Стелле Пажунас, которая добилась необыкновенной скорости – 216 слов в минуту.
Этот пример вроде бы подтверждает аргумент Гальтона; он утверждал, что у каждого из нас есть врожденный потолок возможностей. Однако с помощью постоянной и методичной тренировки можно значительно улучшить свой результат. На самом деле мы останавливаемся очень далеко от нашей максимальной производительности, когда уже получаем пользу от усвоенного знания и не стремимся к дальнейшему обучению. Это зона комфорта, где мы находим благоразумное равновесие между желанием совершенствоваться и усилиями, которые от нас понадобятся. Это и есть порог одобрения.
История эффективности
Пример с обучением печатанью подходит почти для всех предметов обучения. Большинство из нас помнят, как они учились читать. После интенсивных занятий в школе многим это давалось быстро и почти без усилий. Мы глотаем одну книгу за другой, не стараясь читать быстрее. Но если возобновить постоянные и методичные упражнения, то можно значительно увеличить скорость чтения, сохраняя понимание прочитанного.
История обучения в каждом поколении воспроизводится в культуре и спорте. В начале XX века лучшие бегуны достигли необыкновенного результата, пробегая марафон за два с половиной часа. В начале XXI века этого было мало даже для того, чтобы пройти квалификационный отбор на Олимпийские игры.
Разумеется, это касается не только спорта. Некоторые сочинения Чайковского были настолько сложными с технической точки зрения, что их никогда не исполняли. Скрипачи того времени полагали, что это невозможно. В наши дни эти сочинения все еще считаются трудными, но многие скрипачи исполняют их.
Почему теперь нам доступны результаты, которые раньше считались недостижимыми? Может быть, как предполагает гипотеза Гальтона, изменилась биология нашего организма – то есть наши гены? Разумеется, нет. За семьдесят лет человеческая генетика, в сущности, не претерпела никаких изменений. Может быть, дело в радикальном изменении технологии? Ответ снова отрицательный. Вероятно, это касается не всех дисциплин, но современный марафонец в кроссовках столетней давности и даже босиком может показать время, которое сто лет назад казалось невероятным. Точно так же, современный скрипач готов исполнить произведения Чайковского на инструментах того периода.
Это наносит смертельный удар по гипотезе Гальтона. Пределы человеческого мастерства не обусловлены генетически. Современные скрипачи способны исполнять эти произведения, потому что посвящают больше времени своим занятиям. Изменился уровень, на котором они чувствуют, что цель достигнута, и, кроме того, улучшились способы профессиональной подготовки. Это хорошая новость; она означает, что мы можем опираться на лучшие примеры в стремлении к будущим целям, которые сегодня представляются немыслимыми.
Боевой дух и талант: две ошибки Гальтона
Когда мы оцениваем спортсменов, то обычно отделяем дух соперничества от их таланта, как будто это две разные категории. В мире есть теннисисты вроде Роджера Федерера, которые обладают талантом, и подобные Рафаэлю Надалю, которые по большей части вдохновляются духом соперничества. Типичный наблюдатель смотрит на обладателей врожденного таланта с отстраненным уважением, восхищаясь их природным даром как божественной привилегией. Боевой дух кажется более человечным, так как ассоциируется с волей и ощущением, что каждый из нас может его обрести. Это тезис Гальтона: врожденная одаренность определяет потолок таланта, а боевой дух как путь к достижениям через обучение доступен для всех. Тем не менее оба эти предположения ошибочны.
На самом деле способность выкладываться на спортплощадке в большой степени определяется генетическими особенностями организма. Это свойство темперамента, в широком смысле включающего в себя целый ряд черт личности, в том числе эмоциональность и чувствительность, общительность, настойчивость и сосредоточенность. В середине XX века американский детский психиатр Стелла Чесс и ее муж Александр Томас провели исследование, которое стало важной вехой в развитии науки о личности. Как рассказано в фильме Ричарда Линклейтера, они внимательно следили за развитием детей из сотен семей, начиная с рождения до зрелого возраста и измеряя девять черт их темперамента:
(1) Уровень и вид активности.
(2) Степень регулярности питания, особенности сна и бодрствования.
(3) Готовность пробовать что-то новое.
(4) Приспособляемость к изменениям обстановки.
(5) Чувствительность.
(6) Интенсивность и энергичность реакций.
(7) Общий фон настроения – радостный, плаксивый, довольный, неприязненный или дружелюбный.
(8) Степень рассеянности.
(9) Настойчивость.
Исследователи обнаружили, что хотя эти черты не остаются неизменными, они удивительно устойчивы на всем протяжении развития ребенка. Более того, они ярко выражены уже в первые дни жизни. За последние пятьдесят лет основополагающее исследование Чесс и Томаса воспроизводилось с разными изменениями и дополнениями. Вывод оставался неизменным: значительная часть вариативности темперамента, от 20 до 60 процентов, объяснялась генетическим наследием.
Если гены более или менее объясняют половину нашего темперамента, то вторая половина объясняется нашим окружением и социальной средой, в которой мы развиваемся. Но каковы специфические элементы нашего окружения? Из всех когнитивных переменных главный фактор – дом, где растет ребенок. Братья и сестры похожи не только благодаря сходным генам, но и потому, что они выросли на одной детской площадке. Однако бывают исключения. Разные исследования приемных детей и близнецов показывают, что домашняя обстановка оказывает лишь незначительное влияние на развитие некоторых аспектов темперамента.
В поисках природы человеческого альтруизма австрийский экономист Эрнст Фер убедительно доказал это для одной из основополагающих черт: готовности делиться с другими людьми. Когда дети выбирают между возможностью сохранить две игрушки или поровну поделиться с другом (в разных культурах, на разных континентах), то младший обычно менее склонен делиться. Это можно понять; младшие рано усваивают принцип «не попросишь – не получишь». Когда младший ребенок что-то получает, то хранит это при себе, подальше от глаз старших хищников. Родители двух и более детей знают, что атмосфера тревожности, хрупкости и неведения, в которой рос первый ребенок, не повторяется. Поэтому некоторые аспекты поведения младших, в том числе готовность делиться, не особенно зависят от домашней обстановки и скорее усваиваются на других игровых площадках.
Наша экскурсия в область науки о темпераменте проливает свет на причину ошибочности гипотезы Гальтона, которая продолжает существовать в виде популярного мифа. Мы верим, что потенциально можем развить в себе умение выкладываться полностью, – в противоположность таланту, который считается природным даром, доступным лишь немногим избранным. Но в списке черт темперамента, которые мало изменяются в течение жизни, мы находим главные ингредиенты готовности выкладываться: интенсивность и энергичность реакций, общий фон настроения, степень рассеянности, настойчивость и выносливость. Таким образом, эта способность сильно варьирует от одного человека к другому и мало подвержена изменению.
Это объяснение опирается, в основном, на работу Стеллы Чесс и Александра Томаса, которые исследовали стойкость и гибкость разных черт личности, делающих нас такими, какие мы есть. Нам все еще предстоит разобраться, какие аспекты нашего биологического склада, генов и мозга определяют способность выкладываться. По-моему, ответ на этот вопрос пока далеко не полон. Но вскоре мы увидим, что он тесно связан с мотивацией и системой вознаграждения, которые формируют темперамент и становятся ключом к обучению.
Теперь необходимо опровергнуть другой миф. То, что мы считаем талантом, – не врожденный дар, а почти всегда результат упорной работы. Показательный пример в защиту этого аргумента – абсолютный слух: способность распознавать или воспроизводить музыкальную ноту без какой-либо опорной точки. Человека с такой способностью обычно считают музыкальным гением, едва ли не генетически одаренным мутантом вроде Людей Икс из популярных кинофильмов. Замечательная идея… но снова ошибочная.
Абсолютный слух развивается тренировкой, и сделать это может практически каждый. Большинство детей обладает почти абсолютным слухом, но без практики он атрофируется. У детей, которые с раннего возраста начинают учиться музыке, в большинстве случаев развивается абсолютный слух – опять-таки не из-за врожденной одаренности, а благодаря упорной работе.
Диана Дойч, одна из превосходных исследователей связи между музыкой и мозгом, совершила необыкновенное открытие: жители Китая и Вьетнама обладают гораздо более высокой предрасположенностью к абсолютному слуху. В чем причина такого феномена? Оказывается, в мандаринском и кантонском наречии, а также во вьетнамском языке слова изменяют свой смысл в зависимости от тона. К примеру, в мандаринском диалекте звук «ма», произнесенный разным тоном, может означать «мать» или «лошадь», мало того – еще и марихуану. Поэтому тон имеет абсолютную ценность, такую же, как отличие одной музыкальной ноты от другой. У говорящих на китайском возникает повод для усвоения взаимосвязи между конкретным тоном и его смысловым значением, хотя бы для того, чтобы отличать мать от лошади. В других странах такого повода нет или он не так важен. Повод и требования, связанные с усвоением языка, распространяются на музыку; это более простое объяснение, не требующее рассуждений о генетике и гениальности.
Флуоресцентная морковь
Когда я заканчивал докторантуру в Нью-Йорке, мы с друзьями играли в абсурдную игру, пытаясь контролировать температуру на кончиках пальцев. Это достижение нельзя назвать серьезным, но оно демонстрирует важный принцип: мы можем регулировать определенные проявления своей физиологии, которые кажутся неподвластными сознательному контролю. В такие моменты мы представляли себя учениками Чарльза Ксавьера в школе молодых мутантов из фильма «Люди Икс».
Приложив термометр к кончику пальца, я видел, что температура колеблется между 31 и 36 градусами, и попробовал повысить ее. Иногда мне это удавалось, а иногда нет. Эти вариации были случайными и доказывали, что, несмотря на мое желание, температура не поддается осознанному воздействию. Однако через два или три дня таких упражнений произошло нечто удивительное. Мне удалось манипулировать температурой, хотя контроль был несовершенным. Еще через два дня я добился идеального контроля. Я мог менять температуру кончика пальца только силой мысли. Это доступно любому, но процесс обучения остается загадкой. Возможно, я научился расслаблять руку и таким образом изменять силу кровотока. Но я не мог (и до сих пор не могу) точно объяснить, как это получалось.
Эта невинная игра раскрывает основополагающую концепцию многих обучающих механизмов мозга. К примеру, когда младенец пытается двигать рукой, чтобы куда-то дотянуться, он пользуется широким репертуаром нейронных команд. Некоторые из них случайно оказываются эффективными. Это первый ключевой пункт: для выбора эффективных команд необходимо видеть их последствия. Со временем механизм становится более совершенным, и ребенку больше не нужно перебирать все нейронные команды. Мозг создает ожидание успеха для уже выбранных команд, что позволяет ученику заранее оценивать последствия своих действий: например, футболисты не бегут за мячом, если знают, что не успеют догнать его.
Здесь мы подходим ко второму ключевому пункту обучения, известному как ошибка предсказания, которую мы уже обсуждали в главе 2. Мозг вычисляет разницу между ожидаемым и фактически достигнутым. Этот алгоритм позволяет нам совершенствовать моторные механизмы и устанавливать более точный контроль над своими действиями. Так мы учимся играть в теннис или на музыкальном инструменте. Этот механизм обучения настолько эффективен, что стал расхожей монетой в мире автоматов и искусственного разума. Дрон в буквальном смысле учится летать, а робот учится играть в пинг-понг благодаря этой простой и эффективной процедуре.
Сходным образом мы можем научиться управлять всевозможными устройствами с помощью мысли. В недалеком будущем воплощение этого принципа станет очередной вехой в истории человечества. Тело утратит роль необходимого посредника. Достаточно будет захотеть кого-нибудь позвать, чтобы устройство расшифровало мысль и выполнило просьбу без рук или голоса.
Точно так же мы можем расширить наш сенсорный диапазон. Человеческий глаз не чувствителен к цветам, расположенным за фиолетовым цветом, но теоретического предела не существует. Пчелы, например, видят мир в ультрафиолетовом диапазоне. Мы можем использовать фотографию для имитации мира, но отображаемые при этом цвета – очень приблизительное представление о том, что видит пчела. Летучие мыши и дельфины способны слышать звуки, неразличимые для нашего слуха. Ничто не мешает нам когда-нибудь подключить электронные сенсоры, охватывающие огромную часть Вселенной, которая сейчас остается недоступной для наших чувств. Мы можем наполнить себя новыми ощущениями, к примеру, подключив компас прямо к мозгу и чувствуя север так же, как сейчас мы чувствуем холод. Для этого понадобится примерно такой же механизм, как тот, который я описал в игре с температурой на кончиках пальцев. Единственное отличие – в технологии.
Для такой процедуры обучения необходимо умение представлять последствия каждой нейронной инструкции. Расширяя диапазон представлений о вещах, мы также увеличиваем количество вещей, которыми мы способны управлять. Это относится не только к внешним устройствам, но и к внутреннему миру, к нашему собственному телу.
Управление температурой на кончиках пальцев с помощью силы воли – тривиальный пример этого принципа, но он задает необычный прецедент. Можем ли мы научить мозг управлять элементами нашего организма, которые сейчас кажутся совершенно отдельными от сознания? Что, если мы начнем визуально представлять состояние нашей иммунной системы? Что, если у нас появятся зримые образы эйфории, счастья или любви?
Осмелюсь предсказать, что мы сможем улучшить наше здоровье, когда научимся визуализировать аспекты нашей физиологии, которые сейчас остаются невидимыми. Это уже происходит в некоторых конкретных областях. К примеру, появилась возможность визуализировать схему мозговой активности, которая соответствует хронической боли, и, опираясь на эту визуализацию, контролировать и снижать болевые ощущения. В дальнейшем мы сумеем настраивать нашу защитную систему на борьбу с болезнями, которые раньше считались неизлечимыми. Если сосредоточить исследования на этой плодородной территории, то, что сегодня кажется чудесным исцелением, в будущем станет обычной практикой.
Гении будущего
Миф о врожденном таланте основан на редких случаях и исключениях, на историях и фотографиях, где скороспелые гении с невинными юными лицами стоят плечом к плечу со знаменитым представителям мировой элиты. Психологи Уильям Чейз и Герберт Саймон опровергли этот миф, исследовав историю великих шахматных гениев. Никто из них не достиг выдающегося мастерства, пока не потратил минимум десять тысяч часов на подготовку. То, что считалось ранней гениальностью, на самом деле базировалось на интенсивной и специализированной тренировке с очень юного возраста.
Прочный круг устроен примерно так: родители маленького Икса убеждают себя в том, что их отпрыск – скрипичный виртуоз. Они вселяют в ребенка уверенность и мотивацию, поэтому Икс делает большие успехи, и его начинают считать молодым талантом. Вести себя с человеком так, словно он талантлив, – эффективный способ сделать его таковым. Похоже, что это самосбывающееся пророчество. Но оно гораздо тоньше, чем простой философский аргумент вроде «Я мыслю, следовательно, я существую». Пророчество приводит в действие ряд процессов, поддерживающих наиболее трудный аспект обучения: способность прикладывать монотонные усилия, необходимые для осознанной практики.
Этому противоречат наиболее яркие исключения. К примеру, Месси был неоспоримым футбольным гением уже в очень юном возрасте. Как совместить подробный экспертный анализ развития с тем, что подсказывает наша интуиция?
Во-первых, прилежная тренировка не отменяет наличие определенных врожденных качеств. Заблуждение начинается с уверенности, что в восемь лет Месси еще не был футбольным мастером. Но его футбольный опыт в этом возрасте был богаче, чем у большинства людей на планете. Второе соображение заключается в том, что есть сотни, если не тысячи детей, которые умеют проделывать необыкновенные трюки с футбольным мячом. Но лишь один из них вырастет и станет Лео Месси. Ошибочно полагать, что мы можем предсказать, какие дети будут гениями в будущем. Психолог Андерс Эриксон, наблюдавший за обучением виртуозов в разных дисциплинах, доказал: практически невозможно предвидеть индивидуальные достижения на основе мастерства, проявленного на раннем этапе. Это последний удар по нашим общепринятым представлениям о «взращивании талантов».
Специалист и новичок пользуются совершенно разными способами решения проблем и разными нейронными контурами мозга. Обучение мастерству состоит не в поэтапном улучшении первоначального механизма решения задач. Это происходит гораздо более радикальным образом – путем полной замены существующих механизмов и привычек. Эта идея впервые была угадана в знаменитом исследовании профессиональных шахматистов, проведенном Чейзом и Саймоном.
Время от времени некоторые великие шахматисты прибегают к цирковому трюку: они играют с закрытыми глазами. Мигель Найдорф устроил сеанс одновременной игры на сорока пяти досках с повязкой на глазах. Он выиграл тридцать девять партий, четыре свел вничью и проиграл еще две, побив мировой рекорд для одновременных игр.
В 1939 году Найдорф приехал в Аргентину для участия в шахматной олимпиаде как представитель Польши. Найдорф был евреем, и, когда во время олимпиады началась Вторая мировая война, он решил не возвращаться в Европу. Его жена, ребенок, родители и четверо братьев погибли в концлагере. В 1972 году Найдорф объяснил личные причины своего необычного решения сыграть на 45 досках. «Я сделал это не ради забавы. Я надеялся, что новости об этой игре достигнут Германии, Польши и России и кто-то из моих родственников прочтет их и свяжется со мной». Увы, этого не произошло. В конце концов, величайший из человеческих подвигов – это борьба с одиночеством.
В игре на 45 шахматных досках участвовали 1440 фигур, в том числе 90 королей и 720 пешек. Найдорф одновременно командовал 45 армиями и сражался с завязанными глазами. Разумеется, он должен был обладать необыкновенной памятью и уникальным складом личности. Или нет?
Посмотрев на диаграмму шахматной партии в течение нескольких секунд, гроссмейстер может в точности воспроизвести ее. Без всяких усилий, как будто его руки двигаются сами по себе, гроссмейстер ставит фигуры именно туда, где им полагается быть. Но когда человек, незнакомый с шахматами, сталкивается с подобной задачей, он едва может припомнить расположение четырех или пяти фигур. Возникает впечатление, что шахматные мастера обладают лучшей памятью, но это не так.
Чейз и Саймон доказали это, пользуясь шахматными диаграммами, где фигуры были расставлены на доске в случайном порядке. В таких обстоятельствах шахматисты могли запомнить расположение лишь нескольких фигур, как и обычные люди. Они не обладают необыкновенной памятью. Скорее это развитая с помощью упражнений способность создавать устное или визуальное описание абстрактной проблемы. Она относится не только к шахматам, но и к любой другой области человеческих знаний. Например, каждый может запомнить песню Beatles, но едва ли вспомнит фразу оттуда, составленную из слов, выстроенных в случайном порядке. Теперь попробуйте запомнить это предложение, оно длинное, но не сложное. И: Предложение но длинное сложное оно теперь попробуйте не запомнить это. Песню легко запоминать, потому что музыка и текст в ней создают историю. Мы не запоминаем ее дословно, но помним сочетание слов и музыки.
Будучи наследниками Сократа и Менона, Чейз и Саймон внесли свой вклад на пути к познанию и добродетели. Секрет, как мы убедимся дальше, заключается в перестройке старых нейронных контуров, чтобы приспособить их к новым функциям.
Дворец памяти
Мнемонические навыки часто путают с гениальностью. Того, кто жонглирует шариками, называют жонглером, но того, кто жонглирует воспоминаниями, почему-то считают гением. На самом деле они не слишком отличаются друг от друга. Мы учимся развивать память так же, как учимся играть в теннис, по рецепту, который уже обсуждался: практика, настойчивость, мотивация и визуализация.
Когда книги были редкостью, истории распространялись в устном виде. Чтобы спасти историю от забвения, людям приходилось пользоваться мозгом как хранилищем воспоминаний. В эту эпоху появилась самая популярная мнемоническая техника, называемая «Дворец памяти». Ее создание приписывают Симониду, древнегреческому лирическому поэту с острова Кея. Предание гласит, что Симонид был единственным выжившим при обрушении дворца в Фессалии. Тела были так изуродованы, что казалось почти невозможным распознать их и похоронить надлежащим образом. Могильщиком оставалось лишь полагаться на память Симонида. К своему удивлению он осознал, что хорошо помнит места, где сидел каждый из гостей, когда дворец обрушился. В результате этой трагедии Симонид придумал необыкновенную технику – «Дворец памяти». Он понял, что может запомнить любой произвольный список предметов, если будет визуализировать их в своем «дворце». Это было началом современной мнемотехники.
Создав свой дворец, Симонид выделил уникальную особенность человеческой памяти – все люди обладают великолепной пространственной памятью. Стоит лишь подумать, как много карт и маршрутов (в городах, домах и квартирах, на линиях общественного транспорта и железных дорогах) вы можете вспомнить, не прилагая никаких усилий. Росток этого открытия принес плоды в 2014 году, когда Джон О’Киф и норвежская пара Мей-Бритт и Эдвард Мозер стали лауреатами Нобелевской премии за открытие в гиппокампе системы координат, отвечающей за пространственную память. Эта древняя система еще лучше развита у грызунов, которые превосходно ориентируются в пространстве. Определение положения в пространстве всегда было необходимо для человека, в отличие от названий столиц, чисел и других вещей, к запоминанию которых мозг не был приспособлен в ходе эволюционного развития.
Здесь мы находим важную идею. Лучший способом нашей адаптации к новым культурным потребностям – преобразование структур мозга, которые развивались в другом контексте, для выполнения других функций. «Дворец памяти» – показательный пример этого процесса. Все мы стараемся запоминать числа, имена или списки покупок, зато легко можем вспомнить тысячи улиц, потайные уголки в доме нашего детства, или квартиры наших школьных друзей. Секрет «Дворца памяти» заключается в наведении моста между этими двумя мирами: тем, что мы с трудом пытаемся запомнить, и пространством, где наша память чувствует себя как дома.
Прочитайте этот список и постарайтесь запомнить его в течение тридцати секунд: салфетка, телефон, подкова, сыр, галстук, дождь, каноэ, муравейник, линейка, чай, тыква, мизинец, слон, гриль, аккордеон.Теперь закройте глаза и попытайтесь повторить слова в том же порядке. Это кажется трудным, даже почти невозможным делом. Однако человек, который построил «дворец памяти», что требует нескольких часов труда, легко может вспомнить подобный список. «Дворец» бывает открытым или закрытым, он выглядит как многоквартирный дом или особняк. Вам нужно зайти в каждую комнату, заглянуть во все углы и перебрать объекты из списка. Недостаточно просто назвать их. В каждой комнате нужно создать яркий образ объекта, который находится на своем месте. Образ должен быть эмоционально насыщенным, возможно, окрашенным в сексуальные, непристойные или агрессивные тона. Необычная мысленная прогулка, когда мы заглядываем в каждую комнату и видим странные сцены, изображающие объекты на своих местах, сохранится в нашей памяти гораздо дольше, чем слова.
Хорошая память основана на выборе хороших образов для вещей, которые мы хотим запомнить. Задача запоминания находится где-то посередине между архитектурой, фотографией и дизайном. Память, которую мы обычно воспринимаем как жесткий и пассивный аспект нашего мышления, на самом деле является творческим упражнением.
Таким образом, улучшение памяти не означает увеличения размеров ящика, где хранятся воспоминания. Субстрат памяти – это не мышца, которая растет и укрепляется с помощью упражнений. Когда развитие технологии позволило, Элеонор Макгуайр подтвердила эту предпосылку исследованием нашей «фабрики воспоминаний». Она обнаружила, что мозг великих мастеров мнемоники с анатомической точки зрения неотличим от мозга других людей. Они также не были умнее и не запоминали лучше вещи, в которых специализировались, как это делают шахматные гроссмейстеры. Единственное отличие состояло в том, что они использовали пространственные структуры для хранения воспоминаний. Эти люди смогли преобразовать свои пространственные карты для запоминания произвольных объектов.
Морфология формы
Одно из самых замечательных преобразований головного мозга происходит, когда мы учимся видеть. Это случается на таком раннем этапе жизни, что у нас не остается воспоминаний о том, как мы воспринимали мир, пока не научились различать предметы. Наша зрительная система легко распознает формы и образы в потоке света. Это происходит за крошечную долю секунды, более того – без каких-либо осознанных усилий. Но превращение света в образы – такая трудная задача, что нам только предстоит создать аппараты, которые смогут это делать. Роботы летают в космос, играют в шахматы лучше великих шахматистов и управляют самолетами, но они не могут видеть.
Для понимания того, как мозг решает эту непростую задачу, нам нужно определить границы возможностей зрительной системы и увидеть, где она дает сбой. Рассмотрим простой, но наглядный пример. Когда мы стараемся понять, как мы видим, несколько образов лучше тысячи слов.
Два объекта, изображенные на рисунке внизу, очень похожи. Разумеется, их легко распознать. Но когда они погружены в хаос пунктирных линий происходит нечто необычное. Зрительная система мозга работает двумя совершенно разными способами. Мы прекрасно видим объект, расположенный справа; он как будто другого цвета и бросается в глаза. С левым объектом происходит нечто иное. Мы лишь при большом усилии можем различить линии, образующие «змейку», и наше восприятие нестабильно: когда мы фокусируем внимание на одной части, другая пропадает и сливается с фоном.
Мы можем думать о предмете, который видим, с такой же легкостью, как о мелодии, где ноты гармонично следуют друг за другом и воспринимаются как единое целое, в то время как другой объект больше похож на случайные ноты. Как и в случае с музыкой, у зрительной системы есть правила, диктующие восприятие и запоминание. Когда объект сгруппирован естественным и целостным образом, его называют прегнантным гештальтом в честь группы психологов, которые в начале XX века придумали правила, по которым зрительная система воспринимает формы. Мы усваиваем эти правила так же, как и языковые нормы.
Давайте посмотрим, как работает эта система. Можем ли мы обучить и перестроить мозг, чтобы он мог практически мгновенно и автоматически определять любой объект? В процессе ответа на этот вопрос мы в общих чертах рассмотрим теорию обучения.
Монстр с медленными процессорами
Большинство современных кремниевых компьютеров работает на одном или нескольких процессорах. Эти компьютеры очень быстро считают, но способны обрабатывать запросы только последовательно, по одному в каждый момент времени. Наш мозг – это параллельный аппарат; он одновременно производит миллионы расчетов. Вероятно, это одна из наиболее ярких характеристик человеческого мозга, и она позволяет нам быстро и эффективно решать задачи, которые мы до сих пор не поручаем даже самым современным компьютерам. В этой области компьютерной науки ведутся настойчивые исследования, однако попытки разработать мощные параллельные компьютеры дают лишь слабые результаты. Исследователи сталкиваются с двумя трудностями: во-первых, экономически сложно произвести такое количество процессоров, а во-вторых, нужно найти способ делиться информацией.
В параллельном компьютере каждый процессор выполняет свою задачу, но результат этой коллективной работы требует координирования. Одна из самых больших загадок мозга – как ему удается объединять параллельно обрабатываемую информацию. Этот вопрос тесно связан с сознанием. Если мы поймем, каким образом мозг сводит воедино большие массивы информации, то значительно приблизимся к пониманию механизма работы сознания. Мы также поймем, как происходит обучение.
Секрет мастерства заключается в преобразовании этой параллельной структуры и ее адаптации к новым функциям. Великие математики видят математику. Гроссмейстер видит шахматы. Это происходит потому, что зрительная кора мозга представляет собой самый необыкновенный параллельный компьютер, известный человечеству.
Зрительная система состоит из наложенных друг на друга карт. К примеру, у мозга есть карта, посвященная распознаванию цвета. В регионе под названием V4 формируются модули примерно миллиметрового размера, называемые глобулами. Каждый из них распознает тончайшие оттенки цвета в конкретной части зрительного образа.
Большое преимущество этой системы состоит в том, что распознавание объекта не требует его последовательного разглядывания, миллиметр за миллиметром. Это особенно важно для работы мозга. Нейрону нужно время для загрузки и направления информации к следующему нейрону; мозг может выполнять от трех до пятнадцати вычислительных циклов в секунду. Это ничто по сравнению с миллионами циклов в секунду у крошечного процессора в мобильном телефоне.
Мозг разрешает проблему объективной медлительности биологической ткани благодаря бесчисленному количеству нейронных связей. Это ключ к загадке обучения, о которой пойдет речь дальше: любая функция, заложенная в параллельных структурах (картах) мозга, действует быстро и эффективно. С другой стороны, те функции, которые пользуются последовательными циклами мозга, выполняются медленно, полностью осознанно и воспринимаются с большим усилием. Процесс обучения в мозге в значительной степени является распараллеливанием.
Репертуар визуальных карт мозга включает движение, цвет, контраст и направление. Некоторые карты определяют наиболее сложные объекты как два смежных цикла.
Возьмем, к примеру, такой объект – чужие глаза, смотрящие на нас. Не странно ли, что мы поворачиваем голову в сторону того, кто на нас смотрит? Как мы узнали об этом, прежде чем увидели его? Причина в том, что мозг параллельно рассматривает возможность постороннего взгляда во всем окружающем мире, часто без какого-либо сознательного участия. Мозг обнаруживает новый параметр в одной из своих карт и подает сигнал системе внимания и моторного контроля теменной коры, как бы говоря: «Поверни взгляд туда, потому что там происходит что-то важное». Эти карты похожи на заводские настройки в спектре врожденных навыков. Они эффективны и в то же время выполняют вполне конкретную задачу. Но их можно модифицировать, совмещать и переписывать, что необходимо для обучения.
Наши внутренние картографы
Кора головного мозга организована в нейронные колонны, и каждая выполняет конкретную функцию. Это открытие Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля принесло им Нобелевскую премию по физиологии. Изучая, как развиваются карты мозга, они обнаружили критические периоды. У визуальных карт есть естественная программа генетического развития, но для их консолидации необходим зрительный опыт. Они подобны реке, которой нужна текущая вода, чтобы поддерживать свою форму.
Сетчатка, особенно на раннем этапе развития, генерирует непроизвольную активность и начинает работать в полной темноте. Мозг распознает эту активность как свет, не различая, поступает он извне или нет. Поэтому зрительная активность начинается еще до того, как мы открываем глаза. Кошки рождаются с закрытыми глазами и, по сути дела, тренируют свою зрительную систему с помощью внутреннего света. У кошек, людей и других млекопитающих визуальные карты развиваются в младенчестве и закрепляются через несколько месяцев.
Открытие Хьюбела и Визеля затрагивает еще один миф: обучение определенным вещам в зрелом возрасте – невыполнимая задача. Мы собираемся пересмотреть эту идею и предлагаем умеренно оптимистичный вариант: обучение в зрелом возрасте гораздо более реально, чем мы полагаем, но требует много времени и усилий, – ровно столько же, сколько мы потратили на подобные задачи в младенчестве, но потом забыли об этом. В конце концов, младенцы и дети тратят часы, месяцы и годы, когда учатся говорить, ходить и читать. Может ли взрослый человек забросить свои дела и посвятить все время и силы изучению чего-то нового?
В ретроспективе многое здесь кажется очевидным. Взрослые рентгенологи учатся видеть рентгеновские лучи. С опытом они начинают без труда замечать странности, которых никто другой не видит. Это результат преобразования их визуальной коры в зрелом возрасте. В сущности, у рентгенологов такое определение происходит быстро, автоматически и почти на эмоциональном уровне, как редактор испытывает рефлекторное раздражение при виде грамматических ошибок. Какие преобразования в головном мозге так радикально меняют наше мышление и восприятие?
Специалисты по треугольникам
В науке случаются любопытные повторения. Те, кто выступает с экстраординарными и новаторскими идеями, часто их же и опровергает. После открытия критических периодов Торстен Визель вместе с одним из своих гарвардских студентов Чарльзом Гилбертом доказал нечто прямо противоположное: зрительная кора продолжает реорганизацию даже в зрелом возрасте.
Когда я прибыл в лабораторию Визеля и Гилберта для работы над докторской диссертации (к тому времени она переехала в Нью-Йорк), миф уже был поставлен с ног на голову. Вопрос заключался не в том, способен ли мозг взрослого человека к обучению, а в том, как именно он обучается. Что происходит в мозге, когда мы становимся специалистами в какой-либо области знаний?
Для тщательного исследования этого вопроса в лаборатории мы придумали эксперимент, который потребовал определенных уступок ради упрощения. Вместо того чтобы обращаться к опытным рентгенологам, мы обучили специалистов по треугольникам. В качестве профессионального навыка это небольшое достижение, но оно оказалось простым способом симулировать процесс обучения.Мы показали группе людей изображение, наполненное разными формами, которое резко исчезало примерно через 200 миллисекунд. В этой неразберихе им нужно было найти треугольник. Они смотрели на нас, как на безумцев. Это казалось невозможным. У них просто не хватало времени, чтобы увидеть треугольник.
Если бы тест требовал найти красный треугольник среди множества синих, то каждый бы легко справился с задачей. И мы знали, почему это так. У нас есть параллельная система, которая за 80 миллисекунд может изучить пространство и найти цветовое различие, но для определения треугольников у нашей зрительной коры такой карты нет. Можем ли мы развить в себе эту способность? Если да, это прольет свет на механизм обучения.
После сотен попыток многие участники были разочарованы своими неудачами. Но потом случилось нечто волшебное: треугольник начал светиться, как если бы он приобрел другую окраску, и его было невозможно не заметить. Теперь мы знаем, что, приложив много усилий, можно увидеть то, что раньше казалось невидимым. Это произошло со взрослыми людьми. Эксперимент позволил нам исследовать процессы, происходящие в мозге во время обучения.
Мозг параллельный и мозг последовательный
Кора головного мозга разделена на две больших системы. Одна из них называется дорсальной и проходит через заднюю часть тела, если представить, что вы смотрите вверх. Другая, вентральная, соответствует брюшной области. В функциональном контексте это различие гораздо более актуально, чем более популярный вариант с разделением на полушария. Дорсальная часть включает теменную и лобную кору, тесно связанную с сознанием, с мозговой активностью, определяющей действия, и с медленной, последовательной работой мозга. Вентральная часть коры ассоциируется с автоматическими и в целом бессознательными функциями; она соответствует быстрому, параллельному способу функционирования.
Мы обнаружили два фундаментальных отличия в мозговой активности «специалистов по треугольникам». Первичная зрительная кора (принадлежащая к вентральной системе) активизировалась значительно сильнее, когда они видели треугольники, а не другие формы, которые им не предлагали определять. В это время их лобная и теменная кора бездействовала. Это объясняет, почему определение треугольников больше не требовало усилий. Дело не ограничивается треугольниками. То же самое происходит, когда человек учится распознавать что-то другое (музыканты – нотные записи, садовник – паразитов на растениях, тренер – неизбежное поражение его команды на поле).
Кора мозга разделена на дорсальную и вентральную систему. Процесс обучения состоит в переносе из одной системы в другую. Когда мы учимся читать, то медленная и трудолюбивая система, которая работает «буква за буквой» (дорсальная система) вытесняется другой, способной гораздо быстрее и без усилий распознавать целые слова (вентральной системой). Но когда для вентральной системы складываются неблагоприятные условия (к примеру, если буквы написаны вертикально), то мы возвращаемся к дорсальной системе, которая действует медленно и последовательно, но отличается гибкостью и может адаптироваться к разным обстоятельствам. Во многих случаях обучение подразумевает высвобождение дорсальной системы для автоматизации процесса, чтобы мы могли посвятить время и силы другим вещам.
Репертуар функций: обучение как компиляция
В вентральной коре у мозга есть серия карт, позволяющих нам быстро и эффективно осуществлять разные функции. Теменная кора отвечает за сочетание этих карт, но этот процесс происходит медленно и требует усилий.
Однако человеческий мозг обладает способностью менять репертуар автоматических операций. После многих тысяч повторений в вентральной коре появляется новая функция. Это выглядит как аутсорсинг – как если бы сознательная часть мозга делегировала полномочия вентральной коре. Осознанные ресурсы, требующие умственных усилий и ограниченные способностями лобной и теменной коры, могут быть посвящены другим задачам.
Это ключ к умению читать, необыкновенно важный для педагогики. Опытные читатели, проглатывающие книги от корки до корки без всяких усилий, делегируют полномочия вентральной коре; начинающие читатели не делают этого, и их разум всецело поглощен задачей чтения.
Процесс автоматизации наглядно видно на примере арифметики. Когда дети впервые учатся складывать 3 и 4, они считают на пальцах, заставляя теменную кору усиленно работать. Но в какой-то момент обучения «три плюс четыре равно семи» становится почти крылатой фразой. Их мозг больше не перемещает воображаемые объекты и не сгибает реальные пальцы один за другим, а обращается к готовой карте. Сложение переходит на аутсорсинг. Потом начинается новый этап. Те же дети умножают 4 на 3 в такой же медленной и кропотливой манере, пользуясь теменной и лобной корой: «4 + 4 = 8, а 8 + 4 = 12». Потом они автоматизируют процесс умножения в таблице памяти, чтобы перейти к более сложным вычислениям.
Почти такой же процесс наблюдается у мастеров, о которых мы говорили раньше. Когда гроссмейстеры решают сложные шахматные задачи, то сильнее всего активизируется их зрительная кора. Можно сказать, что они не больше думают, а лучше видят. То же самое происходит с великими математиками: при решении сложных уравнений активизируется их зрительная кора. Иными словами, мастера своего дела приспосабливают область коры, эволюционно предназначенную для распознавания лиц, глаз, движения, точек и цветов, к решению гораздо более абстрактных проблем.
Автоматизация чтения
Принцип, выведенный из эксперимента с треугольниками, объясняет один из наиболее значимых процессов обучения: превращение визуальных символов (букв) в звучащие слова. Поскольку чтение – одна из основ нашего знания и культуры, это придает ему особое значение по сравнению с остальными человеческими навыками.
Почему мы начинаем читать в пять лет, а не в четыре и не в шесть? Чем это удобнее? Как лучше учиться чтению: разбивая каждое слово на буквы, из которых оно состоит, или, наоборот, читая слово целиком и связывая его со смысловым значением? С учетом важности чтения, нельзя отвечать на эти вопросы: «Мне кажется, что…»; сначала нужно накопить свидетельства, объединить многолетний опыт со знанием механизмов мозга, обеспечивающих развитие способности читать.
Как и в других областях обучения, опытные читатели пользуются аутсорсингом. Те, кто плохо читает, не только делают это медленнее; им мешает то, что они полностью сосредоточены на чтении, а не на смысле слов. Именно поэтому дислексия часто диагностируется у тех, кто с трудом понимает читаемый текст. Это скорее относится не к интеллекту, а к неправильной цели приложения усилий. Чтобы войти в положение таких людей, попробуйте удержать в памяти эти слова, пока вы читаете следующий абзац: дерево, велосипед, кружка, веер, персик, шляпа.
Иногда, читая текст на иностранном языке, который мы только начинаем учить, мы осознаем, что слабо поняли его, поскольку наше внимание было полностью сосредоточено на переводе слов. Когда кто-то учится играть на ударном инструменте, его внимание сконцентрировано на ритме, который он осваивает. В какой-то момент ритм становится автоматическим; только тогда ученик может сосредоточиться на сопровождающей мелодии, на ее гармонии или на других ритмах, которые вступают в диалог с его инструментом.
Ну как, вы помните перечисленные слова? Если да, то о чем шла речь в последнем абзаце? Довольно трудно справиться с этими двумя задачами одновременно, поскольку каждая из них занимает место в ограниченном объеме лобной и теменной коры. Ваше внимание делает выбор между жонглированием шестью словами, чтобы они не исчезли из вашей памяти, и пониманием текста. Лишь в редких случаях оно может сосредоточиться на том и другом.
Экология алфавитов
Почти все дети быстро учат язык. Будучи взрослым человеком, я приехал во Францию, освоив лишь несколько простейших французских слов. Мне казалось странным, что маленький ребенок, ничего не знавший о философии Канта, численных методах или группе «Битлз», безупречно говорит по-французски. Должно быть, тому же ребенку было странно, что взрослый не справляется с таким пустяком, как правильное произношение слов. Этот бытовой пример показывает, что человеческий мозг может проявлять виртуозность, практически не имеющую отношения к другим вещам, которые мы связываем с культурой и интеллектом.
Одна из идей Хомского состоит в том, что мы так легко усваиваем устную речь потому, что она основана на способности, которая уже подготовлена в мозге. Как мы убедились, мозг – не чистая доска. Он обладает некоторыми встроенными функциями, и проблемы, связанные с ними, легче всего поддаются решению.
Хомский также утверждал, что существуют элементы, общие для всех устных языков, и все алфавиты связаны общей нитью. Разумеется, тысячи алфавитов, как ныне существующих, так и вышедших из употребления, сильно отличаются друг от друга. Но если мы посмотрим на них в целом, то сразу же заметим определенные закономерности. Удивительнее всего, что конструкция букв основана лишь на нескольких рукописных штрихах. Хьюбел и Визель получили Нобелевскую премию как раз за открытие того, что каждый нейрон первичной зрительной коры определяет штрихи в маленьком «окошке», к которому он чувствителен. Эти штрихи становятся основой для всей зрительной системы; это ее строительные кирпичики. Все алфавиты построены из таких кирпичиков.
Существуют горизонтальные и вертикальные линии, углы, арки и наклонные черты. Когда вы сосчитаете наиболее частые штрихи во всех алфавитах, то увидите необычную закономерность: штрихи, наиболее распространенные в природе, встречаются во всех алфавитах. Это не результат какого-то рационального плана; просто алфавиты развивались с использованием материала, сходного с наблюдаемым в окружающем мире. Они «присваивают» элементы, к которым уже привыкла наша зрительная система. Это все равно, что получить преимущество на старте: чтение достаточно близко к тому, что уже усвоено зрительной системой.
Если мы попытаемся учить алфавит, никак не связанный с естественными предпочтениями нашей зрительной системы, то чтение станет гораздо более сложным. И наоборот: когда мы испытываем трудности с чтением, то можем облегчить этот процесс, превращая усваиваемый материал в нечто более естественное и удобоваримое, – во что-то, к чему мозг подготовлен заранее.
Морфология слова
Маленькие читатели произносят слова как бы в замедленной съемке. После множества повторений этот процесс становится автоматическим; вентральная часть зрительной системы создает новый нейронный контур для распознавания букв. Этот детектор формируется благодаря перекомпоновке уже существующих контуров, определяющих штрихи. Новые кирпичики зрительной системы, как в конструкторе «Лего», в свою очередь проходят перекомпоновку для распознавания слогов из двух или трех букв. Процесс продолжается, и теперь в качестве элементов выступают отдельные слоги. На этом этапе ребенок читает слово «папа» в два этапа, по одному на каждый слог. Позднее, когда появляется привычка к чтению, слово читается целиком, как один элемент. Иными словами, чтение превращается из последовательного процесса в параллельный. В конце обучения у читателей образуется функция мозга, способная целиком распознавать большую часть слов, кроме очень длинных и составных.
Откуда мы знаем, что взрослые люди читают слово за словом? Первое доказательство – глаза читателя, которые движутся с остановками на каждом слове. Каждая такая остановка продолжается около 300 миллисекунд, после чего взгляд резко перескакивает на другое слово. В тех системах письма, где движение происходит слева направо, мы пристально фокусируем взгляд на первой трети слова, так как мысленно следуем оттуда вправо, к будущему чтению. Это очень точный процесс, и, разумеется, он происходит непроизвольно, автоматически и на бессознательном уровне.
Вторым доказательством служит измерение времени, потраченного на прочтение каждого слова. Если бы мы читали буква за буквой, то время было бы пропорционально длине слов. Однако время, затраченное читателем на прочтение слова из двух, четырех или пяти букв, остается неизменным. Таково великое преимущество распараллеливания; время выполнения операции не зависит от количества знаков в единице, которой мы оперируем. Этот процесс ограничен при чтении очень длинных и составных слов, таких как «грудинно-ключично-сосцевидный». Но для слова от двух до семи букв время прочтения остается почти одинаковым. У тех, кто только учится читать или страдает дислексией, оно увеличивается пропорционально количеству букв в словах.
Мы видели, что талант учеников, приступающих к обучению, не можеть быть надежным прогностическим фактором для предсказания их успехов после многолетней учебы. Теперь понятно почему.
На основе открытия, что опытные читатели читают слово за словом, группа французских исследователей пришла к ошибочному выводу: лучший метод обучения детей – холистическое чтение, при котором дети начинают читать слова целиком. Этот метод быстро приобрел популярность, возможно, благодаря красивому названию. Кто не хочет, чтобы его ребенок учился по холистической методике? Но дело кончилось беспрецедентной педагогической катастрофой, в результате которой многие дети испытывали трудности с чтением. Благодаря описанному выше, можно понять, почему холистический метод не работает. Параллельное чтение – это заключительный этап, который достигается лишь после наработки промежуточных функций.
Два мозга для чтения
В этой книге мы сосредоточились на двух разных системах мозга: лобно-теменной, которая отличается гибкостью, но работает медленно и требует усилий, и вентральной, посвященной отдельным функциям, которые выполняются автоматически и с большой скоростью.
Эти системы сосуществуют друг с другом, и их актуальность меняется в ходе обучения. Будучи опытными читателями, мы пользуемся главным образом вентральной системой, хотя лобно-теменная система работает в фоновом режиме. Она включается в работу, когда мы читаем неразборчивый почерк, или же буквы расположены в непривычном виде: вертикально, справа налево либо с большими промежутками. В таких случаях нейронные контуры вентральной коры, которые не отличаются гибкостью, перестают работать. Тогда мы начинаем читать, как маленькие дети или люди, страдающие дислексией. Еще труднее прочитать слово-капча (CAPTCHA), поскольку в нем есть несоответствия, из-за которых вентральная система не способна его распознать. Это способ обращения к латентной последовательной системе чтения – и возможность оказаться в том положении, когда мы только учились читать.
Температура мозга
Когда мы учимся, наш мозг изменяется. К примеру, синапсы (от греческого слова «соединять»), соединяющие разные нейроны, могут увеличить количество связей или варьировать эффективность уже существующей связи. Все это изменяет нейронные сети. Но у мозга есть и другие источники пластичности; к примеру, морфологические свойства или генетическое проявление его нейронов может изменяться. В некоторых специфических случаях число клеток мозга увеличивается, хотя такое происходит очень редко. В целом, мозг взрослого человека учится без наращивания нейронной массы.
В наши дни термин «пластичность» используется для обозначения способности мозга к трансформации своих функций. Этот популярный термин приводит к некорректному предположению, что мозг можно лепить и растягивать, мять и разглаживать, словно мышцу, хотя ничего подобного на самом деле не происходит.
Что делает мозг более или менее предрасположенным к переменам? Когда речь идет о материалах, критическим параметром вероятности их изменения является температура. Железо твердое и не пластичное, но при нагревании оно становится жидким и может быть отлито в другую форму, которую сохранит после остывания. Что именно в мозге можно считать эквивалентом температуры? Прежде всего, как доказали Хьюбел и Визель, это стадия развития. Мозг младенца не обладает такой же пластичностью, как мозг взрослого человека. Однако, как мы убедились, этот параметр не неизменен. Служит ли мотивация главным различием между ребенком и взрослым человеком?
Мотивация способствует переменам по простой причине, которую мы уже обсуждали: мотивированный человек работает упорнее. Мрамор не сравнить с пластиком, но если мы часами обрабатываем его резцом, он постепенно изменяет форму. Понятие пластичности соотносимо с усилиями, которые мы готовы приложить для изменения чего-либо. Но это не приводит нас к понятию температуры, или предрасположенности к изменениям. Если мы уже мотивированы, то какие процессы в мозге приводят к изменениям? Можем ли мы воспроизвести это состояние мозга, чтобы улучшить качество обучения? Для этого надо понимать, какая химическая смесь нейротрансмиттеров способствует преобразованию синапсов, а следовательно, изменениям.
Прежде чем перейти к микроскопическим деталям биохимии мозга, нужно рассмотреть более канонический способ обучения: запоминание. Почти все мы помним события 11 сентября 2001 года, когда самолеты врезались в северную и южную башни Всемирного торгового центра. Удивительно, что даже пятнадцать лет спустя мы не только сохранили образы пылающих башен, но и можем сказать, где находились в это время. Этот глубоко эмоциональный момент заставляет все вокруг – как самое важное (атаку террористов), так и незначительное, – надолго запечатлеться в памяти. Вот почему те, кто пережил травматический опыт, с огромным трудом избавляются от болезненных воспоминаний, которые могут быть активированы фрагментами эпизода, местом происшествия, знакомым запахом, человеком, который там присутствовал, или любыми другими деталями. Воспоминания формируются как эпизоды; в те моменты, когда наши нейронные датчики особенно чувствительны, мы ярко помним не только то, что послужило причиной этой чувствительности, но и все сопутствующие события.
Это пример более общего принципа. Когда мы эмоционально возбуждены или когда получаем вознаграждение (денежное, эротическое, эмоциональное, печеньку), то мозг больше предрасположен к изменению. Для понимания того, как это происходит, нам нужно поменять инструменты и перейти на микроскопический уровень. Это путешествие унесет нас в Калифорнию, в лабораторию нейробиолога Майкла Мерцениха.
В его эксперименте обезьянам было нужно определить более высокий из двух тонов, как мы делаем при настройке музыкального инструмента. Когда оба тона становились схожими, обезьяны начинали воспринимать их как идентичные, несмотря на незначительную разницу. Это позволило исследовать пределы чувствительности слуховой системы. Как и любое другое качество, слух тоже можно тренировать.Слуховая кора, как и зрительная кора, упорядочена по определенной схеме, в которой скопления нейронов составляют колонны. Каждая колонна специализирована для определения конкретной частоты звуковых колебаний. Поэтому при параллельной активации слуховая кора анализирует частотную структуру звука.
В карте слуховой коры каждая частота имеет специализированный участок. Мерцених уже знал, что если обезьяна активно тренируется распознавать тона отдельной частоты, происходит нечто необычное: колонна, соответствующая этой частоте, растет наподобие агрессивной страны, которая расширяется, вторгаясь на соседние территории. Здесь нас интересует вопрос: что позволяет этой перемене произойти? Мерцених отметил, что повторения музыкального тона недостаточно для изменения слуховой коры. Однако если этот тон звучит одновременно с волной активности в вентральной области покрышки – глубинной части мозга, где вырабатывается дофамин, – то в коре начинаются процессы преобразования. Все сходится воедино. Для реорганизации нейронного контура необходим стимул, который происходит в интервал времени, соответствующий выбросу дофамина (или другого сходного нейротрансмиттера). Для обучения нам нужны мотивация и усилия. Теперь известно, что при этом вырабатывается дофамин, понижающий сопротивляемость мозга к изменению.
Мы можем думать о дофамине как о воде, которая делает глину более пластичной, а о сенсорном стимуле – как об инструменте, который оставляет желобок в сырой глине. Ни один из механизмов не работает в одиночку. Работа с сухой глиной – пустая трата времени. Точно так же материал не может изменяться сам по себе. Смачивать глину, если вы не собираетесь придавать ей новую форму, – тоже бесполезное занятие. Вот основа программы обучения, которую мы начали с обсуждения идеи Гальтона: мозг учится, когда он открыт для преобразующих стимулов. Это медленная и монотонная работа: прокладка маршрутов для новых нейронных связей, которые автоматизируют процесс. В дополнение к усилиям и тренировке для трансформации необходимо, чтобы кора мозга находилась в состоянии, чувствительном к переменам.
Подводя итог, можно сказать, что мы разобрались с ошибкой Гальтона и в общих чертах поняли, как устроен процесс обучения. Потолок достижений не имеет генетической обусловленности и зависит от социального и культурного окружения. Мы также убедились, что виртуозы выполняют свои специализированные задачи качественно иным образом, а не просто улучшая первоначальную процедуру. Для успешного обучения нам нужно работать с мотивацией и прикладывать усилия за пределами «зоны комфорта» и порога одобрения. То, чтобы мы обычно считаем потолком эффективности, часто лишь новая точка равновесия.
Коротко говоря, учиться никогда не поздно. Если что-то и меняется в зрелом возрасте, – это наша мотивация, которая застревает на уже достигнутом и не стремится попасть в водоворот новых знаний и открытий. Восстановление энтузиазма и терпения, мотивации и убежденности будет хорошей стартовой позицией для тех, кто на самом деле хочет учиться.
Назад: Что происходит в мозге, когда мы видим сны; можно ли расшифровывать сновидения, управлять и манипулировать ими?
Дальше: Глава 6. Просвещенный мозг
