Иллюстрация 12

Образование состоит в перепрофилировании древних нейронных цепей на новые функции. В частности, области, присутствующие в мозге с младенчества и репрезентирующие числа (показаны зеленым), впоследствии используются для вычислений в уме (показаны синим). Эти же отделы задействуют и профессиональные математики (показаны красным). Данные нейронные сети изначально реагируют на конкретное количество предметов, но позже переориентируются на более абстрактные понятия.

Иллюстрация 13

Овладение математикой практически не зависит от сенсорного опыта. Даже слепой может стать выдающимся математиком. Примечательно, что во время вычислений у слепых и зрячих математиков активны одни и те же зоны теменной, височной и лобной долей. Единственное различие состоит в том, что первые задействуют еще и зрительную кору.

Иллюстрация 14

Формирование навыка чтения предполагает переориентацию сети корковых областей, задействованных в обработке зрительной информации и устной речи. Цветом выделены участки, изменяющие свою активность в процессе овладения чтением: чем выше скорость чтения, тем интенсивнее они реагируют на написанное слово. Умение читать и писать оказывает двоякое воздействие на мозг: оно обусловливает специализацию зрительных областей на буквах, особенно в так называемой «области зрительной формы слова» в левом полушарии, и активирует нейронные сети, отвечающие за устную речь, через зрение.

Иллюстрация 15

Функциональная МРТ позволяет отследить формирование навыка чтения у детей. Как только ребенок научается читать, зрительная область его левого полушария начинает активно реагировать на цепочки букв. В процессе овладения чтением происходит переориентация ряда областей, которые приматы используют для распознавания лиц, предметов и мест.

Иллюстрация 16

Система сигнализации и активации может оказывать существенное влияние на научение. Такие нейромодуляторы, как серотонин, ацетилхолин и дофамин, сигналы которых распространяются на большую часть коры, подсказывают нам, когда необходимо сосредоточиться, и заставляют мозг учиться. В одном из экспериментов на крысах (внизу) звук частотой 9 килогерц сопровождался электрической стимуляцией базального ядра Мейнерта, провоцирующей высвобождение ацетилхолина. Через несколько дней на эту частоту, а также близкие к ней частоты реагировала вся слуховая кора (активные области показаны голубым).

Иллюстрация 17

Обратная связь – третий столп научения. Обнаруживая и исправляя ошибки, мозг учится приспосабливать свои модели к окружающей среде. Сигналами ошибки обмениваются практически все отделы. В рамках одного из экспериментов мозг учится обнаруживать нарушения в последовательности звуков. Сперва испытуемый несколько раз прослушивает короткую мелодию из пяти нот. Когда последовательность меняется без предупреждения, реакция удивления (показана красным) сигнализирует об ошибке и позволяет другим областям мозга скорректировать свои прогнозы. Если слуховые области реагируют на локальные нарушения ожиданий (вверху), то обширная сеть, включающая префронтальную кору, – на глобальное изменение мелодии (внизу).

Иллюстрация 18

Консолидация – четвертый столп научения. Первоначально всякое научение требует значительных усилий, которые сопровождаются интенсивной активностью теменной и лобных долей, обеспечивающих пространственное и исполнительное внимание. На начальных этапах овладения чтением, например, дешифровка слова – медленный, трудоемкий и последовательный процесс: чем больше букв в слове, тем ниже скорость чтения (вверху). С опытом развивается автоматизм: чтение становится быстрым, параллельным и бессознательным (внизу). В результате формируется специализированная сеть для чтения, позволяющая высвободить ресурсы коры для других задач.

Иллюстрация 19

Сон играет важную роль в консолидации усвоенного материала. Когда крыса засыпает, нейроны в ее гиппокампе в ускоренном темпе воспроизводят свое состояние во время бодрствования. Эти паттерны активности распространяются на кору и в течение ночи могут повторяться сотни раз. Нейронная реактивация помогает консолидировать и автоматизировать все, что было усвоено накануне. Более того, пока мы спим, наш мозг может обнаружить закономерности, которые ускользнули от нас днем.