Нейронауки об образовании: что это такое и зачем они тем, кто учит? – современные методы исследований мозга позволяют буквально заглянуть в голову каждому ученику. Разбираемся, нужно ли это преподавателям.

В Институте образования ВШЭ стартовал регулярный семинар по междисциплинарному направлению «Нейронауки об образовании». Раз в три недели исследователи будут обсуждать открытия и проблемы этой новой научной области. На встречах ждут не только учёных и тех, кто готовится ими стать, — они открыты и для преподавателей вузов, школьных учителей и других профессионалов сферы. Чем нейронауки полезны школам и вузам, и зачем педагогам  «нейрограмотность» — по итогам встречи пишет Skillbox Media.

Что изучают нейронауки об образовании

Регулярный семинар по нейронаукам об образовании (по-английски Educational Neuroscience) — смелая идея, ведь эта исследовательская область ещё только формируется. Об этом на открытии семинара рассказала научный сотрудник Института образования психолог Анастасия Петракова .

По её словам, пока нет даже сообщества специалистов именно по нейронаукам об образовании — это или исследователи мозга, которые заинтересовались сферой обучения, или психологи образования с интересом к работе мозга, либо учёные других специальностей. Например, одним из докладчиков семинара был аспирант департамента психологии ВШЭ Андрей Фабер — медицинский физик по первому образованию.

Что же объединяет таких разных специалистов? Анастасия Петракова перечислила основные цели, к которым стремятся исследователи в нейронауках об образовании:

• Во-первых, перенести результаты исследований о нейронных механизмах обучения в образовательную практику. Из исследований методами нейровизуализации становится известно, какой активностью мозга сопровождаются заучивание новой информации, воспоминания, состояние покоя и другие действия. Возможно, нейронауки об образовании смогут превратить знания о том, как между группами нейронов появляются, крепнут или исчезают связи, в новые подходы к обучению.

• Во-вторых, исследовать, как образование воздействует на нервную систему, в том числе на мозг. Мозг меняется вслед за любым опытом, в том числе образовательным. Каким именно его делает то или иное обучение и к чему это ведёт, ещё только предстоит понять.

• В-третьих, объединить нейронауки, исследования образования и психологию. Многими вопросами, которыми задаются сегодня исследователи в новой области нейронаук об образовании, традиционные образовательные дисциплины занимаются уже давно. И шансы на верные (и полезные на практике) ответы будут выше, если нейроучёные, психологи, педагоги и другие специалисты будут работать вместе или хотя бы учитывать результаты из смежных дисциплин.

С помощью каких технологий учёные изучают мозг

Какие из методов нейронаук подходят для образовательных задач, рассказал аспирант и стажёр-исследователь научно-учебной лаборатории нейробиологических основ когнитивного развития ВШЭ Андрей Фабер.

Для исследований образования пригодны только неинвазивные методы — то есть те, для которых не нужно проникать в черепную коробку. К счастью, таких уже немало.

Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Представляет собой запись электрической активности мозга с помощью электродов, закреплённых на коже головы. В последние годы большое развитие получили портативные ЭЭГ — с ними испытуемые могут двигаться и вести себя более естественно (число электродов в таких приборах гораздо меньше, и качество измерений, как правило, ниже).

Метод позволяет фиксировать изменения в мозге практически в реальном времени, но обладает невысоким пространственным разрешением. То есть по данным ЭЭГ можно точно сказать, когда активность мозга изменилась, но лишь приблизительно определить, в какой точке это произошло.

Магнитоэнцефалография (МЭГ)

Регистрирует не сами электрические импульсы, а магнитное поле, которое они создают. Для этого даже не нужно ничего крепить к голове — все необходимые датчики находятся внутри «шлема», который надевается на голову испытуемого. Метод точный, но очень дорогой — редко какой исследовательский центр может себе позволить аппаратуру для него. К тому же МЭГ-системы нельзя перевозить, и для исследований, например, в школьных классах они неприменимы.

Магнитно-резонансная томография (МРТ)

Позволяет получать изображения внутренних органов, используя явление ядерно-магнитного резонанса. Для этого ядра атомов водорода (его много в человеческом теле — в составе воды и не только) возбуждают электромагнитными волнами безопасной для организма частоты, а потом регистрируют выделенную ядрами энергию.

В образовательных исследованиях могут быть полезны такие виды МРТ мозга:

• анатомическая (структурная) — статичные «снимки»;

• функциональная — практически «видео», на котором реакции мозга видны в динамике;

• диффузионно-тензорная — визуализация проводящих путей мозга.

Диффузионно-тензорная МРТ показывает, какие группы нейронов связаны между собой и насколько сильно.

Функциональную МРТ (фМРТ), основанную на измерении кровотока в сосудах мозга (интенсивность кровотока связана с активностью нейронов), можно рассматривать как аналог ЭЭГ. Она точнее, чем ЭЭГ, фиксирует активность в пространстве, но каждый «кадр» получается с небольшим отставанием по времени.

При этом во время фМРТ испытуемый, конечно, находится в условиях, очень далёких от привычных для обучения — решать задачки, лёжа в томографе, совсем не то же самое, что в классе. Отчасти поэтому учёных-когнитивистов особенно интересует фМРТ покоя. Этим методом регистрируется активность нейросетей, которые работают в состоянии «блуждания ума» (mind-wandering), когда у испытуемого нет конкретной задачи (или он от неё отвлёкся).

Транскраниальная допплерография

Ультразвуковое исследование сосудов головного мозга. Головной мозг почти полностью закрыт плотными и толстыми костями черепа, есть лишь несколько «окон прозрачности», например, на висках. На них и направляют ультразвуковые зонды.

Как и у МРТ, у транскраниальной допплерографии есть функциональная версия. С её помощью можно узнать, как меняется кровоток в мозге во время различных действий. Ультразвуковое оборудование не такое громоздкое, как МРТ-сканеры или МЭГ-системы, но тоже применяется только в лабораторных условиях.

Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия

Точнее, функциональная спектроскопия в ближней инфракрасной области (functional near-infrared spectroscopy, fNIRS). Для испытуемых этот метод похож на ЭЭГ, только без неприятного подчас закрепления на коже головы металлических электродов. Вместо них используются светодоводы, которые посылают волны инфракрасного света в мозг, и детекторы — они фиксируют, как свет возвращается. Результат позволяет оценить насыщенность крови в сосудах кислородом, а значит, интенсивность кровотока. По этим данным можно оценить активность участков мозга при различных действиях.

Эти и другие методы относятся к нейровизуализации: они позволяют получать изображения мозга и сопоставлять их. Кроме них, в нейронауках об образовании могут применяться классические задачи и опросники, а также ай-трекинг (окулография) — буквально запись движений глаз при различной активности. Это простая и относительно недорогая технология, которая используется, например, в исследованиях чтения.

Какие бывают исследования и почему их трудно вести

Нейронауки об образовании сосредоточены, во-первых, на том, как внедрить в практику методы, основанные на нейрокогнитивных исследованиях обучения. Понимание работы мозга может помочь, например, обучению и поддержке нетипичных для массового образования аудиторий — детей с нейрофизиологическими нарушениями и другими ограниченными возможностями здоровья и людей старшего возраста.

Второе направление — оценка эффективности новых и традиционных образовательных методов, изучение того влияния, которое они оказывают на человека на нейрофизиологическом уровне.

Третье направление важно не только для образования — это поддержка «здоровья мозга». Тут в фокусе исследований вопросы о том, что улучшает, а что тормозит выполнение когнитивных задач, как снизить действие вредных факторов.

Чтобы развивать любое из этих направлений, важно повысить нейронаучную грамотность разных участников образовательного процесса.

Увы, на пути любого нейроисследования в образовании множество препятствий. Даже повышать нейронаучную грамотность не так просто, как могло бы показаться. Как, например, вписать курс по основам нейронаук в программы повышения квалификации учителей? Педагоги и так перегружены, и для новой — причём довольно сложной — информации найти время и место нереально.

Проблемы создаёт и оторванность нейронаук (да и вообще исследователей) от образовательной системы. Учёным далеко не всегда понятно, реалистично ли внедрить новый подход в практику. А каждый тест и эксперимент, даже небольшой, — это отдельный научный проект, который требует выделения средств, людей, оформления, публикации результатов…

К тому же нельзя забывать, что у любых нейрокогнитивных исследований есть этические ограничения. В проектах в области образования, в особенности обучения детей, ограничения должны быть ещё строже. Для отдельных дисциплин, откуда учёные приходят в нейронауки об образовании, уже выработаны свои этические принципы. Но в цельную систему, которой смогут руководствоваться этические комитеты университетов, прежде чем дать или не дать разрешение на нейронаучный эксперимент в образовании, они ещё не объединены.

Словом, впереди у нейронаук об образовании долгий путь. Пока, подчеркнул Фабер, нейробиология, когнитивная психология и образовательные исследования развиваются преимущественно отдельно своими дорогами.

Отклики слушателей семинара (по данным организаторов, на него зарегистрировалось более 570 человек, и многие из них — педагоги), показали, что они сильно сомневаются в практической значимости современных нейронаук для образования. Возможно, существующие исследования выглядят слишком отвлечёнными и кабинетными. Какой вывод, например, педагог может сделать для своей практики из того факта, что материал урока лучше запоминают ученики, у которых на занятии активность мозга синхронизировалась с активностью мозга учителя? О том, как важна вовлечённость, знали и без этого. Не крепить же к каждому ученику электроды, чтобы «синхронизировать» принудительно.

Пока русскоязычных курсов по нейробиологии, предназначенных именно для педагогов, нет (во всяком случае, участники семинара таких не вспомнили). Прозвучала идея разработать такой курс: например, введение в нейронауки для студентов педвузов. Уже сейчас нейронауки об образовании изучаются на одной из магистерских программ Института образования ВШЭ — «Обучение и оценивание как наука».

В ближайшее время организаторы семинара договорились аккумулировать на отдельной площадке ссылки на качественные научно-популярные медиа, где выходят публикации о мозге (например, «ПостНаука» или «Нейроновости»), и на полезные книги.

За материал спасибо Skillbox Media.