Αποθηκεύει ο εγκέφαλος τις μνήμες όπως ένας υπολογιστής;

«Το αποτέλεσμα της μάθησης αποθηκεύεται στον εγκέφαλο όπως σε έναν υπολογιστή; Δηλαδή, κάθε αποτέλεσμα καταλαμβάνει ένα ελάχιστα μικρό χώρο στον εγκέφαλο;»

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος περιέχει περίπου 86 δισεκατομμύρια νευρώνες (Azevedo et al., 2009), οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους μέσω τρισεκατομμυρίων συναπτικών συνδέσεων (Drachman, 2005). Κάθε νευρώνας μπορεί να συνδέεται με χιλιάδες άλλους νευρώνες, δημιουργώντας ένα τεράστιο πλέγμα διασυνδέσεων σε όλο τον εγκέφαλο. Αυτά τα εκτεταμένα νευρωνικά δίκτυα αποτελούν το φυσικό υπόστρωμα για τις πολύπλοκες γνωστικές λειτουργίες του εγκεφάλου, όπως η μνήμη, η μάθηση και η σκέψη (Marcus, 2004). Για παράδειγμα, κατά τη μάθηση μιας νέας πληροφορίας, όπως μια ξένη λέξη, ενισχύονται οι συνδέσεις μεταξύ συγκεκριμένων νευρώνων που εμπλέκονται στην επεξεργασία της πληροφορίας αυτής. Σε αντίθεση με τους υπολογιστές που αποθηκεύουν δεδομένα σε συγκεκριμένες διευθύνσεις μνήμης, ο εγκέφαλος δεν "αποθηκεύει" τις πληροφορίες τόσο γραμμικά. Οι μνήμες είναι κατανεμημένες και ανακαλούνται μέσα από ένα τεράστιο δίκτυο συνάψεων διάσπαρτων σε όλο τον εγκέφαλο (Rolls, 2016).

Ενδυνάμωση συναπτικών συνδέσεων μεταξύ νευρώνων

Η μάθηση στον εγκέφαλο συντελείται μέσω της ενδυνάμωσης των συνάψεων μεταξύ των νευρώνων (Lømo, 1966). Οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω εξειδικευμένων σημείων επαφής, τις συνάψεις. Όταν μαθαίνουμε κάτι καινούριο, αυτές οι συναπτικές συνδέσεις μεταξύ συγκεκριμένων νευρώνων ενισχύονται (Bliss & Collingridge, 1993). Για παράδειγμα, όταν ένα παιδί μαθαίνει την ορθογραφία μιας λέξης, ενδυναμώνονται οι συνάψεις ανάμεσα στους νευρώνες που αποθηκεύουν την οπτική αναπαράσταση της λέξης και σε αυτούς που αποθηκεύουν την ακουστική της αναπαράσταση. Αυτό καθιστά την ανάκληση της ορθογραφίας της λέξης ευκολότερη (Carew et al., 1972). Όσο περισσότερο εξασκούμαστε και επαναλαμβάνουμε τη νέα πληροφορία, τόσο πιο ισχυρές γίνονται αυτές οι νέες συναπτικές συνδέσεις, οδηγώντας σε αποτελεσματικότερη μάθηση και μνήμη (Sejnowski & Tesauro, 1989).

Δημιουργία νέων συνάψεων για νέες μνήμες και δεξιότητες

Κατά την εκμάθηση νέων δεξιοτήτων και τη δημιουργία νέων μνημών, παρατηρείται ο σχηματισμός νέων συναπτικών συνδέσεων μεταξύ νευρώνων στον εγκέφαλο (Kleim et al., 2004). Για παράδειγμα, κατά την εκμάθηση ενός νέου κομματιού στην κιθάρα, δημιουργούνται συνάψεις μεταξύ νευρώνων του ακουστικού και κινητικού φλοιού που σχετίζονται με τον συγκεκριμένο συνδυασμό ήχων και κινήσεων (Tramo, 2001). Οι νέες αυτές συνάψεις εδραιώνονται μέσω της εξάσκησης και επανάληψης (Karni et al., 1995). Με αυτό τον τρόπο, ο εγκέφαλος αναδιοργανώνεται δημιουργώντας νέα νευρωνικά μονοπάτια που υποστηρίζουν την απόκτηση νέων δεξιοτήτων και τον σχηματισμό νέων μνημών (Draganski et al., 2004).

Ρόλος νευροδιαβιβαστών και νευροπλαστικότητας

Οι νευροδιαβιβαστές, όπως η ντοπαμίνη, η νοραδρεναλίνη και η σεροτονίνη, διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη μαθησιακή διαδικασία και τη μνήμη (Maya Vetencourt et al., 2008). Αυτές οι χημικές ουσίες ελευθερώνονται από τους νευρώνες στις συναπτικές συνδέσεις και διευκολύνουν τη μεταβίβαση νευρωνικών σημάτων από νευρώνα σε νευρώνα (Carlson, 2013). Για παράδειγμα, η απελευθέρωση ντοπαμίνης φαίνεται να ενισχύει τη δύναμη των συναπτικών συνδέσεων και να διευκολύνει τη μάθηση (Lisman et al., 2011). Επιπλέον, ο εγκέφαλος έχει νευροπλαστικότητα, δηλαδή την ικανότητα να αναδιοργανώνεται και να προσαρμόζεται δομικά μέσω της μάθησης (Draganski et al., 2004).

Σύνοψη βασικών σημείων

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος περιέχει περίπου 86 δισεκατομμύρια νευρώνες (Azevedo et al., 2009) που συνδέονται μέσω τρισεκατομμυρίων συναπτικών συνδέσεων (Drachman, 2005). Αυτά τα εκτεταμένα νευρωνικά δίκτυα αποτελούν τη βιολογική βάση για τις γνωστικές λειτουργίες του εγκεφάλου, όπως η μάθηση και η μνήμη (Squire et al., 2013). H ενδυνάμωση των συνάψεων μέσω της επανάληψης και εξάσκησης βελτιώνει τη μνήμη και τη μάθηση (Lømo, 1966). Επιπλέον, η απόκτηση νέων γνώσεων και δεξιοτήτων απαιτεί το σχηματισμό νέων συναπτικών συνδέσεων στον εγκέφαλο (Kleim et al., 2004). Τέλος, ο εγκέφαλος επιδεικνύει σημαντική νευροπλαστικότητα και προσαρμοστικότητα καθ'όλη τη διάρκεια της ζωής (Draganski et al., 2004).

Σύνδεση με σημασία επανάληψης στη μάθηση

Τα ευρήματα της νευροεπιστήμης έχουν αναδείξει τη σπουδαιότητα της επανάληψης και εξάσκησης για τη βελτίωση της μάθησης και της μνήμης (Lømo, 1966). Η επαναλαμβανόμενη διέγερση μιας συναπτικής σύνδεσης μεταξύ δύο νευρώνων οδηγεί στην ενδυνάμωσή της, φαινόμενο γνωστό ως μακροπρόθεσμη ενίσχυση (long-term potentiation) (Cooke & Bliss, 2006). Αυτός ο μηχανισμός ενδυνάμωσης των συνάψεων μέσω επανάληψης τονίζει τη σημασία της εμπέδωσης και εξάσκησης στη μαθησιακή διαδικασία στο σχολείο (Dunlosky et al., 2013).

Προτάσεις για περαιτέρω έρευνα

Υπάρχουν αρκετές ενδιαφέρουσες κατευθύνσεις για μελλοντική έρευνα σχετικά με τη νευροεπιστήμη της μάθησης και της μνήμης. Κατ' αρχάς, θα ήταν σημαντικό να διεξαχθούν περισσότερες μελέτες σχετικά με τις βέλτιστες στρατηγικές επανάληψης και εξάσκησης για διαφορετικούς τύπους μάθησης (Carpenter et al., 2012). Επιπλέον, η χρήση τεχνικών απεικόνισης εγκεφάλου σε μαθητές κατά τη διάρκεια της μάθησης θα μπορούσε να δώσει σημαντικές πληροφορίες για τις νευρωνικές διεργασίες που εμπλέκονται (Tommerdahl, 2010). Τέλος, η κατανόηση του ρόλου συναισθηματικών και κοινωνικών παραγόντων θα μπορούσε να συμβάλει στο σχεδιασμό αποτελεσματικότερων εκπαιδευτικών προγραμμάτων (Immordino-Yang & Damasio, 2007).

#νευροεπιστήμη #εκπαίδευση #εγκέφαλος

Βιβλιογραφικές Πηγές

Azevedo, F. A., Carvalho, L. R., Grinberg, L. T., Farfel, J. M., Ferretti, R. E., Leite, R. E., ... & Herculano-Houzel, S. (2009). Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. Journal of Comparative Neurology, 513(5), 532-541.
Bliss, T. V., & Collingridge, G. L. (1993). A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus. Nature, 361(6407), 31-39.
Carlson, N. R. (2013). Physiology of Behavior (11th ed.). Pearson Education.
Carpenter, S. K., Cepeda, N. J., Rohrer, D., Kang, S. H., & Pashler, H. (2012). Using spacing to enhance diverse forms of learning: Review of recent research and implications for instruction. Educational Psychology Review, 24(3), 369-378.
Cooke, S. F., & Bliss, T. V. (2006). Plasticity in the human central nervous system. Brain, 129(7), 1659-1673.
Draganski, B., Gaser, C., Busch, V., Schuierer, G., Bogdahn, U., & May, A. (2004). Changes in grey matter induced by training. Nature, 427(6972), 311-312.
Drachman, D. A. (2005). Do we have brain to spare?. Neurology, 64(12), 2004-2005.
Dunlosky, J., Rawson, K. A., Marsh, E. J., Nathan, M. J., & Willingham, D. T. (2013). Improving students’ learning with effective learning techniques: Promising directions from cognitive and educational psychology. Psychological Science in the Public Interest, 14(1), 4-58.
Immordino‐Yang, M. H., & Damasio, A. (2007). We feel, therefore we learn: The relevance of affective and social neuroscience to education. Mind, brain, and education, 1(1), 3-10.
Josselyn, S. A., Köhler, S., & Frankland, P. W. (2015). Finding the engram. Nature Reviews Neuroscience, 16(9), 521-534.
Karni, A., Meyer, G., Rey-Hipolito, C., Jezzard, P., Adams, M. M., Turner, R., & Ungerleider, L. G. (1998). The acquisition of skilled motor performance: fast and slow experience-driven changes in primary motor cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(3), 861-868.
Kleim, J. A., Hogg, T. M., VandenBerg, P. M., Cooper, N. R., Bruneau, R., & Remple, M. (2004). Cortical synaptogenesis and motor map reorganization occur during late, but not early, phase of motor skill learning. Journal of Neuroscience, 24(3), 628-633.
Lisman, J., Grace, A. A., & Duzel, E. (2011). A neoHebbian framework for episodic memory; role of dopamine-dependent late LTP. Trends in neurosciences, 34(10), 536-547.
Lømo, T. (1966). Frequency potentiation of excitatory synaptic activity in the dentate area of the hippocampal formation. Acta Physiologica Scandinavica, 68(128), 128.
Marcus, G. F. (2004). The birth of the mind: How a tiny number of genes creates the complexities of human thought. Basic Books.
Maya Vetencourt, J. F., Sale, A., Viegi, A., Baroncelli, L., De Pasquale, R., O'leary, O. F., ... & Maffei, L. (2008). The antidepressant fluoxetine restores plasticity in the adult visual cortex. Science, 320(5874), 385-388.
McClelland, J. L., McNaughton, B. L., & O’reilly, R. C. (1995). Why there are complementary learning systems in the hippocampus and neocortex: insights from the successes and failures of connectionist models of learning and memory. Psychological review, 102(3), 419.
Rolls, E. T. (2016). Cerebral cortex: principles of operation. Oxford University Press.
Sejnowski, T. J., & Tesauro, G. (1989). The Hebb rule for synaptic plasticity: algorithms and implementations. Neural Models of Plasticity, 94, 8-103.
Squire, L. R., Genzel, L., Wixted, J. T., & Morris, R. G. (2015). Memory consolidation. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 7(8), a021766.
Tommerdahl, J. (2010). A model for bridging the gap between neuroscience and education. Oxford Review of Education, 36(1), 97-109.
Tramo, M. J. (2001). Biology and music. Music of the hemispheres. Science, 291(5501), 54-56.