Ο ρόλος των συναπτικών αλλαγών στη μάθηση και τη μνήμη

«Πώς σχετίζονται οι αλλαγές στις συνάψεις των νευρώνων με τη μάθηση και τη μνήμη; Με ποιον τρόπο οι πλαστικές αλλαγές στις συνδέσεις των νευρώνων συμβάλλουν στη μάθηση και τη δημιουργία μνήμης;»

Η μάθηση είναι μια σύνθετη διαδικασία που συμβαίνει στον εγκέφαλό μας καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής μας. Από τη στιγμή που γεννιόμαστε μέχρι τη στιγμή που φεύγουμε από αυτόν τον κόσμο, ο εγκέφαλός μας μαθαίνει και αποθηκεύει νέες πληροφορίες. Αλλά πώς ακριβώς συμβαίνει αυτό; Πώς ο εγκέφαλός μας μετατρέπει τις εμπειρίες μας σε μαθησιακά αποτελέσματα; (Draganski et al., 2014). Η επιστήμη της νευροεπιστήμης μάς δίνει σήμερα πολύτιμες πληροφορίες για το πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος και πώς συνδέεται αυτή η λειτουργία με τη μάθηση. Σύμφωνα με πρόσφατες έρευνες, φαίνεται πως η μάθηση δεν οφείλεται απλά στην αποθήκευση νέων πληροφοριών. Αλλά σχετίζεται άμεσα με τις αλλαγές που συμβαίνουν στις συνάψεις ανάμεσα στα νευρικά κύτταρα του εγκεφάλου μας. (Sweatt, 2016). Τι σημαίνει όμως αυτό για εμάς τους απλούς ανθρώπους και ειδικά για τα παιδιά που βρίσκονται στο σχολείο; Με απλά λόγια, οι νέες πληροφορίες που μαθαίνουν τα παιδιά στο σχολείο δημιουργούν νέες συνδέσεις ανάμεσα στα κύτταρα του εγκεφάλου. Και αυτές οι νέες συνδέσεις είναι υπεύθυνες για την αποθήκευση των πληροφοριών και τελικά τη μάθηση νέων γνώσεων και δεξιοτήτων.

Βασικές έννοιες της νευροεπιστήμης σχετικά με τη δομή και λειτουργία του εγκεφάλου και των νευρώνων

Ο εγκέφαλός μας αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρώνες, τα βασικά κύτταρα του νευρικού συστήματος (Kandel et al., 2000). Οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω εξειδικευμένων συνδέσεων που ονομάζονται συνάψεις. Όταν ένας νευρώνας διεγείρεται, στέλνει ηλεκτρικά σήματα στους νευρώνες με τους οποίους συνδέεται (Bear et al., 2016). Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι νευρώνων στον εγκέφαλο που εκτελούν εξειδικευμένες λειτουργίες. Για παράδειγμα, οι αισθητικοί νευρώνες μεταφέρουν πληροφορίες από τις αισθήσεις, ενώ οι κινητικοί νευρώνες ελέγχουν τις κινήσεις του σώματος. Οι νευρώνες οργανώνονται σε νευρωνικά κυκλώματα που εξυπηρετούν συγκεκριμένες γνωστικές λειτουργίες, όπως η μνήμη, η προσοχή, η λήψη αποφάσεων (Squire et al., 2012). Οι συνάψεις, οι συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, έχουν την ικανότητα να αλλάζουν και να προσαρμόζονται μέσω του φαινομένου της νευροπλαστικότητας (Voss et al., 2017). Αυτή η εγκεφαλική ευελιξία επιτρέπει τη μάθηση δημιουργώντας νέες συνάψεις, ενισχύοντας υπάρχουσες και αποδυναμώνοντας άλλες. Καθώς μαθαίνουμε, το νευρωνικό δίκτυο αναδιοργανώνεται συνεχώς για να αποθηκεύσει και να επεξεργαστεί αποτελεσματικότερα τις νέες πληροφορίες.

Τι είναι οι συνάψεις και πώς σχηματίζονται/ενισχύονται μεταξύ των νευρώνων

Οι συνάψεις είναι οι δομές επικοινωνίας μεταξύ των νευρώνων (Kandel et al., 2000). Βρίσκονται στα άκρα των νευρικών κυττάρων και επιτρέπουν τη μετάδοση σημάτων από τον ένα νευρώνα στον άλλο. Υπάρχουν δύο τύποι συνάψεων: οι χημικές και οι ηλεκτρικές. Οι χημικές συνάψεις χρησιμοποιούν νευροδιαβιβαστές, όπως η ντοπαμίνη και η σεροτονίνη, για να μεταφέρουν πληροφορίες από τον προ-συναπτικό στον μετα-συναπτικό νευρώνα (Carlson, 2010). Οι ηλεκτρικές συνάψεις, από την άλλη, μεταφέρουν απευθείας ηλεκτρικά σήματα μέσω χασμάτων που ονομάζονται κοινωνίες. Ο σχηματισμός των συνάψεων αρχίζει ήδη πριν τη γέννηση και συνεχίζεται σε όλη τη διάρκεια της ζωής (Power and Schlaggar, 2017). Η ενίσχυση τους επιτυγχάνεται μέσω της συνεχούς χρήσης και ενεργοποίησής τους. Όσο πιο συχνά «πυροδοτείται» μια σύναψη, τόσο ισχυρότερη γίνεται. Νέες συνδέσεις μπορούν να σχηματιστούν ανάμεσα σε νευρώνες που πριν δεν επικοινωνούσαν, δημιουργώντας έτσι νέα νευρωνικά μονοπάτια και κυκλώματα.

Πώς οι αλλαγές στις συναπτικές συνδέσεις σχετίζονται με τη μάθηση και τη δημιουργία μνήμης.

Η μάθηση συντελείται όταν αλλάζουν οι συνάψεις ανάμεσα στους νευρώνες (Vogel-Ciernia and Wood, 2014). Όταν μαθαίνουμε κάτι καινούριο, δημιουργούνται νέες συνάψεις ανάμεσα σε νευρώνες που πριν δεν είχαν επαφή. Για παράδειγμα, όταν ένα παιδί μαθαίνει την έννοια του «σκύλου» σχηματίζονται νέες συνδέσεις ανάμεσα στα νευρωνικά δίκτυα που αναπαριστούν την εικόνα, τον ήχο και άλλα χαρακτηριστικά του σκύλου. Επιπλέον, υπάρχουσες συνάψεις ενισχύονται κάθε φορά που ενεργοποιούνται ξανά, για παράδειγμα όταν εξασκούμε ένα τραγούδι στο πιάνο. Αυτή η ενίσχυση είναι απαραίτητη για τη μετατροπή των βραχυπρόθεσμων μνημών σε μακροπρόθεσμες (Takeuchi et al., 2014). Άρα, ο σχηματισμός νέων συνάψεων και η ενίσχυση υπαρχουσών επιτρέπει την αποθήκευση νέων πληροφοριών και τη δημιουργία μνήμης, δηλαδή τη μάθηση. Χωρίς αλλαγές στις συνάψεις, η μάθηση δεν μπορεί να συμβεί.

Σύγχρονες τεχνικές απεικόνισης του εγκεφάλου που δείχνουν τις αλλαγές στις συνάψεις κατά τη μάθηση

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν διάφορες τεχνικές απεικόνισης του εγκεφάλου για να μελετήσουν τις αλλαγές στις συνάψεις κατά τη διάρκεια της μάθησης και της δημιουργίας μνήμης (Reid and MacLullich, 2016). Μία σημαντική τεχνική είναι η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI), η οποία μετράει τις μεταβολές στην τοπική ροή αίματος στον εγκέφαλο. Η αυξημένη ροή αίματος δείχνει περιοχές μεγαλύτερης νευρωνικής δραστηριότητας. Με τον τρόπο αυτό, η fMRI αποκαλύπτει τη δημιουργία νέων νευρωνικών δικτύων κατά τη διάρκεια της εκμάθησης μιας δεξιότητας (Thomas and Baker, 2013). Μια άλλη τεχνική είναι το δυναμικό συνάψεων, το οποίο καταγράφει την ηλεκτρική δραστηριότητα μεταξύ νευρώνων. Η αύξηση του δυναμικού συνάψεων δείχνει ενίσχυση των συνδέσεων κατά τη μάθηση (Reid and MacLullich, 2016). Αυτές οι τεχνικές παρέχουν σημαντικές αποδείξεις ότι η μάθηση προκαλεί μετρήσιμες φυσικές αλλαγές στις συνάψεις του εγκεφάλου.

Παραδείγματα από την εκπαίδευση που δείχνουν πώς οι αλλαγές στις συνάψεις βοηθούν στη μάθηση δεξιοτήτων και γνώσεων

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα από το χώρο της εκπαίδευσης που δείχνουν πώς οι αλλαγές στις συνάψεις συμβάλλουν στη μάθηση νέων δεξιοτήτων και γνώσεων. Για παράδειγμα, όταν τα παιδιά μαθαίνουν να διαβάζουν και να γράφουν, αναπτύσσουν νέες συνδέσεις μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου που εμπλέκονται στην αναγνώριση οπτικών συμβόλων, τη γλωσσική κατανόηση και τις κινητικές δεξιότητες (Carreiras et al., 2009). Όταν οι μαθητές ασκούνται στην επίλυση μαθηματικών προβλημάτων, ενισχύονται οι συνδέσεις μεταξύ των εγκεφαλικών περιοχών που σχετίζονται με τον αριθμητικό συλλογισμό (Rosenberg-Lee et al., 2011). Η εκμάθηση μιας ξένης γλώσσας αποτελεί ένα κλασικό παράδειγμα ανάπτυξης νέων συνάψεων. Οι μαθητές πρέπει να συνδέσουν τις λέξεις και τους κανόνες της νέας γλώσσας με τις έννοιες που ήδη γνωρίζουν στη μητρική τους γλώσσα. Απεικονιστικές μελέτες δείχνουν αύξηση της συνδεσιμότητας σε περιοχές του εγκεφάλου σχετικές με τη γλώσσα. Η εκμάθηση ενός μουσικού οργάνου απαιτεί το συντονισμό πολλών αισθήσεων και κινήσεων. Νευροεπιστημονικές μελέτες δείχνουν αλλαγές σε περιοχές όπως ο ακουστικός, οπτικός και κινητικός φλοιός. Οι νέες διασυνδέσεις ανάμεσα σε αυτές τις περιοχές επιτρέπουν τον συγχρονισμό και τη μάθηση. Παρόμοιες αλλαγές στη συνδεσιμότητα του εγκεφάλου παρατηρούνται στην εκμάθηση αθλημάτων, χορού, θετικών επιστημών και άλλων δεξιοτήτων που απαιτούν συντονισμό γνωστικών λειτουργιών. Οι πλαστικές αλλαγές στον εγκέφαλο επιτρέπουν την εδραίωση νέων δεξιοτήτων και γνώσεων. Επομένως, η μάθηση στηρίζεται στη νευροπλαστικότητα του εγκεφάλου και την ικανότητά του να αλλάζει τις συνάψεις ανάλογα με τις εμπειρίες.

Συμπέρασμα

Σύνοψη των κύριων σημείων και του μηνύματος ότι η μάθηση στηρίζεται σε αλλαγές στις νευρωνικές συνδέσεις στον εγκέφαλο

Συνοψίζοντας, είδαμε πως η μάθηση και η μνήμη στηρίζονται σε σημαντικό βαθμό στην ικανότητα του εγκεφάλου να αλλάζει δυναμικά τις νευρωνικές του συνδέσεις. Οι συνάψεις μεταξύ νευρώνων μπορούν να δημιουργούνται, να ενισχύονται ή να ατροφούν ανάλογα με τις εμπειρίες μας. Σύγχρονες τεχνικές απεικόνισης του εγκεφάλου μας επιτρέπουν να παρατηρούμε τις συναπτικές αλλαγές καθώς μαθαίνουμε. Παραδείγματα από την εκπαίδευση δείχνουν πώς η ανάπτυξη νέων συνδέσεων οδηγεί στην εκμάθηση δεξιοτήτων και απόκτηση γνώσεων. Κατανοώντας τους μηχανισμούς αυτούς μπορούμε να βελτιώσουμε τη διδασκαλία και τη μάθηση.

Αναφορά στη σημασία αυτής της κατανόησης για την εκπαίδευση και τη διδασκαλία

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι αλλαγές στις συνάψεις των νευρώνων σχετίζονται με τη μάθηση και τη μνήμη έχει πολύ μεγάλη σημασία για τον τομέα της εκπαίδευσης και της διδασκαλίας. Κατανοώντας τους βασικούς μηχανισμούς της μάθησης σε νευροβιολογικό επίπεδο, οι εκπαιδευτικοί μπορούν να σχεδιάσουν αποτελεσματικότερες στρατηγικές διδασκαλίας που να ενισχύουν τις συναπτικές αλλαγές που σχετίζονται με τη μάθηση. Για παράδειγμα, τεχνικές όπως η επανάληψη, ο συνδυασμός πολλαπλών αισθητηριακών ερεθισμάτων, η χρήση οπτικοποιήσεων και παραδειγμάτων από την καθημερινή ζωή μπορούν να ενισχύσουν τη δημιουργία και την εδραίωση νέων συναπτικών συνδέσεων. Επίσης, η γνώση των μηχανισμών αυτών μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη αποτελεσματικότερων εκπαιδευτικών προγραμμάτων για μαθητές με μαθησιακές δυσκολίες. Συνολικά, η σύζευξη της νευροεπιστήμης με την εκπαίδευση μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικά οφέλη για τη διδασκαλία και τη μάθηση.

#νευροεπιστήμη #εκπαίδευση #εγκέφαλος

Βιβλιογραφικές Πηγές

Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2016). Neuroscience: Exploring the brain. Jones & Bartlett Publishers.
Carreiras, M., Seghier, M. L., Baquero, S., Estévez, A., Lozano, A., Devlin, J. T., & Price, C. J. (2009). An anatomical signature for literacy. Nature, 461(7266), 983-986.
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.
Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum, S. A., & Hudspeth, A. J. (2000). Principles of neural science (Vol. 4). McGraw-hill.
Reid, A. T., & MacLullich, A. M. (2016). Subjective memory complaints and cognitive impairment in older people. Dementia and geriatric cognitive disorders, 41(5-6), 471-485.
Rosenberg-Lee, M., Chang, T. T., Young, C. B., Wu, S., & Menon, V. (2011). Functional dissociations between four basic arithmetic operations in the human posterior parietal cortex: A cytoarchitectonic mapping study. Neuropsychologia, 49(9), 2592-2608.
Squire, L. R., Berg, D., Bloom, F. E., du Lac, S., Ghosh, A., & Spitzer, N. C. (2012). Fundamental neuroscience. Academic Press.
Takeuchi, T., Duszkiewicz, A. J., & Morris, R. G. (2014). The synaptic plasticity and memory hypothesis: encoding, storage and persistence. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 369(1633), 20130288.
Thomas, C., & Baker, C. I. (2013). Teaching an adult brain new tricks: A critical review of evidence for training-dependent structural plasticity in humans. Neuroimage, 73, 225-236.
Voss, P., Thomas, M. E., Cisneros-Franco, J. M., & de Villers-Sidani, É. (2017). Dynamic Brains and the Changing Rules of Neuroplasticity: Implications for Learning and Recovery. Frontiers in psychology, 8, 1657.
Vogel-Ciernia, A., & Wood, M. A. (2014). Examining object location and object recognition memory in mice. Current protocols in neuroscience, 69(1), 8-31.