Πώς αποθηκεύεται η γνώση στον εγκέφαλο;

«Το αποτέλεσμα της μάθησης αποθηκεύεται σε νευρωνικά δίκτυα που κατανέμονται σε ολόκληρο τον εγκέφαλο;»

Τι είναι μάθηση και πώς ορίζεται

Η μάθηση είναι μια θεμελιώδης ανθρώπινη διαδικασία που μας επιτρέπει να αποκτούμε νέες γνώσεις, δεξιότητες και συμπεριφορές (Schunk, 2020). Από τη στιγμή της γέννησής μας κιόλας, ξεκινάμε να μαθαίνουμε για τον κόσμο γύρω μας. Μαθαίνουμε πώς να περπατάμε, να μιλάμε, να αλληλεπιδρούμε με τους άλλους. Συνεχίζουμε να μαθαίνουμε σε όλη μας τη ζωή - στο σχολείο, στη δουλειά, στις διαπροσωπικές μας σχέσεις. Οι επιστήμονες ορίζουν τη μάθηση ως τη διαδικασία κατά την οποία εμπειρίες οδηγούν σε σχετικά μόνιμες αλλαγές στη γνώση, τη συμπεριφορά ή τις δεξιότητες ενός ατόμου (Schacter et al., 2011). Για παράδειγμα, όταν ένα παιδί μαθαίνει να κάνει ποδήλατο, αποκτά μια νέα δεξιότητα που διατηρείται στο χρόνο. Έτσι, η μάθηση μάς επιτρέπει να προσαρμοζόμαστε στo περιβάλλον μας και να αναπτυσσόμαστε ως άτομα. Είναι μια δυναμική γνωστική διεργασία που μας συνοδεύει σε κάθε βήμα της ζωής μας.

Βασικές θεωρίες μάθησης

Για να εξηγήσουμε πώς συμβαίνει η μάθηση, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει διάφορες θεωρίες (Schunk, 2020). Η συμπεριφοριστική θεωρία εστιάζει στη σύνδεση ανάμεσα σε ερεθίσματα, αντιδράσεις και ενίσχυση (Skinner, 1965). Υποστηρίζει ότι η μάθηση επιτυγχάνεται μέσω της ενίσχυσης επιθυμητών αντιδράσεων και της τιμωρίας ανεπιθύμητων. Για παράδειγμα, ένας μαθητής μαθαίνει να σηκώνει το χέρι του όταν ξέρει την απάντηση, επειδή ο δάσκαλος τον επιβραβεύει λέγοντας "μπράβο". Από την άλλη, η γνωστική θεωρία εστιάζει στις νοητικές διεργασίες πίσω από τη μάθηση (Bruner, 1966). Υποστηρίζει ότι ο μαθητής ενεργά επεξεργάζεται τις πληροφορίες, βάσει εσωτερικών γνωστικών δομών. Για παράδειγμα, ένα παιδί μαθαίνει την αλφαβήτα συνδυάζοντας τα γράμματα σε λέξεις και προτάσεις που έχουν νόημα. Επιπλέον, η κονστρουκτιβιστική θεωρία εστιάζει στο πώς οι μαθητές οικοδομούν ενεργά τη γνώση τους μέσα από την εμπειρία (Piaget, 1952). Για παράδειγμα, τα παιδιά μαθαίνουν τις μαθηματικές έννοιες χειριζόμενα αντικείμενα και κάνοντας πράξεις. Η κοινωνικοπολιτισμική θεωρία τονίζει τη σημασία των κοινωνικών αλληλεπιδράσεων στη μάθηση (Vygotsky, 1978). Για παράδειγμα, τα παιδιά μαθαίνουν τη γλώσσα μιλώντας με τους γύρω τους. Κατανοώντας τις διαφορετικές προσεγγίσεις, μπορούμε να βελτιώσουμε τη διαδικασία της μάθησης στην εκπαίδευση. Η συνδυαστική εφαρμογή τους φέρνει τα καλύτερα αποτελέσματα για τους μαθητές μας!

Νευροεπιστήμη

Δομή και λειτουργία νευρώνων και συνάψεων

Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρικά κύτταρα που ονομάζονται νευρώνες (Kandel et al., 2000). Οι νευρώνες είναι σαν μικρά ηλεκτρικά καλώδια που μεταφέρουν μηνύματα σε όλο μας το σώμα. Χωρίς αυτούς, δεν θα μπορούσαμε να σκεφτούμε, να αισθανθούμε ή να κινηθούμε! Κάθε νευρώνας έχει ένα σώμα κυττάρου και μακριές αποφυάδες που ονομάζονται νευρίτες. Οι νευρίτες συνδέουν τους νευρώνες μεταξύ τους. Όταν ένας νευρώνας διεγείρεται, στέλνει ένα ηλεκτρικό σήμα κατά μήκος του νευρίτη του προς άλλους νευρώνες. Αυτή η μετάδοση σήματος γίνεται στις συνάψεις, όπου ο νευρίτης του ενός νευρώνα συναντά το σώμα ή τους δενδρίτες ενός άλλου νευρώνα (Sanes & Lichtman, 1999). Φανταστείτε το σαν ένα τηλεφωνικό δίκτυο, με τους νευρώνες να είναι τα τηλέφωνα και τις συνάψεις οι γραμμές που τα συνδέουν. Όταν καλεί κάποιος, το μήνυμα ταξιδεύει από νευρώνα σε νευρώνα μέχρι να φτάσει στον προορισμό του! Έτσι ακριβώς λειτουργεί και το νευρικό μας σύστημα, μεταφέροντας πληροφορίες σε όλο το σώμα.

Νευρωνικά δίκτυα και πλαστικότητα εγκεφάλου

Ο εγκέφαλός μας αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρώνες που συνδέονται μεταξύ τους σε πολύπλοκα νευρωνικά δίκτυα (Sporns et al., 2005). Αυτά τα δίκτυα επιτρέπουν στον εγκέφαλο να επεξεργάζεται πληροφορίες και να μαθαίνει. Όσο χρησιμοποιούμε τον εγκέφαλό μας, τόσο τα νευρωνικά δίκτυα γίνονται πιο αποτελεσματικά. Αυτό ονομάζεται νευροπλαστικότητα (Draganski et al., 2004). Φανταστείτε τα νευρωνικά δίκτυα σαν μονοπάτια σε ένα δάσος. Όσο περπατάμε στα ίδια μονοπάτια, τόσο αυτά γίνονται πιο ευδιάκριτα και εύκολα βατά. Κάτι παρόμοιο συμβαίνει και στον εγκέφαλο όταν μαθαίνουμε κάτι νέο. Οι συνδέσεις ανάμεσα στους νευρώνες που σχετίζονται με αυτή τη δεξιότητα ενισχύονται, γινόμαστε πιο επιδέξιοι και το καταφέρνουμε όλο και καλύτερα (Zatorre et al., 2012)! Για παράδειγμα, όταν ένα παιδί μαθαίνει να παίζει ένα μουσικό όργανο, τα νευρωνικά δίκτυα που σχετίζονται με τον κινητικό έλεγχο των δακτύλων ενισχύονται. Με την πρακτική, το παιδί γίνεται ολοένα καλύτερο στο όργανο καθώς τα νευρωνικά μονοπάτια "χαράσσονται" βαθύτερα στον εγκέφαλο. Η νευροπλαστικότητα μάς επιτρέπει να μαθαίνουμε διαρκώς νέα πράγματα και να βελτιωνόμαστε σε δεξιότητες. Ο εγκέφαλος διατηρεί την ευελιξία να αλλάζει και να προσαρμόζεται σε όλη μας τη ζωή!

Μάθηση και εγκέφαλος

Ρόλος περιοχών εγκεφάλου στη μάθηση

H μάθηση είναι μια σύνθετη λειτουργία του εγκεφάλου που απαιτεί το συντονισμό πολλών περιοχών (Squire et al., 2003). Μία από τις βασικότερες περιοχές είναι ο ιππόκαμπος, ένα τμήμα του λοβού του εγκεφάλου. Ο ιππόκαμπος διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στη μνήμη και τη μάθηση (Scoville & Milner, 1957). Συγκεκριμένα, είναι υπεύθυνος για τη μετατροπή των βραχυπρόθεσμων μνημών σε μακροπρόθεσμες, έτσι ώστε να αποθηκεύονται οι νέες πληροφορίες. Χωρίς τον ιππόκαμπο, θα ήταν αδύνατο να μάθουμε και να θυμόμαστε νέα γεγονότα και γνώσεις. Φανταστείτε τον εγκέφαλο σαν μια βιβλιοθήκη και τον ιππόκαμπο σαν τον βιβλιοθηκονόμο, που ταξινομεί και αρχειοθετεί τις πληροφορίες στα ράφια. Χωρίς τον βιβλιοθηκονόμο, τα βιβλία θα ήταν σκόρπια στο πάτωμα και κανείς δεν θα μπορούσε να βρει τίποτα! Εκτός από τον ιππόκαμπο, και άλλες περιοχές όπως ο προμετωπιαίος φλοιός και οι φλοιοί εμπλέκονται στη μνήμη και τη μάθηση, αλλά με διαφορετικούς ρόλους (Eichenbaum, 2017). Μαζί, όλες αυτές οι περιοχές αλληλεπιδρούν για να μας επιτρέψουν να αποκτήσουμε νέες γνώσεις και δεξιότητες.

Μοριακοί και κυτταρικοί μηχανισμοί μάθησης

H μάθηση στον εγκέφαλο συντελείται μέσω σύνθετων μοριακών και κυτταρικών μηχανισμών σε επίπεδο νευρώνων και συνάψεων (Kandel et al., 2014). Όταν μαθαίνουμε, δημιουργούνται νέες συνδέσεις ανάμεσα στα νευρικά κύτταρα και ενισχύονται οι υπάρχουσες. Σε μοριακό επίπεδο, αυτό συμβαίνει μέσω της σύνθεσης νέων πρωτεϊνών που ενισχύουν την επικοινωνία ανάμεσα στους νευρώνες (Kelleher et al., 2004). Για παράδειγμα, παράγονται περισσότεροι υποδοχείς στις συνάψεις, αυξάνοντας την ευαισθησία στα νευροδιαβιβαστικά μόρια. Σε κυτταρικό επίπεδο, οι δενδρίτες των νευρώνων αναδιαμορφώνονται, δημιουργώντας νέες συναπτικές συνδέσεις (Lamprecht & LeDoux, 2004). Οι δενδρίτες είναι σαν τα κλαδιά των δέντρων που απλώνονται για να ενωθούν με άλλα δέντρα. Μέσω της αναδιαμόρφωσης των δενδριτών, τα νευρικά δίκτυα αναδιοργανώνονται φυσικά για να αποθηκεύσουν τις νέες μαθησιακές πληροφορίες. Όλοι αυτοί οι μηχανισμοί λειτουργούν συντονισμένα κατά τη διάρκεια της μάθησης, επιτρέποντας στον εγκέφαλο να προσαρμόζεται διαρκώς και να αποκτά νέες ικανότητες. Η πλαστικότητα του εγκεφάλου μας δίνει τη δυνατότητα της δια βίου μάθησης!

Νευρωνικά δίκτυα και συνάψεις που διαμορφώνονται κατά τη μάθηση

Καθώς μαθαίνουμε νέες πληροφορίες και δεξιότητες, τα νευρωνικά δίκτυα και οι συνάψεις στον εγκέφαλό μας αλλάζουν δραματικά (Draganski et al., 2006). Νέοι νευρώνες δημιουργούνται και οι υπάρχοντες αναδιοργανώνονται για να αποθηκεύσουν αποτελεσματικά τις πληροφορίες. Σε μικροσκοπικό επίπεδο, οι δενδρίτες των νευρώνων αναπτύσσονται και δημιουργούν νέες συνάψεις με άλλα κύτταρα (Xu et al., 2009). Σαν τα κλαδιά ενός δέντρου που απλώνονται για να βρουν το φως, έτσι και οι δενδρίτες "αναζητούν" νέους νευρώνες-στόχους για να συνδεθούν. Αυτές οι νέες συνάψεις ενισχύουν την επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων. Σε μεγαλύτερη κλίμακα, ολόκληρες περιοχές του εγκεφάλου γίνονται πιο διασυνδεδεμένες (Gómez et al., 2018). Για παράδειγμα, κατά την εκμάθηση ενός μουσικού οργάνου ενισχύεται η επικοινωνία ανάμεσα στον ακουστικό, οπτικό και κινητικό φλοιό. Έτσι, χάρη στη νευροπλαστικότητα, ο εγκέφαλος αναδιαμορφώνει δυναμικά τα νευρωνικά του δίκτυα ανάλογα με τις εμπειρίες και τη μάθηση του ατόμου.

Συμπεράσματα

Σύνοψη βασικών σημείων

Η μάθηση ορίζεται ως η απόκτηση νέων γνώσεων, δεξιοτήτων και συμπεριφορών. Υπάρχουν διάφορες θεωρίες που εξηγούν πώς συμβαίνει η μάθηση.
Ο εγκέφαλος αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρώνες που συνδέονται σε πολύπλοκα νευρωνικά δίκτυα. Επιδεικνύει νευροπλαστικότητα και προσαρμόζεται ανάλογα με τη μάθηση.
Ο ιππόκαμπος διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη μετατροπή της βραχυπρόθεσμης μνήμης σε μακροπρόθεσμη.
Σε μοριακό και κυτταρικό επίπεδο συμβαίνουν αλλαγές στους νευρώνες και τις συνάψεις κατά τη μάθηση.
Τα νευρωνικά δίκτυα αναδιαμορφώνονται δυναμικά μέσω νέων συνδέσεων για να ενσωματώσουν τις γνώσεις που αποκτούμε.

Το αποτέλεσμα της μάθησης αποθηκεύεται σε νευρωνικά δίκτυα που κατανέμονται σε ολόκληρο τον εγκέφαλο;

Με βάση όσα αναφέραμε, η απάντηση είναι ξεκάθαρα ναι. Η μάθηση δεν αποθηκεύεται σε ένα μοναδικό τόπο του εγκεφάλου, αλλά κατανέμεται σε εκτεταμένα νευρωνικά δίκτυα που εμπλέκουν πολλαπλές περιοχές (Draganski et al., 2006). Σε μοριακό επίπεδο, η μάθηση προκαλεί αλλαγές στην έκφραση γονιδίων σε νευρώνες σε όλο τον εγκέφαλο. Σε κυτταρικό επίπεδο, δημιουργούνται νέες συνάψεις και ενισχύονται υπάρχουσες σε διάφορες περιοχές. Σε επίπεδο νευρωνικών κυκλωμάτων, παρατηρείται αυξημένος συγχρονισμός μεταξύ απομακρυσμένων περιοχών (Gómez et al., 2018). Έτσι, η αποθήκευση της μάθησης είναι μια εγκεφαλικά εκτεταμένη διαδικασία που αφήνει «ίχνη» σε πολλαπλά νευρωνικά δίκτυα. Αυτό αποτελεί μια απόδειξη της εκπληκτικής πλαστικότητας και προσαρμοστικότητας του ανθρώπινου εγκεφάλου.

#νευροεπιστήμη #εκπαίδευση #εγκέφαλος

Βιβλιογραφικές Πηγές

Bandura, A. (1971). Social learning theory. General Learning Press.
Bruner, J. S. (1966). Toward a theory of instruction. Belknap Press.
Draganski, B., Gaser, C., Busch, V., Schuierer, G., Bogdahn, U., & May, A. (2004). Neuroplasticity: Changes in grey matter induced by training. Nature, 427(6972), 311-312.
Draganski, B., Gaser, C., Kempermann, G., Kuhn, H. G., Winkler, J., Buchel, C., & May, A. (2006). Temporal and spatial dynamics of brain structure changes during extensive learning. Journal of Neuroscience, 26(23), 6314-6317.
Eichenbaum, H. (2017). On the integration of space, time, and memory. Neuron, 95(5), 1007-1018.
Gómez, J., Barnett, M. A., Natu, V., Mezer, A., Palomero-Gallagher, N., Weiner, K. S., Amunts, K., Zilles, K., & Grill-Spector, K. (2018). Microstructural proliferation in human cortex is coupled with the development of face processing. Science, 355(6320), 68-71.
Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum, S. A., & Hudspeth, A. J. (Eds.). (2000). Principles of neural science (Vol. 4). McGraw-hill.
Kandel, E. R., Dudai, Y., & Mayford, M. R. (2014). The molecular and systems biology of memory. Cell, 157(1), 163-186.
Kelleher III, R. J., Govindarajan, A., & Tonegawa, S. (2004). Translational regulatory mechanisms in persistent forms of synaptic plasticity. Neuron, 44(1), 59-73.
Lamprecht, R., & LeDoux, J. (2004). Structural plasticity and memory. Nature Reviews Neuroscience, 5(1), 45-54.
Piaget, J. (1952). The origins of intelligence in children. International Universities Press.
Sanes, D. H., & Lichtman, J. W. (1999). Development of the vertebrate neuromuscular junction. Annual Review of Neuroscience, 22(1), 389-442.
Scoville, W. B., & Milner, B. (1957). Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, 20(1), 11-21.
Schunk, D. H. (2020). Learning theories: An educational perspective. Pearson.
Skinner, B. F. (1965). The technology of teaching. Proc. R. Soc. Lond. B, 162(989), 427-443.
Sporns, O., Chialvo, D. R., Kaiser, M., & Hilgetag, C. C. (2004). Organization, development and function of complex brain networks. Trends in Cognitive Sciences, 8(9), 418-425.
Squire, L. R., Stark, C. E., & Clark, R. E. (2004). The medial temporal lobe. Annual Review of Neuroscience, 27, 279-306.
Vygotsky, L.S. (1978). Mind in society: The development of higher psychological processes. Harvard University Press.
Xu, T., Yu, X., Perlik, A. J., Tobin, W. F., Zweig, J. A., Tennant, K., ... & Zuo, Y. (2009). Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature, 462(7275), 915-919.
Zatorre, R. J., Fields, R. D., & Johansen-Berg, H. (2012). Plasticity in gray and white: Neuroimaging changes in brain structure during learning. Nature Neuroscience, 15(4), 528-536.