Γιατί ορισμένοι άνθρωποι είναι σε θέση να μαθαίνουν καινούριες δεξιότητες ενώ άλλοι χρειάζονται επιπλέον χρόνο ή εξάσκηση; Ο Scott Grafton και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο της Σάντα Μπάρμπαρα έθεσαν αυτό το ερώτημα στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια και το Πανεπιστήμιο Τζονς Χόπκινς. Για να βρει την απάντηση, η ομάδα σχεδίασε μια μελέτη για τη μέτρηση των συνδέσεων ανάμεσα στις διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου, ενώ οι συμμετέχοντες μάθαιναν να παίζουν ένα απλό παιχνίδι.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η νευρωνική δραστηριότητα των συμμετεχόντων που μάθαιναν πιο γρήγορα ήταν διαφορετική από των υπολοίπων. Η ανάλυση τους έδωσε μια νέα εικόνα για το τι συμβαίνει στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της μαθησιακής διαδικασίας και έριξε φως στον ρόλο των αλληλεπιδράσεων ανάμεσα στις διάφορες περιοχές του. Τα ευρήματα, τα οποία παρουσιάζονται online στο περιοδικό «Nature Neuroscience», έδειξαν ότι η ενεργοποίηση τμημάτων εγκεφάλου που δεν χρησιμοποιούνται για κάποια εργασία – όπως όταν σκεφτόμαστε σε υπερβολικό βαθμό προσπαθώντας να λύσουμε ένα πρόβλημα – έχει ζωτικό ρόλο σε αυτή τη σημαντική διαφορά.
Advertisment
Ο Grafton, καθηγητής στο τμήμα Ψυχολογίας & των Επιστημών του Εγκεφάλου και της Νόησης στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας αναφέρει τα εξής: «Είναι χρήσιμο να βλέπουμε τον εγκέφαλό μας ως μια τεράστια εργαλειοθήκη. Όταν ξεκινάμε να μαθαίνουμε μια καινούρια δεξιότητα, όπως να παίζουμε ένα μουσικό όργανο, ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί πολλά διαφορετικά «εργαλεία» σε μια προσπάθεια να παράγει οτιδήποτε μπορεί να είναι πιο κοντά στη μουσική. Με το πέρασμα του χρόνου και την εξάσκηση, είναι απαραίτητα όλο και λιγότερα «εργαλεία» και οι βασικές περιοχές του εγκεφάλου είναι σε θέση να φέρουν τη διαδικασία εις πέρας. Οι εργαστηριακές μελέτες μας δείχνουν ότι πέρα από την εξάσκηση, ορισμένα από αυτά τα γνωστικά εργαλεία θα μπορούσαν πραγματικά να εμποδίσουν την περαιτέρω μάθηση».
Στο Κέντρο Εγκεφαλικής Απεικόνισης του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, οι συμμετέχοντες στη μελέτη έπαιξαν ένα απλό παιχνίδι την ώρα που ο εγκέφαλός τους σαρωνόταν με Λειτουργική Απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού (fMRI). Η τεχνική αυτή μετρά τη νευρική δραστηριότητα παρακολουθώντας τη ροή του αίματος στον εγκέφαλο και καταγράφοντας τις περιοχές που συμμετέχουν στη συγκεκριμένη δραστηριότητα.
Οι συμμετέχοντες απάντησαν σε μια σειρά χρωματικά κωδικοποιημένων σημειώσεων πατώντας το αντίστοιχο κουμπί σε ένα χειριστήριο χειρός. Παρακολούθησαν 6 προκαθορισμένες σειρές με 10 σημειώσεις η καθεμιά πολλές φορές κατά τη διάρκεια της σάρωσης. Οι συμμετέχοντες έλαβαν οδηγίες να παίξουν τις σειρές όσο το δυνατόν με περισσότερη ταχύτητα και με ακρίβεια αναλόγως με τις οδηγίες που έβλεπαν στην οθόνη.
Advertisment
Η μελέτη συνεχίστηκε με τους συμμετέχοντες να κάνουν εξάσκηση στο σπίτι, ενώ οι ερευνητές παρακολουθούσαν τη δραστηριότητά τους από απόσταση. Οι συμμετέχοντες επέστρεψαν στο Κέντρο ύστερα από 2, 4 και 6 εβδομάδες και διαλείμματα 6 εβδομάδων για καινούριες σαρώσεις οι οποίες απέδειξαν πόσο πολύ η εξάσκηση τους βοήθησε να αναπτύξουν τις ικανότητές τους. Ο χρόνος ολοκλήρωσης της διαδικασίας για όλους τους συμμετέχοντες μειώθηκε κατά τη διάρκεια της μελέτης, αλλά με διαφορετικούς ρυθμούς. Κάποιοι βρήκαν τις ακολουθίες αμέσως, ενώ άλλοι βελτιώθηκαν σταδιακά μέσα στην περίοδο των 6 εβδομάδων.
Η πολυπλοκότητα της μάθησης
Η επικεφαλής συγγραφέας Danielle Bassett, εμπειρογνώμονας στον τομέα της Επιστήμης των Δικτύων Υπολογιστών, ανέπτυξε καινούριες μεθόδους ανάλυσης με σκοπό να διαπιστώσει τι συμβαίνει στον εγκέφαλο των συμμετεχόντων που σχετίζεται με αυτές τις διαφορές. Αντί όμως να προσπαθήσει να βρει ένα και μοναδικό σημείο στον εγκέφαλο που να είναι περισσότερο ή λιγότερο ενεργό, η ομάδα διερεύνησε τη διαδικασία της μάθησης ως μια λειτουργία ενός πολύπλοκου, ισχυρού δικτύου με τη συμμετοχή διαφόρων περιοχών του εγκεφάλου.
H Danielle Bassett, Επίκουρη Καθηγήτρια Καινοτομίας στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, αναφέρει: «Δεν χρησιμοποιήσαμε την παραδοσιακή προσέγγιση με fMRI όπου επιλέγεται μια περιοχή του εγκεφάλου και εξετάζεται αν ενεργοποιείται. Εξετάσαμε ολόκληρο τον εγκέφαλο και ελέγξαμε ποια μέρη επικοινωνούσαν περισσότερο μεταξύ τους».
Οι ερευνητές συνέκριναν τα σημεία ενεργοποίησης 112 περιοχών του εγκεφάλου και μέτρησαν τον βαθμό στον οποίο η μία επηρέαζε την άλλη. Όσο περισσότερο τα σημεία 2 περιοχών ταίριαζαν, τόσο περισσότερο βρίσκονταν σε επικοινωνία. Κάνοντας ένα διάγραμμα με αυτές τις συνδέσεις, η ομάδα διαπίστωσε ότι προέκυψαν σημεία υψηλής διασύνδεσης. «Όταν οι επιστήμονες παρατήρησαν αυτά τα γραφήματα, διαπίστωσαν αυτό που είναι γνωστό ως δομή της κοινότητας», αναφέρει η Bassett. «Υπάρχουν κομβικά σημεία σε ένα δίκτυο που είναι πραγματικά πυκνά συνδεδεμένα το ένα με το άλλο. Όλα τα άλλα είναι είτε ανεξάρτητα είτε πολύ χαλαρά συνδεδεμένα μεταξύ τους».
Η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική γνωστή ως διαδικασία ανίχνευσης κοινοτήτων, μια μέθοδο στην οποία χρησιμοποιούνται αλγόριθμοι με σκοπό να διαπιστωθεί ποια κομβικά σημεία έχουν ενσωματωθεί στο σύμπλεγμα και πώς οι αλληλεπιδράσεις τους αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να μετρήσουν πόσο συνηθισμένο ήταν για οποιαδήποτε 2 κομβικά σημεία να παραμείνουν στο ίδιο σύμπλεγμα, ενώ οι συμμετέχοντες εφάρμοζαν την ίδια ακολουθία περίπου 10 φορές. Μέσα από αυτές τις συγκρίσεις, βρήκαν τις βασικές τάσεις για τον τρόπο που οι περιοχές είναι υπεύθυνες για διαφορετικές λειτουργίες.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τα οπτικά και τα κινητικά τμήματα είχαν μεγάλη συνδεσιμότητα στις πρώτες δοκιμές, αλλά καθώς το πείραμα προχωρούσε έγιναν ουσιαστικά αυτόνομα. Για παράδειγμα, το τμήμα του εγκεφάλου που ελέγχει την κίνηση των δακτύλων και το τμήμα που επεξεργάζεται τα οπτικά ερεθίσματα δεν αλληλεπιδρούσαν καθόλου μέχρι το τέλος του πειράματος. Σύμφωνα με τον Grafton, κατά κάποιο τρόπο αυτή η τάση δεν αποτελεί έκπληξη δεδομένου ότι η ομάδα παρακολουθούσε τη διαδικασία της μάθησης σε νευρολογικό επίπεδο και ο εγκέφαλος των συμμετεχόντων αναδιοργάνωνε τη διαδικασία της εργασίας καθώς μάθαινε την καινούρια δεξιότητα.
Ο Grafton, ο οποίος είναι και μέλος του Ινστιτούτου Συνεργατικής Βιοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας εξηγεί: «Παλαιότερες έρευνες για την εγκεφαλική απεικόνιση εξέταζαν ως επί το πλείστον την ικανότητα μάθησης συνήθως μέσα σε λίγες ημέρες εξάσκησης, πράγμα το οποίο ήταν άσκοπο. Ποιός μπορεί να μάθει να παίζει βιολί μέσα σε ένα απόγευμα; Μελετώντας τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης εξάσκησης κατά τη διάρκεια πολλών εβδομάδων, αποκτάμε γνώσεις για αλλαγές στον εγκέφαλο που ποτέ πριν δεν είχαμε παρατηρήσει. Όλα αυτά μας αποκαλύπτουν θεμελιώδεις γνώσεις για την εκμάθηση δεξιοτήτων που είναι παρόμοιες με τα είδη μάθησης που πρέπει να επιτύχουμε στη ζωή μας».
Σύγκριση με την εκτελεστική λειτουργία του εγκεφάλου
Με τους νευρολογικούς συσχετισμούς της διαδικασίας μάθησης να έρχονται στο προσκήνιο, οι επιστήμονες κατάφεραν να ερευνήσουν τις διαφορές μεταξύ των συμμετεχόντων προκειμένου να εξηγήσουν γιατί κάποιοι έμαθαν τις ακολουθίες πιο γρήγορα από τους άλλους. Όσο αντιφατικό και αν φαίνεται, οι συμμετέχοντες που παρουσίασαν μειωμένη νευρωνική δραστηριότητα, μάθαιναν πιο γρήγορα. Η κρίσιμη διαφορά εντοπίστηκε σε περιοχές που δεν έχουν άμεση σχέση με την παρατήρηση των σημάτων ή το παιχνίδι των ακολουθιών: τον μετωπιαίο φλοιό και τον πρόσθιο φλοιό του προσαγωγίου.
Αυτά τα κέντρα γνωστικού ελέγχου φαίνεται πως είναι υπεύθυνα για την εκτελεστική λειτουργία του εγκεφάλου. «Αυτό το νευρολογικό χαρακτηριστικό σχετίζεται με τον σχεδιασμό και την υλοποίηση σχεδίων, τον εντοπισμό και την αποφυγή λαθών και άλλα ανώτερα είδη σκέψης», δηλώνει ο Grafton. «Στην πραγματικότητα, η καλή εκτελεστική λειτουργία είναι απαραίτητη για τις πολύπλοκες εργασίες, αλλά ίσως αποτελεί εμπόδιο για τη διαχείριση των απλών».
Ο Grafton τόνισε επίσης ότι ο μετωπιαίος φλοιός και ο πρόσθιος φλοιός του προσαγωγίου είναι από τις τελευταίες περιοχές του εγκεφάλου που αναπτύσσονται πλήρως στον άνθρωπο, γεγονός που εξηγεί γιατί τα παιδιά έχουν την ικανότητα να αποκτούν νέες δεξιότητες πιο γρήγορα συγκριτικά με τους ενήλικες.
Η Bassett εξηγεί: «Οι άνθρωποι που έχουν την ικανότητα να απενεργοποιούν την επικοινωνία ανάμεσα στα τμήματα του εγκεφάλου τους πιο γρήγορα έχουν την πιο απότομη μείωση του χρόνου ολοκλήρωσης της εργασίας τους. Φαίνεται ότι τα άλλα τμήματα αποτελούν εμπόδιο για τους πιο αργούς μαθητευόμενους. Μοιάζει σχεδόν σαν να προσπαθούν πολύ σκληρά και να σκέφτονται υπερβολικά». Σε περαιτέρω μελέτες θα ερευνηθεί η αιτία που μερικοί άνθρωποι μπορούν να απενεργοποιούν τη σύνδεση ανάμεσα σε αυτά τα μέρη του εγκεφάλου τους πιο αποτελεσματικά από τους άλλους.
