Г л а в а 1.
Нейродидактика как научная дисциплина.

Сегодня нейродидактика — это относительно молодая междисциплинарная область научного знания, где результаты исследований мозга и закономерностей его функционирования используются с целью найти наиболее эффективные принципы и методы организации учебного процесса. Термин «нейродидактика» (Neurodidaktics) предложен Герхардом Прайсом, специалистом по дошкольному математическому образованию, в 1988 году. Для того чтобы подчеркнуть междисциплинарность новой области исследований, Прайс попытался объединить результаты исследований в  нейронауке, дидактике, психологии, теории обучения и других смежных дисциплинах.

Согласно нейрокогнитивной теории обучения, в нейродидактике синтезируются три самостоятельных направлений исследования:

• нейрофизиология, которая фокусируется на биологических основах головного мозга и нервной активности;
• когнитивная наука, изучающая обработку информации и  внутреннюю репрезентацию опыта;
• теория обучения, которая объясняет, как мы в целом взаимодействуем с нашим окружением и адаптируемся к нему.

Рекомендуем конференцию “Мотивация. Вовлечение. Игры”

Сегодня могут быть выделены следующие актуальные задачи нейродидактики:
• введение в  программы обучения психологов и  педагогов курсов по когнитивной нейронауке, раскрывающих не только мозговые механизмы когнитивного функционирования, но и типичное и атипичное развитие учебных навыков, роль обучения и  культуры в  развитии мозга и др.;
• более активное обсуждение возможностей и ограничений поведенческих и инструментальных методов изучения мозга с целью предотвратить неправомерное использование научных данных;
• междисциплинарные исследования, предусматривающие сотрудничество нейробиологов, психологов и педагогов-исследователей.

Принципы нейродидактики

• • •  Пластичность — способность нервных клеток работать с разной интенсивностью, образовывать сложные нейронные ансамбли с вовлечением различных функциональных участков мозга, изменять параметры своей работы в зависимости от многих факторов внешней и внутренней среды, перестраивать и достраивать необходимые звенья нейронной сети при решении задачи нового типа.
    • Природная (врожденная) любознательность — стимул к исследовательской активности уже в раннем возрасте (с первых месяцев), в течение всей жизни является движущей силой развития.
    • Генетическое единство основных механизмов функционирования нервной системы человека. У всех людей, как представителей одного биологического вида, генетические особенности нервной системы во многом сходны, но имеют значительные индивидуальные различия.
    • Влияние индивидуального опыта, полученного в течение жизни. Опыт раннего детства в соединении с генетически обусловленным
      развитием влияет на формирование нейронных сетей, обеспечивающих функционирование психики. В течение всей жизни они меняются под влиянием обучения, социокультурных воздействий и т. д.
    • Обучение умственной деятельности сложного уровня. Любые проявления интеллекта отражают предыдущий опыт активации и функционирования синаптических связей и  нейронных сетей.
    • Систематичность, регулярность, повторяемость и эмоциональное воздействие содержания обучения на учащегося. Стойкая связь между нейронами и, соответственно, устойчивость определенных поведенческих реакций зависят от частоты и регулярности повторения воздействий.

Г л а в а 2 Современные представления о функциональной топографии головного мозга

Общие закономерности работы мозга как единого целого могут быть объяснены с  помощью структурно-функциональной модели работы мозга как
субстрата психической деятельности. Согласно модели, предложенной А. Р. Лурией, выделены три функциональных блока головного мозга:
Регуляция общей и  избирательной неспецифической активации мозга, включая ретикулярные структуры ствола, среднего мозга и  диэнцефальных отделов, лимбическую систему и медиабазальные отделы коры лобных и височных долей мозга, является частью любой психической деятельности, особенно в процессах внимания, памяти, регуляции эмоциональных состояний и сознания в целом.

Основные анализаторные системы (зрительная, кожно-кинестетическая, слуховая), корковые зоны которых расположены в  задних отделах больших полушарий, обеспечивают прием, переработку и хранение экстероцептивной информации.
Конвекситальная лобная кора и ее корковые и подкорковые связи, ответственные за программирование, регуляцию и контроль за протеканием психической деятельности, включают моторные, премоторные и префронтальные отделы коры лобных долей мозга с их двусторонними связями. Лобные доли характеризуются большой сложностью строения и множествами двусторонних связей с корковыми и подкорковыми структурами. Анатомическое строение конвекситальной лобной коры обусловливает ее ведущую роль в программировании замыслов и целей психической деятельности, в ее регуляции и  осуществлении контроля за результатами отдельных действий, а также всего поведения в целом.
Традиционно в головном мозге принято выделять ствол, мозжечок и большой мозг

Как анатомическое образование большой мозг состоит из двух полушарий, в каждом из них филогенетически и функционально объединяются обонятельный мозг, базальные ядра и кора большого мозга, конвекситальная, базальная, медиальная. В каждом полушарии имеется пять долей: лобная, теменная, затылочная, височная и островковая — островок.

На протяжении последних ста лет ученые, занимающиеся нейрофизиологией мозга, стремились соотнести определенные участки мозга с определенными психическими функциями. В настоящее время принято говорить о топографии мозга и нейровизуализационном картировании, позволяющем наглядно «привязать» психические функции к конкретным областям коры головного мозга, то есть локализовать психические функции.
Двигательная функция. Структуры мозга, отвечающие за двигательную функцию, инициируют движения, обеспечивают их координацию, в том числе  согласование содружественных движений отдельных групп мышц.

Сами движения выстроены в определенной иерархии:
• Нижний уровень составляют простые рефлекторные движения, за которые отвечают структуры спинного мозга и мозгового ствола.
• Уровень синергии (согласования) движений обеспечивается работой мозжечка и ядер больших полушарий головного мозга.
• Уровень синтетического сенсорного поля образуют области коры больших полушарий, лежащие вокруг центральной (роландовой) борозды,  Перед центральной бороздой расположены моторные и премоторные поля коры, а кзади — сенсомоторные поля. Этот уровень обеспечивает приспособляемость движения к внешнему миру, когда движения приобретают целевой, или финальный, характер и превращаются в проекцию движения на его конечную точку во внешнем пространстве. Уровень праксиса (целенаправленных действий) регулируют структуры, которые занимают фронтальные (лобные) области коры больших полушарий.
Именно в этой зоне строятся речевые и графические координации. Ее нарушения (атаксия) вызывают трудности с движениями.
Нейрофизиологическое обеспечение двигательной функциональной системы важно не только с клинической точки зрения. Многие проблемы в обу-чении связаны с зонами, обеспечивающими двигательный контроль. Незрелость или поражения структур третьего или четвертого уровней могут вызывать нарушения целенаправленного двигательного акта. Так, резекция или удаление дополнительной моторной коры, расположенной на медиальной поверхности полушария, вызывает временную потерю речи (афазию), которая обычно проходит через несколько недель.

Поражение премоторных зон сопровождается отчетливым нарушением двигательных навыков, что сказывается на почерке, быстроте и  плавности
письма/печатания или приводит к снижению способности автоматизированно выполнять серию операций для типичного двигательного акта, формируя синдром инертности двигательных стереотипов. В учебном процессе данное поражение оборачивается неустойчивостью и ригидностью при формировании навыка письма или чтения.
Зрительная функция. Анализ зрительной информации выполняется в затылочной области коры головного мозга.
При разрушении нижневисочных областей коры страдают механизмы высшего уровня анализа, но свойства восприятия сохраняются. Предположительно нарушается выделение объектов какой-то одной категории. Например, больной хуже различает лица или не различает их вовсе.
Слуховая функция представляет собой высший центр слуховой системы и располагается в височной доле. Нейроны слуховой системы 26 Глава 2. Современные представления о функциональной топографии мозга способны избирательно реагировать на определенную высоту звука. Для большинства нейронов разных уровней слуховой системы характерно увеличение реакций, интенсивность стимула увеличивается в широком диапазоне (от 0 до 120 дБ).
Соматосенсорная (чувствительная) функциональная система представлена первичной и вторичной областями.
Первичная область включает переднюю часть теменной доли, захватывая дно и заднюю стенку центральной борозды.
Вторичная область лежит на передней стенке сильвиевой извилины, захватывает нейроны моторной прецентральной коры и ростральную теменную кору.

Обонятельная функция представлена первичными обонятельными центрами, образованными телами третичных нейронов (основной клеточный элемент — звездчатые нейроны). От обонятельных рецепторных клеток информация передается практически ко всем структурам лимбической системы и только частично — к структурам новой коры
Речевая деятельность обеспечивается целостностью зрительных и слуховых областей, моторного представительства речевых мышц, центров Брока и  Вернике и угловой
извилины. Наряду с  перечисленными выше корковыми центрами, на других уровнях мозговая система обеспечения речи включает ряд подкорковых структур, прежде всего ассоциативные ядра таламуса и систему межполушарных связей.

Поражение зоны Верникее приводит к речевой агнозии (неспособности понимать речь). Центр Брока (речедвигательный анализатор) отвечает за анализ и синтез раздражений, приходящих от мускулатуры. Его поражение приводит к невозможности объединить отдельные речевые движения в единый речевой акт — утрате функции устной
речи (моторной афазии), но элементарная двигательная способность речевых мышц сохраняется.
Угловая извилина нижней теменной дольки отвечает за узнавание и  чтение букв. Разрушение этой зоны ведет к  утрате способности распознавать зрительные образы, в том числе буквы, складывать из них слова и фразы (алексии), но со стороны зрения расстройств нет.
Функциональная система мотивации и эмоций обеспечивается лимбической системой головного мозга. Ее структура объединяет гиппокамп (старая кора), обонятельные луковицы, обонятельный бугорок (древняя кора), области новой коры (лимбическую кору на медиальной поверхности полушария и орбито-фронтальную кору на базальной части лобной доли мозга) и структуры конечного, промежуточного и среднего мозга (миндалину, перегородку,гипоталамус, переднюю группу ядер таламуса, центральное серое вещество
среднего мозга).
Одной из главных структур лимбической системы является гипоталамус. При его посредничестве большинство лимбических структур объединено в целостную систему, регулирующую мотивационно-эмоциональные реакции человека и животных на внешние стимулы и формирующую адаптивное поведение, построенное на основе доминирующей мотивации.
Повреждение структур гиппокампа, мамиллярного тела и некоторых других участков, которые входят в состав лимбической системы головного мозга , вызывает глубокие расстройства эмоций и памяти.
В современных исследованиях было показано, что функция лимбической системы головного мозга не ограничивается эмоциональными реакциями.
Она также принимает участие в поддержании постоянства внутренней среды (гомеостаза), регуляции цикла «сон — бодрствование», вегетативных и эндокринных функций, в процессах обучения и памяти.

Г л а в а 3
Нейрофизиологические механизмы когнитивных и метакогнитивных процессов усвоения учебной информации.

Для оптимизации процесса образования и  повышения эффективности усвоения учебного материала могут быть использованы результаты нейроисследований. Мозг обладает высокой нейропластичностью: нейроны способны к регенерации (этот процесс называется нейрогенезом, под воздействием поступающей информации структуры мозга постоянно перестраиваются.
Движение и физические упражнения увеличивают производство жизненно важного вещества — нейротропного фактора мозга (белка, кодируемого у человека геном BDNF).
Представления о пределах возможностей рабочей памяти обновлены благодаря новым данным. Ее потенциал (количество элементов, которое одновременно может в ней удерживаться) необъяснимо уменьшается в диапазоне от семи элементов до пяти. Таким образом, ключевым множеством является не 7 ± 2, а 5. Учитывая это, учителя должны представлять меньшее количество элементов на каждом уроке и обсуждать их более подробно, чтобы ученики с большей вероятностью усвоили (запомнили) их.
Длительная нехватка сна (многие школьники приходят в школу не выспавшимися, особенно в средних классах) вызывает стресс, который сопровождается повышением уровня гормона кортизола в крови. Высокий уровень кортизола снижает способность сосредоточиться и ухудшает работу памяти.
Изучение иностранного языка облегчает изучение родного языка. Изучение двух языков одновременно помогает учащимся глубже понять их структуру. Необходимо как можно раньше начать обучение новому языку.
Картирование системы нейронных связей, вовлеченных в процесс чтения, позволило установить, что люди с высокоразвитым навыком чтения обладают
разветвленной нейрональной сетью и  используют различные нервные пути во время чтения.
Гетерохронность в развитии мозга проявляется в том, что лобная доля, или часть мозга, которая отвечает за рациональность и прогнозирование поведения, полноценно развивается от 22 до 24 лет, в то время как эмоциональная часть мозга развивается примерно в 10–12 лет. Это существенное различие помогает лучше понять непредсказуемость поведения подростков.

Рекомендуем вебинар “13 лайфхаков для нейроучителя или как обучать по законам мозга”

Восприятие учебного материала — это отражение в сознании обучающегося всей совокупности отдельных свойств учебного материала, частей и взаимосвязей друг с другом. Восприятие во многом обеспечивает понимание, осмысление учебного материала и предупреждает возможное последующее зазубривание. Корни мысли, подчеркивал И. М. Сеченов, лежат в «чувствовании». На нейрофизиологическом уровне окружающий мир отражается в  постоянной активности нейронов сенсорных систем мозга, поддерживающих обработку воспринимаемой информации.
В сознании человека реальные объекты окружающей действительности существуют в виде репрезентаций — образов-проекций, в которых отражается ментальное пространство индивида (его опыт, знания, интерпретации, логика рассуждений и др.). Иными словами, образы, которыми оперирует человек, не есть прямое отражение реальности. Это его понимание реальности.
Обработка зрительных стимулов имеет свою спецификацию в зрительной коре.

Дополнительно следует отметить, что произнесение слов (артикулирование) генерирует звуки, которые кодируются слуховой системой мозга, включая области верхней височной доли, нижнюю моторную и смежную с ней нижнюю область префронтальной коры. Соответственно, звуки собственной речи содействуют формированию многочисленных связей между этими участками, обеспечивая не только лучшее понимание, но и контроль моторных речевых программ. Иными словами, обработка речевой информации идет более эффективно, если человек не только слышит ее, но и видит, проговаривает и совершает моторное действие (изображает, воспроизводит, описывает).

Нейрофизиологические закономерности работы сенсорных систем мозга, знание основных принципов восприятия позволяют эффективно наладить процессы обработки учебной информации и организовать учебный процесс в целом. В частности, на их основе могут быть сформулированы следующие рекомендации.

• Чем больше сенсорный опыт, тем активнее формируется внутренняя модель мира (антиципирующая система), которая лежит в  основе когнитивной структуры, в свою очередь обеспечивающей развитие системы знаний.
• Стабильность, регулярность, привычность, неизменность окружающей действительности в  течение длительного времени приводят к снижению активности сенсорных систем, поскольку последние реагируют прежде всего на нарушение стабильности, появление девиантного стимула.
• Соответственно, учитель должен обеспечить вариабельность реальности в текущий момент, разнообразие стимуляции, модулирование зрительного потока, слухового потока (интонирование, смена темпа, паузы и т. д.). В этом плане монотонность — прямая угроза качеству восприятия учебной информации.
• Выделение различных характеристик объекта и изменение его месторасположения в пространстве способствуют переключению, для того чтобы воспринимать именно этот объект. Использование различных приемов (подчеркивание, выписывание, цветовое обозначение и т. д.) для выделения центральных понятий и  действий (принцип «фони фигура»), преобразование текста в таблицу, в графики, диаграммы, то есть смена форм и положения с целью активировать системы «что?» и «где?», будут способствовать активации процессов восприятия.
• Задействование различных анализаторов и  всех сенсорных систем (слуховой, зрительной, моторной и  других сенсорных систем) при обработке речевой и других видов информации повышает качество понимания.
• Необходимо обозначить место изучаемого явления, события или факта в общей системе данного предмета. При этом само рассмотрение может быть построено как от общего к частному, так и наоборот — от частного к общему, главное, чтобы сформировалось целостное представление о явлении (принцип целостности).
• Структурное представление учебного материала с  разбиванием на блоки и вычленением основных положений (принцип структурности) облегчает восприятие.
• Ясность и четкость в подаче материала и формулировании понятий (принцип предметности) позволяют лучше выделять ключевые признаки воспринимаемого явления, облегчая понимание.
•  Необходимо учитывать специфику осваиваемой учебной информации и  формируемых навыков и  умений, чтобы использовать оптимальные приемы активации нейрофизиологических механизмов зрительной и слуховой сенсорных систем.

Знание нейрофизиологических основ когнитивной деятельности позволяет понять механизмы работы образовательных технологий, которые используются в учебном процессе, оптимизировать процесс обучения.

• Для обеспечения максимально эффективного усвоения нового учебного действия важно знать, сколько времени требуется на различные этапы учебного занятия и какое количество упражнений необходимо для стойкого формирования действия.
• Если в зависимости от сложности задания (внутреннего плана действий) рабочая память вовлекается в большей мере, в образовательный
  процесс нужно включить разнообразные задания для ее тренировки. В ситуации постоянного усложнения учебных задач от класса к классу структуры мозга, отвечающие за их реализацию, могут оказаться функционально не готовы.
• Отсроченный эффект формирования сложных умственных действий ориентирует учителя на то, чтобы избегать ситуации, когда в течение одного занятия происходит знакомство с планом действия (алгоритмом, схемой), овладение новым способом действия, закрепление и выполнение в новых условиях. Наличие этапа тренировки не гарантирует быстрого и полного нейрофизиологического картирования, нагрузка на рабочую память усиливается. В этом плане целесообразнее провести отдельно этап знакомства и тренировки и этап контроля и оценки успешности решения задачи на основе нового плана (способа) действий.
• Эффективность выполнения заданий на самоконтроль снижается, когда им предшествуют другие задания, требующие самоконтроля. Таким образом, следует чередовать выполнение заданий и их проверку. Если проводится полная проверка после выполнения всех заданий, эффективность контроля
  последних будет снижена.
• Когда ситуация хорошо знакома учащимся, они достаточно хорошо изучили тему, не наблюдается различий между двумя типами учебного
  контроля «поиск ошибки» и «поиск верного ответа». Соответственно, использование инструкции «найди верный ответ» или «найди ошибку» для проверки знаний не будет оказывать значимого влияния на результаты выполнения заданий. Однако инструкция «найди верный ответ» для математических заданий потребует более высокой концентрации внимания, и действие в соответствии с ней предположительно будет более продуктивным.
• При контроле выполнения лингвистическое задание сопровождается процессами семантической обработки информации, общей согласованностью ответа с хранящейся в памяти информацией, в этом состоит отличие от математического задания. По нейрональной динамике исполнительный контроль отличается от контроля математического материала, требует большего времени на актуализацию правил, унификацию (соотнесение) ранее изученного и текущего материала.
• В образовательном процессе должно быть уделено особое внимание развитию исполнительных функций, учитывая их сложный характер.

Современные достижения в области нейронауки открывают новые возможности в построении эффективных программ обучения. Понимание того, как функционирует мозг, каковы нейрофизиологические механизмы усвоения, хранения и  переработки информации, как сам процесс обучения влияет на структурно-функциональную организацию нейрональных сетей, позволяет выстраивать образовательную практику с учетом имеющейся в науке доказательной базы, учитывающей верифицированные результаты исследований.

Статьи по теме

• Как эффективно учить слова на уроках английского языка с детьми-дислексами
• Игры-упражнения для коррекции дисграфии и дислексии: для детей и взрослых
• 5 идей для формативного оценивания на уроке
• Как сформировать просмотровое чтение у учащихся
• 7 кинетических игр на уроках английского языка