Одним из самых важных свойств головного мозга является его способность обучаться. У новорожденного ребёнка уже сформирована большая часть клеток головного мозга и установлено множество нейронных связей. Но они разовьются и укрепятся только в том случае, если их будут использовать. То есть структура головного мозга полностью формируется только в процессе обучения. У человека это становление длится до переходного возраста. Мозг взрослого человека также постоянно перестраивается, но в меньшей степени. Иными словами, человек способен учиться всю жизнь.

В процессе обучения в головном мозгу происходит изменение связей между нейронами. Это происходит в синапсах, то есть в местах контакта между двумя нейронами. Функцией синапсов является не только передача нервных импульсов от одной клетки к другой – они также являются местом хранения информации в мозгу. Чем важнее связь между двумя нейронами, тем больше образуется синапсов. Редко используемые нейронные связи, напротив, разрушаются. Помимо этого, синапсы могут проводить электрические сигналы от одной клетки к другой с разной интенсивностью, то есть усиливать их или ослаблять. Благодаря этой «синаптической пластичности» мозг способен адаптироваться и обучаться. Всякий раз, когда головной мозг что-то запоминает, передача соответствующего сигнала усиливается. Если передача ослабевает или происходит ее полное прекращение, мозг забывает усвоенное.

Хаос в голове
Мозг подростка – это большая строительная площадка. Ненужные синапсы исчезают и всё больше аксонов покрываются миелиновой оболочкой. Благодаря этому процесс передачи информации постоянно ускоряется и улучшается. По окончании этого процесса мы имеем выраженно более продуктивный мозг с хорошо функционирующими нейронными сетями. В переходный период он часто работает «хаотично», поскольку не все отделы головного мозга созревают одновременно. В это время лимбическая система развивается очень быстро, преобладающими становятся система вознаграждения и эмоциональные процессы. Лобная доля, где осуществляется планирование и сравнение возможностей, развивается заметно медленнее. Этим объясняется, почему подростки зачастую отличаются импульсивным и рискованным поведением.

ЭЭГ: © Роман Цаец / Shutterstock

Память оставляет следы
С помощью современных технологий микроскопии нейробиологам удаётся всё более детально разглядеть структуры, которые анатомически лежат в основе обучения. Так, Тобиас Бонхёффер и его сотрудники из Институт биологического интеллекта им. Макса Планка исследовали процесс возникновения в головном мозгу мышей новых мест контакта между нейронами: дендриты одной нервной клетки несут десятки тысяч крошечных утолщений, называемых "шипами", на которых расположены многие синапсы. Эти шипы постоянно меняются: если пути мышления не используются, шипы уменьшаются – мы забываем то, чему научились.
Но при этом остаётся несколько синапсов, которые переходят в так называемый «дежурный режим» (Stand-by). Если через некоторое время мы снова займёмся тем же самым учебным материалом, то эти синапсы послужат «началом» для новых связей. Поэтому, например, изучать иностранный язык во второй раз намного легче.

Шипики синапсов на дендрите нейрона гиппокампа
© Институт биологического интеллекта им. Макса Планка, Мартинсрид

Мозгу необходимы новые впечатления
Мир, который мы воспринимаем, не является объективным отображением внешнего мира. Это скорее образ, который создаётся в мозгу вследствие продолжительного взаимодействия с окружающим миром. Мозг всегда делает предположения об окружающем мире и сравнивает их с впечатлениями, которые поступают через органы чувств в большой мозг. То есть каждый человек отчасти живёт в своём собственном, единственном в своём роде мире. Учёные из Института изучения образовательных процессов им. Макса Планка и университетского медицинского центра Шарите в Берлине исследуют влияние жизни в экстремальных условиях на мозг: они изучают полярных исследователей, которые долгие месяцы проводят в Антарктиде и живут там в условиях экстремальной среды и в социальной изоляции. Первые результат берлинских учёных показали, что в этих условиях жизни происходит уменьшение одного из участков гиппокампа. Это влияет на пространственное мышление, концентрацию внимания и запоминание.

Немецкая антарктическая станция «Ноймайер III». Полярные исследовали живут здесь долгие месяцы в монотонной обстановке.
© 2009 Феликс Рисс, Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (AWI) / CC BY 3.0 DE

Учимся во сне
Наш мозг должен обрабатывать множество стимулов. Он поддерживает порядок, сохраняя новую информацию в долговременной памяти, обобщая и обобщая сходный опыт в форме групп. Для этого важно одно: высыпаться. Мозг детей в возрасте от шести до восьми месяцев уже придает словам значение во время сна. Об этом свидетельствуют исследования Института когнитивных и нейробиологии им. Макса Планка: исследователи показывают младенцам вещи, о которых они еще не знают. Если эти предметы немного различаются по форме или цвету, например, зеленая чашка и красная чашка, они объединяются в одну группу – и в этом случае обе называются „чашкой“. На этапе обучения дети еще не могут связать новые вещи в одну группу и связать их с правильным названием. Это меняется после сна. Теперь мозг может сопоставлять различные чашки с общим названием "чашка". Таким образом, младенцы обобщали новые знания во время сна. Это касается и взрослых. Фазы глубокого сна важны, прежде всего, для закрепления фактических знаний, а фазы сна во сне важны для обработки действий и эмоций.

↑ Мозг ребенка закрепляет и обобщает ранее усвоенное во время сна.
© polkadot / Adobe Stock