Нейропсихологические основы обучения: как мозг запоминает информацию и что это значит для методик преподавания
Алексей Котов, кандидат психологических наук, доцент департамента психологии факультета социальных наук НИУ ВШЭ, ведущий научный сотрудник лаборатории когнитивных исследований НИУ ВШЭ, рассказал, как связано обучение и запоминание, что известно когнитивным наукам про сохранение опыта в разных системах памяти, сколько существует видов памяти и как они по-разному связаны с обучением.
Наши представления о памяти: правда или миф
Существует миф, что память – это сохранение информации. Однако это не так.
В большинстве обыденных ситуаций или школьного обучения память не нужна. Нам важнее создавать опыт и опираться на него. К памяти мы обращаемся, когда оказываемся в сложных ситуациях.
Для когнитивной науки с конца 70-80 годов XX века установилась модель, что память – это не сохранение опыта, а это система построения прогнозов, предсказание информации в настоящем и будущем через соотношение с опытом. Согласно этой модели, память может поддаваться управлению. Поскольку прогнозирование сопровождается ошибками, в случае их возникновения память начинает нуждаться либо в коррекции, либо в дополнительном извлечении информации.
Ранее память описывалась в исследованиях с точки зрения объёма её удержания. Однако Даниэл Шехтер в работе «Семь грехов памяти» предлагает рассмотреть её с точки зрения процесса прогнозирования и ошибок системы прогноза.
В работе автор даёт классификацию видов ошибок памяти, среди которых:
Неустойчивость
Из-за новой информации (интерференция или неустойчивое внимание при запоминании) создаём такие следы памяти, которыми потом сложно пользоваться.
Блокировка
Мы не можем вспомнить, так как другая информация в памяти тоже активна (эффект воспоминаний на кончике языка).
Неверная атрибуция
Мы часто не помним источник информации.
Ложные воспоминания
Нам кажется, что мы помним то, чего на самом деле не было (очень часто под влиянием речи и вербальной информации).
Устойчивость
Мы не можем избавиться от воспоминаний, даже когда они ошибочны, не нужны нам (эффект выученного невнимания).
Тем не менее ошибки запоминания – это не недостаток системы научения, а результат оптимизации памяти и научения в ходе эволюции.
«Конструкция» памяти
При этом память не является монолитной конструкцией. Наши воспоминания управляются отдельными системами научения и запоминания: целостными нейрокогнитивными модулями, хранящими информацию с помощью определенного набора когнитивных функций. При этом системы научения независимы друг от друга.
Гиппокамп – орган, отвечающий за координацию работы между разными системами памяти.
Системы запоминания и научения работают как ансамбль, который трудно разрушить.
Согласно теории Л.С. Выготского, низшие (или натуральные) психические функции, такие как непроизвольное внимание и память, являются врождёнными и биологически обусловленными. Высшие (или культурные) психические функции, такие как речь, произвольное внимание и логическая память, формируются прижизненно в процессе социального взаимодействия и под влиянием культуры, при этом они являются опосредованными, произвольными и системными.
Идея Л.С. Выготского о разделении на высшие и низшие психические функции была подхвачена американским нейробиологом Грегори Эшби, создавшим теорию множественных систем категориального научения («модель соревнования, конкуренции между вербальной и имплицитной системами научения»). Грегори Эшби описал автономные системы обучения и запоминания. При этом по последним исследованиям системы категориального научения даже могут конкурировать между собой. Так, когда мы приобретаем опыт, его встречают готовым 2-3 системы запоминания и обучения, каждая из которых хочет принять этот опыт себе.
Как же нам с этим работать?
Нам приходит на помощь попытка разделить систему на блоки и описать их в более простых связях между собой.
Виды памяти:
По содержанию
Процедурная и декларативная (эпизодическая и семантическая)
По времени переработки информации
Сенсорная, кратковременная и долговременная
Когда мы говорим про обучение и приобретение опыта, то можно разделить память на следующие виды:
Декларативная память
Сознательный тип памяти, отвечающий за новую информацию.
В первые годы жизни человек живёт без декларативной памяти, поскольку она требует участия речи.
Процедурная память
Бессознательный тип памяти, отвечающий за рутинные задачи.
От чего зависит запоминание?
Описание эксперимента:
Был проведен эксперимент по запоминанию картинок мебели. Дети и взрослые делали это разными способами. В одном случае респондентов спрашивали: нравится этот предмет или нет; а в другом – просили указать категорию предмета. После исследователи показывали схожий объект рядом с уже известным и просили ответить респондентов: видели они раньше этот объект или нет.
Результаты эксперимента оказались контринтуитивны. Кажется, в случае когда человек оценивает привлекательность и не обрабатывает категорию предмета, он должен помнить хуже. Оказывается наоборот: когда человек обрабатывает категорию, он потом гораздо хуже распознаёт эти объекты. На это влияет эффект вербального затемнения, адаптивный эффект, что не является ошибкой памяти. Когда мы стараемся категоризировать объекты, мы производим изменения в активацию семантической памяти, не просто извлекаем информацию, мы её трансформируем. Из-за речи мы смещаем внимание на типичные свойства объектов. Как только мы произносим «стул», наше внимание непроизвольно смещается на типичные свойства предмета, а не на индивидуальные особенности конкретного стула.
Деление видов памяти на время обработки информации (трёхкомпонентная модель Актинсона и Шифрина):
Сенсорная память
Первый приём информации. Существуют исследования, что скорость считывания информации зависит от нашего опыта.
Кратковременная память
Память, направленная на текущее решение задач. Удержание информации как основа обучения универсальна и для детей, и для взрослых. Человек активно организует информацию в кратковременной памяти. Она управляема, но обладает большим количеством ограничений: объем удержания в кратковременной памяти составляет всего 5-9 элементов, но эти элементы могут быть хорошо структурированы. Исследования последних лет показывают, что группировку мы производим непрерывно и чем более мы экспертны, тем больше мы строим таких смысловых единиц.
Чанки – единицы кратковременной памяти.
Долговременная память
Перманентное хранение информации в памяти.
В 1972 году Крэйк и Локхарт дополнили модель теорией, согласно которой эффективность запоминания зависит от глубины обработки информации: чем глубже семантически и когнитивно обрабатывается информация, чем больше усилий затрачивается, тем прочнее и долговечнее след остается в памяти, а значит, лучшее запоминание.
Метакогнитивные стратегии
С 1980 годов развиваются метакогнитивные стратегии запоминания информации.
Виды стратегий:
стратегии репрезентации: кодирование информации
оценка сложности задания для научения и запоминания
стратегии извлечения информации
При допуске ошибки запоминания появляется сигнал необходимости выбора иной стратегии. Маленькие дети при вынужденной блокировке одной из стратегий теряют информацию, дети постарше могут варьировать метакогнитивные стратегии.
Стратегиям можно и нужно учиться!
Вопрос – ответ
Да, безусловно, ведь когнитивная психология имеет связь с практикой. Житейские и научные понятия Л.С. Выготского запустили исследования П.Я. Гальперина. Система развивающего обучения Эльконина-Давыдова также связана с памятью и предлагает создания таких следов памяти, которые потом будут работать на то, чтобы ошибки повышали градиент обобщенности и адаптивность применения информации.
Да. При этом если мы получили какое-то представление о чем-то, нам рассказали в школе, как это работает – это система декларативной памяти. Если мы полученной информацией начинаем пользоваться, нет никакого смысла удерживать её в подобном виде. Чем чаще мы будем пользоваться информацией, тем нужнее нам передать её другим системам памяти, например, в систему процедурного знания.
Мы ничего не можем сделать с сенсорной памятью. Практически ничего не можем сделать с долговременным хранением. А вот осознание в кратковременной памяти нам очень важно с точки зрения понимания текущей ситуации: в момент обучения, объяснения, принятия решения. Парадокс заключается в том, что сенсорные регистры могут большой объём информации быстро перерабатывать. В кратковременной памяти объём очень ограничен. Кратковременная память лежит в основе того, чему мы научаемся, но эта система, обвешанная большим количеством ограничений. Всего несколько десятков секунд на удержание информации, небольшой объём единиц, которые всё время надо связывать чанками.
Исследования показали, что 80% всех стратегий, которые можно использовать, работают на кратковременную память: повторение про себя, вербализация, использование любых способов визуализации информации.
Говорят, что кто-то лучше воспринимает информацию визуально, аудиально или вербально, но современная когнитивная психология показывает, что это скорее задачно-специфические особенности, а не индивидуальные. То есть мы чувствуем в каких задачах можем снизить уровень сложности, запустив процесс дополнительной репрезентации. Проблема в том, что различные стратегии запоминания неустойчивы: мы учимся и параллельно проводим когнитивную работу по удержанию информации. В экспериментах кратковременной памятью довольно легко манипулировать.
Да, можно даже сказать, что у нас словно два бутылочных горлышка с учетом сенсорной памяти. При поступлении новой информации весь её объем надо перевести в вид, доступный для обработки, через сенсорные регистры. И далее еще одна сложность состоит в сопоставлении новой информации с той, которая уже у нас имеется. Большинство исследований направлены на изучение способов прохождения информации из кратковременной памяти в долговременную. Для этого используются метакогнитивные стратегии, связанные с попытками управлять этими процессами через замедление информации, её осознание, передачу информации частями.
Школа знает подобные стратегии. Как ни странно, многие из них связаны с выходом за пределы индивидуального обучения. Возможно, метакогнитивные стратегии имеют социальное происхождение. Так, при совместном решении задач, их обсуждении, информация усваивается лучше. Чем больше в школьном обучении групповых заданий, заданий, где нужно показать / научить / рассказать / обсудить, тем больше рождается метакогнитивных стратегий. Это происходит вследствие нашего биологического, культурного вида, ведь всё, что у нас связано с оптимизацией когнитивной системы, связано с коммуникацией. Это естественный способ почувствовать трудности, найти способы их преодоления.
В последние 5 лет Алексей Котов проводит исследования с внутренней речью на нейро-отличных выборках, смотрит, как внутренняя речь устроена у детей с аутизмом, как это влияет на ситуации запоминания информации. Видно, как дети с аутизмом в ситуациях, когда нет необходимости использовать метакогнитивные стратегии, похожи на нейротипичных детей. Но в ситуациях, связанных с гибкостью, где возрастает сложность задач, где нужно, например, продемонстрировать решение в обобщенном виде, дети с аутизмом начинают хуже их выполнять. Для детей из нейро-отличных выборок мало было ситуаций с возможностью создать эти нейрокогнитивные стратегии, научиться использовать свои когнитивные функции.