Определяют ли критические периоды то, чему мы можем научиться и когда мы можем этому научиться? Неврологи и социологи исследуют мозг детей, чтобы ответить на эти важные вопросы.
Зайдите в магазин игрушек, и вы увидите широкий ассортимент развивающих игрушек для малышей: красивые маленькие карточки для развития неразвитых математических навыков, видеоигрушки для обучения чтению и головокружительное количество красочных мягких игрушек. Часто эти продукты поставляются с «не совсем точным» сообщением о том, что если не наполнять мозг ребенка «обучением» до трех лет, то он не сможет полностью раскрыть свой потенциал.
Идея о том, что первые три года жизни являются критическим периодом для обучения, взорвалась в общественном сознании после конференции Белого дома 1997 года по «Раннему развитию детей». Основываясь на нейробиологических доказательствах того, что мозг младенца продолжает развиваться после рождения, конференция определила необходимость в ряде программ для обеспечения того, чтобы дети из бедных семей имели нормальный, здоровый опыт обучения на протяжении всего детства, включая первые три года.
Карла Шаз, нейробиолог по вопросам развития и профессор отделения нейробиологии Гарвардской медицинской школы в Бостоне, говорит: «Нет ни одного нейробиолога, который бы сказал, что от 0 до 3 лет — самое важное время для обучения, здесь есть логическая неувязка».
Хотя послание конференции, возможно, было неправильно понято или неправильно применено, оно действительно подчеркивает необходимость научного понимания роли критических периодов в обучении и социальном развитии. Они определяются как «промежутки времени», когда мозг не только становится способным принимать определенные аспекты информации, но и нуждается в этой информации для дальнейшего нормального развития. Критический период подробно описывает развитие сенсорных систем в мозге, особенно в области зрения. Но многие неврологи также считают, что по крайней мере некоторые функции мозга, которые потенциально полезны для сложного обучения и мышления, также имеют свои критические периоды. Существует множество доказательств существования критических периодов, например, в изучении языка, где существует четкий критический период. Уильям Гриноу из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне говорит: «В развитии человека действительно есть критические периоды. В развитии человека есть критические периоды, но мало доказательств в пользу того, что критических периодов много».
Ученые сходятся во мнении, что критические периоды действительно существуют, но они не так однозначны, как об этом пишут СМИ, и не так хорошо позиционированы производителями развивающих игрушек. Ни один из критических периодов не закрывается внезапно, они прекращаются постепенно. Также неверно, что критические периоды ограничиваются первыми тремя годами; те виды обучения, которые действительно имеют критические периоды, имеют разные критические периоды. Во многих случаях окно, кажется, никогда не закрывается полностью, и обучение, хотя и более трудное, продолжается во взрослой жизни. По этой причине исследователи предпочитают использовать термин «чувствительный период». Основная идея заключается в том, что, хотя в детстве легче выучить язык или музыку, взрослые тоже могут это делать. Питер Хаттенлочер, детский невролог из Чикагского университета, говорит: «В науке обычно бывает так, что истина лежит где-то между (двумя крайними точками зрения)».
Раннее понимание
Несомненно, существует критический период для определенного развития мозга. Самый известный пример — работа Дэвида Хьюбела и Торстена Визеля из Гарвардского университета в 1960 году, которые показали, что если наложить швы на глаз в раннем возрасте котенка, то этот глаз навсегда останется слепым, потому что зрительная система мозга не получает визуального сигнала на главном этапе развития мозга. Дети с врожденным косоглазием или катарактой в глазах также показывают, что в развитии зрения человека действительно существуют критические периоды.
За прошедшие десятилетия несколько различных исследований также показали, что в мозге существуют чувствительные периоды для различных видов обучения, причем некоторые доказательства были получены от нейробиологов, которые использовали визуализацию мозга и другие методы для изучения изменений в мозге и их корреляции с поведением и обучением. Другие доказательства являются чисто поведенческими и получены из психиатрических и образовательных исследований.
Исследования в этой области также подчеркивают важность первых трех лет. Например, психиатрические исследования 1950 года показали, что в течение первого года дети были эмоционально привязаны к своим матерям или основным опекунам. С тех пор многие исследователи доказали, что дети, о которых заботятся безопасно и тщательно, доверяют своим воспитателям в вопросах защиты и заботы, и что эти дети формируют лучшие отношения с другими людьми в более позднем возрасте, чем дети, находящиеся под опекой. Росс Томпсон, психолог по вопросам развития из Университета Линкольна в Небраске, считает, что отношения «привязанности» настолько важны для выживания младенцев в эволюции человека, что критический период, в течение которого они формируются, может быть Критический период для его формирования, возможно, запрограммирован в развивающемся мозге.
Привязанность является важным основополагающим принципом в изучении критических периодов эмоционального развития детей в возрасте от 0 до 3 лет. Однако Томпсон отмечает несколько исследований, в которых дети проводят первые годы жизни в румынских детских домах без нормального человеческого контакта, который позволяет сформироваться привязанности, что позволяет предположить, что окно для «привязанности» больше, чем мы можем подумать. Дети, которых «спасают» в возрасте 4, 5 или 6 лет, также могут сформировать привязанность. Однако многие из этих привязанностей слабы или нездоровы и могут быть признаком постепенного закрытия чувствительного периода. Однако нет никаких доказательств истинного времени закрытия, и Томпсон считает, что его нельзя назвать «настоящим» чувствительным периодом. Еще одно соображение, позволяющее сделать выводы из исследования румынских детских домов, заключается в том, что эти дети были обделены во многих отношениях, и могло быть много других существенных причин для их «привязанности».
Еще одно исследование в области социальных наук, в котором подчеркивается важность первых трех лет жизни, принадлежит Фрэнсис Кэмпбелл из Калифорнийского университета и Крейгу и Шэрон Рэйми из Университета Алабамы. В ходе анализа более 1000 специально разработанных образовательных программ для детей из относительно бедных семей они обнаружили, что дети, посещавшие эти программы с рождения до дошкольного возраста, показали значительное улучшение IQ и школьной успеваемости (по сравнению с предыдущим годом). Рэйми говорит: «Это доказывает, что упущенные возможности в возрасте 3-5 лет невозможно наверстать в последующей жизни».
Влияние сложных внешних условий на развитие мозга
Никто не может определить критический период, в течение которого мозг нуждается в богатой среде, чтобы произошли изменения. Этот период примечателен тем, что он связан с развитием ребенка и может дать надежду детям, которым не хватает адекватного образования в раннем возрасте. Практики в области детского развития обнаружили, что дети, лишенные культурной среды, развиваются медленнее, чем дети, обогащенные культурной средой, а другие указывают на случаи, когда вредное воздействие ранней лишенной среды было обращено вспять в более поздней обогащенной среде. Однако Джеймс Прескотт из Национального института детского здоровья и развития человека считает, что быстро накапливающиеся доказательства того, что влияние среды воспитания у животных на развитие мозга может быть аналогичным влиянию среды воспитания у детей, требуют серьезного рассмотрения. Он считает, что это исследование, обнаружившее различные изменения в мозге при разных условиях воспитания, поразительно и меняет распространенное в настоящее время мнение о том, что только неблагоприятная среда может повлиять на развитие мозга у детей.
Эффекты любого из этих видов обогащения зависят от конкретного человека и, несомненно, взаимодействуют с другими факторами, такими как пол, генетический состав и пищевой статус человека. Например, задача распределения мышей из одного помета по отдельным условиям выращивания состоит в том, чтобы контролировать влияние минимальных генетических различий в развитии мозга, которые всегда вмешиваются в эффекты среды выращивания. Более того, есть доказательства того, что обогащенная среда может в некоторой степени устранить пагубные последствия повреждения мозга, недоедания или гипотиреоза у мышей и т.д. Сакетт отмечает, что некоторые мыши, выращенные в неблагоприятных условиях, не проявляют аномального поведения, предполагая, что существуют неизвестные факторы, которые взаимодействуют с условиями, в которых выращиваются животные, и в некоторой степени не влияют на них. Изучение этих неизвестных факторов может дать подсказки о том, как уменьшить влияние бесплодия и усилить эффект обогащения.
Мы установили, что обогащенная среда определенно влияет на мозг, но значение этих эффектов пока не ясно. Обладают ли эти «очень мыши» продвинутыми способностями из-за того, что у них больше нейронных связей и, в целом, более сложный мозг? Большинство исследователей согласны с тем, что изменения в мозге после обогащения оказывают определенное благотворное влияние на органы мозга, однако в исследованиях по изменению поведения есть контраргумент, и пока нет уверенности в том, что изменения в мозге ответственны за изменения в поведении, зафиксированные в экспериментах. Поэтому, хотя исследования показали, что «обогащенная» среда в раннем возрасте благотворно влияет на мозг, Брюер считает, что результаты были использованы неправильно, особенно в случае с некоторыми продуктами, такими как образовательные аудиовизуальные средства, предназначенные специально для семей среднего класса. Он считает, что для большинства детей нет научных доказательств того, что «дополнительное обогащение» за пределами обычной среды приносит много пользы. Родителей из семей среднего класса не только вводят в заблуждение относительно того, что предложить своим детям, но и отвлекают внимание общества от потребностей действительно бедных семей, которые не заканчиваются в трехлетнем возрасте. В поддержку этой точки зрения он приводит широко распространенные эксперименты на животных, которые способствуют тому, что воспитание помогает обогатить среду обитания младенца.
За предыдущие 20 лет исследований Гриноу показал, что у мышей, выращенных в так называемой «сложной среде» с другими мышами и множеством игрушек для игр, в мозге образовалось больше синаптических нейронных связей (по сравнению с мышами, выращенными в одиночку в стандартных лабораторных клетках). Но Гриноу сказал, что его исследование было скорее экспериментальным лишением, чем обогащением, потому что так называемая сложная среда была фактически близка к нормальной среде роста для мышей. Он говорит, что его выводы подразумевают, что решающую роль играет крайняя депривация, но он не подчеркивает, действительно ли дополнительная стимуляция в обычной среде лучше.
Гриноу также отметил, что его исследование не было напрямую связано с обогащенной средой первых трех лет человеческого детства, поскольку его мыши попали в сложную среду только после отъема, что примерно соответствует возрасту от 2,5 до 5 лет у человека, и эти мыши оставались там до подросткового возраста. Кроме того, когда исследователи подвергали взрослых мышей воздействию аналогичной среды, их нейронные связи разрастались, — говорит Гриноу, — У молодых животных изменения происходят быстрее, масштабы больше, и эффект не так легко потерять». Видя эти эксперименты, понимаешь, что они полностью подрывают представление о том, что все заканчивается к трем годам».
В заключение следует отметить, что еще многое предстоит узнать о том, как функционирует мозг, прежде чем ответить на вопрос, почему богатая среда может влиять на мозг и что это влияние означает для животного, но несомненно, что развитие мозга связано с богатством среды, в которой растет животное.
Окно в обучение
В то время как исследования Рэйми-Кэмпбелл и Грино сосредоточились на готовности мозга к обучению, другие исследователи изучали, существуют ли критические периоды для развития определенных навыков, таких как музыка и язык. Например, в исследовании 1995 года, посвященном визуализации мозга музыкантов, Томас Элберт из Университета Констанца в Германии и Эдвард Тауб из Алабамского университета в Бирмингеме обнаружили, что левая рука струнных музыкантов была сильнее представлена в тактильных областях мозга (по сравнению с левшами-немузыкантами).
Главный вывод исследователей заключался в том, что способность мозга изменять свою реакцию на музыкальное обучение распространяется и на взрослую жизнь. Однако они также обнаружили, что у струнных музыкантов, начавших обучение до 12 лет, самые большие участки мозга были посвящены левосторонним ощущениям, что может указывать на восприимчивость к музыкальному обучению в более раннем возрасте. Разница в общем времени тренировок между двумя группами слишком мала, чтобы объяснить количественные различия в организации мозга.
Исследователи, наблюдавшие за тем, как мозг воспринимает изучение языка, контролируют эффект обучения, и считают, что у них есть более четкие доказательства того, что молодой мозг может выучить язык так бегло, как это удается очень немногим более старшим ученикам. Другими словами, действительно существует чувствительный период для усвоения языка.
Некоторые из более убедительных доказательств поведенческого характера получены от Элиссы и ее коллег, ученых-когнитивистов из Ньюпорта и Рочестерского университета в Нью-Йорке. В конце 1980-х годов они изучили 46 китайских и корейских иммигрантов в США, чей возраст интеграции в английский язык варьировался от 3 до 39 лет. Чтобы исключить эффект обучения, исследователи подбирали испытуемых по уровню владения английским языком, а затем воспроизводили их устные записи, некоторые из которых содержали грамматические ошибки, например, неправильный порядок слов или время глагола, и спрашивали их, правильно ли они произносили предложения.
Для коренных жителей этот тест был менее сложным, но для иммигрантов исследователи обнаружили «систематическое снижение количества правильных ответов в зависимости от возраста, когда люди впервые приехали в США». По словам Ньюпорта, те, кто приехал в Соединенные Штаты в возрасте до пяти лет, показали такие же результаты, как и местные жители, но «каждая группа после этого систематически ослабевала», и кривая снова сгладилась для тех, кто иммигрировал после подросткового возраста. «Именно такой формы можно ожидать от критического периода».
Можно утверждать, говорит Ньюпорт, что люди, изучающие английский язык в более позднем возрасте, учат его хорошо не потому, что критический период для изучения языка уже прошел, а потому, что многолетний опыт общения с родным языком сильно мешал изучению другого языка. Чтобы определить это, Ньюпорт и ее муж, Тед Супалла, работали над специальной группой людей, которые не изучали никакого языка в раннем возрасте, были глухими, чьи слышащие родители не использовали американский язык жестов (ASL), и которые выучили ASL в возрасте пяти или двенадцати лет, когда поступили в школу-интернат для глухих. Ньюпорт и Супалла, которые сами являются глухими, сравнили учащихся, которые начали изучать ASL позже, с глухими детьми, которые изучали язык жестов ASL с рождения. Чтобы исключить влияние обучения, они выбрали людей, которым на момент проведения теста было от 50 до 70 лет, и которые пользовались ASL не менее 48 лет.
Исследователи проверили построение предложений и понимание предложений на ASL, и они обнаружили те же виды картинок, что и в процессе изучения второго языка. Те, кто не начал использовать ASL до пяти лет, в среднем набрали немного меньше баллов, чем те, кто находился в среде ASL с рождения, но те, кто не начал учиться до 12 лет, набрали еще меньше баллов.
Поведенческие данные о развитии языка подтверждаются нейробиологией. Невролог Хелен Невилл из Орегонского университета Юджина изучила ткани мозга китайских и испанских иммигрантов, которые начали изучать английский язык в возрасте от 2 до 16 лет. Используя визуализацию мозга, она и ее коллеги наблюдали за тем, как проявлялась активность мозга, когда эти люди слышали предложения с грамматическими ошибками, подобными тем, которые также использует Ньюпорт. Среди тех, кто выучил английский язык позже, даже если они начали изучать его в возрасте четырех лет, мы обнаружили различия в организации мозга в ответ на «новую» грамматику», — сказал Невилл. сказал Невилл. У тех, кто выучил второй язык до четырехлетнего возраста, реакция происходила полностью в левом полушарии мозга, которое является нормальной языковой областью, в то время как у тех, кто выучил язык позже, активность правого полушария была выше. Это подразумевает, что конкретное физическое представление мозга различается между поздним и ранним изучением языка.
Эти результаты согласуются с тем, что обнаружили Ньюпорт и ее коллеги при изучении грамматических способностей. Но грамматика — это только один из элементов изучения языка; другие элементы включают фонологию (звучание языка) и семантику (значение слова), которые не нуждаются в периоде чувствительности. Например, Невилл говорит, что когда она и ее коллеги наблюдают за реакцией мозга и поведения людей на «новую семантику», то есть когда слово в предложении не соответствует его значению, люди, поздно изучающие язык, реагируют так же, как и те, кто изучает его рано. Похоже, что критического или чувствительного периода в строгом смысле этого слова не было.
Даже для одного аспекта языка, такого как фонология, могут существовать различные окна обучения. Одна часть речи должна быть усвоена очень рано, в то время как другая часть может быть
другие части могут быть постепенно улучшены в течение длительного периода времени. Это означает, что язык — не просто монолитная схема, подобная системам, в которых одна часть имеет критический период, а другая — нет.
Основные принципы работы мозга
В детстве мозг созревает медленно, и Невилл и другие предположили, что темпы созревания влияют на время наступления чувствительных периодов. Например, Хаттенлочер из Чикаго и его коллеги изучали нейронные связи в посмертном мозге детей разного возраста. Они обнаружили, что нейронные связи разрастались в большинстве областей мозга в течение первого года, после чего наступал период высокой плотности нейронных связей, варьировавшийся от 6-12 месяцев до 5-15 лет, в зависимости от области. После этого уровень нейронной связи начинает снижаться, причем первыми теряют нейронные связи зрительные области, а затем и более высокие когнитивные области, которые снижаются до уровня взрослых. Гарри Чугани и его коллеги из Государственного университета Уэйна в Детройте использовали позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) для измерения метаболических эффектов в мозге младенцев и детей в качестве косвенного метода наблюдения за распространением и потерей нейронных связей и пришли к такому же выводу.
Хаттенлохер отмечает, что когда он видит, что нейронные связи начинают разрастаться, именно в этот момент формируются основные функции областей мозга. Например, когда нейронные связи в зрительной коре начинают разрастаться, у ребенка появляется бинокулярное зрение. Обрезка нейронных связей, по-видимому, связана, по крайней мере, очень похожим образом, с «верхним пределом времени, за которое можно легко выучить задачу». Например, хотя существуют различные периоды чувствительности для разных аспектов изучения языка, возраст от 12 до 14 лет, вероятно, является временем, когда легкость изучения языка начинает снижаться в целом, и это также вероятно, когда снижается плотность и количество нейронных связей в языковых областях мозга.
Несмотря на эти взаимосвязи, некоторые неврологи и психологи предположили, что некоторые из явно чувствительных периодов могут иметь большее отношение к кумулятивному обучению как таковому, чем к физическому развитию мозга. Элисон Гопник, психолог из Калифорнийского университета, обнаружила, что в возрасте четырех лет дети понимают, что у других людей есть мысли и взгляды, отличные от их собственных. Ее исследование предполагает, что это признание происходит тогда, когда оно должно произойти, потому что дети накопили достаточно опыта, чтобы прийти к такому выводу. Она смогла ускорить усвоение этих понятий, например, проводя со студентами специальные тренинги, в которых подчеркивалось, что у других есть другие идеи. Это, по ее словам, означает, что в мозге не существует «определенного события зрелости», которое доказывает, что навык появится в определенное время, и что новые вещи, которые вы изучаете, позволят вам изучать более новые вещи.
Теперь вопрос заключается в том, является ли обучение, по крайней мере, для некоторых видов сложного обучения, движущей силой изменений в созревающем мозге, или процесс созревания контролирует легкость обучения. Эти вопросы можно осветить как структуру мозга, связанную с различными видами обучения. Например, в настоящее время она проводит эксперименты с детьми, чтобы выяснить, приводит ли обучение, ускоряющее изучение языка, к измеримым изменениям в организации мозга, а несколько исследовательских групп начинают использовать визуализацию мозга для изучения изменений в организации областей мозга, включающих формирование «привязанности». Она предсказывает, что ни один ответ не будет двусмысленным. Мы знаем весь набор и устройство мозговой системы. Ответ может заключаться в том, что у каждого человека своя система.
Резюме
Поскольку исследователи объединили свои ресурсы, чтобы определить роль, которую играют критические периоды в обучении, выяснилось, что, хотя молодой мозг может быть более подвержен изменениям, старый мозг не теряет способности к изменениям. Хотя детство, безусловно, является исключительным временем для обучения, нет причин отказываться от надежды учиться в любом возрасте. Действительно, говорит Ньюпорт, исследование может пролить свет на то, отличаются ли механизмы позднего обучения от механизмов обучения в детстве. Лучше понимая эти различия, можно предложить различные подходы и стратегии для улучшения программ обучения взрослых. И это хорошая новость для всех, кто стремится учиться в любом возрасте.