CC BY
244
РАЗДЕЛ V
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ОБРАЗОВАНИЯ И ПРОСВЕЩЕНИЯ
УДК 37.022
М.Ю Абабкова, В.Л. Леонтьева
НЕЙРООБРАЗОВАНИЕ В КОНТЕКСТЕ НЕЙРОНАУКИ: ВОЗМОЖНОСТИ И ТЕХНОЛОГИИ
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, [email protected], ¡еопИвуа^1 spbstu.ru
Резюме.
В статье рассматриваются основоположения когнитивной науки и нейронауки, а также направления использования достижений нейробиологии в образовательной практике. Одной из наиболее перспективных в области образования нейротехнологий является метод биологической обратной связи (БОС), который позволяет определить состояние обучающихся и изменения тех или иных их физиологических процессов и, исходя из полученных данных, скорректировать образовательный процесс, улучшить его качество и результативность. В статье рассмотрены результаты двух экспериментов на основе методы обратной связи. В первом эксперименте было установлено, что применение активных методов обучения в отличие от традиционных является более эффективным с точки зрения воздействия на самочувствие, адаптивность и продуктивность психики студентов. Благодаря позитивному эмоциональному фону обучающиеся легче решают творческие и мыслительные задачи, лучше усваивают сложный учебный материал. Во втором эксперименте целью исследования было изучение влияния формы представления учебного материала на текущее психическое состояние учащихся. Эксперимент показал эффективность методики биологической обратной связи для апробации различных типов учебных материалов и для изучения эмоционального состояния студентов в процессе обучения.
Ключевые слова: нейронаука, нейрообразование, исследования в образовании,
биологическая обратная связь. Resume.
Ababkova M.Yu., Leontieva V.L. Neuroeducation within the frame of neuroscience: opportunities and technologies.
The article deals with the foundations of cognitive science and neuroscience, and the application of neurobiology in educational practice. One of the most perspective neurotechnologies for education is the method of biofeedback which enables pedagogical practitioners to define students' mental state, change various physiological processes proceeding from the obtained data, correct educational process, and improve its quality and effectiveness. The article considers the results of two experiments based on feedback technique. The first study proved that application of active methods of training unlike traditional ones is more effective in terms of impact on health, adaptability and efficiency of mentality of students. Facilitated by a positive emotional background, students easier solve creative and cogitative tasks, and acquire a difficult training material better. The second study was designed to check the assumption that graphical presentations of educational materials improve the learning and understanding process in contrast to the traditional texts-dominated formats. The biological feedback technique experiment showed that the educational material presentation formats may be critical for the students' academic progress and mental states.
Key words: neuroscience, neuroeducation, educational research, biofeedback.
В последнее время происходит активное развитие экспериментальной высокотехнологичной педагогики и все более широкое взаимодействие ее с такими науками как нейробиология и когнитивная психология. Когнитивная наука как междисциплинарный комплекс раллличных отраслей знаний занимается исследованиями познавательной деятельности и работы мозга. Как отмечает один из исследователей когнитивной психологии М. Фаликман: «современные исследования все больше затрагивают проблематику социальных и эмоциональных аспектов познания и их мозгового субстрата, выходя тем самым за пределы когнитивной науки как таковой и превращая ее в несравненно более широкую по сравнению с исходными заявками «когнитивно-аффективно-социальную нейронауку» [6].
Основа когнитивной науки, по мнению одного из ее основоположников Дж. Миллера (1920-2012 гг.), использует наработки следующих шести основных
452
дисциплин:
1. Экспериментальная психология познания.
2. Философия сознания.
3. Нейронаука.
4. Когнитивная антропология.
5. Лингвистика.
6. Компьютерные науки и искусственный интеллект [6].
Когнитивная наука включает в себя три основных теоретических подхода,
которые четко прослеживаются в современных публикациях [6]:
1). Символьный подход, основоположниками которого являются американские ученые А. Ньюэлл и Г. Саймон, а также британский экспериментальный психолог Д. Бродбент. Компьютерная метафора человеческого познания рассматривает аналогию деятельности мозга в виде персонального компьютера, когда функционирующие программы (software), реализуются на разных «операционных системах» (hardware). Наличие центрального процессора накладывает определенные ограничения на обработку и преобразование данных в виде символов 0 и 1.
2). Модульный подход, который сформулировали американский философ и психолингвист-экспериментатор Дж. Фодор и британский нейроинформатик Д. Марр, предполагает, что работу головного мозга можно представить в виде набора «модулей», зависящих от генетики человека, развивающихся и работающих независимо друг от друга.
3) Коннекционизм рассматривает деятельность мозга и познавательные процессы в виде сети, которую составляют нейроны и связи между ними. В процессе обучения связи между нейронами могут меняться.
Современная нейронаука занимается прямым сопоставлением мозговых коррелятов осознаваемой и неосознаваемой обработки информации в одних и тех же условиях, стремясь тем самым выявить мозговые механизмы возникновения сознательного опыта.
Нейронаука - это системный уровень науки, которая объединяет исследовательскую деятельность, связанную с изучением нервной системы, ее развитием, структурой и функциями. Нормальное функционирование нервной системы, а также отклонения, неврологические, психические расстройства - все это также является предметом изучения в нейронауке.
Данная область знаний связана с изучением и пониманием механизма работы человеческого мозга. Центральный вопрос в нейронауке - каким образом
453
мозг связан с наблюдаемым поведением. Нейронаука включает в себя нейробиологию и расширяет ее теоретические модели - нейронное кодирование, взаимодействие с когнитивными науками (психологией), изучение активности мозга с помощью аппаратных методов, нервной динамики, создание моделей обучения, восприятия и поведения. Нейронаука - это новейшие обрамление наук, изучающих различные аспекты функционирования головного мозга и нервной системы, такое объединение наук позволяет изучать мозг и объяснять, как он функционирует в различных сферах жизнедеятельности человека. «Нейробиология» и «нейронаука» могут практически использоваться взаимозаменяемо.
В настоящее время наработки нейронауки активно применяются к социальным наукам и экономике [9, с. 9-64], коммуникациям [7, с. 1-6], политическим наукам [11, с. 691-706], образованию [15, с. 9-27], государственному управлению.
Развитие нейронауки породило также новые направления в психологии и физиологии - нейропсихология (понимание психики через изучение познавательных процессов), нейрофизиология (изучение функций нервной системы), нейроэтология (понимание поведения животных через сравнительное изучение человеческой нервной системы), и нейроанатомия (исследование нейронных структур и нервной системы человека). Появились новые области исследования, такая как социальная нейронаука [8].
Одно из активно развивающихся направлений современной нейронауки -образовательная нейробиология (пеигоеёисайоп). Идея использования достижений нейробиологии и образовательной практике получила распространение в последние 10-15 лет (особенно в последние пять лет), и получила название нейрообразования. Данная ветвь нейронауки объединяет усилия исследователей в области когнитивной нейробиологии, нейробиологии развития, психологии образования, педагогики и дидактики, с целью изучения взаимосвязей между биологическими процессами и образовательной деятельностью. Чаще всего исследователи в области образовательной нейробиологии исследуют нейробиологические механизмы чтения, математических вычислений, внимания и сопутствующих им трудностей (дислексия, дискалькулия и др.). По оценкам энтузиастов от образовательной нейробиологии, междисциплинарные данные, полученные в этой области, в недалеком будущем позволят связать нейробиологию и образовательные технологии и повысить качество освоения учебных дисциплин в школах и вузах,
454
а также установить прямой диалог между нейроисследователями и педагогами.
Одним из широко применяемых в рамках нейрообразовании является метод биологической обратной связи (biofeedback, БОС), позволяющий оценивать и тренировать когнитивные способности, а также представлять и исследователю, и испытуемому значения физиологических показателей в рамках клинического протокола, который включает две большие группы:
- «нейронная обратная связь» (neurofeedback, neurotherapy), реализуемая на основе различных параметров электроэнцефалограммы (ЭЭГ) головного мозга,
- биологическая обратная связь (biofeedback), осуществляемая на основе показателей кардиограммы, частоты сердечных сокращений, дыхания, и др.
В настоящее время БОС-метод в образовании используется для изучения адаптированности студентов к учебному процессу; измерения актуального психического состояния учащихся в разных условиях обучения [3]; оценки и снижения стресса у учащихся во время учебы и сессии [13]; оптимизации физической или умственной деятельности участников образовательного процесса, релаксации и настроя на успех, коррекция речи [12]; терапии аддиктивного поведения, лечение гиперактивных школьников и студентов [14].
Исследовательские возможности БОС-метода для образовательного процесса были реализованы в серии экспериментов кафедр «Реклама и связи с общественностью» Гуманитарного института и «Физической культуры и адаптации» Института физической культуры, спорта и туризма Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.
В рамках исследования использовалась психофизиологическая БОС-методика CMS (Current Mental State - текущее психологическое состояние), которая базируется на оценке свойств психического состояния по данным кардиоритмограммы и позволяет оперативно оценивать текущее психологическое состояние, а также контролировать изменения в состоянии за разные отрезки времени и изучать эффекты различных воздействий на состояние психики [4, с. 84-93]. Количественные значения параметров текущего психического состояния учащихся, представленные на компьютере в виде 19 шкал позволяют оценить показатели состояния обследуемого с эталонными значениями, определить его самочувствие, изменение настроения, психического тонуса, темп психических процессов, наличие проблемных переживаний, оценить уровень бодрости, уверенности, возбужденности, раздражительности и др.
Для участия во всех экспериментах на основе БОС-методика CMS отбирались две фокус-группы студентов (экспериментальная и контрольная), сходные по численному составу, а также по возрастному и гендерному признакам. Отбор в группы производился на основе опросника PEN [1].
В результате первого (пилотного) исследования изучалось воздействие интерактивных методов обучения на эмоциональную сферу учащихся, а также оценивались возможности БОС-методика CMS. На основании проведенного пилотного исследования был сделаны следующие выводы:
- в экспериментальной группе благодаря интерактивным методам обучения легче решались творческие и мыслительные задачи, чем в контрольной группе, где использовались традиционные методы обучения. Применение активных методов обучения в отличие от традиционных является более эффективным с точки зрения воздействия на эмоции, самочувствие, адаптивность и продуктивность психики студентов;
- результаты исследования могут служить для отслеживания преподавателем эмоционального возбуждения студентов в процессе применения интерактивных методов обучения.
В рамках второго исследования был скорректирован дизайн исследования, была увеличена численность контрольной и экспериментальной групп, производились предварительная и заключительная оценки психофизиологического состояния учащихся до и после изучения учебного материала. Целью исследование было изучение влияния формы представления материала для самостоятельного изучения на текущее психическое состояние студентов.
Второй эксперимент продемонстрировал, что изучение разных форм учебных материалов влияет на улучшение или ухудшения разных групп показателей текущего психического состояния учащихся. Показатели резерва управления психической деятельностью, регуляции и адаптации психики при изучении студентами текстового материала улучшаются. Различные виды учебных материалов могут вызывать проявление опасений, повышение тревожности, причем текстовой материал этому способствует менее всего. Как показали результаты второго эксперимента, изучение текстовых презентаций улучшает показатели конкретности (практичность и реалистичности) мышления, а также реалистичности, точности, безошибочности суждений.
На основании проведенного эксперимента был сделан вывод, что для
достижения оптимальных результатов образовательного процесса необходимо
456
чередование представления учебного материала в текстовой и графической форме [2].
Целью третьего исследования было изучение психофизиологического состояния учащихся экспериментальной группы при восприятии учебного материала, излагаемого преподавателе, и состояния учащихся контрольной группы при восприятии того же самого материала при самостоятельном изучении. Гипотезой исследования служило предположение, что изучение учебного материала с преподавателем способствует лучшему усвоению и запоминанию, а также положительно влияет на текущее психическое состояние студентов, чем изучение аналогичного материала самостоятельно. Результаты замеров контрольной и экспериментальной групп в данное время находятся в обработке и будут опубликованы в следующем сборнике.
Использование метода биологической обратной связи позволяют получить объективную информацию об эмоциональном состоянии учащихся об оптимальном расписании занятий, чередовании различных видов занятий; о правильном проектировании учебных материалов и сочетании различных форматов обучения в образовательном процессе.
Нейрообразование развивается по двум направлениям, с одной стороны, по инициативе нейробиологов, которые изучают потенциальные возможности головного мозга с тем, чтобы для повысить качество образования, с другой стороны - педагогов, заинтересованных в новых данных об особенностях процессе обучения. Однако несмотря на суще существующий энтузиазм, данная тема требует осторожности, научного подхода к обоснованию нейробиологических идей и правильной адаптации полученных данных к практике.
Следует также отметить, что в научной среде стремительно растет количество терминов с приставкой «нейро-», что уже привело к появлению такого понятия как «нейрокультура», объединяющим новые области знания на основе нейронауки [10]. В противовес нейрокультуре возник язвительный термин «нейромания», высмеивающий современное стремление объяснить всю сложность человеческого поведения с помощью активности головного мозга.
Тем не менее, увеличивается количество сторонников использования данных нейронауки в совокупности с другими методами анализа. Допущение, что главным уровнем анализа человеческого поведения является изучение мозга и что якобы личностью и психикой, то есть психическими продуктами активности мозга можно пренебречь, вызывает критику и нейробиологов, и
457
психологов. Нейробиологи пока не могут выявить надежные причинно-следственные связи между данными, описывающими мозг, и поведением. Нельзя игнорировать и другие важные уровни анализа - психологические, социальные и культурные. Необходимо учитывать, что ученые пока не приблизились к преодолению провала между нейронными механизмами и психическими процессами. Задача нейронауки - пролить свет на механизмы мозга и их связь с психическими явлениями [5, С. 207].
Список использованных источников
1. Абабкова М.Ю., Леонтьева В.Л. Исследование эмоционального состояния студентов на основе метода биологической обратной связи // Образование и наука. 2017; (7): 60-76. DOI:10.17853/1994-5639-2017-7-60-76.
2. Абабкова М.Ю., Леонтьева В.Л. Опыт применения метода биологической обратной связи для оценки текущего психологического состояния студентов в ходе учебного процесса // Живая психология. - 2018. - Том 5. - № 1. - с. 33-48. - doi: 10.18334/lp.5.1.38929.
3. Ковалевская Е. В. Актуальное психическое состояние старшеклассников в условиях интерактивного обучения [Электрон. ресурс] // Психологическая наука и образование. Режим доступа: http://psyedu.ru/journal/2015/2/Kovalevskaya.phtml (дата обращения: 30.07.2018).
4. Пискун О.Е., Петрова Н.Н., Фролов Б.С., Овечкина И.В., Бондарчук И.Л. Опыт применения методики объективной оценки текущего психологического состояния и свойств личности ПАК CMS для оценки уровня адаптации и риска кризисных состояний студентов иностранного факультета СПб ГТУ // Кризисные состояния: современные подходы к оказанию специализированной медицинской помощи : сборник научных статей / XX Клинические Павловские чтения, 21 апр. 2016 г. ; [сост.: Ю.Р. Палкин, Д.В. Ковпак]. - Санкт-Петербург: СИНЭЛ, 2016. - 118 с.
5. Сэйтл С. Чарующее обаяние бездумной нейронауки. - М.: Изд-во «Э», 2016. - 368 с.
6. Фаликман М. Когнитивная наука: основоположения и перспективы. - URL: http://logosjournal.ru/arch/73/97_1.pdf. - (дата обращения -30.07.2018).
7. Anderson, D.R., Bryant, J., Murray, J.P., Rich, M., Rivkin, M., & Zillmann, D. (2006). Brain imaging - An introduction to a new approach to studying media processes and effects. Media Psychology, 8, 1-6.
458
8. Cacioppo, J.T. and Berntson, G.G., 2005. Social neuroscience. Psychology Press: NewYork.
9. Camerer, C., Loewenstein, G., & Prelec, D. (2005). Neuroeconomics: How neuroscience can inform economics. Journal of Economic Literature, 43, 9-64.
10. Javor, A., Koller, M., Lee, N., Chamberlain, L. and Ransmayr, G., 2013. Neuromarketing and consumer neuroscience: contributions to neurology. BMC Neurology, vol. 13, no. 1, pp. 13. URL: http://eprints.aston.ac.uk/23462/17Neuromarketing_and_consumer_neuroscience.pdf. - (дата обращения - 20.07.2018).
11. McDermott, R. (2004). The feeling of rationality: The meaning of neuroscientific advances for political science. Perspectives on Politics, 2, 691-706.
12. Oman D., Shapiro S. L., Thoresen C. E., Plante T. G., Flinders T. Meditation Lowers Stress and Supports Forgiveness Among College Students: A Randomized Controlled Trial. URL: https://www.academia.edu/! 121114/Meditation_lowers_stress_and_supports_forgive ness_among_college_students_A_randomized_controlled_trial. - (дата обращения -20.07.2018).
13. Ratanasiripong P., Ratanasiripong N., Kathalae D. Biofeedback Intervention for Stress and Anxiety among Nursing Students: A Randomized Controlled Trial. URL: http: //www.heartmath.com/wp-content/uploads/2014/04/biofeedback_intervention_stress_nursing_students.pdf. - (да та обращения - 20.07.2018).
14. Salam, U.B., Abdul Wahab, M.N. Drug Addiction Students and Heart Rate Variability Biofeedback: A Study on Solat Effect. URL: http://wseas.us/e-library/conferences/2013/Malaysia/EDUETE/EDUETE-15.pdf. - (дата обращения -20.07.2018).
15. Schwartz, D. L., Blair, K. P., & Tsang, J. M. (2012). How to build educational neuroscience: Two approaches with concrete instances. British Journal of Educational Psychology Monograph Series II, (8) 9-27.
