От древних побуждений к овладению мозгом Человеческий мозг объединяет древние стволовые системы эмоций и потребностей под обширными полушариями головного мозга, которые отвечают за память, восприятие, речь, мышление и принятие решений. Мозжечок, насыщенный нейронами, отвечает за двигательную память и навыки. Около 90 миллиардов нейронов соединяются между собой через аксоны, дендриты и синапсы, образуя сети, которые определяют пути передачи сигналов в процессе обучения. Развитие в детстве “программирует” эти сети, формируя более поздние способности.
Нейронные сети учатся, прокладывая пути Подобно искусственным сетям, вдохновленным биологией, соединенные нейроны укрепляют отдельные синапсы, формируя эффективные маршруты для передачи сигналов. Этот процесс превращает изначально однородную сеть в структурированные схемы, способные распознавать изображения, звуки и текст. Мозг обучается медленнее, чем машины, но внутренняя активность и опыт совместно формируют ее. Информация, полученная в раннем возрасте, помогает “заложить” способности, которые впоследствии будут способствовать рассуждению.
Решения принимаются на основе потребностей, памяти и чувств Лобная и теменная коры головного мозга выбирают и запускают поведенческие программы, объединяя три потока: текущие потребности и эмоции, знания, хранящиеся в памяти, и сенсорную информацию о мире. Выбранная программа задействует двигательные системы и вегетативные изменения, приводя к результатам, которые оцениваются органами чувств. Успех вызывает положительные эмоции и укрепляет стратегию; неудача вызывает негативные эмоции и подавляет их. Системы "сон–бодрствование" модулируют этот цикл, но им управляет эмоциональная потребность.
Биологические потребности формируют поведение и обучение Эволюция заложила жизненно важные программы, связанные с питанием, размножением и безопасностью, которые позже развились в социальные программы и программы саморазвития. Потребности запускают поведение, а также оценивают его результаты с помощью эмоций, обеспечивая подкрепление, которое тренирует кору головного мозга. Положительные эмоции отмечают успешные стратегии запоминания, отрицательные эмоции сдерживают неэффективные. Эти унаследованные программы роднят нас с другими млекопитающими и насчитывают сотни миллионов лет.
Жизненные программы и логика лени Поведение, направленное на выживание, включает поиск пищи, поддержание гомеостаза, сон, дыхание и защиту с помощью страха или агрессии. Мозг также поддерживает программы “экономии усилий” — лени, которые развились для экономии дефицитных калорий. Конкурирующие побуждения постоянно вступают в противоречие: любопытство побуждает к исследованию, страх - к осторожности, а лень - к отдыху. Лобная кора выбирает из них, стремясь к удовлетворению потребностей с минимальными затратами.
Темперамент определяет силу влечений У всех один и тот же набор потребностей, но базовая активность разная — одни более любопытны, другие более тревожны или спокойны. Индивидуальность каждого начинается с биологии и игры цветов, исследований, движения и социальной вовлеченности. Несмотря на общие программы, результаты жизни зависят от этих заданных уровней. Социальные потребности, такие как эмпатия и лидерство, привносят дополнительные нюансы.
Любопытство и игра развивают двигательные навыки Дети с удовольствием повторяют прыжки, лазание и захваты, потому что мозг вознаграждает их положительными эмоциями. Каждая игра откладывает двигательные действия в памяти мозжечка. Взрослые часто отказываются от тех же приглашений, поскольку двигательные системы заявляют, что “мы это уже знаем”, и лень берет верх. Баланс между стремлением к новизне и энергосбережением определяет активность во всей жизни.
Черты характера, которые предсказывают Успех Открытость к новизне и экстраверсия коррелируют с лучшей обучаемостью и последующей эффективностью. Стрессоустойчивость позволяет не упускать цели из виду, несмотря на неудачи. Социальное сотрудничество и эмпатия позволяют группам достигать целей быстрее, чем отдельным людям. Эти черты сочетаются с позитивными эмоциями, обусловленными любопытством и движением.
Дофамин вызывает радость от движения и новизны Дофамин отвечает за удовольствие от исследования и действия, благодаря нейронам, расположенным в черной субстанции и вентральной покровной области. Проекции от черной субстанции к базальным ганглиям способствуют запуску двигательной программы и удовлетворению от движения. Проекции VTA на кортекс поддерживают интерес к новым идеям и креативность. Высокий уровень дофамина стимулирует любопытство и активность; слабый уровень может привести к апатии и даже депрессии, но его можно тренировать, чтобы получать вознаграждение за обучение.
Природа и воспитание делят счет пополам Примерно половина индивидуальных различий в любознательности и одаренности обусловлена генами, а остальная часть формируется под влиянием внутриутробных условий, гормонов, раннего детства, школьного обучения и жизненного опыта. Рекомендации родителей и учителей могут научить мозг тому, что любознательность неизменно приносит вознаграждение. Даже не слишком любопытный мозг может стать талантливым в выбранных областях благодаря практике и подкреплению. В основе этого тренинга лежит выработка дофамина.
Движение - это самый сложный расчет Мозга Две трети нейронов управляют мышцами, что делает точное движение наиболее сложной задачей системы. Мелкая моторика способствует развитию ребенка и сохраняет его функциональные возможности в пожилом возрасте. Двигательные команды поступают от моторной коры, базальных ганглиев, мозжечка и спинномозговых цепей к мотонейронам, которые сокращают определенные волокна. Овладение движением обогащает когнитивные способности за счет привлечения широких нейронных ресурсов.
Четыре семейства движений Движения человека включают рефлексы, локомоцию, произвольные действия и автоматизированные навыки. Эти категории включают в себя перекрывающиеся сети в коре головного мозга, базальных ганглиях, мозжечке и спинном мозге. Каждый тип способствует обучению, обеспечивая обратную связь и возможности для подкрепления. Их взаимодействие превращает новые действия в устойчивые привычки.
Рефлексы стабилизируются и ориентируются Рефлексы вытягивания и отдергивания поддерживают осанку и защищают от травм, в то время как ориентировочные рефлексы поворачивают глаза и голову в сторону чего-то нового для сбора информации. Многие рефлексы являются врожденными, но младенцы все равно должны научиться контролировать голову и сохранять равновесие с помощью практики. Правильная осанка свидетельствует о сильных базовых рефлексах. Любопытство буквально связано с рефлекторным обращением к новым стимулам.
Походка при передвижении и переключение скоростей Ходьба приводит в движение одну конечность за раз; более быстрая рысь синхронизирует работу противоположных конечностей; быстрый галоп разгибает позвоночник для создания мощного толчка. Субталамическая система в мозге координирует переключение скоростей и взаимодействует с центрами удовлетворения неотложных потребностей или исследований. Будучи двуногими, люди бегают медленнее, чем четвероногие, и у них нет хвостов для поддержания равновесия, что затрудняет достижение скорости. Тем не менее, тренировка с годами совершенствует эти унаследованные от предков привычки.
Добровольные действия начинаются со зрения и заканчиваются осязанием Новые движения в новых условиях запускаются во фронтальной коре головного мозга, руководствуясь тем, что видят глаза, и подтверждаются обратной связью с кожей. Планирование происходит поэтапно: выбирается программа, разбивается на двигательные действия, затем каждое из них преобразуется в конкретные мышечные команды. У младенцев поначалу почти каждое действие является добровольным - от протягивания руки до хватания предметов и поднесения их ко рту. Повторение доводит эти действия до автоматизма.
Автоматизация Высвобождает Когнитивные ресурсы Повторяющаяся практика позволяет мозжечку и базальным ганглиям запоминать параметры движений и передавать их коре головного мозга. Такое делегирование позволяет экономить вычислительные ресурсы, позволяя быть внимательным к неожиданным событиям. Ношение наполненной до краев миски или езда на велосипеде наглядно показывают, насколько сложны новые действия, пока они не доведены до автоматизма. Эволюция благоприятствовала этому сдвигу, поэтому поведение остается эффективным и адаптируемым.
Глубокая двигательная память мозжечка Древний и мощный мозжечок хранит точные параметры индивидуальных движений с помощью клеток Пуркинье. Навыки, приобретенные в детстве, такие как езда на велосипеде, могут быть восстановлены спустя десятилетия. Он также поддерживает элементы речи и мимики в виде мелкой моторики. Тренировка равновесия задействует эти цепи для улучшения работы мозга в целом.
Базальные ганглии управляют последовательностями Базальные ганглии, более новые в эволюции, связывают дофамин из черной субстанции с выбором действий и их связью. Они управляют плавными переходами между фигурами танца и упорядочивают слова и синтаксис в речи. Многие нарушения чтения отражают нарушение взаимодействия коры головного мозга и базальных ганглиев. Вместе с мозжечком они образуют ядро двигательной памяти.
Тренировка всего мозга с помощью рук и равновесия Тонкая работа пальцами, музыкальные инструменты, лепка и оригами активизируют обширные карты коры головного мозга. Простые балансировочные платформы укрепляют вестибулярные рефлексы и мозжечковое обучение, способствуя развитию и поддерживая детей с проблемами аутистического спектра. Любое сложное моторное обучение приносит пользу мозгу в любом возрасте. Конкретная деятельность имеет меньшее значение, чем ее насыщенность и сложность.
Счастье сложного движения Спорт и танцы вызывают сильные положительные эмоции, особенно когда движения сложные. Зеркальные нейроны заставляют зрителей незаметно сокращать мышцы и разделять радость исполнителя, усиливая социальную награду. Успех и улыбки зрителей вызывают у зрителей отклик, повышая мотивацию к обучению. Таким образом, движение доставляет как индивидуальное, так и общее удовольствие.
Мышцы взаимодействуют с миокинами Активно работающие мышцы вырабатывают гормоноподобные миокины, которые сжигают жир, укрепляют сердечно-сосудистую систему и улучшают работу мозга. Система памяти гиппокампа особенно выигрывает от этой биохимической обратной связи. Движение буквально посылает сигналы “спасибо” обратно в мозг. Эта биология подчеркивает, почему физические упражнения улучшают настроение и когнитивные способности.
Четыре уровня Curiosity отображаются на карте движения Ориентировочные рефлексы определяют новизну; субталамические цепи управляют патрулированием территории для сбора информации; двигательные цепи, связанные с пальцами, связывают исследование с манипуляцией; а языковые сети маркируют мир. Вместе они переходят от поворота головы в сторону стимула к построению вербальных моделей. Каждый следующий уровень подпитывает следующий, побуждая любопытство к действию. Этот поток подкрепляется дофамином из древних источников в среднем мозге.
Знакомство с новинками - от сов до Айтрекеров Различные виды животных, от рыб до сов, реагируют на внезапные сигналы, которые поддерживаются дофамином, вырабатываемым средним мозгом. У людей отслеживание взгляда показывает, что внимание приковано к лицам и направлению взгляда. Художники используют этот рефлекс, изменяя порядок событий и удивляя зрителей, чтобы усилить вовлеченность. Новизна притягивает взгляд, голову, а затем и разум.
Исследуем космос с помощью гиппокампа Субталамический инстинкт побуждает к систематическому исследованию, в то время как гиппокамп строит пространственные карты для навигации по территориям. Даже насекомые, такие как муравьи и пчелы, прокладывают эффективные маршруты, иногда ориентируясь по солнцу для экономии энергии. Млекопитающие используют этот метод для создания прямых маршрутов через известные города или леса. Позже гиппокамп становится центром кратковременных воспоминаний о текущем дне.
Привлекательность и риск коротких путей Стремление идти “коротким путем” проистекает из программ экономии энергии и пространственной памяти. Это может ввести в заблуждение туристов, которые отказываются от безопасных маршрутов, хотя импульс остается сильным. Фольклор даже олицетворяет манию передвижения — например, исследование колобков может выйти из—под контроля. Уравновешенное любопытство позволяет собирать полезную информацию, не теряя благоразумия.
Руки, туловища и автомобильная карта Младенцы пытаются дотянуться до предмета, прежде чем схватят его надежно, подобно слоненку, который учится управлять хоботом с помощью сотен мышц. Моторная зона коры головного мозга отображает части тела: ноги на макушке, затем туловище, кисть с расположением большого пальца к мизинцу, затем лицо, язык и голосовые связки. Речь зависит от специальных двигательных зон, таких как зона Брока. С годами мастерство переходит от грубого контроля к точному.
Слова связывают чувства в понятия Ассоциативная часть теменной коры головного мозга объединяет зрение, осязание, вкус и название в одно слово, например, “апельсин”. Дети лучше усваивают новые предметы, что способствует выработке допамина и улучшению памяти. Первые слова появляются примерно в десять месяцев по мере развития мультисенсорных функций. Язык становится высшим уровнем исследования.
Обобщение слов в различных вариациях Мозг учится распознавать “кролика”, несмотря на различия в игрушках и произношении, путем визуального и слухового обобщения. Компьютерные системы теперь лучше решают подобные задачи с помощью самообучающихся нейронных сетей, повторяющих стратегии мозга. Собаки могут соотносить слова с такими объектами, как “принеси тапочки”, и сканировать в поисках “кошки”, в то время как обезьяны усваивают сотни слов-жестов. Для людей 500-700 слов - это только начало пути к 2000 примерно к трем годам.
Построение вербальной модели мира К трем годам растущая сеть информационных центров формирует внутреннюю модель — упрощенный глобус реальности, используемый для прогнозирования результатов и выбора действий. Эта модель отражает личный опыт и способствует осознанию и планированию. Это не сам мир, а лучший инструмент, доступный на данный момент. Мышление основано на постоянном совершенствовании с помощью новых связей и категорий.
Обсудите это, чтобы лучше думать Когнитивные процессы протекают в быстром интуитивном и медленном осознанном режимах; речь помогает переключиться на осторожный, требующий больших затрат энергии путь. Обсуждение проблемы с другими людьми или написание письма для себя укрепляет ассоциации и улучшает принятие решений. Слова более высокого порядка (“объекты”, “окружающая среда”, “материя”, “дух”) объединяют знания в более широкие структуры. Удовольствие возникает от озарений, новых слов, разгаданных головоломок и шуток, поскольку дофамин стимулирует работу нервной системы.
Награда за креативность и ее ловушки Уровень дофамина может удвоиться, когда открытие встречает движение — как у Архимеда, бегущего и кричащего “Эврика”. Однако стремление к новизне ради нее самой порождает поведенческие зависимости: бесконечное прокручивание страниц, просмотр новостей и информационный фастфуд. Такое потребление обеспечивает выработку дофамина, не укрепляя память, не отнимая времени и не вызывая усталости, что особенно вредно для подростков. Настоящая креативность сочетает новые входные данные с результатами — создание, сочинение или решение задач — таким образом, знания входят в модель. Другая молекула, эндорфин, отмечает тихую удовлетворенность, когда спокойное удовлетворение заменяет срочный поиск.
Поиск одаренных путей и подходящей жизни Примерно половина темперамента и когнитивных способностей заложена генетически, а остальная часть формируется под влиянием внутриутробного здоровья (около 20%), гормонов, раннего опыта, школьных лет (около 10%) и работы. Положительные эмоции сигнализируют о предрасположенности; родители должны привлекать детей к разнообразным занятиям, чтобы увидеть, как у них загораются глаза. Удовлетворенность жизнью растет, когда работа соответствует темпераменту, старание превозносится над талантом, а практика соответствует врожденным ограничениям и сильным сторонам. Несогласованность порождает тихую депрессию, в то время как структура — “палка о двух концах” — может объединить потребности в творчестве и саморазвитии.