MOZAK I UČENJE

2

Učenje

3

.....možemo definirati kao način kojim stječemo informacije o svijetu koji nas okružuje, dok je PAMĆENJE način kako te informacije pohranjujemo kroz vrijeme ( Eric R. Kandel)

...ne postoji pamćenje bez učenja, ali učenje bez pamćenja može postojati.. (Eric R. Kandel)

Glazba koju stvaraju neuroni u ljudskom mozgu, ukoliko je sinhronizirana određuje naše

PONAŠANJE

Rinalni korteks – novo dugoročno eksplicitno pamćenje Hipokampus – dugoročno pamćenje položaja u prostoru Amigdala – pamćenje čuvstvenih značenja određenih iskustava Sekundarni senzorni korteks i asocijativni korteks – neuralni krugovi za pohranu dugoročnog pamćenja Implicitno pamćenje – senzomotorički zadaci – mali mozak i strijatni sustav (dopaminergičke strukture – kaudatus i putamen) Prefrontalni korteks – vremenski slijed događaja

Stimulus (informacija)

Senzorni registarAuditivniTaktilniVidni

Kratkotrajna ili radna memorija

Dugoročna memorijaSemantičkaEpizodna Proceduralna

Pamćenje kao proces

Što sve pamtimo?PROCEDURALNO PAMĆENJE- automatsko, nesvjesno;

motoričke radnje poput vožnje bicikla, skakanja, plivanja, pletenja i sl.

EPIZODNO ILI AUTOBIOGRAFSKO PAMĆENJE- emotivno obojani događaji iz osobnog života; prvi poljubac, prva vožnja automobilom, nepravda, osvojeno prvo mjesto i sl.

SEMANTIČKO PAMĆENJE- činjenično pamćenje, opća znanja i pojmovi npr. koliko imamo županija, u kojem gradu se nalazi Big Ben i sl.

RADNA MEMORIJA oblik je prolaznog pamćenja koje nam omogućuje da zadržimo u pamćenju ono što smo neposredno čuli, dovoljno dugo da bismo to ponovili, djelomično ovisi o čeonoj moždanoj kori

(dopamin i glutamat)

KOGNICIJA uz pamćenje i zaboravljanje uključuje i apstraktno mišljenje, zaključivanje, pažnju, maštanje, čak i predmnijevanje pojma ljepote

Jedna od najistaknutijih intelektualnih aktivnosti koja ovisi o pamćenju je GOVOR

Strukturno područje koje je podloga razumijevanju govora je Wernickeovo područje, dio lijeve hemisfere velikog mozga

To je područje povezano s Brockinim područjem u frontalnom režnju gdje se stvara program za zvučni izražaj govora

Potom se taj podražaj prenosi u motorička područja kore mozga gdje se aktiviraju usta, jezik i grkljan

Kako učenje mijenja mozak?Znanost kaže da gotovo doslovno svako naše životno

iskustvo kojeg svakodnevno stječemo i proživljavamo mijenja i oblikuje mozak tijekom života

Budući da svatko od nas doživljava različite stvari tijekom 24 sata mozak svakog od nas izgleda različito

SPOSOBNOST MOZGA DA SE STRUKTURNO MIJENJA I PRILAGOĐAVA ŽIVOTNIM ISKUSTVIMA ZNANSTVENICI NAZIVAJU PLASTIČNOST

Koje se promjene događaju tijekom učenja?

..tijekom učenja

1. STVARAJU SE NOVE SINAPSE

..tijekom učenja

2. POBOLJŠAVA SE PROKRVLJENOST STVARANJEM NOVIH KAPILARNIH MREŽA (time se pospješuje dotok krvi i doprema kisika u moždano tkivo)

..tijekom učenja 3. STVARAJU SE POTPORNE STANICE (tzv. glija

stanice, koje se povećavaju brojem i veličinom)

..tijekom učenja

4. MIJELINIZACIJA (stvara se masni mijelinski omotač oko aksona neurona čime se poboljšava prijenos signala među neuronima)

..tijekom učenja

5. STVARAJU SE NOVI NEURONI (neurogeneza), posebno u području hipokampusa

Ono što čujem, ja zaboravim.Ono što čujem i vidim, ja djelomično

zapamtim.Ono što čujem, vidim I pitam te raspravim

s drugima, počinjem razumjeti.

Ono što čujem, vidim,raspravim I učinim, ja stječem znanje i vještinu.

Ono što prenesem drugima i što ih naučim, ja znam.

(Silberman, 1996, p. 1)

Ključni događaji:PONAVLJANJENAGRADA (SUSTAV UNUTARNJE ili tzv.

INTRINZIČNE NAGRADE)VIZUALIZACIJA (TIJEKOM UČENJA STVARA

SE SLIKA PROČITANOG TEKSTA I MOŽE UKLJUČITI RAZLIČITA OSJETILA

MEMORIJA (UKOLIKO NOVI TEKST ILI INFORMACIJU MOŽETE POVEZATI S NEČIM ŠTO STE PRETHODNO NAUČILI UČINAK ĆE BITI VEĆI)

AKTIVNA UKLJUČENOST U UČENJE

UČENJE OVISI O MOTIVIRANOSTI ZA NAGRADOM Oštećenje ventralnog tegmentalog područja i nucleus accumbens dovodi do

GUBITKA MOTIVACIJE―NE SPOSOBNOSTI―ZA UČENJE

Sustav nagrade

Složeno asocijacijsko pamćenje

eksplicitno (deklarativno)

“Knowing that”, svjesno dostupan trag prošlog iskustva i osjećaj poznavanja takvih doživljaja

• implicitno (proceduralno) “Knowing how”, “Kako ću nešto obaviti”

Eksplicitno pamćenje

Stječemo svjesnim naporom, a tako se i prisjećamo onog što smo procesom eksplicitnog učenja upamtili.

Stoga takvo znanje možemo iskazati (deklarirati – otuda naziv deklarativno pamćenje).

Iziskuje procesiranje u srednjem sljepoočnom području i dijelu talamusa

24

Eksplicitno pamćenje Epizodno pamćenje – onaj dio eksplicitnog pamćenja u kojem

su pohranjena životopisna zbivanja i uz njih vezane uspomene.

25

Značenjsko (semantičko) pamćenje – pamćenje pojmova, simbola, značenja – mentalni leksikon. Tako ste upamtili značenje pojedinih riječi, stručne nazive i pojmove, kemijske formule itd.

Implicitno pamćenje

Ponavljanjem niza više ili manje uspješnih pokušaja (metodom pokušaja i pogreške) postupno smo stekli niz navika i ovladali nizom umijeća, što sad imaju podsvjesna i automatska obilježja, a ne znamo kazati kada i kako smo ih točno stekli.

Iziskuje procesiranje u bazalnim ganglijima, motoričkoj kori velikog mozga, mali mozak

26

Druge vrste pamćenja ovise o amigdali (emocionalni vid pamćenja) i malom mozgu (učenje motoričkih vještina koje iziskuju precizan vremenski slijed

Važan čimbenik, koji utječe na to što je spremljeno i koliko je snažno pohranjeno je li kao posljedica događaja uslijedila nagrada ili kazna

TO JE VAŽNO PRAVILO U ODREĐIVANJU PONAŠANJA KOJA ĆE NEKI ORGANIZAM ZAPAMTITI I NAUČITI: AMIGDALA IMAJU PRESUDNU ULOGU

U PAMĆENJU TAKVIH DOGAĐAJA

“What the developing brain needs for successful movement and cognitive growth is sufficient activation of the motor-cerebellar-vestibular system. Without it, you see problems in learning that include attentional deficits, reading problems, weak memory skills, slow

reflex skills, lack of classroom discipline, and impaired or delayed writing skills.” — Eric Jensen (2001)

Neuroanatomija pamćenja

33

Anterogradna amnezija: bolesnik H.M.

U rujnu 1953. kanadski neurokirurg Scoville je operativno odstranio prednji dio oba sljepoočna režnja mladom muškarcu (Henry Gustav Molaison) koji je trpio od teške i neizlječive epilepsije.

Tim su zahvatom odstranjene sljedeće strukture: vrh temporalnog režnja, uncus i amygdala, formatio hippocampi i susjedni dio parahipokampalne vijuge.

Mladić se doista izliječio od epilepsije. No, javila se nova vrsta moždanog poremećaja:

anterogradna amnezija. Svojstva tog poremećaja na ovom slavnom pacijentu su potanko proučena tijekom 30 godina sustavnog psihološkog testiranja.

36

Njegovo je socijalno ponašanje izgledalo normalno, osim što se neprekidno ispričavao što je zaboravio imena ljudi s kojima se nakon operacije upoznao. Uredno se odijevao i jedino ga je trebalo podsjećati da se obrije. Govorio je normalno, vladao natprosječnim brojem riječi i razumio je smisao šala i viceva – čak i onih koji se temelje na igri riječi.

Imao je i dalje natprosječnu inteligenciju, a nije bilo znakova promjena osobnosti.

Njegov glavni problem je bio naučiti i upamtiti nove podatke.

37

Kao i drugi bolesnici s anterogradnom amnezijom, H.M. je ipak mogao upamtiti neke događaje koji su imali poseban emocionalni naboj. Primjerice, H.M. je znao da je umro papa Ivan XXIII i da je J.F. Kennedy ubijen, a također je znao da je astronaut čovjek koji hoda po mjesecu (događaji nakon njegove operacije!).

Nakon očeve smrti, H.M. je zaposlen u rehabilitacijskom centru, gdje je upaljače za cigarete ulagao u kartonske okvire s rupicama. No, nije pamtio pojedinosti svog posla, a jednog dana dok su ga vozili kući, uputio je vozača na adresu starog stana (gdje je živio prije operacije).

Netaknuto kratkoročno pamćenje

Neovisno o H.M. oštećenom dugoročnom pamćenju, radno pamćenje ostalo je neoštećeno.

• B.Milner (1954) u jednom ga je testu pitala da zapamti broj 584. Nakon 15- minutne odgode uz distrakcije, zapamtio ga je točno, uz objašnjenje. ‘Jednostavno je. Samo zapamtite 8. Znate, 5,8 i 4 su u zbroju 17. Zapamtite 8, oduzmete od 17 i ostaje 9. Podijelite 9 na pola i dobijete 5 i 4, i eto vam. 584. Lagano. ‘

• Nakon što je njegova pozornost usmjerena na novi zadatak, zaboravio je i broj i kompliciran niz misli koje je s njim povezao. Većina pacijenata s amnezijom pokazuje netaknuto radno pamćenje.’

Medijalni temporalni režanj• U medijalnom prednjem dijelu sljepoočnog režnja smještene

su sljedeće strukture bitne za eksplicitno pamćenje:

• hippocampus (= cornu ammonis + gyrus dentatus + subiculum)

• susjedna mezokortikalna područja • cortex entorhinalis (polje 28) • ostatak parahipokampalne vijuge i vrh sljepoočnog

režnja.• cortex perirhinalis (polje 35)

H+A+

• H+A+ lezija: odstranjeni su veliki dijelovi medijalnog sljepoočnog režnja – i hipokampalna formacija (H) i amigdala (A) i susjedni dio moždane kore: entorinalni, peririnalni, temporalni pol (+). Lezija H+A+ uzrokuje teški poremećaj pamćenja.

H+ lezijaH+ lezija kod koje su odstranjeni cornu

ammonis, gyrus dentatus, subiculum, area entorhinalis i susjedni dio parahipokampalne vijuge uzrokuje nešto blaži poremećaji pamćenja.

H+A+ lezija uzrokuje teže poremećaje pamćenja ne zbog toga što su odstranjena amigdala, nego zbog toga što je odstranjen veći dio moždane kore.

43

A+ lezija

Kad su razorena samo amigdala (A+ lezija), a okolni korteks je ostao očuvan, pokusni majmuni različite testove pamćenja rješavaju jednako uspješno kao i normalni majmuni.

44

H++ lezijaPokazalo se da je peririnalno polje također

bitno za procese pamćenja: kad H+ leziji pridodamo razaranje peririnalnog polja (35), poremećaj pamćenja je teži nego kod H+ ili H+A+ lezije, a također je dugotrajan.

Peririnalno polje i susjedni kaudalni dio parahipokampalne vijuge su izvor gotovo 2/3 neuronskih veza za entorinalno polje (28), a entorinalno polje je glavni izvor projekcija za hipokampus.

45

Da bi došlo do upamćivanja nečeg novog, nije uvijek nužno da informacije prođu

kroz hipokampus – bar dio procesa upamćivanja odvija se u

peririnalnom i entorinalnom korteksu.

46

Uloga hipokampusa u pamćenju1986. opis bolesnika R.B., koji je dobio

izraženi i dugotrajni poremećaj pamćenja (amneziju) nakon globalne ishemije mozga. Pacijent je kasnije umro, a obdukcija je pokazala da su moždana oštećenja pogodila jedino polje CA1 u oba hipokampusa.

47

Pacijent R.B. Učinci

selektivnog oštećenja hipokampusa – sloj piramidnih stanica u potpolju CA1

48

Uloga hipokampusa u pamćenjuHipokampus je smanjen u bolesnika s

ograničenim poremećajima pamćenja.PET studije u zdravih dobrovoljaca pokazale

su da tijekom rješavanja psiholoških testova pamćenja do najvećeg porasta metabolizma (aktivacije) dolazi upravo u području hipokampusa i parahipokampalne vijuge.

Majmuni CA1, CA2 i CA4 polja

49

Hipokampus je važan za pamćenje – već djelomična ozljeda hipokampusa uzrokuje izražene poremećaje eksplicitnog pamćenja.

Potpuno razaranje amigdala neće uzrokovati poremećaje eksplicitnog, već samo afektivnog učenja i pamćenja.

50

Uloga hipokampusa u pamćenju

AmigdalaAmigdala“Središnje emocionalno računalo mozga”

• Uloga u kondicioniranju straha i posljedičnim emocionalnim reakcijama

• Opaženom pridaje motivacijsko značenje i tako ponašanje usmjerava prema odgovarajućem cilju

• U suradnji s nizom drugih moždanih područja• Uloga u emocionalnom pamćenjuUloga u emocionalnom pamćenju

51

Uloga amigdala u učenju i pamćenju

• Jedna od značajnih funkcija amigdala je obrada vidnih podražaja što iskazuju emocionalno značenje u socijalnom kontekstu.

• Djeluju kao asocijacijska zona konvergencije što omogućuje prepoznavanje značenja složenih podražaja (kao što su emocionalni izrazi lica) koji su bitni za održavanje odnosa s drugim pripadnicima zajednice.

52

Obostrana ozljeda amigdala

Poremećeno prepoznavanje izraza straha na licu (samog ili zajedno s nekim drugim osjećajem).

Sposobnost prepoznavanja osobnosti dotičnog lica ostaje očuvana. Nema poremećaja brojnih vidova pojma “strah”, što se mogu

riječima opisati – lezija pogađa poglavito neverbalne, teško izrecive vidove osjećaja straha.

53

• Poremećena prosudba intenziteta straha iskazanog izrazom lica.

• Jednostrane ozljede amigdala ne uzrokuju opisane

poremećaje.

54

Jednostrana ozljeda amigdale

Uloga diencefalonaStrukture bitne za pamćenje:

mediodorzalna (MD) jezgra talamusa corpus mamillare ventralni dio lamine medularis interne donji pedunkuli talamusa intralaminarne (IL) jezgre talamusa veze talamusa i mediobazalnog telencefalona

55

Medijalni temporalni režanjStrukture medijalnog temporalnog režnja bitne su za

uspostavu dugoročnog eksplicitnog pamćenja, ali nisu skladište tog pamćenja.

Kratkoročno pamćenje i radno pamćenje ne ovise o funkcijama medijalnog temporalnog režnja.

Jednako tako, razaranje medijalnih temporalnih struktura neće pogoditi razne oblike implicitnog učenja i pamćenja.

56

Uspostava eksplicitnog pamćenja ovisi o interakciji neokorteksa i struktura medijalnog temporalnog režnja.

Uspostava implicitnog pamćenja ovisi o interakcijama neokorteksa i bazalnih ganglija (strijatuma; kaudatus i putamen).

57

Klasično kondicioniranje osjetno-motoričkih navika i umijeća poglavito ovisi o funkcijama malog mozga.

Učenje emocionalnih i motivacijskih sadržaja te klasično kondicioniranje autonomnih reakcija poglavito ovise o funkcijama amigdala i njihovim opsežnim vezama s frontalnim, parijetalnim i cingularnim korteksom.

58

Učenje i spavanje?

59

EEG valovi

Stadiji spavanja

UsnivanjeChurch sleepCar driving sleepBoring lecture sleep

Sporovalno spavanje

Putovi u koru mozgaPutovi u koru mozga

REM spavanje

Kakva je veza između učenja i spavanja?Prije 75 godina Jenkins i Dallenbach pokazali su

da se prisjećanje poboljšava nakon spavanja• Istraživanja su pokazala da je u životinja REM

stadij spavanja posebno značajan za konsolidiranje pamćenja

• U ljudi je potrebna jedna noć spavanja da se naučeno pohrani u trajno pamćenja dok je u životinja bitno prvih nekoliko sati spavanja

• Spavanje nakon učenja, makar kratkotrajno (engl. nap) poboljšat će konsolidiranje naučenog gradiva

Nakon što uvježbamo određenu aktivnost, mozak nastavlja ponavljati isti obrazac neuronske aktivnosti tijekom REM spavanja

REM spavanje poboljšava naučenost zadaće!

NREM stadij 2 spavanja obnavlja sposobnost mozga da nauči i kodira nove informacije posebice u oblicima učenja koji su vezani uz hipokampus

Sporovalno spavanje – lijek za preopterećenost

70

Cirkadijani ritam budnosti i spavanja utječe na učenje poticanjem cikličkog lučenja GABA-e iz suprahijazmatske jezgre prema ciljnim strukturama.

Poremećaj cirkadijanog ritma dovest će do kroničnog lučenja GABA-e u dotičnom putu što će utjecati na plastičnost i promjene koje se zbivaju tijekom učenja u hipokampusu

…neke zanimljivosti iz istraživanjaOdrasle osobe trebale bi biti svjesne činjenice

da u pokušaju da nauče puno, brzina kojom će naučiti proceduralni materijal može biti smanjena ukoliko ne spavaju dobro ili ukoliko često mijenjaju raspored spavanja (npr. rad u smjenama)

Djeca često ne spavaju dovoljno dugo zbog različitih razloga. Roditelji moraju biti svjesni da će napredak u školi, sportu, glazbi i sl. aktivnostima izostati. Poboljšanjem navika spavanja poboljšati će se i sposobnost učenja

Tko god očekuje napredak u usavršavanju motoričkih vještina poput sporta, sviranja instrumenata treba znati da smanjeni udio stadija 2 u spavanju kao i njegova isprekidanost uvelike mogu otežati i usporiti proces

Upamćivanje proceduralnih zadataka uvelike ovisi o REM stadiju spavanja. Ukoliko dođe do gubitka REM stadija spavanja nekoliko dana u nizu nakon učenja, ne samo dan nakon usvajanja znanja to će biti otežano.

Kod učenja drugog jezika zapamćivanje će biti najbolje ukoliko istu večer imamo REM stadij spavanja i 2 noći nakon usvajanja znanja

Učenje primjerice matematike, fizike ili drugog jezika uključuje visoku razinu kognitivno proceduralnog sadržaja. Za što bolje usvajanje znanja trebalo bi optimizirati vrijeme učenja i vrijeme spavanja. Npr. Učenje matematike petkom, kada se zna da mnoga djeca odlaze kasnije na spavanje od uobičajenog , trebalo bi izbjegavati

Gubitak stadija 2 spavanja posebno utječe na sposobnost učenja i usvajanja motoričkih vještina u dječje doba, budući da djeca upravo najviše takvih vještina i znanja stječu u tom razdoblju života

Figure 1. Sleep wake cycle of whole dental student study population, indicating later bedtime and wake time during weekday (23:53±0:55, 7:02±0:44, respectively) compared to weekend (01:23±1:38, 10:03±1:27, respectively). *p value<0.001 derived from t test comparison between weekdays and weekends

..naše istraživanje•447 studenta dentalne medicine

iz MF Split i MF Zagreb

Figure 2. Sleep cycle pattern of low and high academic performing students during weekday, indicating earlier bedtime and wake time in high performing students (23:44±0:49; 6:59±0:40, respectively) compared to low performing students (24:02±1:00; 7:09±0:48, respectively) *p=0.004 derived from Mann Whitney test comparison between low and high academic performing students

Figure 3. Sleep cycle pattern of low and high academic performing students during weekend, indicating earlier bedtime and wake time in high performing students (01:08±1:23; 9:53±1:26, respectively) compared to low performing students (01:39±1:38; 10:18±1:29, respectively) *p=0.016; **p=0.011, derived from Mann Whitney test comparison between low and high academic performing students

Table 2. Sleep habits differences of students in the lowest and the highest quintile of success

NLowest quintile (GPA<3,2)

N Highest quintile (GPA>4,3)

p*

Weekday Total sleep time 1076:46±1:10

1296:55±0:49

0.434

Weekend Total sleep time 1058:49±1:32

1288:52±1:10

0.892

Ideal timing

Bedtime 5822:51±1:07

7422:33±0:49

0.130

Wake time 587:49±0:58

747:51±0:55

0.937

Total sleep time 1038:44±1:32

127

75 8:50±1:080.441

Sleep latency 10618:17±18:41

12612:21±9:38

0.008†

WeekdayEarliest bedtime 58

22:55±1:0875

22:52±0:550.490

Latest bedtime 5801:44±1:14

7301:19±1:04

0.023†

Afternoon naps (days in the week) 59 3.04±1.47 67 3.04±1.46 0.930

Subjective fatigue in the evening start (h) 105 22:50±1:37 129 22:35±1:22 0.119

Istraživanje o navikama spavanja među studentima Sveučilišta u Splitu

988 STUDENATA (507 žena, 479 muškaraca; 19-25 godina)

Table 3. Sleep habits and characteristics of Medicine, Engineering and Economy students

Medicine Engineering Economy p*

M±sd M±sd M±sd

WeekdayBedtime 23:50±1:01 0:00±1:15║ 23:45±1:01 ‡ 0.028

Rise time 7:08±0:48 †‡║ 8:09±1:36 †‡║ 7:51±1:30 †‡║ <0.001

Weekday

Earliest bedtime

22:44±1:06 22:49±1:21 22:31±1:36 0.099

Latest bedtime

1:39±1:25 1:49±1:32 1:34±1:28 0.073

WeekendBedtime 2:05±1:48 ‡ 2:44±2:10 † 2:22±2:00 <0.001

Rise time 10:04±1:47 ‡║ 10:43±2:00 † 10:37±1:37 † <0.001

Ideal timing

Bedtime 22:36±1:09 22:45±1:25 22:30±1:19 0.264

Rise time 8:24±1:30 ‡║ 8:50±1:58† 8:52±2:01 † 0.003

Duration 8:24±1:17‡║ 9:07±2:36 † 9:27±3:07 † <0.001

AfternoonFrequency (days of the week)

2.40±2.00 ‡ 1.69±1.76 †║ 2.25±1.73 ‡ <0.001

EveningSubjective fatigue (h)

22:41±1:30 22:56±1:48 ║ 22:36±1:30 ‡ 0.008

Sleep latency16:36±15:48

║19:47±21:42 19:43±16:41 † 0.009

1. MOZAK NE MOŽETE PROMIJENITI

“MITOVI O MOZGU” koje možete ZABORAVITI

2. SVAKOG DANA GUBIMO OKO TISUĆU NEURONA

“MITOVI O MOZGU” koje možete ZABORAVITI

3. MOZAK NE STVARA NOVE STANICE

“MITOVI O MOZGU” koje možete ZABORAVITI

Tijekom učenja stvaraju se u području hipokampusa

4. GUBITAK PAMĆENJA NEIZBJEŽNO SE DOGAĐA USLIJED STARENJA

“MITOVI O MOZGU” koje možete ZABORAVITI

OPUSTITE SEKONCENTRIRAJTE SE

FOKUSIRAJTE SEUSPORITE

ORGANIZIRAJTE SEZAPISUJTE

PONAVLJAJTEVIZUALIZIRAJTE

POVEZUJTE