Спать и учиться

1. Консолидация памяти и понимания
2. Что происходит с мозгом во время сна?
3. Укрепление памяти
4. Сон и проницательность
5. приложение
6. Набор текста на клавиатуре - ход эксперимента
7. Сокращение последовательности цифр - ход эксперимента
8. спасибо

Моя бабушка говорила, что вы можете учиться только после хорошего сна. Она даже утверждала, что лучше ложиться спать до полуночи. Дети обычно засыпают, когда устают, но большинство подростков ложатся спать поздно ночью во имя освобождения от родительских прав. И наше общество, кажется, одобряет это - мы спим на 20% меньше, чем наши предки, потому что мы работаем дольше и наши социальные вечера наполняют нас ( Hargreaves 2000).

Хорошо известно, что поздний засыпание или регулярная потеря даже небольшого количества сна негативно влияют на наши когнитивные функции. По оценкам, усталость является важным фактором в одной трети автомобильных аварий и основной причиной смертельных дорожных столкновений среди людей в возрасте от 18 до 25 лет. Но слишком короткий сон - это не только угроза нашему здоровью. В анонимном опросе, проведенном среди персонала больницы Сан-Франциско, более 40% сотрудников признали, что их ошибки, вызванные усталостью, привели к смерти как минимум одного пациента.

Простым признаком недосыпания является необходимость вздремнуть днем. Бывает, что студенты чувствуют это во время уроков, студенты сидят на книгах, люди в командировках или пожилые люди, сидящие перед телевизором. Таким образом, лишение сна является обычным явлением, и помимо того факта, что оно может иметь действительно фатальные последствия, оно серьезно влияет на способность запоминать и, следовательно, также учиться.

Консолидация памяти и понимания

За последние несколько лет исследователи обнаружили, что сон является причиной гораздо большего, чем просто регенерация. Во время сна мозг активно участвует в учебном процессе ( Хубер и соавт. , 2004), что имеет решающее значение для формирования долговременной памяти. Первое воспоминание, которое возникает, когда мы узнаем что-то новое, может легко вмешаться. Через некоторое время начинается автоматический процесс, называемый консолидацией, который также длится во время сна, что приводит к стабилизации и улучшению памяти. Таким образом, наш мозг работает более эффективно после дневного сна и гораздо более эффективно после хорошего ночного сна ( Стикголд , 2005). Также, когда мы думаем о сложной задаче, наш мозг продолжает работать во время сна. Понимание данного правила может поэтому прийти к нам внезапно, мы можем испытать понимание - внезапное откровение, иногда вызванное даже сном. Попытка измерить влияние сна на консолидацию памяти и понимание - два эксперимента, описанных ниже.

Что происходит с мозгом во время сна?

Гипоталамус, как центральный орган, регулирующий функции вегетативной нервной системы, контролирует циркадные ритмы (биологические часы), температуру тела, секрецию гормонов, аппетит и сон. Регулирование последнего происходит в гипоталамусе по принципу переключателя сна-пробуждения. Внезапный переход в режим сна («засыпание») означает стимуляцию нейронов сна и торможение нейронов, ответственных за наблюдение. Этот механизм стабилизирует третью группу нейронов, без которых непрерывный сон был бы невозможен ( Сапер и др. , 2005). Пример качания может проиллюстрировать механизм работы этого переключателя. Представьте, что двое детей качаются на пони. Когда один вверх, другой ниже. Это выключатель. Третий ребенок сидит посередине палки. Когда он перемещает вес тела в одну сторону, он останавливает колебательное движение - он стабилизирует его.

Этот механизм генерирует две хорошо известные фазы сна: фазу REM, в которой появляются сны, и фазу NREM, в которой различаются стадии I и II - легкий сон и стадии III и IV - глубокий сон. Ночной сон состоит из 90-минутных циклов глубокого и легкого сна. Длинные этапы III и IV переходят в короткую фазу REM, а этапы I и II. Ночью глубокий сон становится короче, а время снов увеличивается.

Сон, кажется, имеет двойную физиологическую функцию. Прежде всего, фаза NREM - это время низкой потребности в питательных веществах и пополнения запаса энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ), потребляемого нами во время активности. Продукт распада АТФ, аденозин, благодаря активации нейронов, ответственных за сон, действует как физиологическое седативное средство. Во-вторых, сон имеет решающее значение для нервной пластичности. Когда мы спим, важные связи между нейронами усиливаются и случайные связи исчезают. Все стадии сна важны для процесса обучения.

Укрепление памяти

Самый простой способ определить влияние сна на процесс обучения - это измерение бессознательного обучения. Это может быть сделано путем изучения двигательных навыков, таких как набор текста, или путем изучения перцептивных навыков, таких как различение горизонтальных фигур по диагональным линиям.

В эксперименте, основанном на наборе текста, участники как можно скорее напишут строку цифр, например, 4-1-2-2-4 (см. рамка ). Первые успехи были видны только после пяти минут упражнений, а после еще двенадцати 30-секундных испытаний скорость письма увеличилась на 60% ( Стикголд , 2005). Во второй попытке, выполненной после перерыва продолжительностью от 4 до 12 часов, никакого дальнейшего прогресса не было видно, но после спокойной ночи скорость и правильность выполнения задания увеличились на 20% и на 26% после следующих двух ночей. Такие данные доказывают, что во время сна улучшается память.

Интересно, что сон помогает в обучении, при условии, что мы не поглощаем один и тот же тип контента сразу. Ссылаясь на описанный эксперимент, если сразу после первой тренировки мы пойдем изучать вторую строку цифр, то на следующий день прогресс будет виден только при написании последней ( Уокер и соавт. , 2003). Различные интервалы между первой и второй попытками указывают на то, что память проходит первую фазу консолидации в диапазоне от 10 минут до 6 часов после обучения и только после этого времени она становится устойчивой к помехам. Однако, если мы не тратим достаточно времени на повторы, память снова становится уязвимой.

Научные доказательства того, что во время сна память о событиях (что произошло вчера) консолидируется, а факты (имя нового коллеги) слабее. Однако результаты некоторых экспериментов, состоящих в запоминании нерелевантных слов или связанных пар слов, позволяют предположить, что первые часы ночного сна (в которых преобладает глубокий сон) поддерживают декларативную память ( Стикголд , 2005).

Сон и проницательность

За феноменом прозрения стоят сложные когнитивные процессы. Прекрасным примером опыта прозрения, вызванного сном, является история Джеймса Уотсона, открывшего двойную спираль ДНК. В начале 1953 года, во время работы по определению способа соединения азотистых оснований, необходимых для описания структуры ДНК, Уотсон был убежден, что четыре основных соединения: аденин, гуанин, цитозин и тимин, объединяются в молекулы двух принципы, связанные с водородными связями. Однако вскоре его гипотеза была поставлена ​​под сомнение кристаллографами. Во-первых, вопреки утверждениям учебников, доминирующей формой гуанина и тимина должна была быть форма кетона, а не форма енола. Во-вторых, Уотсону напомнили о правиле Чаргаффа, согласно которому количество молекул аденина в структуре ДНК равно числу молекул тимина, а число молекул гуанина - количеству молекул цитозина.

Эти знания все еще не позволяли Уотсону находить решения, несмотря на то, что в тот же день он начал вырезать модели частиц из коробки. Однако на следующее утро он написал: «Я вдруг понял, что пара аденин-тимин, соединенная двумя водородными связями, идентична по форме с парой гуанин-цитозин [...] Все водородные связи, по-видимому, образовались естественным образом [...] Внезапно правило Чаргаффа стало результатом структуры молекулы ДНК. создание двойной спирали "( уотсон , 1980). Так родилась модель двойной спирали Уотсона и Крика.

Чтобы определить, когда именно понимание происходит в процессе обучения, исследователи ( кадр № 2 ; Вагнер и соавт. , 2004) провели тест среди группы людей, заключающийся в «сокращении» восьми цифр до одной цифры с использованием двух простых правил. Это число также можно определить с помощью ярлыка в расчете, который испытуемые не знали. Число людей, обнаруживших эту аббревиатуру, возвращающихся к заданию после перерыва, было выше в группе, использовавшей перерыв для сна, чем в группе, которая не спала во время перерыва, составив 26% и 22% соответственно в обеих группах.

приложение

Последние исследования сна и учебного процесса дают моей бабушке реальную научную основу. Поэтому, возможно, пришло время вернуться к сонливым привычкам, особенно потому, что лишение сна является проблемой, которая затрагивает всех нас. Если мы получим пользу от эффективных методов обучения на протяжении всей нашей жизни, понимание потребностей нашего мозга поможет нам учиться, работать и хорошо проводить время - в гармонии, а не вопреки нашей нейрофизиологии. Давайте спать с этой мыслью.

Набор текста на клавиатуре - ход эксперимента

Загрузите файл Excel FingerTap.xls w1 скопируйте его и назовите человека, который будет выполнять задачу.

Студенты работают в парах. Один ученик (правша) помещает четыре пальца левой руки на клавиши 1-4, как показано на рисунке. Его задача - ввести строку чисел, видимую в верхней части рабочей книги, в последующие ячейки, начиная со столбца «Выполнить 1». После каждой введенной последовательности студент нажимает клавишу ввода пальцем и перемещается в ячейку ниже. Введенные числа не видны в рабочей книге. Второй студент измеряет время.

Заполнение ячеек одного столбца занимает 30 секунд, после чего следует 30-секундный перерыв. Упражнение состоит из 12 серий (двенадцать столбцов из части «поезд», от «бег 1» до «бег 12»). Вторая репетиция, состоящая из 6 серий (шесть столбцов из части «повторного тестирования», от «цикла 1» до «цикла 6»), проводится на той же основе с интервалом 6–8 часов (в группе «активных» участников) или на второй день, после хорошего ночного сна (в группе «спящих» участников).

Первый лист Excel будет рассчитывать все правильно введенные последовательности, и результат будет виден в ячейках «Оценка» (строка 56). На втором листе будут сравниваться результаты первого и второго образца и определяться различия в результатах в двух группах.

Примеры заполненных листов можно скачать с сайта Science in School w1 ,

Сокращение последовательности цифр - ход эксперимента

Конечный результат сокращения последовательности из восьми цифр (состоящей из цифр: 1,4 и 9) представляет собой одну цифру, которую студенты получают, сравнивая цифры друг с другом по двум правилам: 1) правила идентичности и 2) правила различия

1. Правило идентичности гласит, что результатом сравнения двух одинаковых цифр является одно и то же число (например, 1 и 1 дают 1).
2. Правило различий гласит, что результатом сравнения двух разных цифр является третья цифра (например, 1 и 4 дают 9).

После первого ответа последняя сохраненная цифра сравнивается со следующей цифрой в данной последовательности (цифры в кружках, стрелка указывает результат сравнения). Полученная таким образом седьмая цифра является окончательным результатом. Измерьте время выполнения задачи.

Студенты не знают о существовании скрытого правила - строки расположены таким образом, что результат второго сравнения (вторая сохраненная цифра) совпадает с седьмой цифрой, то есть конечным результатом. Обнаружение этой закономерности определенно сокращает время выполнения задачи.

Перед началом эксперимента учащиеся должны попрактиковаться в сокращении последовательности на 10 примерах (для которых правило, описанное выше, не работает), чтобы быть уверенным, что они понимают правила идентичности и правила различия. Последовательности цифр, которые будут использоваться заранее и использоваться во время эксперимента, могут быть загружены в файл Word w1 ,

Эксперимент состоит из первой попытки (три блока заданий, каждый из которых должен быть сокращен до 30 строк), перерыва продолжительностью 8 часов, в течение которого одна группа студентов ложится спать и повторяет попытку (10 блоков заданий). Затем рассчитывается процент студентов, обнаруживших скрытое правило, и сравнивает результаты между «спящей» и «активной» группами. В первоначальном исследовании время отклика людей, обнаруживших скрытое правило, было уменьшено с 8,7 до 2,4 секунды.

При подготовке эксперимента убедитесь, что учащиеся не подозревают, что могут быть ярлыки. Если ученик находит его во время первых упражнений, его результаты не учитываются.

спасибо

Спасибо Роберту Стигголду (Гарвардская медицинская школа, Бостон, Массачусетс, США) и Ульриху Вагнеру (Universität Lübeck, Германия), которые провели исследование, описанное здесь, за комментарии к проекту упражнений урока.

Похожие

Комментарии