L’immagine riprodotta nella figura ingrandisce in modo virtuale la dimensione di alcune parti del corpo per descrivere la proporzione quantitativa corrispondente al numero reale di cellule nervose (neuroni) dedicate al controllo delle funzioni motorie e sensoriali. Si definisce Homunculus sensitivo-motorio, la ricostruzione delle aree del cervello che controllano le aree somatiche del corpo fisico, scoperta che risale agli anni 50, fatta dal neurochirurgo canadese Wilder Penfield il quale, operando il cervello, si accorse che la distribuzione delle cellule neuronali della corteccia cerebrale, era molto più ampia in relazione ad alcune parti del corpo rispetto ad altre. La mano, le singole dita, la bocca, le labbra, la lingua, occupano un enorme spazio nel nostro cervello, in quanto strutture anatomiche connesse a funzioni sensoriali e motorie altamente specializzate. Nella mano per esempio, una delle funzioni motorie più complesse da eseguire è il gesto di stringere il pugno. Vi sembra strano? Fatelo e vi accorgerete di come ognuno lo fa in modo diverso! In ciascuno individuo si esprime una differente capacità di afferrare e trattenere un oggetto, come ad esempio stringere il manico di uno strumento. Darwin per primo osservò che la funzione del pollice opponibile permise lo sviluppo di un’abilità peculiare della specie umana. Tale caratteristica si è dimostrata strategica in relazione alla sopravvivenza, permettendo di adattarci all’ambiente meglio di qualsiasi altra specie esistente su questo pianeta. Ora è più chiaro perché l’Homunculus, come ritratto la prima volta da Wilder Penfield, viene raffigurato con una mano gigantesca! Ma l’uomo ha un’altra caratteristica straordinaria: il linguaggio. L’intera anatomia della gola ha dovuto modificarsi e, a dispetto di un aumentato rischio di strozzamento all’ingestione del boccone di cibo, ci ha consentito di articolare la parola. La lingua ha un ruolo centrale nel gestire questa funzione. Alla nascita la lingua partecipa a complessi meccanismi adattativi che consentono di coordinare la respirazione con il succhiamento e la deglutizione del latte materno. Sembra una questione da poco, ma ognuno di noi, in base a questo schema adattativo, configura la struttura del palato, della dentatura e della faccia e indirettamente anche della gabbia toracica e della forma della colonna vertebrale. La lingua influenza continuamente la funzione respiratoria per come si posiziona all’interno della bocca e contemporaneamente condiziona altre funzioni vegetative come la peristalsi digestiva, la variazione della pressione sanguigna, etc. Fenomeni tanto complessi e vitali per la nostra sopravvivenza, richiedono il coinvolgimento di un gran numero di cellule e circuiti nervosi che si formano e si rimodellano di continuo nel cervello per essere correttamente regolati.

L'omuncolo inconscio: non siete consapevoli dei dati sensoriali grezzi, sia che essi provengano dall'esterno sia che provengano dal vostro corpo, né dei più alti passaggi di elaborazione della mente. Si tratta di ciò che Francis Crick e io chiamiamo l'omuncolo inconscio, la fonte interiore di creatività, pensiero e intelligenza. La stragrande maggioranza delle vostre esperienze ha un carattere sensoriale-spaziale. Siete consapevoli solo dei riflessi del vostro mondo esterno in termini di spazio visivo, uditivo e di altro tipo. Allo stesso modo, siete consapevoli solo dei riflessi del vostro mondo interno di attività mentale su simili spazi visti o uditi. C'è una piacevole simmetria in questa visione: l'esperienza del mondo, sia quello esterno sia quello interno, ha principalmente un carattere sensoriale-spaziale (visivo, uditivo, corporeo e così via), piuttosto che astratto o simbolico. Questa ipotesi spiega un'illusione dalla quale è difficile affrancarsi, ossia la persistente sensazione che vi sia una piccola persona, un omuncolo, nella vostra testa che guarda il mondo, pensa, pianifica e innesca le azioni dell' "io" sovrano. Spesso ridicolizzata, l'idea di un omuncolo, è tuttavia, profondamente attraente, perchè rievoca la vostra esperienza quotidiana. Questo omuncolo inconscio è responsabile della creatìvità, dell'intelligenza e della pianificazione, molta parte delle quali è non conscio. Prendete la creatività scientifica e artistica, la capacità di creare qualcosa di nuovo a partire da stili, idee e concetti esistenti. Jacques Hadamard ha interrogato illustri scienziati e colleghi matematici sulle origini delle loro idee innovative. Essi hanno riferito che un lungo periodo di intenso coinvolgimento con il loro problema specifico, un periodo di incubazione, seguito da una buona notte di sonno o da qualche giorno di distrazione, ha preceduto l'intuizione cruciale che è semplicemente "saltata in mente". L'inaccessibilità cognitiva delle intuizioni è stata confermata da studi più recenti.

Viviamo in tempi entusiasmanti. Grazie alle tecnologie per la scansione cerebrale oggi è possibile tracciare una mappa del cervello. La configurazione dell'inconscio è stata illustrata mediante la ricaduta radioattiva sprigionata dalla collisione di particelle subatomiche. Molte immagini di scansione cerebrale - che mostrano aree di attività biologica intensamente illuminate - non sono altro che istantanee dell'inconscio all'opera. Processi preconsci, che assemblano prontamente l'infrastruttura della personalità. L'inconscio, fino a poco tempo fa relegato a curiosità storica, è riemerso al centro dell'attenzione delle neuroscienze. Oggi sappiamo che se non comprendiamo i processi inconsci del pensiero non potremo mai raggiungere una piena comprensione di noi stessi.

L'imaging cerebrale mostra l'attivazione dell'inconscio in una persona che un incidente ha privato della coscienza.

Immagine: Shutterstock (Cliccare per approfondire)

E sappiamo che le emozioni sono inconsce, perchè si sono evolute per mantenerci in vita e influenzano il nostro apprendimento in modo che la ricerca scientifica ha comprovato, come scrive la psicologa e neuroscienziata Mary Helen Immordino-Yang che nel suo libro "Neuroscienze affettive ed educazione" (pp.14-16):

E' letteralmente impossibile, dal punto di vista neurobiologico, costruire ricordi, impegnarsi in pensieri complessi o prendere decisioni sensate senza emozioni. E questo ha un senso: il cervello è un tessuto altamente costoso a livello metabolico e l'evoluzione non avrebbe sostenuto lo spreco di energia e ossigeno per pensare a cose non importanti. Detto brevemente, pensiamo solo alle cose che ci stanno a cuore. [...]  Quest'intuizione - pensiamo profondamente  solo alle cose che ci stanno a cuore - ha importanti implicazioni per l'istruzione e l'educazione. [...] Inoltre suggerisce  che, perchè l'apprendimento scolastico abbia una speranza di motivare gli studenti, di produrre conoscenze profonde o di consentire il trasferimento delle conoscenze scolastiche nel mondo reale - tutte caratteristiche di un apprendimento significativo e tutte essenziali per formare adulti informati, competenti, etici e riflessivi -, abbiamo bisogno di trovare i modi per influenzare gli aspetti emotivi dell'apprendimento. [...] La comprensione profonda di qualsiasi materia scolastica considerata tradizionalmente non emotiva, come fisica, ingegneria o matematica, dipende dalla possibilità di fare connessioni emotive tra i concetti. Per esempio, in uno studio che ha usato la risonanza magnetica funzionale, è stato osservato che, quando i matematici vedono delle equazioni che  giudicano "bellissime" e formulate elegantemente, invece di "brutte" e malformulate, si attivano le stesse regioni cerebrali sensoriali ed emotive che s attivano durante esperienze di percezione della bellezza, come ammirare un quadro.

L'intelligenza umana si trova, al giorno d'oggi, di fronte a una nuova sfida: non è più l'unica intelligenza in grado di imparare. In tutti i domini del sapere, gli algoritmi sfidano la nostra specie, dato che imparano, a volte meglio di noi, a riconoscere meglio di noi i volti e le voci, a trascrivere le parole, a tradurre lingue straniere, a controllare le macchine e persino a giocare a scacchi e a go. [...] L'economia dei dati è un concetto che ancora sfugge ai computer. Per questi, "machine learning" è sinonimo di "big data" : senza grandi quantità di dati, gli algoritmi hanno molta difficoltà ad estrarre conoscenze astratte che si estendono a scenari nuovi. In breve, non usano i dati nel migliore dei modi. Il nostro cervello, invece, si avvicina all'optimum: riesce a estrarre l'essenza dalla più piccola delle osservazioni. Se i ricercatori  in informatica vogliono davvero raggiungere le stesse prestazioni, devono ispirarsi ai tanti trucchi per imparare che l'evoluzione ha integrato nel nostro cervello: l'attenzione, per esempio, che ci permette di selezionare e amplificare un'informazione quando è pertinente; oppure il sonno, un algoritmo per cui il nostro cervello fa la sintesi di ciò che ha imparato durante la giornata.

Le cellule piramidali dell'ippocampo svolgono un ruolo essenziale nel condizionamento classico del battito di ciglia, che è un modello standard per lo studio dell'apprendimento associativo. Gli studi che coinvolgono il condizionamento del battito di ciglia ritardato hanno rivelato che le cellule piramidali formano un paradigma predittivo della sequenza tempo-ampiezza della risposta comportamentale appresa. Una delle principali funzioni dell'ippocampo è la formazione della mappa cognitiva, che è un tipo di rappresentazione mentale correlata all'acquisizione, codifica, memorizzazione, richiamo e decodifica di informazioni su posizioni relative all'interno di un ambiente specifico. Le cellule di posizione, un tipo di cellula piramidale, sono principalmente coinvolte nella navigazione spaziale mediata dall'ippocampo. Queste cellule si attivano quando un animale entra in un luogo particolare del suo ambiente (campo luogo); tuttavia, queste cellule rimangono mute quando un animale si muove al di fuori del campo del luogo. L'ippocampo svolge un ruolo vitale nel comportamento flessibile e finalizzato. È necessaria un'attività ippocampale intatta per formare e ricostruire la memoria relazionale (necessaria per ricordare associazioni arbitrarie tra oggetti o eventi) associata alla cognizione flessibile e al comportamento sociale. Molti studi hanno rivelato che qualsiasi danno all'ippocampo può compromettere l'uso flessibile delle informazioni e produrre comportamenti disadattivi.

E' importante sottolineare come ogni neurone abbia in media diecimila connessioni sinaptiche con altri neuroni. Poichè ci sono cento miliardi di neuroni, le connessioni sinaptiche ammontano a centinaia di trilioni. [...] Sappiamo che quando si acquisisce un'abilità dopo molte ore (secondo alcuni, almeno diecimila) di pratica, gli oligodendrociti sintetizzano "mielina", una guaina ricca di lipidi  che avvolge l'assone del neurone. In presenza di mielina, il passaggio del potenziale d'azione - ossia la condizione degli impulsi nervosi - lungo gli assoni avviene a una velocità cento volte maggiore. [...] Un circuito neuronale mielinizzato ha un funzionamento tremila volte più efficiente di uno non rivestito di mielina. Ecco perchè gli atleti olimpionici riescono a compiere imprese che noi possiamo solo limitarci ad ammirare: noi, infatti, non abbiamo dedicato tanto tempo e disciplina per sviluppare mielina intorno agli stessi circuiti neurali alla base delle loro abilità.

il declino fisico, chimico e funzionale del cervello  è  originato  da modificazioni  cerebrali  che  avviano un  processo  di plasticità negativa che comprende quattro componenti (un quinto, lo stress, è stato evidenziato da poco):

1. Disuso. Le funzioni cerebrali rispondono alla legge “use or lose it” (“se non lo usi, lo perdi”); spesso gli anziani si limitano a svolgere attività mentali familiari e ripetitive  che  non  richiedono  sforzi  di  applicazione o  acquisizione  di  nuove capacità.  Esercitare  attività  di  questo  tipo  non  è sufficiente  a  mantenere  il cervello nella sua piena funzionalità: se smettiamo di apprendere cose nuove siamo destinati a invecchiare cerebralmente. (Per  combattere il  disuso:  impegnare il cervello  in  nuovi  compiti  che costituiscono una sfida)

2. Processi “rumorosi”. Nel cervello degli anziani il deterioramento sensoriale provoca “rumore”, ossia disturbo di fondo; se, ad esempio, l’udito è peggiorato, i segnali sonori inviati al cervello sono più difficili e confusi da interpretare. Ciò causa una memoria più povera e una capacità di ragionamento meno elastica. (Per aiutare il cervello a fare ordine tra i segnali confusi: svolgere attività che richiedono attenzione e concentrazione

3. Indebolimento  della  funzione  neuromodulatoria.  In tarda  età il  cervello produce un minor numero di neuromodulatori, delle sostanze

chimiche, come dopamina e acetilcolina, che rivestono un ruolo essenziale nell’apprendimento e nella memoria. (Per regolare la produzione di neuromodulatori: svolgere attività in grado di attivarne la produzione)

4. Apprendimento  negativo. Le persone che iniziano a sentirsi mentalmente meno agili di un tempo tendono ad attuare dei meccanismi di compensazione.

Se, ad esempio, il loro udito si è indebolito, spengono il televisore o imparano a leggere le parole sulle labbra [Merzenich, 2005] (Per eliminare i comportamenti adattivi compensativi: impegnarsi in attività che sono divenute complicate da eseguire, anziché evitarle.)

5. Stress. Una recente ricerca (vedi bibliografia: The stress hormone cortisol blocks perceptual learning in humans) ha evidenziato il ruolo negativo che il cortisolo provoca sulla plasticità neuronale della corteccia cerebrale e sui processi d'apprendimento.

Le neuroscienze educative sono un campo di ricerca interdisciplinare che cerca di tradurre i risultati della ricerca sui meccanismi neurali dell'apprendimento in pratiche e politiche educative. Esistono campi equivalenti che cercano di tradurre i risultati delle neuroscienze in diritto, economia e politica sociale attingendo alla ricerca nella regolazione comportamentale, nel processo decisionale, ricompensa, empatia e ragionamento morale. Il campo è anche una scienza di base che studia come l'educazione cambia il cervello e quali sono i meccanismi che portano al cambiamento comportamentale (o alla sua assenza) attraverso l'educazione. L'importanza della neurobiologia per l'educazione è stata riconosciuta per tutto il XX secolo ma è stato solo negli anni '90 e nel "Decade of the Brain" (Jones & Mendell,1999) che i progressi tecnologici nell'imaging in vivo della funzione cerebrale hanno portato ai progressi teorici che hanno reso possibile la neuroscienza educativa come campo. Tuttavia, la traduzione dalla ricerca neuroscientifica all'istruzione è difficile. La complessità dell'apprendimento nel cervello e lo stato delle attuali conoscenze scientifiche implicano il rischio di una traduzione prematura prima che le fondamenta siano stabilite. Il rischio è accresciuto dal legittimo desiderio dei responsabili politici di utilizzare prove scientifiche per informare le loro politiche educative (ad es. Willetts, 2018), l'entusiasmo che hanno gli educatori per informare il loro insegnamento con approfondimenti su come funziona il cervello e il desiderio delle aziende commerciali di vendere nuove tecniche alle scuole utilizzando le ultime scoperte delle neuroscienze come vetrine.

Questo modello di interazione tra i campi – delle neuroscienze con la psicologia, e poi della psicologia con l'educazione – è stato avanzato da un certo numero di ricercatori, da Bruer ( 1997 ) in poi (eg Howard-Jones et al., 2016 ; Mareschal, Butterworth, & Tolmie , 2013 ; Varma et al., 2008 ). Fondamentalmente, richiede che le prove delle neuroscienze siano utilizzate per modificare la teoria psicologica, piuttosto che semplicemente dimostrare come il cervello "implementa" l'attuale teoria cognitiva - cioè, usando l'imaging cerebrale per produrre un elenco di regioni cerebrali che vengono attivate durante il funzionamento di ciascuna processo cognitivo putativo. Tale elenco offre poco valore aggiunto agli educatori.

Tuttavia, questo percorso indiretto in due fasi tra neuroscienze ed educazione non è l'unica possibilità. In virtù del fatto che il cervello è un organo biologico e quindi soggetto a vincoli metabolici, possono esserci collegamenti diretti. Fattori come l'approvvigionamento energetico, la nutrizione, la risposta agli ormoni dello stress e l'inquinamento ambientale possono potenzialmente influenzare la funzione cerebrale, compreso l'apprendimento. Pertanto, mentre le neuroscienze educative pongono prevalentemente al centro la psicologia, anche la ricerca sull'impatto di fattori non psicologici sui risultati educativi, come l'idoneità aerobica, la dieta e la qualità dell'aria, rientra nelle sue competenze. Questi due percorsi sono mostrati nella Figura.

Il 'clamore' [sulle neuroscienze educative] nasce perché ha un senso intuitivo che è probabile che le intuizioni sui meccanismi cerebrali dell'apprendimento informino l'insegnamento nelle scuole. La discrepanza è dovuta al fatto che la scienza di base è difficile, dati i molteplici sistemi di apprendimento nel cervello e i fattori che influenzano il loro funzionamento, e perché anche la traduzione in classe è difficile.

C'è un modello pronto per come quella traduzione può aver luogo. Come suggerisce Roediger, una scienza dell'educazione traslazionale potrebbe essere come la medicina, "un campo in cui le nuove scoperte del laboratorio nel lavoro con gli animali vengono testate in studi su piccola scala con gli esseri umani e poi in studi clinici con un numero maggiore di persone". Se le pratiche terapeutiche superano questi test, vengono introdotte nella pratica clinica (con i risultati che continuano a essere monitorati per questioni come gli effetti collaterali)' - e secondo Roediger, potrebbe produrre i tipi di progressi che sono stati osservati in medicina nel corso degli anni. secolo scorso (Roediger, 2013 , p. 2). Il randomized control trial (RCT) si sta infatti trasferendo dalla medicina alle neuroscienze educative: su questo disegno si basavano i sei progetti finanziati nel Regno Unito dal Wellcome Trust e dalla Educational Endowment Foundation nel 2014. Inoltre, un prossimo documento di consenso sulle metodologie per valutare gli interventi comportamentali per il miglioramento cognitivo (Green et al., 2018 ) sostiene il loro uso, sebbene aggiungendo la condizione che gli studi debbano essere distinti gerarchicamente in quelli che stabiliscono fattibilità, meccanismo, efficacia ed efficacia. I vantaggi e gli svantaggi degli RCT nell'istruzione sono attualmente oggetto di dibattito (ad es. Gorard, Huat See e Siddiqui, 2017). Per le neuroscienze educative, un possibile svantaggio è che le nuove attività o tecniche di apprendimento derivate da RCT tenderanno ad essere di natura prescrittiva, per essere fornite dagli insegnanti come progettato dai ricercatori. Ciò rischia di minare l'autonomia dell'insegnante in classe e la capacità degli insegnanti di adattare le tecniche ai singoli studenti, il che a sua volta potrebbe ridurre la diffusione. Inoltre, è possibile che il tipo di potenziamento cognitivo suggerito dalla comprensione dei meccanismi di apprendimento neurale tenderà individualmente ad avere piccole dimensioni dell'effetto sui risultati educativi; molti miglioramenti applicati insieme possono generare un grande effetto sui risultati educativi dei bambini; ma isolatamente, l'efficacia di ogni miglioramento può essere difficile da stabilire in un RCT.

L'ansia può essere definita la risposta di un organismo a una minaccia, reale o immaginaria. E' considerata un processo che, in qualche forma, è presente in tutti gli esseri viventi. [...] Esiste una distinzione tra "ansia acuta" e "ansia cronica". L'ansia acuta si manifesta generalmente in risposta a minacce reali ed è limitata nel tempo. L'ansia cronica generalmente si manifesta in risposta a minacce immaginarie e non è limitata nel tempo. L'ansia acuta è alimentata dal timore di ciò che esiste; l'ansia cronica è alimentata dal timore di ciò che potrebbe esistere.

In questo articolo, considero la relazione tra neuroscienze ed educazione come un caso speciale del concetto di pratica basata sull'evidenza nell'educazione. L'idea che la pratica educativa debba essere informata dall'evidenza è diventata oggi uno slogan comune. Indicazione di questa tendenza è il fiorire di iniziative che hanno come obiettivo principale quello di facilitare e migliorare la collaborazione tra scienza e pratica. Esempi di tali attori sono il What Works Clearinghouse istituito dal Dipartimento dell'Istruzione degli Stati Uniti e l' Evidence for Policy and Practice Centre di Londra. Uno sviluppo piuttosto recente nel discorso sulla pratica basata sull'evidenza nell'educazione è l'introduzione delle neuroscienze come tipo specifico di base sull'evidenza per la pratica educativa (The Royal Society). Questa nuova tendenza è stata accolta con acclamazioni sia positive che negative. I sostenitori di questa nuova tendenza accolgono con favore l'introduzione della chiarezza e della generalità delle scienze dure nel campo della pratica educativa dipendente dal contesto. D'altra parte, i critici sostengono che la conoscenza delle neuroscienze manca della sufficiente sensibilità al contesto necessaria per la pratica educativa. Le neuroscienze educative sono un campo interdisciplinare relativamente recente che impiega i metodi e i risultati delle neuroscienze cognitive per affrontare questioni rilevanti per la scienza dell'educazione e la pedagogia. Sebbene non tutti i neuroscienziati dell'educazione suggeriscano che i risultati empirici delle neuroscienze dovrebbero funzionare come base di prova per la pratica o la politica educativa, ci sono stati esempi di tale interpretazione.

Questo articolo è stato motivato da due obiettivi: a) ricostruire la relazione probatoria tra neuroscienze e pratica educativa, e b) valutare l'inferenza implicata in questa relazione probatoria. Per quanto riguarda il primo obiettivo, ho ricostruito l'inferenza coinvolta nel supportare le raccomandazioni in classe utilizzando studi di intervento di neuroimaging. Per quanto riguarda il secondo obiettivo, ho sostenuto che alcune importanti questioni metodologiche influiscono su questo schema inferenziale. Ho identificato due presupposti problematici: a) l'identità (o somiglianza) tra apprendimento in laboratorio e apprendimento in classe, e b) l'affermazione che la differenza tra intervento e controllo traccia con successo una differenza reale nella applicazione dell'intervento. Queste assunzioni comportavano un deficit meccanicistico e un problema di rilevanza meccanicistica. Per giustificare queste ipotesi è necessario un resoconto della somiglianza tra apprendimento-in-laboratorio e apprendimento-in-aula e del meccanismo dell'intervento-in-uso, insieme a prove a sostegno di questi modelli meccanicistici. Senza tali prove meccanicistiche, ho sostenuto che qualsiasi raccomandazione in classe derivata da risultati neuroscientifici non poteva essere considerata altrettanto fondata.

Infine, ho sostenuto le potenziali ricompense dell'integrazione degli studi di neuroimaging con studi basati sulla pratica di specifici contesti educativi, come gli studi etnografici delle pratiche pedagogiche. Spero quindi che questo articolo possa ispirare i ricercatori nel campo delle neuroscienze educative ad avviare una discussione sulle possibilità e le sfide delle metodologie integrative. Queste strategie integrative hanno la potenzialità di rendere i risultati di neuroimaging più utili e informativi per gli insegnanti, producendo raccomandazioni per la pratica ben fondate e sensibili al contesto.

• Sviluppo cervello

• Neuroplasticità

• Stress e carico allopatico
• Differenziazione del sè

• Apprendimento significativo
  

• Evidence Based Education

• Memoria di lavoro

• Insegnamento e pensiero critico

• Intelligenza Artificiale
• Teoria del carico cognitivo
• Gerarchia della conoscenza (DIKW)

Pagina aggiornata il 21 giugno 2023