Новое исследование томографии мозга изучало, как различные уровни возбуждающих и тормозных нейротрансмиттеров мозга связаны с математическими способностями.
Ключевые выводы
- Глутамат и ГАМК являются нейротрансмиттерами, которые помогают регулировать активность мозга.
- Ученым давно известно, что и то и другое важно для обучения и нейропластичности, но их связь с приобретением сложных когнитивных навыков, таких как математика, остается неясной.
- Новое исследование показывает, что наличие определенных уровней этих нейротрансмиттеров влияет на успеваемость по математике, но эти уровни меняются с возрастом.
Почему примерно каждый пятый человек считает математику особенно сложной?
Вы можете винить в этом методы обучения, которые, как утверждают некоторые, объясняют, почему США отстают от других стран по результатам стандартных тестов по математике. Можно указать на математическую тревожность, которая, согласно опросам, затрагивает около 20 процентов учащихся и 25 процентов учителей. Кроме того, существуют заболевания, которые затрудняют математику, например, дискалькулия, неспособность к обучению, которая нарушает нормальное развитие арифметических навыков.
Но другое объяснение связано с нейротрансмиттерами. В новом исследовании, опубликованном в PLOS Biology, исследователи изучили, как уровни ГАМК и глутамата в мозге связаны с математическими способностями с течением времени у учащихся разного возраста. Результаты показали, что уровни этих нейротрансмиттеров могут предсказывать успеваемость учащихся по математическим тестам. Однако эти отношения, кажется, меняются, когда люди становятся старше.
ГАМК и глутамат отвечают за регулирование активности мозга. В зрелом мозге ГАМК является основным тормозным нейротрансмиттером, помогающим блокировать импульсы между нервными клетками в головном мозге, что может успокаивать чувство стресса, беспокойства или страха. ГАМК производится из глутамата, основного возбуждающего нейротрансмиттера мозга, который помогает передавать сигналы по всей центральной нервной системе.
Исследователям давно известно, что эти нейротрансмиттеры играют решающую роль в обучении, развитии и нейропластичности. Отчасти это связано с тем, что считается, что они помогают запускать окна развития (или «периоды чувствительности»), во время которых нервные системы становятся более пластичными и лучше способны приобретать определенные когнитивные навыки.
«Важно отметить, что сензитивные периоды различаются для разных функций: относительно простые способности (например, сенсомоторная интеграция) проявляются в более раннем развитии, в то время как сензитивный период для приобретения более сложных когнитивных функций продолжается до третьего десятилетия жизни., - написали исследователи.
ГАМК, глутамат и математика
Тем не менее, точная взаимосвязь между ГАМК, глутаматом и сложными когнитивными функциями остается неясной. Новое исследование изучало эту взаимосвязь, сосредоточив внимание на связях между нейротрансмиттерами и математическими способностями, что «обеспечивает уникальную когнитивную модель для изучения этих вопросов из-за длительного периода приобретения навыков, который начинается уже в раннем детстве и может продолжаться почти два десятилетия». - написали исследователи.
Для исследования исследователи измерили уровни ГАМК и глутамата в левой внутритеменной борозде (IPS) 255 учащихся от начальной школы до колледжа. Участники выполнили математический тест, поскольку их мозг был изображен. Примерно через полтора года участники повторили тот же процесс.
«Продольный дизайн позволил нам дополнительно изучить, связана ли концентрация нейротрансмиттеров с МА [математическими способностями], а также предсказать МА в будущем», - написали исследователи.«Важно отметить, что принятие этого дизайна позволило нам различить избирательный эффект глутамата и ГАМК в ответ на естественную (например, обучение в школе), а не искусственную стимуляцию окружающей среды, что позволило нам проверить знания, полученные в результате лабораторных экспериментов в условиях высокой экологической настройки."
Результаты показывают, что ГАМК и глутамат играют важную роль в математических способностях, но динамика меняется с возрастом. Для молодых участников более высокие уровни ГАМК в IPS были связаны с более высокими баллами по математическим тестам. У старших школьников наблюдалось обратное: более высокий уровень глутамата коррелировал с более высокими баллами. Оба результата подтвердились и в последующих математических тестах.
Хотя исследование проливает свет на то, как уровни нейротрансмиттеров на разных стадиях развития способствуют обучению некоторым когнитивным навыкам, таким как математика, исследователи отметили, что приобретение других навыков может включать разные процессы.
«Наши результаты могут также подчеркнуть общий принцип, согласно которому динамика развития региональных уровней возбуждения и торможения в регуляции сензитивного периода и пластичности данной когнитивной функции высокого уровня (т.например, MA) может отличаться от другой когнитивной функции высокого уровня (например, общего интеллекта), которая опирается на аналогичные, хотя и не идентичные, когнитивные и нейронные механизмы», - писали они.