Johdanto
Tutkijat ovat tutkineet, kuinka aivoprosessit liittyvät moniin erilaisiin kognitiivisiin toimintoihin. Tutkijat ovat kuitenkin olleet kiinnostuneita myös aivoprosesseista, jotka liittyvät ei-kognitiivisiin toimintoihin, kuten motivaatioon ja tunteisiin. Näitä toimintoja käsitellään vuorotellen.
Motivaatio
Motivaatio määritellään prosessiksi, jossa tavoitteellisia toimintoja aloitetaan ja ylläpidetään. Motivoituneisiin toimiin sisältyy tehtävien valinta, ponnistelu (fyysinen ja henkinen), sitkeys ja saavuttaminen. Luku 8 käsittelee myös erilaisia prosesseja, joiden on hypoteettisesti oletettu vaikuttavan motivaatioon, kuten tavoitteet, itseluottamus, tarpeet, arvot ja kontrollin kokemukset.
Nykyaikaiset teoriat kuvaavat motivaatiota suurelta osin kognitiivisina termeinä. Useimmilla motivaatioprosesseilla on kognitiivisia osia. Esimerkiksi itseluottamus viittaa koettuihin kykyihin oppia tai suorittaa käyttäytymistä tietyillä tasoilla. Itseluottamus on kognitiivinen uskomus. Sellaisena sillä on todennäköisesti hermostollinen esitys, josta tässä luvussa keskustellaan. Vaikka tutkimusta tällä alueella on vähän, voimme olettaa, että itseluottamus uskomukset edustuvat aivoissa hermoverkkona, joka yhdistää tutkittavan alueen (esim. murtoluvut, romaanien lukeminen) nykyiseen aisti-inputtiin. Myös muut motivaatioprosessit voidaan esittää synaptisissa verkoissa, kuten myös itsesäätelyyn liittyvät prosessit, kuten metakognitio ja tavoitteet. Lisää neurofysiologista tutkimusta motivaatiosta ja itsesäätelymuuttujista auttaisi kuromaan umpeen kuilua koulutuksen ja neurotieteen välillä (Byrnes & Fox, 1998).
Kognitiivisen neurotieteen näkökulmasta motivaatiolla on ainakin kaksi erilaista hermostollista vastinetta. Nämä liittyvät palkintoihin ja motivaatiotiloihin.
Palkinnot
Palkinnoilla on pitkä historia motivaatiotutkimuksessa. Ne ovat keskeisiä osia ehdollistumisteorioissa, jotka väittävät, että käyttäytymistä, jota vahvistetaan (palkitaan), toistetaan todennäköisesti tulevaisuudessa. Motivaatio edustaa käyttäytymisen nopeuden, intensiteetin tai keston lisääntymistä.
Motivaation kognitiiviset ja konstruktivistiset teoriat olettavat, että juuri palkkion odotus, eikä itse palkkio, motivoi käyttäytymistä. Palkinnot voivat ylläpitää motivaatiota, kun niitä annetaan pätevän suorituksen tai oppimisen edistymisen perusteella. Motivaatio voi heikentyä ajan myötä, kun ihmiset pitävät palkintoja käyttäytymisensä kontrolloimisena (eli he suorittavat tehtävän, jotta he voivat ansaita palkkion).
Aivoilla näyttää olevan järjestelmä palkkioiden käsittelyyn (Jensen, 2005), mutta kuten muutkin aivotoiminnot, tämäkin on monimutkainen. Mukana on monia aivorakenteita, kuten hypotalamus, prefrontaalinen aivokuori ja mantelitumake. Aivot tuottavat omia palkintojaan opiaattien muodossa, jotka johtavat luonnolliseen hyvänolon tunteeseen. Tämä vaikutus viittaa siihen, että aivot voivat olla taipuvaisia kokemaan ja ylläpitämään miellyttäviä tuloksia. Odotus siitä, että voi saada palkinnon pätevästä tai parantuneesta suorituksesta, voi aktivoida tämän nautintoverkoston, joka tuottaa välittäjäaine dopamiinia. Voi olla, että aivot tallentavat osana hermoverkkoa odotuksen palkkiosta toiminnon suorittamisesta. Itse asiassa dopamiinia voidaan tuottaa mielihyvän odotuksesta (palkkion ennakointi) sekä itse mielihyvästä. Dopamiini lisääntyy, kun odotettujen ja toteutuneiden palkkioiden välillä on ristiriita (esim. henkilöt odottavat suurta palkkiota, mutta saavat pienen). Dopamiinijärjestelmä voi auttaa ihmisiä säätämään odotuksiaan, mikä on eräänlainen oppiminen (Varma et al., 2008).
Mutta aivot voivat myös kyllästyä palkkioihin siten, että palkkion odotus tai palkkion vastaanottaminen ei tuota yhtä paljon mielihyvää kuin aiemmin. On mahdollista, että dopamiinin tuottamiseen tarvitaan suuremman palkkion odotusta, ja jos sitä ei tule, vaikutus voi sammua. Tämä seikka voi auttaa selittämään, miksi tietyt palkinnot menettävät voimansa motivoida ajan myötä.
Tarvitaan tutkimusta siitä, laukaisevatko muut kognitiiviset motivaattorit—kuten tavoitteet ja oppimisen edistymisen havaitseminen—myös dopamiinivasteita ja siten niillä on neurofysiologisia viittauksia. On kuitenkin huomattava, että dopamiinin tuotanto on idiosynkraattista. Sama palkkiotaso tai palkkion odotus ei motivoi kaikkia opiskelijoita yhtenäisesti, mikä viittaa siihen, että motivaatioon liittyy muita aivoprosesseja. Tällä seikalla on käytännön vaikutuksia opetukseen, koska se viittaa siihen, että opettajien, jotka suunnittelevat palkkioiden käyttöä, on opittava, mikä motivoi kutakin opiskelijaa, ja luotava palkkiojärjestelmä, joka voi mukautua opiskelijoiden mieltymysten muutoksiin.
Motivaatiotilat
Kognitiivisen neurotieteen näkökulmasta motivaatiotilat ovat monimutkaisia hermoyhteyksiä, jotka sisältävät tunteita, kognitioita ja käyttäytymistä (Jensen, 2005). Tilat muuttuvat olosuhteiden mukaan. Jos on kulunut useita tunteja siitä, kun olemme syöneet, olemme todennäköisesti nälkätilassa. Voimme olla huolestuneessa tilassa, jos ongelmat painavat meitä. Jos asiat sujuvat hyvin, voimme olla onnellisessa tilassa. Samoin motivaatiotila voi sisältää oppimiseen tähtääviä tunteita, kognitioita ja käyttäytymistä. Kuten muutkin tilat, motivaatiotila on integroitu yhdistelmä mieltä, kehoa ja käyttäytymistä, joka lopulta yhdistyy verkkomaiseen synaptisten yhteyksien verkostoon.
Tilat ovat sujuvia; ne muuttuvat jatkuvasti sisäisten (esim. ajatukset) ja ulkoisten (esim. ympäristö) tapahtumien perusteella. Mikä tahansa motivaatiotila voi vahvistua, heikentyä tai muuttua toiseksi tilaksi. Tämä synaptisten yhteyksien muuttuva luonne vastaa motivaation luonnetta (josta keskustellaan luvussa 8), että motivaatio on prosessi eikä asia. Prosessina se ei tyypillisesti ole tasaista, vaan pikemminkin vaihtelee. Avain koulutukseen ja oppimiseen on motivaation ylläpitäminen optimaalisella alueella.
Opettajat ymmärtävät intuitiivisesti motivaatiotilojen idean. Heidän tavoitteenaan on, että opiskelijat ovat motivaatiotilassa oppimista varten. Milloin tahansa jotkut opiskelijat ovat tässä tilassa, mutta toiset kokevat erilaisia tiloja, kuten apatiaa, surua, yliaktiivisuutta ja hajamielisyyttä. Näiden tilojen muuttamiseksi opettajien on ehkä ensin puututtava nykyisiin tiloihin (esim. kiinnitettävä huomiota siihen, miksi Kira on surullinen) ja sitten yritettävä keskittää opiskelijoiden huomio käsillä olevaan tehtävään.
Neurotieteen olettama kognition, tunteen ja käyttäytymisen integrointi on tärkeää. Yksittäiset komponentit eivät johda toivottavaan oppimiseen. Esimerkiksi opiskelijat, jotka uskovat haluavansa oppia ja ovat emotionaalisesti valmiita tekemään niin, oppivat siitä huolimatta vähän, jos he eivät osallistu mihinkään käyttäytymiseen. Samoin motivoitunut käyttäytyminen ilman selkeää kognitiivista keskittymistä oppimiseen on hukkaan heitettyä toimintaa. Opiskelijat, jotka kokevat emotionaalista stressiä, mutta haluavat oppia ja osallistuvat oppimistoimiin, huomaavat todennäköisesti oppimisensa olevan vähemmän kuin maksimaalista, koska tunteet estävät synaptisten yhteyksien muodostumista ja vakiintumista.
Tunteet
Samaan tapaan kuin neurofysiologinen näyttö motivaatiosta, tunteiden toimintaa keskushermostossa ei täysin ymmärretä. Ihmisen tunteita selittämään on olemassa useita teorioita (Byrnes, 2001).
Yksi teoria, joka on yhdenmukainen edellä esitetyn motivaationäkemyksen kanssa, on verkkoteoria (Halgren & Marinkovic, 1995). Tässä näkemyksessä tunnevasteet koostuvat neljästä päällekkäisestä vaiheesta: orientoitumiskompleksi, emotionaalisen tapahtuman integrointi, vasteen valinta ja ylläpidetty emotionaalinen konteksti. Orientoitumiskompleksi on automaattinen vaste, jossa yksilöt suuntaavat huomionsa ärsykkeeseen tai tapahtumaan ja mobilisoivat resursseja sen käsittelemiseksi. Orientoitumiskompleksi tuottaa hermovasteen, joka lähetetään muihin vaiheisiin. Emotionaalisen tapahtuman integrointivaiheessa tämä ärsyke tai tapahtuma integroidaan työmuistin ja pitkäkestoisen muistin tiedon kanssa, kuten ärsykkeen tai tapahtuman määritelmää tai merkitystä ja kontekstia koskevan tiedon kanssa.
Kolmannessa (vasteen valinta) vaiheessa yksilö antaa ärsykkeelle tai tapahtumalle kognitiivisen merkityksen, yhdistää tämän merkityksen affektiiviseen komponenttiin, tunnistaa mahdolliset toiminnot ja valitsee yhden. Lopuksi, ylläpidetyn emotionaalisen kontekstin vaiheessa yksilön mieliala on linkitetty aiempien vaiheiden tuloksiin. Jokainen vaihe on linkitetty tiettyihin hermoalueisiin. Esimerkiksi ylläpidetty emotionaalinen konteksti näyttää liittyvän hermosignaaleihin otsalohkon alueilla (Halgren & Marinkovic, 1995).
Tunteet vaikuttavat kuitenkin olevan monimutkaisempia kuin tämä analyysi, koska samalla tapahtumalla on potentiaalia herättää erilaisia tunteita. Englannin kieli heijastaa tätä potentiaalista moninkertaista laukaisua, kuten sanotaan kuultuaan uutisen: “En tiennyt pitäisikö itkeä vai nauraa.” On myös mahdollista, että aivojen emotionaalinen aktiivisuus on erilaista primaarisille ja kulttuurisesti pohjautuville tunteille (Byrnes, 2001). Primaarisilla tunteilla (esim. pelko, viha, yllätys) voi olla synnynnäinen hermostollinen perusta, joka keskittyy oikeaan aivopuoliskoon (joka säätelee suurta osaa autonomisen hermoston toiminnasta), kun taas tunteita, joihin liittyy kulttuurisia merkityksiä (esim. ihmisten antamat lausunnot, jotka voidaan tulkita eri tavoin), voi hallita enemmän vasen aivopuolisko kielitoimintoineen.
Tunteet voivat auttaa ohjaamaan huomiota, mikä on välttämätöntä oppimiselle (Phelps, 2006). Ympäristöstä tuleva tieto menee talamukseen, jossa se välitetään mantelitumakkeeseen ja otsalohkolle. Mantelitumake määrittää ärsykkeen emotionaalisen merkityksen (Wolfe, 2001). Tämä määritys on helpottavaa, koska se kertoo meille, pitääkö juosta, hakeutua suojaan, hyökätä vai pysyä neutraalina. Otsalohko tarjoaa ärsykkeen kognitiivisen tulkinnan, mutta tämä vie lisäaikaa. Osa siitä, mitä tarkoitetaan “emotionaalisella kontrollilla”, ei ole vain reagoida emotionaaliseen merkitykseen (vaikka turvallisuuden ollessa kyseessä se on toivottavaa), vaan pikemminkin viivyttää toimintaa, kunnes oikea kognitiivinen tulkinta voidaan tehdä.
Huomion suuntaamisen roolin lisäksi tunteet vaikuttavat myös oppimiseen ja muistiin (Phelps, 2006). Vaikuttaa siltä, että hormonit epinefriini ja norepinefriini, joita erittyy lisämunuaiskuorelta tuottamaan tunteisiin liittyviä autonomisia vasteita, myös parantavat muistia laukaisevasta ärsykkeestä tai tapahtumasta aivojen ohimolohkossa (Wolfe, 2001). Emotionaalisten tilanteiden tietoista muistia vahvistetaan paremmin näiden hormonien vaikutusten vuoksi.
Se, että tunteet voivat parantaa oppimista, ei pidä tulkita suosituksena, että opettajien tulisi tehdä oppimisesta mahdollisimman stressaavaa. Kuten aiemmin näimme, liiallinen stressi häiritsee hermoverkkojen muodostumista ja vahvistumista. Pikemminkin tämä seikka viittaa siihen, että motivaatiota ja tunteita voidaan käyttää rakentavasti paremman oppimisen tuottamiseen. Opettajat, jotka luennoivat paljon, herättävät vain vähän emotionaalista osallistumista opiskelijoilta. Mutta emotionaalisen kiinnostuksen pitäisi nousta, kun opettajat saavat opiskelijat mukaan oppimiseen. Toiminnat, kuten roolileikit, keskustelut ja demonstraatiot, herättävät todennäköisemmin enemmän motivaatiota ja tunteita ja johtavat parempaan oppimiseen kuin opettajan luennointi.
Tunteiden sisällyttäminen oppimiseen
Kathy Stone haluaa, että hänen oppilaansa nauttivat koulusta, ja hän tietää, kuinka tärkeää on herättää lasten tunteita oppimista varten. Hän yrittää aina yhdistää akateemisen sisällön opiskelijoiden kokemuksiin, jotta heidän positiiviset tunteensa, jotka liittyvät näihin kokemuksiin, yhdistyvät oppimiseen. Kun hänen lapsensa lukevat tarinan lapsesta, joka teki matkan, hän pyysi heitä kertomaan, milloin he tekivät matkan sukulaisen luo, lähtivät lomalle tai vastaavaa. Työskennellessään matemaattisen jakolaskun parissa hän pyysi lapsia ajattelemaan jotain, joka oli jaettu osiin (esim. piirakka, kakku), jotta useat ihmiset voisivat nauttia siitä.
Jim Marshall haluaa, että hänen oppilaansa paitsi oppivat Yhdysvaltain historiaa, myös kokevat keskeisiin tapahtumiin liittyvät tunteet. Lukeminen tapahtumista, kuten sisällissodasta ja suuresta lamasta, voi riistää niiltä tunteet, vaikka nämä ja muut tapahtumat herättivät vahvoja tunteita tuolloin eläneissä ihmisissä. Jim käyttää paljon filmejä, jotka kuvaavat tapahtumia, ja roolileikkejä oppilaidensa kanssa. Hän työskentelee opiskelijoiden kanssa varmistaakseen, että he ilmaisevat tunteita, joita he todennäköisesti olisivat tunteneet. Suuresta lamasta järjestetyssä roolileikissä yksi opiskelija oli työtä etsivä henkilö ja toiset esittivät työnantajia, joita hän vieraili pyytämässä työtä. Kun jokainen työnantaja hylkäsi hänet, työnetsijä turhautui yhä enemmän ja alkoi lopulta nyyhkyttää ja sanoi: “Haluan vain työtä, jotta voin elättää perheeni. Toivon, että lapseni eivät koskaan näe tätä enää elämässään!”
Gina Brown ymmärtää, kuinka jotkut opiskelijat voivat pitää kasvatustieteellisen psykologian sisältöä kuivana ja tylsänä. Herättääkseen opiskelijoidensa tunteita hänellä on joka viikko oppilaitaan keskittymässä yhteen tai kahteen käsitteeseen, joita he käsittelevät kouluharjoitteluissaan (katso Sovellus 2.1). Esimerkiksi lukeminen oppimisesta voi olla tylsää, mutta lapsen näkeminen oppivan on jännittävää. Siten, kun opiskelijat työskentelevät koululaisten kanssa, he pitävät kirjaa lasten käyttäytymisestä ja reaktioista oppitunnin aikana oppiessaan. Ginan opiskelijat kertovat, kuinka innoissaan he ovat työskennellessään lasten kanssa ja lasten alkaessa osoittaa, että he oppivat. Kuten yksi Ginan opiskelijoista kertoi: “Olin niin innoissani työskennellessäni Keenanin kanssa, kun hän sanoi: “Ahaa, tajusin sen!” ja totta tosiaan hän tajusi!”
Tunteiden lisääminen oppimisen aikana on tehokasta vain tiettyyn pisteeseen asti. Liiallinen tunne (esim. korkea stressi) pitkiä aikoja ei ole toivottavaa kaikkien negatiivisten sivuvaikutusten vuoksi (esim. kohonnut verenpaine, heikentynyt immuunijärjestelmä). Pitkittyneissä stressaavissa tilanteissa olevat opiskelijat myös huolehtivat liikaa, ja huoleen liittyvät ajatukset estävät oppimista.
Nämä stressin tai uhkien aiheuttamat negatiiviset vaikutukset johtuvat osittain hormonikortisolin takia, jota lisämunuaiset erittävät, kuten epinefriiniä ja norepinefriiniäkin (Lemonick, 2007). Epinefriini ja norepinefriini vaikuttavat nopeasti, ja kortisoli on eräänlainen pitkäkestoinen varmuuskopio. Suuret määrät kortisolia kehossa pitkiä aikoja voivat johtaa hippokampuksen heikkenemiseen ja kognitiivisen toiminnan heikkenemiseen (Wolfe, 2001).
Kortisoli on kriittinen myös aivojen kehityksen aikana. Vauvat kiintyvät emotionaalisesti vanhempiin tai hoitajiin. Kun vauvat kokevat stressiä, heidän kortisolitasojaan nousee kehossa. Kortisoli hidastaa aivojen kehitystä, koska se vähentää synapsien määrää ja jättää hermosolut alttiiksi vaurioille (Trawick-Smith, 2003). Sitä vastoin, kun vauvat muodostavat kiintymyssuhteita ja ylläpitävät niitä ajan mittaan, kortisolitasot eivät nouse (Gunnar, 1996). Kun kiintymyssuhteet ovat turvallisia, kortisolitasot eivät nouse vaarallisille tasoille edes stressaavissa olosuhteissa. Siksi on kriittistä, että pienten lasten uskovat, että heidän vanhempansa tai hoitajansa rakastavat heitä ja ovat luotettavia hoitajia.
Yhteenvetona voidaan todeta, että motivaatio ja tunteet ovat olennaisesti yhteydessä kognitiiviseen prosessointiin ja hermotoimintaan. Lisäksi tässä osiossa esitetty näyttö tekee selväksi, että kun motivaatiota ja tunteita säännellään asianmukaisesti, ne voivat vaikuttaa myönteisesti huomioon, oppimiseen ja muistiin. Seuraavaksi siirrymme neurotieteen opetuksellisiin sovelluksiin opettamista ja oppimista varten.