Wat komt er in dit hoofdstuk aan bod?

Neuroplasticiteit is het vermogen van de hersenen om voortdurend de neurale paden te reorganiseren en opnieuw te verbinden als gevolg van input uit de omgeving. De meeste verbindingen resulteren in de ontwikkeling van neurale netwerken die het individu zullen helpen allerlei uitdagingen met succes aan te gaan. Maar verbindingen kunnen ook verkeerd lopen, waardoor problemen kunnen ontstaan. 

In dit hoofdstuk wordt de structuur van het brein uitgewerkt. Van alle uitwendige en inwendige delen van de hersenen die relevant zijn voor leren wordt aangegeven hoe ze werken en wat hun rol is. Vervolgens wordt uitgelegd hoe leren in het brein werkt. Tot slot wordt er kort ingegaan op het belang van omgevingsfactoren voor het goed functioneren van breinprocessen die leren mogelijk maken. Hierbij wordt uitgelegd wat er de afgelopen decennia is veranderd in de omgeving van kinderen en waarom slaap zo belangrijk is voor het leren. 

Wat zijn de belangrijkste uitwendige delen van de hersenen?

Er zijn vier grote hersenkwabben:

• De frontale kwab (frontal lobe), achter het voorhoofd. Deze bevat bijna 50% van het volume van de hersenhelften. De frontale kwab houdt zich bezig met planning en denken. Het is het rationele en uitvoerende controlecentrum van de hersenen, controleert het denken van hogere orde, stuurt het oplossen van problemen en reguleert de excessen van het emotionele systeem. De frontale kwab bevat ook onze eigen wil of onze persoonlijkheid. Trauma aan de frontale kwab kan dramatische gedrags- en persoonlijkheidsveranderingen veroorzaken. Het werkgeheugen bevindt zich in de frontale kwab, dus hier vindt de focus plaats. De frontale kwab blijft rijpen tot in de vroege volwassenheid. 
• De temporale kwab (temporal lobe), boven de oren. De temporale kwab houdt zich bezig met geluid, muziek, gezichts- en objectherkenning. Het slaat ook sommige delen van het langetermijngeheugen op. Spraakcentra huizen in de temporale kwab, maar gewoonlijk alleen aan de linkerkant. 
• De occipitale kwab (occipital lobe), aan de achterkant van de hersenen. De occipitale kwab wordt bijna uitsluitend gebruikt voor visuele verwerking.
• De pariëtale kwab (parietal lobe), aan de top. De pariëtale kwab houdt zich vooral bezig met ruimtelijke oriëntatie, berekening en bepaalde vormen van herkenning. 

Tussen de pariëtale en frontale kwabben lopen twee banden over de bovenkant van de hersenen, van oor tot oor. De voorste is de motorische cortex (motor cortex), die de lichaamsbeweging regelt en samenwerkt met het cerebellum om het aanleren van motorische vaardigheden te coördineren. De band achter de motorische cortex is de somatosensorische cortex (somatosensory cortex), die tastsignalen verwerkt die van verschillende delen van het lichaam worden ontvangen. 

Het cerebellum (kleine hersenen in het Latijn) is een uit twee hersenhelften bestaande structuur onder het achterste deel van de grote hersenen, achter de hersenstam. Deze structuur bevat meer neuronen dan de rest van de hersenen samen. Het cerebellum coördineert de beweging. De rol van het cerebellum is in eerdere studies onderschat. Onderzoekers geloven nu dat het cerebellum ook fungeert als een ondersteunende structuur in de cognitieve verwerking door het coördineren en afstemmen van onze gedachten, emoties, zintuigen en herinneringen. Het kan mentale en zintuiglijke taken automatisch uitvoeren, zonder bewuste aandacht voor details. Hierdoor kan het bewuste deel van de hersenen zich bezighouden met andere mentale activiteiten.

Wat zijn de belangrijkste inwendige delen van de hersenen?

De hersenstam (brainstem) is het oudste en diepste gebied van de hersenen (vaak het reptielenbrein genoemd omdat het daar op lijkt). 11 van de 12 lichaamszenuwen eindigen in de hersenstam (alle behalve de reukzenuw die rechtstreeks naar het limbisch systeem gaat). In de hersenstam worden de vitale lichaamsfuncties bewaakt en gecontroleerd. Het reticulair activerend systeem (RAS) bevindt zich ook in de hersenstam. Het RAS is verantwoordelijk voor de alertheid van de hersenen. 

Boven de hersenstam bevindt zich het limbisch systeem (limbic system). De delen van het limbisch systeem die belangrijk zijn voor leren en geheugen zijn de volgende:

• De thalamus (binnenkamer in het Grieks) van waaruit informatie naar andere delen van de hersenen wordt geleid voor verdere verwerking.
• De hypothalamus die toezicht houdt op de interne systemen om de homeostase, de normale toestand van het lichaam, te handhaven door de afgifte van een reeks hormonen te regelen. 
• De hippocampus (zeepaardje in het Grieks, vanwege de vorm) die informatie controleert die wordt doorgegeven aan het werkgeheugen en deze vergelijkt met opgeslagen ervaringen. Dit proces is essentieel voor het creëren van betekenis. De ziekte van Alzheimer vernietigt geleidelijk de neuronen in de hippocampus, wat leidt tot geheugenverlies.
• De amygdala (amandel in het Grieks, ook vanwege de vorm) regelt de interacties van het individu met de omgeving die van invloed kunnen zijn op de overleving, zoals het al dan niet aanvallen, vluchten, paren of eten. Onderzoekers geloven ook dat de amygdala een emotionele boodschap codeert, als die aanwezig is, wanneer de hippocampus een herinnering markeert voor langdurige opslag. De emotionele component van een herinnering wordt hier opgeslagen, terwijl de andere cognitieve componenten van die herinnering elders worden opgeslagen. 

Omdat de structuren in de hersenen die hoofdzakelijk verantwoordelijk zijn voor het langetermijngeheugen zich in het emotionele gebied van de hersenen bevinden, kan het koppelen van emoties aan nieuw leren een krachtig geheugenmiddel zijn.

Het cerebrum is het grootste gebied van de hersenen en maakt bijna 80% van het gewicht van de hersenen uit. Het cerebrum bestaat uit twee hersenhelften, de twee cerebrale hemisferen. De zenuwen van de linkerkant van het lichaam lopen door naar de rechterhersenhelft en die van de rechterkant van het lichaam naar de linkerhersenhelft. De twee hersenhelften zijn met elkaar verbonden door het corpus callosum (groot lichaam in het Latijn), een brug die wordt gebruikt voor de communicatie tussen de twee hersenhelften. De hersenhelften worden bedekt door een cortex waar het grootste deel van het denken, het geheugen, de spraak en de spierbewegingen wordt geregeld. De cortexlaag wordt vaak de grijze massa van de hersenen genoemd. De neuronen van de bovenste laag strekken zich uit tot het web eronder, dat witte massa wordt genoemd. De neuronen zijn hier met elkaar verbonden tot enorme series neurale netwerken die specifieke functies uitvoeren. 

Alle activiteiten van de hersenen worden uitgevoerd door signalen die langs hersencellen reizen. Hersencellen zijn ofwel zenuwcellen, neuronen genoemd, ofwel hun steuncellen. Spiegelneuronen hebben dezelfde reactie wanneer een persoon zelf een beweging plant, als wanneer die beweging door iemand anders wordt gezien. Dit is nuttig voor het voorspellen van het gedrag van anderen. 

Hoe werkt leren in de hersenen?

Leren vindt plaats wanneer de synapsen fysische en chemische veranderingen ondergaan, zodat de invloed van het ene neuron op het andere ook verandert. De capaciteit van de hersenen om informatie op te slaan is onbeperkt. De hersenen ondergaan fysische en chemische veranderingen wanneer zij nieuwe informatie opslaan als gevolg van leren. Dit komt doordat opslag nieuwe neurale paden doet ontstaan en bestaande paden versterkt.

Veel onderwijs wordt gegeven door informatie te verstrekken voor het opbouwen van concepten die kennis verklaren. Bijvoorbeeld: we onderwijzen getallen, rekenkundige bewerkingen, verhoudingen en stellingen om wiskunde uit te leggen. Binnenkomende informatie wordt een paar seconden in het onmiddellijke geheugen vastgehouden. Dit onmiddellijke geheugen is nuttig voor eenvoudige taken. Als we tijd nodig hebben om informatie te verwerken en te manipuleren, wordt deze verplaatst naar het werkgeheugen. Het werkgeheugen heeft een beperkte capaciteit: informatie moet ofwel worden verplaatst naar het langetermijngeheugen of het zal na een tijdje worden vergeten. Deze "tijd" is voor elk individu verschillend. Sommige leerproblemen ontstaan doordat de capaciteit van het werkgeheugen lager is dan gemiddeld of doordat informatie er niet lang genoeg wordt opgeslagen.

Een groot probleem voor leerlingen met leermoeilijkheden is dat zij informatie niet onthouden. Ze concentreren zich op het onthouden van feiten alleen voor de tijd dat ze er op een toets of door de leraar naar gevraagd zullen worden. Hierdoor is er geen retentie door het langetermijngeheugen en zal alle informatie verloren gaan. Daarom is het belangrijk dat opvoeders hun leerlingen laten zien waarom de informatie in de toekomst nuttig zal zijn.

Repetitie is een kritische component in de overdracht van informatie van het werkgeheugen naar de lange termijn opslag. Vormen van repetitie:

• Gewone repetitie (rote rehearsal). Dit wordt gebruikt wanneer de informatie moet worden onthouden op de exacte manier waarop het het werkgeheugen binnenkomt. Het gaat om directe instructie en kan door leerlingen als saai worden ervaren.
• Elaboratieve repetitie (elaborative rehearsal). Dit wordt gebruikt wanneer het belangrijker is om nieuwe associaties te kunnen maken met de informatie. Het gaat om het leggen van verbanden met eerdere leerstof en het toekennen van betekenis. Wanneer er weinig tijd is, nemen de leerlingen gewoonlijk hun toevlucht tot repetitie uit het hoofd, ook al wordt er iets anders van hen verwacht. 

Merk op dat moeilijkheden bij het aanleren van motorische vaardigheden geen invloed hebben op intellectuele of perceptuele vaardigheden, aangezien er verschillende delen van de hersenen betrokken zijn bij de verschillende vaardigheden. 

Wat is er veranderd in de manier waarop leerlingen leren?

Leerlingen lijken tegenwoordig een kortere aandachtsspanne te hebben dan vroeger en raken sneller verveeld. Dit kan in verband worden gebracht met de verschillende thuissituaties. Vroeger was de thuisomgeving stabieler en rustiger en was school de belangrijkste bron van informatie voor kinderen, niet de tv of internet. Ook werden motorische vaardigheden en sociale vaardigheden meer ontwikkeld toen kinderen meer buiten speelden met leeftijdsgenoten. Leerlingen worden meer dan ooit aangetrokken door het unieke en het andere, door nieuwigheden. Misschien moeten we erkennen dat scholen zich moeten aanpassen om deze veranderingen te accommoderen.

Wat heeft slaap met leren te maken?

Slaap is ook zeer belangrijk voor het leervermogen, maar heeft pas de laatste jaren aandacht gekregen in het onderzoek. Afleidingen in de slaapkamer zijn een grote oorzaak van slaaptekort. Er zijn aanzienlijke effecten op het geheugen wanneer een student een slaaptekort heeft. Sommige van de negatieve effecten van slaaptekort kunnen door onderwijskundigen verkeerd worden geïnterpreteerd als tekenen van een stoornis. Dit leidt tot een verkeerde behandeling die studenten niet zal helpen.