Чи помічали ви, що коли навчання занадто легке, воно швидко набридає і стає дуже прісним? Але з іншого коли воно надмірно складне – з’являється бажання закрити підручник і втекти на прогулянку. Найцікавіше відбувається саме тоді, коли завдання трішки складні, але водночас захопливі та викликають азарт. Це нагадує комп’ютерну гру: простий рівень не тримає увагу і потрібен тільки щоб ознайомитися з керуванням та правилами, занадто складний рівень лише дратує, а от баланс дарує справжнє задоволення від процесу.
Науковці називають цей стан criticality. Ми ж можемо пояснити простіше: мозок полюбляє невеличкі виклики. Як це працює — розглянемо далі.
Як мозок реагує на сюрпризи
Виявляється, наш мозок майстер несподіванок. І не лише тоді, коли ми раптово згадуємо слова пісні десятирічної давності. Дослідження, опубліковане у журналі Nature у 2022 році показало, що саме несподівані події запускають у мозку хімічний «будильник».
У центрі цієї історії маленька структура, що розташована глибоко в мозку та має назву locus coeruleus. Вона виробляє норадреналін – речовину, яка миттєво розсилає сигнал «Увага! Це важливо!». Після цього мозок ніби бере яскравий маркер і підкреслює нову інформацію.
У дослідах на мишах це показали дуже чітко. Коли тварина очікувала винагороду, але натомість отримувала повітряний поштовх у мордочку, мозок реагував потужним сплеском норадреналіну. Після такого сюрпризу миша змінювала поведінку: ставала обережнішою, робила висновки. А коли результат був несподівано приємним, ефект був таким же сильним і мозок закріплював позитивний досвід.
Фактично кожна несподіванка стає уроком: якщо щось не сподобалось — уникай, якщо принесло користь чи радість — повторюй. Це універсальний механізм навчання.
Мозок на межі хаосу
Щоб зрозуміти, як працює наш мозок, вчені часто звертаються до фізики. Тож уявіть собі купку піску: ви кидаєте піщинку за піщинкою, і довгий час нічого не відбувається. Але рано чи пізно саме одна піщинка запускає лавину. Це і є момент критичності — стан між порядком і хаосом. Ось, як метафорично описав цей стан журнал Wired, це «край лавини», коли невелике збурення може змінити цілу систему.
Подібні принципи працюють і в живих організмах. Наприклад, у зграї шпаків, коли рух одного птаха миттєво передається сусідам, і хвиля поширюється усією групою. Завдяки цьому тисячі птахів літають настільки злагоджено, ніби це один організм.
Мозок функціонує за тим самим принципом. Якщо його робота занадто впорядкована – він «застигає» і перестає реагувати на нове. Якщо ж надмірно хаотична – то нова інформація тоне у шумі. А от на межі цих станів мозок працює найкраще: легко помічає нове, швидко робить висновки і справді вчиться.
Цей феномен отримав назву critical brain hypothesis. Уперше його підтвердили експериментально у 2003 році Джон Беггс і Дітмар Пленц (Journal of Neuroscience). Вони показали, що нейрони кори головного мозку активуються не випадково, а у вигляді так званих «нейронних лавин». Розміри цих спалахів підкоряються тим самим математичним законам, що й землетруси чи лісові пожежі. І саме у такому критичному стані мережа працює найефективніше: невеликий сигнал може поширитися на тисячі клітин, але при цьому система не «зривається» у повний хаос.
Солодка точка мозку
Про критичність можна говорити не лише у контексті навчання, а й у контексті здоров’я. У 2025 році дослідники опублікували роботу, де описали деяку «солодку точку» мозку — стан, у якому мозок працює найефективніше.
Учені називають «солодкою точкою» стан мозку, коли його нейронні мережі перебувають у балансі: вони не надто збуджені, але й не загальмовані. У такому режимі мозок обробляє інформацію максимально ефективно — ми краще вчимося, запам’ятовуємо й реагуємо.
Коли ж ця рівновага зникає, мозок виходить з оптимального режиму, сигнали стають або хаотичними, або занадто приглушеними і тоді проблема вже не тільки в навчанні. Дослідники Генген і Ш’ю показали, що при хворобах, зокрема при Альцгеймері, саме втрата цього балансу є ключовою. Клітинні пошкодження й білкові відкладення — лише наслідки. А починається все з того, що мозок втрачає здатність працювати «на тонкій межі». Людина може ще виглядати здоровою, бо мозок намагається компенсувати втрати, але він робить це все менш ефективно — як двигун, що ще їде, але витрачає зайве пальне й перегрівається.
Є й хороша новина: сон повертає мозок до стану критичності. Впродовж дня він відхиляється від рівноваги, а вночі знову знаходить оптимальний режим. Саме тому нестача сну так сильно б’є по пам’яті та здатності вчитися. Для дітей це означає, що повноцінний відпочинок не менш важливий, ніж цікаві задачі й ігри вдень, адже саме уві сні мозок готується до нових знань і відкриттів.
Навіть штучний мозок працює по тому ж принципу
А що, коли взяти мозок і спробувати змоделювати його роботу? У 2010 році італійська дослідниця Лючилла де Арканжеліс разом із Гансом Геррманном зробили саме це. Вони створили комп’ютерну модель нейронної мережі, яка поводилася так само, як справжній мозок.
Мета була в тому, щоб перевірити, чи здатна така мережа навчатися логічних правил і ось що з цього вийшло:
- у критичному стані мережа успішно опановувала навіть складні правила;
- навчання відбувалося через помилки та поступову адаптацію, а не через миттєві «ідеальні» відповіді;
- коли зміни у зв’язках відбувалися занадто швидко, система плуталася і давала гірші результати, натомість повільна адаптація робила навчання стабільним і ефективним.
Фактично, дослідники показали, що мозок не потребує «ідеальних умов». Навпаки, він вчиться саме тоді, коли є складні задачі та можливість помилятися.
Цей висновок напряму перегукується з тим, що ми бачимо у школі: дитина, якій дають простір для спроб і помилок, просувається далі, ніж та, яку змушують одразу відповідати бездоганно. І наукова модель лише підтверджує, що критичність, це найкращий робочий механізм мозку.
Тож хочеться побажати, аби в навчанні завжди залишалося місце для несподіванок і маленьких відкриттів. Щоб були завдання, які дають азарт та простір для помилок, які насправді ведуть уперед. Щоб був час на повноцінний сон — бо саме він повертає мозок у стан, коли нові знання засвоюються легко й надовго. Нехай навчання дарує не лише результати, а й радість від самого процесу.
