SlideShare una empresa de Scribd logo
1 de 34
Descargar para leer sin conexión
EP1. 
       Learning 
     Elena Pasquinelli 

Educa3on, cogni3on, cerveau 
   Cogmaster 2010‐2011 
Op3miza3on of educa3on 
•  “Considera3ons on the op3miza3on of 
   educa3onal strategies should take into 
   account knowledge on brain development and 
   learning mechanisms that has been 
   accumulated by neurobiological research over 
   the past decades.” (Singer, in BaKro, Fischer & 
   Léna, 2008, p. 97) 
BIOLOGICAL DEFINITION OF LEARNING 
RELATIONSHIP BETWEEN LEARNING, EVOLUTION, 
DEVELOPMENT 
Defini3on of learning 

•  Learning = modifica3on of stored      •  “any learning, i.e. the 
   knowledge and of computa3onal 
   programs 
                                           modificaFon of 
                                           computaFonal 
•  Which takes place through the           programs and of stored 
   modifica3on of the brain                 knowledge, must occur 
   func3onal architecture                  through las$ng 
                                           changes in their 
•  Learning = long‐las3ng change in        func$onal 
   the func3onal architecture of the 
   brain 
                                           architecture.” (Singer, 
                                           2008, p. 98) 
Defini3on of knowledge 

•  Knowledge is the product of      •  « there is no dichotomy between 
   biological processes, which         hard‐ and soXware in the brain. 
   determine or modify the             The way in which brains operate 
   func3onal architecture of the       is fully determined by the 
   brain                               integra3ve proper3es of the 
•  Learning is one of these            individual nerve cells and the way 
   processes                           in which they are interconnected. 
                                       It is the func3onal architecture, 
                                       the blueprint of connec3ons and 
                                       their respec3ve weight, that 
                                       determines how brains perceive, 
                                       decide, and act.  
                                    •  … all the knowledge that a brain 
                                       possesses reside in its func3onal 
                                       architecture. » (Singer, 2008, p. 
                                       98) 
Modifica3on of the brain’s func3onal 
              architecture: 3 processes  
•  3 different processes are      “Such changes can be obtained  
   responsible of the            by altering the integraFve properFes of 
                                 individual neurons,  
   specifica3on/modifica3on        by changing the anatomical connecFvity 
   of the brain’s func3onal      paPerns,  
   architecture (and thus, to    and by modifying the efficacy of 
   knowledge acquisi3on):        excitatory and/or inhibitory 
                                 connecFons. …”(Singer, 2008, p. 98) 




                                     “Evolu3on,  
                                     Ontogene3c development, 
                                     And learning.” (Singer, 2008, p. 98) 
a. Learning and evolu3on 
                                       •    “The architectures of the brain have evolved according 
1    Evolu3on has selected both             to the same principles of trial, error and selec3on as all 
                                            the other components of organisms. …Through this 
     learning mechanisms and                process of selec3on, informa3on about useful 
     knowledge contents:                    computa3onal opera3ons was implemented in the 
     –  Ex.: “Fire together, wire           brain architectures and stored in the genes. Every 3me 
        together”: les neurones qui         an organism develops, this informa3on is transmiKed 
        sont ac3fs en même temps            from the genes through a complicated developmental 
        tendent à créer des                 process into specific brain architectures which the 
        connexions (appren3ssage            translate this knowledge into well adapted 
        associa3f)                          behavior.” (Singer, 2008, p. 98‐99) 
     –  Ex. How humans interpret       •    “… computa3onal strategies, as for example the 
        sensory signals                     learning mechanisms that associates temporally 
                                            conFngent signals, have remained virtually unchanged 
2    The brain stores knowledge             throughout evolu3on.” (Singer, 2008, p. 99) 
     even before making                •    “Thus, an  enormous amount of informaFon is stored 
     experiences: it’s not a                in the funcFonal architecture of highly evolved brains, 
                                            and one of the sources of this informaFon is 
     tabula rasa.                           evoluFonary selecFon.” 
     –  EducaFon cannot be             •    “Inborn knowledge defines how we perceive and 
        considered as the task of           interpret sensory signals, evaluate regulari3es and 
        filling a hollow box                 derive rules, associate signals with one another and 
                                            iden3fy causal rela3ons, aKach emo3onal connota3ons 
                                            to sensory signals, and finally how we reason.” (Singer, 
                                            2008, p. 99) 
b. Learning and development 

•    Neural circuits are formed and                    •    “… this process of circuit forma3on 
     selected during the development of                     and selec3on according to func3onal 
     the brain (from birth to the end of                    criteria persists un3l the end of 
     puberty)                                               puberty – but it occurs within 
      –  Development includes 3me window, or                precisely 3med windows that differ 
         expects certain s3muli at specific                  for different structures.” 
         periods of the life of the animal in order 
         to implementcertain func3ons                  •    “Once the respec3ve developmental 
                                                            windows close, neurons stop forming 
•    Development and learning cross their                   new connec3ons and exis3ng 
     paths, but aXer puberty neural                         connec3ons cannot be removed.” 
     circuits and the structural 
     architecture of the brain are                     •    “The only way to induce further 
     (apparently) mi‐ostly stabilized                       modifica3ons in the now cristallized 
                                                            architecture is to change the efficacy 
•    Adult learning: Func3onal                              of the exisFng connecFons. » These 
     modifica3ons (strenght of the                           func3onal modifica3ons are assumed 
     connec3ons) are the main                               to be the basis of adult learning and 
     mechanisms for the modifica3on of                       aXer puberty are constrained by the 
     the func3onal architecture of the                      the invariant anatomical 
     brain                                                  architectures.” (Singer, 2008, p. 101)  
The role of experience 
•    In addic3on to gene3c mechanisms, the           •    “The drama3c effects that deprivaFon has 
     brain is modified by experience                       on the matura3on of brain architectures 
       –  At the level of epigenesis and                  raise the ques3on why nature has 
          development 
       –  At the level of learning                        implemented developmental mechanisms 
•    Contraints to what can be learnt:                    that expose the maturing brain to the 
                                                          hazards of sensory experience.  
       –  Certain mechanisms protect the brain 
          from adap3g‐ng to any new informa3on       •    Through epigene3c shaping of the brain’s 
          coming from the environment                     func3onal architecture the organisms can 
                                                          adapt their neuronal architectures to the 
•    The brain at birth is s3ll immature: neurons         environment in which they happen to be 
     are in place, basic distant connec3ons               born, and this economizes greatly the 
     between neurons are formed, but not the 
     most part of the neurons of the cortex               computa3onal resources that have to be 
•    During development connec3ons are formed             invested in order to cope with the specific 
     and tested “fire together‐wire together”:             challenges of the respec3ve 
     those connec3ons, which have a high                  environments.” (Singer, 2008, p. 102‐103) 
     probability of being ac3vated simultaneously 
     are consolidated, those which have a low 
     probability are discarded.  
•    AXer birth, this networking ac3vity is 
     influenced by individual experience of the  
     environment and sensory signals 
c. Learning (adult) = func3onal modifica3ons of 
              brain’s func3onal architecture 
•    Learning does not modify the                •    “… adult learning relies on changes in 
     architecture of the brain at a                   the efficacy of excitatory and/or 
     structural level (mostly):                       inhibitory connec3ons. The 
•    it produces func3onal modifica3ons                mechanisms that mediate these 
     that affect the strength of the                   learning‐induced changes in the 
     connec3ons between neurons                       coupling strength among neurons 
     (synapses) =                                     closely resemble those which 
•    Func3onal plas3city                              mediate the ac3vity dependent 
                                                      circuit changes during experience‐
                                                      dependent development. 
      –  The defini3on raises the issue of the 
         defini3on of plas3city, and the          •    The only major difference is that in 
         rela3onship between plas3city and            the adult, weakening of  connec3ons 
         learning                                     is not followed by removal and that 
                                                      no new connec3ons are 
                                                      formed.” (Singer, 2008, p. 108) 
CAN HUMANS LEARN ALL LIFE LONG? 
‐ THE PROBLEM OF CRITICAL PERIODS 
‐ THE ROLE OF EXPERIENCE 
‐ THE FORMS OF PLASTICITY 
Cri3cal (sensi3ve) periods for learning 
•     Cri3cal periods = 3me‐window                  •    “Several brain researchers have 
      opportuni3es                                       hypothesized that humans’ brains are 
•     Development of vision                              preprogrammed to learn certain kinds 
       –  Hubel & Wiesel, 1970: monocular                of knowledge during a limited window 
          depriva3on reduces the number of cells         of 3me known as cri3cal period.  
          responding to the ac3vity of the          •    But the latest brain science is 
          deprived eye                                   beginning to ques3on this simplis3c 
       –   monocular depriva3on has different             developmental no3on. For example, 
          effects at different ages 
                                                         new brain research shows that the 
•     Development of language                            3ming of cri3cal periods differ 
                                                         significantly in the visual, auditory and 
                                                         language systems. Even within 
                                                         different systems, there is emerging 
                                                         evidence that the brain is much more 
                                                         plas3c that herefore 
                                                         assumed…” (Bransford, et al, in Sawyer, 
                                                         2009, p. 21) 
The myth of the first three years 
•    The no3on of cri3cal periods has been                   •    “ Neuroscien3sts now understand that cri3cal 
     domina3ng the world of educa3on and has                      periods and synaptogenesis/synap3c pruning 
     given birth to myth of the first three years                  are related. Neural systems, par3cularly highly 
•    Bruer, 1997 describes this myth as a typical                 acute  systems like vision, have evolved to 
     case of bad transla3on from neuroscien3fic                    depend on the presence of ubiquitous 
     data to educa3onal applica3ons                               environmental s3muli to fine‐tune their neural 
                                                                  circuitry.  
•    Bruer, 1997 cri3cizes the  iden3fica3on of               •    Neuroscien3sts also know that that there are 
     learning with  synaptogenesis:                               different cri3cal periods for specific func3ons. 
                                                                  … For example, within the visual system, there 
      –    Different systems have different sensi3ve                are different cri3cal periods for ocular 
           periods, in the sense that they do not develop 
           at the same rate (including within the visual          dominance, visual acuity, binocular func3on, 
           system)                                                and stereopsis.  … The human language 
      –    Human cri3cal periods are not necessarily the          func3on also seems to have several cri3cal 
           same as animals                                        periods … In contrast to phonology and syntax 
      –    The brain is more plasFc than accorded                 there is no cri3cal period for learning the 
           before                                                 lexicon.  
      –    Learning cannot be reduced to                     •    … they now tend to interpret cri3cal periods in 
           synaptogenesis                                         terms of subtle, possibly gradual, changes in  
                                                                  brain plas3city – changes in the brain’s ability 
                                                                  to be shaped and changed by experience that 
                                                                  occurs during the life3me of the 
                                                                  animal.” (Bruer, 1997, p. 8) 
 general rule for neuroeduca3on 
•    “ In reviewing this work, readers outside the field      •    Bruer has used the myth of the first three years for 
     should be aware of its complexity  and the                   showing that neuroscience is s3ll a bridge too far 
     methodological issues involved.” (Bruer, 1997, p. 6)         from educa3on, and can give rise to neuromyths 
•    “Whatever the 3me course of synaptogenesis in                and misapplica3ons 
     humans, if it has relevance for child development       •    i.e. Generaliza3on of considera3ons that are 
     and educa3on, we must be able to associate this              extracted from 
     neurodevelopmental change with changes in                     –    Animal experiments 
     infants’ behavior and cogni3ve capaci3es  …These              –    Data on specific func3ons 
     exemples are all significant developmental               •    i.e. Genraliza3on of  brain facts into behavioral 
     milestones that no doubt depend on brain                     phenomena 
     development. We do know that these milestones                 –    E.g. in the case of synaptogenesis, cri3cal periods and 
     are correlated with synaptogenesis (at least in the                leanring 
     visual cortex)… Educators should note two things 
     however. First in all these examples, increases in 
     synap3c density are correlated with the ini3al 
     emergence of skills and capaci3es. These skills  and    •    Nonetheless, 
     capaci3es con3nue to improve aXer synap3c                     –    Neuroscience does not reduce learning to 
     densi3es begin to regress to adult, mature levels. …               synaptogenensis and synap3c selec3on, … 
     Thus the most we can say is that synaptogenesis 
     may be necessary for the emergence of these 
     abili3es and behaviors, but it cannot account 
     en3rely for their con3nued refinement.  ” (Bruer, 
     1997, p. 6) 
From cri3cal periods to different forms 
                  of plas3city 
•    The brain is interested by 
     experience in two ways: as an    •    “ informa3on storage refers to incorpora3on of environmental 
                                           informa3on that is ubiquitous in the environment and 
     expecta3on or as a dependent          common to all species members, such as the basic elements of 
                                           paKern percep3on. Experience expectant processes appear to 
     variable for modifica3on               have evolved as a neural prepara3on for incorporing specific 
                                           informa3on: in many sensory systems, synap3c connec3ons 
•     Those of  Experience‐                between nerve cells are overproduced, and a subsequent 
                                           selec3on process occurs in which aspects of sensory 
     expectant and of Experience‐          experience determine the paKern of connec3ons that remains.  
     dependent modifica3ons are        •    Experience‐dependent informa3on storage refers to 
                                           incorpora3on of environmental informa3on that is 
     an alterna3ve to the concepts         idiosyncra3c, or unique to the individual, such as learning 
                                           about one’s specific physical environment or vocabulary. The 
     of cri3cal or sensi3ve period         neural basis of experience‐dependent processes appear to 
                                           involve ac3ve forma3on of new synap3c connec3ons in 
•    The two no3ons point to               response to the events providing the informa3on to be stored.  
     different neural mechanisms of    •    Although these processes probably do not occur en3rely 
                                           independently of one another in development, the categories 
     plas3city (advantage in               offer a new view more in accord with neural mechanisms than 
                                           were terms like “cri3cal” or “sensi3ve period”. (Greenough, 
     comparison to the no3on of            Black & Wallace, 1987) 
     cri3cal period) 
•    Experience‐expectant plas3city:  
                                                                      •    “We propose that mammalian brain development 
      –  Selected by evolu3on                                              relies upon two different categories of plas3city for the 
      –  Concerns sensory motor func3ons                                   storage of environmentally origina3ng informa3on.  
                                                                      •    The first of these probably underlies many sensi3ve or 
      –  Allows to fine‐tune the sensory motor systems in                   cri3cal period phenomena. This process, which we 
                                                                           term experience expectant , is designed to u3lize the 
         rela3onship to the environment                                    sort of environmental informa3on that is ubiquitous 
                                                                           and has been so throughout much of the evolu3onary 
      –  Through the selec3on of synapses that have been                   history of the subject.  
         generated in excess                                          •    An important component of the neural processes 
                                                                           underlying experience expectant informa3on storage 
      –  Defines the s3muli that should be found in the                     appears to be the intrinsically governed genera3on of 
         environment for the func3on to develop in a certain way           an excess of synap3c connec3ons among neurons, with 
                                                                           experien3al input  subsequently determining which of 
      –  Experiences are very general and concern s3muli, which            them survive. 
                                                                      •    The second type of plas3city, which we call experience 
         are normally present in the environment                           dependent, is involved in the storage of informa3on 
                                                                           that is unique to the individual. Mammals in par3cular 
                                                                           have evolved nervous systems that can take advantage 
                                                                           of such informa3on… 
•    Experience‐dependent plas3city:                                  •    An important aspect of the mechanism underlying  
                                                                           experience dependent informa3on storage appears to 
      –  Does not depend on mechanisms that have been selected             be the genera3on of new synap3c connec3ons in 
         by evolu3on according to a precise 3ming                          response to the occurrence of a to‐be‐remembered 
                                                                           event.” (Greenough, Black & Wallace, 1987) 
      –  Evolu3on has selected a capacity to learn from experience 
         in general 
      –  Through the genera3on of synapses, and the modifica3on 
         of the strength of the synapses 
3 mechanisms for func3onal and 
              structural plas3city 
•    Plas3city is the basis of learning from         •    « The most fascina3ng and important 
     experience, and learning modifies                     property of mammalian brain is its 
     future thought, behavior, feeling                    remarkable plas3city, which can be 
•    3 mechanisms:                                        thought of as the ability of 
      –  Synap3c plas3city = change in strength           experience to modify neural circuitry 
         or efficacy of synap3c transmission                and thereby to modify future 
      –  Synaptogenesis & synap3c pruning                 thought, behavior, feeling. Thinking 
      –  Excitability proper3es of single neurons         simplis3cally, neural ac3vity can 
                                                          modify the behavior of neural circuits 
•    Synap3c plas3city can be transient                   by one of three mechanisms: (a) by 
     (short term phenomena such as                        modifying the strength or efficacy of 
                                                          synap3c transmission at preexis3ng 
     short‐term adapta3on to sensory                      synapses, (b) by elici3ng the growth 
     inputs) – depends on modula3on of 
     transmiKer release                                   of new synap3c connec3ons or the 
                                                          pruning away of exis3ng ones, (c) by 
•    Or long las3ng: long‐term form of                    modula3ng the excitability proper3es 
     memory                                               of individual neurons. Synap3c 
      –  LTP/LTD (long‐term poten3a3on/long‐              plas3city refers to the first of these 
         term depression) mechanisms                      mechanisms …» (Malenka, 2002, p. 
                                                          147) 
LTP 
•    LTP: repe33ve ac3va3on of excitatory synapses in the                          •    “During the last decade, there was enormous interest in 
     hyppocampus causes an increase in synap3c strength that can                        elucida3ng the mechanisms responsible for ac3vity‐
     last for hours                                                                     dependent long‐las3ng modifica3ons in synap3c strength. 
•    LTP is hypothesized to be involved in the forma3on of                              The great interest in this topic is largely based on the simple 
     memories and more generally in informa3on storing, hence in                        idea that external and internal events are represented in the 
     learning in general, because LTP and learning considered at                        brain as complex spa3otemporal paKerns of neuronal ac3vity, 
     the behavioral level  share some proper3es:                                        the proper3es of which result from the paKern of synap3c 
      –    LTP can be generated rapidly and is prolonged and                            weights at the connec3ons made between the neurons that 
           strengthened by repe33on                                                     are contribu3ng to this ac3vity. The corollary to this 
      –    It is input specific (it is elicited at the ac3vated synapses and             hypothesis is that new informa3on is stored (i.e., memories 
           not at adjacent synapses of the same neuron)                                 are generated) when ac3vity in a circuit causes a long‐las3ng 
                                                                                        change in the paKern of synap3c weights. 
      –     It’s long‐las3ng 
              •    How? Modifica3on of dendri3c spines? Growth of spines?           •    …support for such a process was lacking un3l the early 1970s, 
                   Genera3on of new synapses as a consequence of the splirng or         when it was demonstrated that repe33ve ac3va3on of 
                   duplica3on of exis3ng spines?                                        excitatory synapses in the hippocampus caused an increase in 
              •    Incorpora3ng structural changes into the  mechanisms of long‐
                   term synap3c plas3city provides means by which the ac3vity           synap3c strength that could last for hours or even days 
                   generated by experience can cause long‐las3ng modifica3ons of         (12,13). This long‐las3ng synap3c enhancement, LTP, has 
                   neural circuitry                                                     been the object of intense inves3ga3on because it is widely 
                                                                                        believed that LTP provides an important key to understanding 
                                                                                        the molecular mechanisms by which memories are formed 
                                                                                        (14,15) and, more generally, by which experience modifies 
                                                                                        behavior. Furthermore, the ac3vity‐ and experience‐
                                                                                        dependent refinement of neural circuitry that occurs during 
                                                                                        development shares features with learning, and thus a role 
                                                                                        for LTP in this process has been proposed” (Malenka, 2002, p. 
                                                                                        148) 
More structural plas3city 
•    Experience dependent     •    “ Un3l rela3vely recently, it was widely assumed that, except for 
     plas3city would               certain cases of response to brain damage, the brain acquired all of 
     depend on the dynamic         the synapses it was going to have during development, and that 
                                   further plas3c change was probably accomplished through 
     genera3on of synapses 
                                   modifica3ons of the strength of preexis3ng connec3ons. 
     (or the dynamic 
                              •     … it has now become quite clear that new connec3ons may arise 
     modifica3on of the             as a result of of differen3al housing condi3ons  and other 
     strength of synapses)         manipula3ons throughout much, if not all, the life of the rat… 
     rather than on a         •    There has not yet been a specific demonstra3on of what might be 
     mechanism of chronic          represented by the changes in synap3c connec3ons brought about 
     overproduc3on of              by differen3al environmental complexity, nor are the details of the 
     synapses, which are           rela3onship between brain structure and behavioral 
     successively selected         performance.” (Greenough, Black & Wallace, 1987, p. 547‐548) 
     by experience            •    “However, there are a few excep3ons. Over the past years, 
•    Chronic overproduc3on         evidence has become available that in a few dis3nct brain  region, 
                                   parts of the hippocampus and the olfactory bulb neurons con3nue 
     and selec3on would be 
                                   to be generated throughout life, and these neurons form new 
     the mechanisms                connec3ons and become integrated in  exis3ng circuitry.” 
     behind experience        •    “Thus in these dis3nct areas of the brain, developmental processes 
     expectant, early, 3me         persist throughout life…” (Singer, 2008, p. 108) 
     framed learning 
Structural plas3city in the adult brain 
•    “MRI of licensed London taxi drivers were analyzed and 
     compared with those of control subjects who did not drive 
     taxis.  
•    The posterior hippocampi of taxi drivers were significantly 
     larger rela3ve to those of control subjects.  
                                                                      •  Structural plas3city 
•    Hippocampal volume correlated with the amount of 3me                (produc3on of 
     spent as a taxi driver (posi3vely in the posterior and 
     nega3vely in the anterior hippocampus).                             synapses and of 
•    These data are in accordance with the idea that the posterior       neurons) seems to 
     hippocampus stores a spa3al representa3on of the 
     environment and can expand regionally to accommodate 
     elabora3on of this representa3on in people with a high 
                                                                         con3nue in certain 
     dependence on naviga3onal skills.                                   parts of the brain 
•    It seems that there is a capacity for local plas3c change in        all life long 
     the structure of the healthy adult human brain in response 
     to environmental demands” (Maguire, et al.,2000) 
CAN HUMANS LEARN ANYTHING? 
‐ BIOLOGICAL CONSTRAINTS 
‐ THE ROLE OF EDUCATION 
The role of educa3on 
•  3 possible views: 
   –  One can learn everything, and learns it from scratch 
   –  What we learn depends on past experiences and is 
      constructed star3ng from these experiences, but one can 
      learn everything 
   –  The way brain has been shaped by selec3on strongly 
      constrains what can be learnt 
      •  (Posner & Rothbart, 2007) 
Can we learn anything? Constraints and biases 
                                  •    “Kuhl’s recent neuropsychological and brain imaging work 
•  Learning experiences sculpt         suggests that language acquisi3on involves the development 
                                       of neural networks  that focus on and code specific proper3es 

   the brain and cons3tute a 
                                       of the speech signals heard in early infancy, resul3ng in neural 
                                       3ssue that is dedicated to the analysis of these learned 
                                       paKerns. Kuhl claims that early neural commitment to 
   framework for future                learned paKerns can also constrain future learning; neural 
                                       networks dedicated to na3ve‐language paKerns do not detect 
                                       non‐na3ve paKerns, and may actually interfere with their 
   learning                       • 
                                       analysis (… Kuhl, 2004…). 
                                       If the ini3al coding of na3ve‐language paKerns interferes with 
                                       the learning of non‐na3ve paKerns, because they do not 
•  E. g. According to Kuhl             conform to the established “mental filter”, then early learning 
                                       of one’s primary language may limit second language 
                                       learning. By this argument, the “cri3cal period” depends on 
   (2004) mother language              experience as much as 3me, and is a process rather than a 
                                       strictly 3med window of opportunity that is opened and 

   learning builds a mental 
                                       closed by matura3on. 
                                  •    The general point is that learning produces neural  
                                       commitment to  the proper3es of the s3muli we see and 
   filter that limits second            hear. Exposure to a specific data set alters the brain by 
                                       establishing neural connec3ons that commit the brain to 
                                       processing informa3on in an ideal way for a par3cular input. .. 
   language learning                   Neural commitment func3ons as a filter that affects future 
                                       processing…  
                                  •    In adulthood, second language learners have to overcome 
                                       commiKed brains to develop new networks.” (Bransford, et al, 
                                       in Sawyer, 2009, p. 21‐22) 
Can we learn anything? Evolu3on and selec3on 

•    «… I have oXen observed that educators hold an implicit model of brain as a tabula 
     rasa or blank slate (Pinker, 2002), ready to be filled through educa3on and classroom 
     prac3ce. In this view, the capacity of the human brain to be educated, unique in the 
     human kingdom, relies upon an extended range of cor3cal plas3city unique to 
     humans. The human brain would be special in its capacity to accommodate  an 
     almost infinite range of new func3ons through learning.  
•    In this view, then, knowledge of the brain is of no help in designing educa3onal 
     policies.   
•    …. Much of current classroom content, so the reasoning goes, consists in recent 
     cultural inven3ons, such as the symbols we use in wri3ng  or mathema3cs.  Those 
     cultural tools are far too recent to have exerted any evolu3onary pressure on brain 
     evolu3on. … Thus, it is logically impossible that there exist dedicated brain 
     mechanisms evolved for reading or symbolic arithme3c. They have to be learned, 
     just like  myriads of other facts and skills in geography, history, grammar, philosophy 
     … The fact that our children can learn those materials implies that the brain is 
     nothing but a powerful universal learning machine.  » (Dehaene, in BaKro, Fischer, & 
     Léna, 2008, p. 233).  
Biology and culture 
•    Implica3on of the idea    •    «… While such a learning‐based theory might explain the vast range 
     of tabula rasa: each           of  human cultural abili3es, it also implies that the brain 
     learner is radically           implementa3on of those abili3es should be highly variable across 
     different from other            individuals. Depending on an individual’s learning history, the same 
     learners, and the              brain regions might become involved in various func3ons. … Thus, 
     same cerebral areas            one would not expect to find reproducible cerebral substrates for 
     can be affected to              recent cultural ac3vi3es such as reading and arithme3c.  
     different func3ons         •    … a wealth of recent neuroimaging and neuropsychological findings 
                                    shed light on the ability of the human brain to acquire novel cultural 
                                    objects such as reading and arithme3c. Those data go against the 
                                    hypothesis of an unbiased tabula rasa. 
                               •    … Small cor3cal regions, which occupy reproducible loca3ons in 
                                    different individuals, are recruited by tehse tasks.They accomplish 
                                    thier func3on automa3cally and oXen without awareness. 
                                    Furthermore, the leasion of these regions can lead to specific 
                                    reading or calcula3on impariments. In brief, the evidence seems to 
                                    support the  existence of dis3nct, reproducible, and rather  specific 
                                    bases for reading and arithme3c … 
Neural recycling 
•    Neural          •    «… Close examina3on of the func3ons of those brain areas in evolu3on 
     Recycling            suggests a possible resolu3on of this paradox. It is not the case that those 
     hypothesis:          areas acquire an en3rely dis3nct, culturally arbitrary new func3on. Rather, 
     biology and          they appear to possess, in other primates, a prior func3on closely related to 
     culture have a       the one that they will eventually have in humans. … rela3vely small changes 
     reciprocal           may suffice to adapt them to their new cultural domain.  
     influence        •    « neural recycling hypothesis », according to which the human capacity for 
•    The example of       cultural learning relies on a process of pre‐emp3ng or recycling pre‐exis3ng 
     mathema3cs           brain circuitry. 
                     •    In my opinion, this view implies that an understanding  of the child’s brain 
                          organiza3on is essn3al to educa3on. 
                     •    … It postulates that, although Arabic digits and  verbal numerals are culturally 
                          arbitrary and specific to humans, the sense of numerical quan3ty is not. This 
                          « number sense »  is present in very young infants and in animals. We learn 
                          to give meaning to our symbols and calcula3on by connec3ong them to this 
                          pre‐exis3ng quan3ty representa3on. … 
                     •    Animals and infants cannot discriminate two neighboring numbers such as 36 
                          and 37, but only have an approximate feeling of numerosity which gets 
                          progressively coarser as the numbers get larger.  » (Dehaene, in BaKro, 
                          Fischer, & Léna, 2008, p. 234).  
Neural recycling 
•    Neural       •    « Tanaka and colleagues (Tanaka, 1996) have studies the minimal features of 
     Recycling         objects that make monkey occipito‐temporal neurons discharge. To this end, 
     hypothesis:       they have used a procedure of progressive simplifica3on. First, a large set of 
     biology and       objects is presented un3l one is found that reliably causes a given neuron to 
     culture           discharge. The the shape of the object is simplified while trying to maintain an 
     have a            op3mal neuronal response. When the shape cannot be simplified further 
     reciprocal        without loosing the neuronal discharge, it is thought that one has discovered the 
     influence          simplest feature to which the neuron responds. Remarkably, many of these 
•    The               shapes resemble our leKers: some nerons respond to tow bars shapen in a T, 
     example of        others to a circle or to two superimposed circles forming a figure 8, etc. 
     reading           Obviously, those shapes have not been learned as leKers. Rather, they have 
                       emerged in the course of ontogeny and/or phylogeny as a simple repertoire of 
                       shapes…. 
                  •    In summary, reading, just like arithme3c, does not rely only on domain‐general 
                       mechanisms of learning. Rather, learning to read is possible because our visual 
                       system already possesses exquisite mechanisms for invariant shape recogni3on, 
                       as well as the appropriate connec3ons to link those recognized shapes to toher 
                       areas involved in auditory and abstract seman3c representa3ons of objects.  
                  •    Learning is also possible because evolu3on has endowed the system with a high 
                       degree of plas3city. Although we are not born with leKer detectors, leKers are 
                       sufficiently close to the normal repertoire of shapes in the inferotemporal 
                       regions to be easily acquired and mapped onto sounds. We pre‐empt part of this 
                       system while learning to read, rather than crea3ng a « reading area » de novo. 
                       » (Dehaene, in BaKro, Fischer, & Léna, 2008, p. 241‐242).  
PRACTICAL ISSUES RELATED TO PLASTICITY AND LEARNING 
‐ LONG LASTING LEARNING 
‐ TRANSFERABLE LEARNING  
‐ BIASES IN THE EVALUATION OF LEARNING EFFECTS 
From theory to prac3ce 
                                               •    “Learning and brain plas3city are fundamental proper3es of the 
•    How can we generate successful                 nervous system, and they hold considerable promise when it 
     interven3ons for promo3ng                      comes to learning a second language faster, maintaining our 
     relevant learning ?                            perceptual and cogni3ve skills as we age, or recovering lost 
      –    How do we pass from theory to            func3ons aXer brain injury. Learning is cri3cally dependent on 
           prac3ce?                                 experience and the environment that the learner has to face. A 
      –    Which kind of theory and                 central ques3on then concerns the types of experience that 
           evidence do we need?                     favor learning and brain plas3city. Exis3ng research iden3fies 
                                                    three main challenges in the field. First, not all improvements in 
      –    What is relevant learning?               performance are durable enough to be relevant. Second, the 
      –    Learning that is long‐las3ng and         condi3ons that op3mize learning during the acquisi3on phase 
           transferable                             are not necessarily those that op3mize reten3on. Third, learning 
                                                    is typically highly specific, showing liKle transfer from the trained 
      –    How do we promote learning               task to even closely related tasks. 
           that is long‐lasFng and             •    While individuals trained on a task will improve on that very task, 
           transferable?                            other tasks, even closely related ones, oXen show liKle or no 
                                                    improvement. 
                                               •    … brain plas3city … can also be maladap3ve … as when expert 
                                                    string musicians suffer from dystonia or motor weakness in their 
                                                    fingers as a result of extensive prac3ce with theirinstruments.  
                                               •    Finally, … we are s3ll missing the recipe for successful brain 
                                                    plas3city interven3on at the prac3cal level.” (Bavelier, et al., in 
                                                    Gazzaniga, 2009, p. 153) 
Training & Relevant learning 

                                                                 •    “it is well documented that individuals who have an 
•    Studies on the effects of training on learning should             ac3ve interest taken in their performance tend to 
     prove that the effects are long‐las3ng and that there             improve more than individuals who have no such 
     is a causal rela3onship between the kind of training             interest  taken… 
     and the learning effect 
                                                                 •    This effect can lead to powerful improvements in 
      –    The placebo effect of learning: mo3va3onal factors          performance that have liKle to do with the specific 
           influence performance, but they are not part of the 
           learning experience being evaluated                        cogni3ve  training regimen being studied, but instead 
      –    The popula3on effect: causal links are not the same         reflect social and mo3va3onal factors that influence 
           than correla3ons, since correla3on could depend            performance. 
           from external factors                                 •    Inherent differences in abili3es may lead to to the 
                                                                      differences in the ac3vi3es experienced, rather than the 
                                                                      other way round. For example, individuals born with 
                                                                      superior hand‐eye coordina3on may be quite successful 
                                                                      at baseball and thus preferen3lly tend to play baseball, … 
                                                                 •    The effects of training should be measured at least a full 
                                                                      day aXer comple3on of training… 
                                                                 •    Training studies should include a groupe that controls for 
                                                                      test‐retest effects … and, just importantly, for 
                                                                      psychological and mo3va3onal effects.  
                                                                 •    Finally, evalua3on of the efficacy of training cri3cally 
                                                                      depends on the choice of outcome measures. Outcome 
                                                                      measures closely related to the training experience are 
                                                                      more likely to show robust improvement  … Yet it is 
                                                                      cri3cal to show transfer to new tasks within  the same 
                                                                      domain …” (Bavelier, et al., in Gazzaniga, 2009, p. 
                                                                      154‐155) 
Learning as reusable 
•    “Learning involves acquiring new informa3on      •    Learning is supposed to be re‐usable 
     and uFlizing it later when necessary. Thus,            –    An example: Imagine a motor therapy which 
     any kind of learning implies generalizaFon of               induces the learning of new movements, but 
     the originally acquired informa3on: to new                  these movements can only be accomplished 
     occasions, new loca3ons, new objects, new                   in the therapy room 
     contexts, etc. However, any piece of new 
     informa3on that an organism perceives is 
     episodic and par3cular: it involves a single 
     3me, a specific loca3on and context, and 
     par3cular objects).” (Gergely & Csibra, 2009, 
     p. 3)  

•    “The ques3on of how one can learn (i.e., 
     acquire general knowledge) from bits of 
     episodic informa3on is known as the 
     inducFon problem and has been tackled by 
     various theories of learning. These usually 
     rely on sta3s3cal procedures that involve 
     sampling mul3ple episodes of experience to 
     form the basis of generaliza3on to novel 
     instances.” (Gergely & Csibra, p. 3) 
Learning is long‐las3ng 
     The neuromyth of the Mozart effect 
•    In many cases, training produces effects that            •    “Many types of transient effect may indeed 
     cannot be considered as relevant learning,                   be causally related to the training 
     because:                                                     interven3on; however, they are not 
                                                                  considered true learning effects because they 
      –    It is not sufficiently generalized learning: an          last only a few minutes following the 
           effect on learning that is bound to the trained         cessa3on of training.  
           task is barely interes3ng                         •    An excellent example is the so‐called Mozart 
      –    It is not long‐las3ng learning : an effect on           effect, where listenint to only 10 minutes of a 
           learning is not proved by experiments that             Mozart sonata was reported to lead to  
           evaluate short‐term effects (e.g.: violent              significant performance increases on the 
           effects of violent video games) 
                                                                  Stanford Binet IQ spa3al reasoning task …  
      –    Other variables than the the learning 
           experience produce an effect, but are not          •    Unfortunately, in addi3on to proving difficult 
           controlled for and evaluated                           to replicate consistently, … the validity of this 
                                                                  enhancement as true learning effect has 
                                                                  been ques3oned, as any posi3ve effects last 
                                                                  only a few minutes.” (Bavelier, et al., in 
•    The Mozart effect, a classic case of                          Gazzaniga, 2009, p. 153) 
     performance enhancement that is NOT a 
     form of learning, because it does not last 
•    … and a classic neuromyth 
Learning is long‐las3ng 
       The lack of evidence about violent 
                  video games  
•    Violent video games seem to produce effects        •    “studies that have examined the impact of 
     on physiological arousal, verbal violence, but         playing violent viode games on aggressive 
     these effects are only tested few minutes               behavior may suffer from the same 
     aXer the exposi3on.                                    weakness, as the tests used to assess 
                                                            changes in the dependent variables of 
                                                            interest (behavior, cogni3on, affect, etc;) are 
                                                            typically given within minutes of the end of 
                                                            exposure to the violent video game. Given 
                                                            that violent video games are known to 
                                                            trigger a host of transient physiological 
                                                            changes associated with increased arousal 
                                                            and stress (i.e. fight or flight responses) it is 
                                                            important to demonstrate that any changes 
                                                            in behavior or cogni3on are noy likewise 
                                                            transient in nature.” (Bavelier, et al., in 
                                                            Gazzaniga, 2009, p. 154) 
Learning generalizable and 
                        transferable  

•    Learning shows a strong specificity: transfer    •    “In the field of learning, transfer of learning 
     to even near domains is rare                         from the trained task to even other very 
                                                          similar task is generally the excep3on rather 
                                                          than the rule.  
                                                     •    For isntance, Pashler and Baylis (1991) 
                                                          trained subjects to associate one of three 
                                                          keys with visually presented symbols (leX key 
                                                          = P or 2, middle key = V or 8, right key = K or 
                                                          7). Over the course of mul3ple training 
                                                          blocks, par3cipants reac3on 3me decreased 
                                                          significantly. However, when new symbols 
                                                          were added that needed to be mapped to 
                                                          the same keys in addic3on to the learned 
                                                          symbols … no evidence of transfer was 
                                                          evident.” (Bavelier, et al., in Gazzaniga, 2009, 
                                                          p. 153‐154) 

Más contenido relacionado

Similar a Cogmaster 2011_Ep1

Plasticity of the brain - VCE U4 Psychology
Plasticity of the brain - VCE U4 PsychologyPlasticity of the brain - VCE U4 Psychology
Plasticity of the brain - VCE U4 PsychologyAndrew Scott
 
292 CerconeCopyright © 2006, Idea Group Inc. Copying or .docx
292   CerconeCopyright © 2006, Idea Group Inc. Copying or .docx292   CerconeCopyright © 2006, Idea Group Inc. Copying or .docx
292 CerconeCopyright © 2006, Idea Group Inc. Copying or .docxlorainedeserre
 
The nervous system: an evolutionary approach
The nervous system: an evolutionary approachThe nervous system: an evolutionary approach
The nervous system: an evolutionary approachCaio Maximino
 
A history of optogenetics the development of tools for controlling brain circ...
A history of optogenetics the development of tools for controlling brain circ...A history of optogenetics the development of tools for controlling brain circ...
A history of optogenetics the development of tools for controlling brain circ...merzak emerzak
 
SfN Neuroscience Core Concepts2
SfN Neuroscience Core Concepts2SfN Neuroscience Core Concepts2
SfN Neuroscience Core Concepts2Joann Haase
 
The Collaborative Mind: Neuroplasticity and Cybernetic Social Cognition
The Collaborative Mind: Neuroplasticity and Cybernetic Social CognitionThe Collaborative Mind: Neuroplasticity and Cybernetic Social Cognition
The Collaborative Mind: Neuroplasticity and Cybernetic Social CognitionMicah Allen
 
Development
DevelopmentDevelopment
Developmentvacagodx
 
Neuroplasticity of brain
Neuroplasticity of brainNeuroplasticity of brain
Neuroplasticity of brainDiptanshu Das
 
Session 1 Presentation: Attachment, Emotional Well-being and the Developing B...
Session 1 Presentation: Attachment, Emotional Well-being and the Developing B...Session 1 Presentation: Attachment, Emotional Well-being and the Developing B...
Session 1 Presentation: Attachment, Emotional Well-being and the Developing B...AndriaCampbell
 
Constructivist Learning2008
Constructivist Learning2008Constructivist Learning2008
Constructivist Learning2008drburwell
 
"Sherrington's legacy" by Emmanuelle Tognoli
"Sherrington's legacy" by Emmanuelle Tognoli "Sherrington's legacy" by Emmanuelle Tognoli
"Sherrington's legacy" by Emmanuelle Tognoli EmmanuelleTognoli
 
Premotor Cortex Argumentative Analysis
Premotor Cortex Argumentative AnalysisPremotor Cortex Argumentative Analysis
Premotor Cortex Argumentative AnalysisAmanda Hengel
 
screening models for Nootropics and models for Alzheimer's disease
screening models for Nootropics and models for Alzheimer's diseasescreening models for Nootropics and models for Alzheimer's disease
screening models for Nootropics and models for Alzheimer's diseaseAswin Palanisamy
 
ppt- paper 303.pptx
ppt- paper 303.pptxppt- paper 303.pptx
ppt- paper 303.pptxManjunathAT8
 
Neuroscience and education
Neuroscience and educationNeuroscience and education
Neuroscience and educationmrlile
 

Similar a Cogmaster 2011_Ep1 (20)

Gdp2 2013 14-2
Gdp2 2013 14-2Gdp2 2013 14-2
Gdp2 2013 14-2
 
Plasticity of the brain - VCE U4 Psychology
Plasticity of the brain - VCE U4 PsychologyPlasticity of the brain - VCE U4 Psychology
Plasticity of the brain - VCE U4 Psychology
 
292 CerconeCopyright © 2006, Idea Group Inc. Copying or .docx
292   CerconeCopyright © 2006, Idea Group Inc. Copying or .docx292   CerconeCopyright © 2006, Idea Group Inc. Copying or .docx
292 CerconeCopyright © 2006, Idea Group Inc. Copying or .docx
 
The nervous system: an evolutionary approach
The nervous system: an evolutionary approachThe nervous system: an evolutionary approach
The nervous system: an evolutionary approach
 
A history of optogenetics the development of tools for controlling brain circ...
A history of optogenetics the development of tools for controlling brain circ...A history of optogenetics the development of tools for controlling brain circ...
A history of optogenetics the development of tools for controlling brain circ...
 
SfN Neuroscience Core Concepts2
SfN Neuroscience Core Concepts2SfN Neuroscience Core Concepts2
SfN Neuroscience Core Concepts2
 
The Collaborative Mind: Neuroplasticity and Cybernetic Social Cognition
The Collaborative Mind: Neuroplasticity and Cybernetic Social CognitionThe Collaborative Mind: Neuroplasticity and Cybernetic Social Cognition
The Collaborative Mind: Neuroplasticity and Cybernetic Social Cognition
 
Development
DevelopmentDevelopment
Development
 
Neuroplasticity of brain
Neuroplasticity of brainNeuroplasticity of brain
Neuroplasticity of brain
 
Tf77799400
Tf77799400Tf77799400
Tf77799400
 
Neuroplasticity.pptx
Neuroplasticity.pptxNeuroplasticity.pptx
Neuroplasticity.pptx
 
Session 1 Presentation: Attachment, Emotional Well-being and the Developing B...
Session 1 Presentation: Attachment, Emotional Well-being and the Developing B...Session 1 Presentation: Attachment, Emotional Well-being and the Developing B...
Session 1 Presentation: Attachment, Emotional Well-being and the Developing B...
 
Constructivist Learning2008
Constructivist Learning2008Constructivist Learning2008
Constructivist Learning2008
 
رویکرد علوم اعصاب؛ ذهن به عنوان مغز
رویکرد علوم اعصاب؛ ذهن به عنوان مغز رویکرد علوم اعصاب؛ ذهن به عنوان مغز
رویکرد علوم اعصاب؛ ذهن به عنوان مغز
 
Brain and Its Functions- Part 3
Brain and Its Functions- Part 3Brain and Its Functions- Part 3
Brain and Its Functions- Part 3
 
"Sherrington's legacy" by Emmanuelle Tognoli
"Sherrington's legacy" by Emmanuelle Tognoli "Sherrington's legacy" by Emmanuelle Tognoli
"Sherrington's legacy" by Emmanuelle Tognoli
 
Premotor Cortex Argumentative Analysis
Premotor Cortex Argumentative AnalysisPremotor Cortex Argumentative Analysis
Premotor Cortex Argumentative Analysis
 
screening models for Nootropics and models for Alzheimer's disease
screening models for Nootropics and models for Alzheimer's diseasescreening models for Nootropics and models for Alzheimer's disease
screening models for Nootropics and models for Alzheimer's disease
 
ppt- paper 303.pptx
ppt- paper 303.pptxppt- paper 303.pptx
ppt- paper 303.pptx
 
Neuroscience and education
Neuroscience and educationNeuroscience and education
Neuroscience and education
 

Más de elena.pasquinelli (20)

Gdp2 2013 14-14bis
Gdp2 2013 14-14bisGdp2 2013 14-14bis
Gdp2 2013 14-14bis
 
Gdp2 2013 14-13
Gdp2 2013 14-13Gdp2 2013 14-13
Gdp2 2013 14-13
 
Gdp2 2013 14-14
Gdp2 2013 14-14Gdp2 2013 14-14
Gdp2 2013 14-14
 
Gdp2 2013 14-9
Gdp2 2013 14-9Gdp2 2013 14-9
Gdp2 2013 14-9
 
Gdp2 2013 14-8
Gdp2 2013 14-8Gdp2 2013 14-8
Gdp2 2013 14-8
 
Gdp2 2013 14-7
Gdp2 2013 14-7Gdp2 2013 14-7
Gdp2 2013 14-7
 
Gdp2 2013 14_3
Gdp2 2013 14_3Gdp2 2013 14_3
Gdp2 2013 14_3
 
Gdp2 2013 14-1
Gdp2 2013 14-1Gdp2 2013 14-1
Gdp2 2013 14-1
 
20130112
2013011220130112
20130112
 
technomyths
technomythstechnomyths
technomyths
 
Illusions cognitives
Illusions cognitivesIllusions cognitives
Illusions cognitives
 
rabbit
rabbitrabbit
rabbit
 
illusions perceptives
illusions perceptivesillusions perceptives
illusions perceptives
 
Ecc2012 13 10
Ecc2012 13 10Ecc2012 13 10
Ecc2012 13 10
 
ECC_2012 2013_huron
ECC_2012 2013_huronECC_2012 2013_huron
ECC_2012 2013_huron
 
Piazza cogmaster cognitive_neuroscience2013
Piazza cogmaster cognitive_neuroscience2013Piazza cogmaster cognitive_neuroscience2013
Piazza cogmaster cognitive_neuroscience2013
 
20121108 gdp2 fr
20121108 gdp2 fr20121108 gdp2 fr
20121108 gdp2 fr
 
Ecc2012 13 5
Ecc2012 13 5Ecc2012 13 5
Ecc2012 13 5
 
Ecc2012 13 9
Ecc2012 13 9Ecc2012 13 9
Ecc2012 13 9
 
Ecc2012 13 5
Ecc2012 13 5Ecc2012 13 5
Ecc2012 13 5
 

Cogmaster 2011_Ep1

  • 1. EP1.  Learning  Elena Pasquinelli  Educa3on, cogni3on, cerveau  Cogmaster 2010‐2011 
  • 2. Op3miza3on of educa3on  •  “Considera3ons on the op3miza3on of  educa3onal strategies should take into  account knowledge on brain development and  learning mechanisms that has been  accumulated by neurobiological research over  the past decades.” (Singer, in BaKro, Fischer &  Léna, 2008, p. 97) 
  • 4. Defini3on of learning  •  Learning = modifica3on of stored  •  “any learning, i.e. the  knowledge and of computa3onal  programs  modificaFon of  computaFonal  •  Which takes place through the  programs and of stored  modifica3on of the brain  knowledge, must occur  func3onal architecture  through las$ng  changes in their  •  Learning = long‐las3ng change in  func$onal  the func3onal architecture of the  brain  architecture.” (Singer,  2008, p. 98) 
  • 5. Defini3on of knowledge  •  Knowledge is the product of  •  « there is no dichotomy between  biological processes, which  hard‐ and soXware in the brain.  determine or modify the  The way in which brains operate  func3onal architecture of the  is fully determined by the  brain  integra3ve proper3es of the  •  Learning is one of these  individual nerve cells and the way  processes  in which they are interconnected.  It is the func3onal architecture,  the blueprint of connec3ons and  their respec3ve weight, that  determines how brains perceive,  decide, and act.   •  … all the knowledge that a brain  possesses reside in its func3onal  architecture. » (Singer, 2008, p.  98) 
  • 6. Modifica3on of the brain’s func3onal  architecture: 3 processes   •  3 different processes are  “Such changes can be obtained   responsible of the  by altering the integraFve properFes of  individual neurons,   specifica3on/modifica3on  by changing the anatomical connecFvity  of the brain’s func3onal  paPerns,   architecture (and thus, to  and by modifying the efficacy of  knowledge acquisi3on):  excitatory and/or inhibitory  connecFons. …”(Singer, 2008, p. 98)  “Evolu3on,   Ontogene3c development,  And learning.” (Singer, 2008, p. 98) 
  • 7. a. Learning and evolu3on  •  “The architectures of the brain have evolved according  1  Evolu3on has selected both  to the same principles of trial, error and selec3on as all  the other components of organisms. …Through this  learning mechanisms and  process of selec3on, informa3on about useful  knowledge contents:  computa3onal opera3ons was implemented in the  –  Ex.: “Fire together, wire  brain architectures and stored in the genes. Every 3me  together”: les neurones qui  an organism develops, this informa3on is transmiKed  sont ac3fs en même temps  from the genes through a complicated developmental  tendent à créer des  process into specific brain architectures which the  connexions (appren3ssage  translate this knowledge into well adapted  associa3f)  behavior.” (Singer, 2008, p. 98‐99)  –  Ex. How humans interpret  •  “… computa3onal strategies, as for example the  sensory signals  learning mechanisms that associates temporally  conFngent signals, have remained virtually unchanged  2  The brain stores knowledge  throughout evolu3on.” (Singer, 2008, p. 99)  even before making  •  “Thus, an  enormous amount of informaFon is stored  experiences: it’s not a  in the funcFonal architecture of highly evolved brains,  and one of the sources of this informaFon is  tabula rasa.  evoluFonary selecFon.”  –  EducaFon cannot be  •  “Inborn knowledge defines how we perceive and  considered as the task of  interpret sensory signals, evaluate regulari3es and  filling a hollow box  derive rules, associate signals with one another and  iden3fy causal rela3ons, aKach emo3onal connota3ons  to sensory signals, and finally how we reason.” (Singer,  2008, p. 99) 
  • 8. b. Learning and development  •  Neural circuits are formed and  •  “… this process of circuit forma3on  selected during the development of  and selec3on according to func3onal  the brain (from birth to the end of  criteria persists un3l the end of  puberty)   puberty – but it occurs within  –  Development includes 3me window, or  precisely 3med windows that differ  expects certain s3muli at specific  for different structures.”  periods of the life of the animal in order  to implementcertain func3ons  •  “Once the respec3ve developmental  windows close, neurons stop forming  •  Development and learning cross their  new connec3ons and exis3ng  paths, but aXer puberty neural  connec3ons cannot be removed.”  circuits and the structural  architecture of the brain are  •  “The only way to induce further  (apparently) mi‐ostly stabilized  modifica3ons in the now cristallized  architecture is to change the efficacy  •  Adult learning: Func3onal  of the exisFng connecFons. » These  modifica3ons (strenght of the  func3onal modifica3ons are assumed  connec3ons) are the main  to be the basis of adult learning and  mechanisms for the modifica3on of  aXer puberty are constrained by the  the func3onal architecture of the  the invariant anatomical  brain  architectures.” (Singer, 2008, p. 101)  
  • 9. The role of experience  •  In addic3on to gene3c mechanisms, the  •  “The drama3c effects that deprivaFon has  brain is modified by experience  on the matura3on of brain architectures  –  At the level of epigenesis and  raise the ques3on why nature has  development  –  At the level of learning  implemented developmental mechanisms  •  Contraints to what can be learnt:   that expose the maturing brain to the  hazards of sensory experience.   –  Certain mechanisms protect the brain  from adap3g‐ng to any new informa3on  •  Through epigene3c shaping of the brain’s  coming from the environment  func3onal architecture the organisms can  adapt their neuronal architectures to the  •  The brain at birth is s3ll immature: neurons  environment in which they happen to be  are in place, basic distant connec3ons  born, and this economizes greatly the  between neurons are formed, but not the  most part of the neurons of the cortex  computa3onal resources that have to be  •  During development connec3ons are formed  invested in order to cope with the specific  and tested “fire together‐wire together”:  challenges of the respec3ve  those connec3ons, which have a high  environments.” (Singer, 2008, p. 102‐103)  probability of being ac3vated simultaneously  are consolidated, those which have a low  probability are discarded.   •  AXer birth, this networking ac3vity is  influenced by individual experience of the   environment and sensory signals 
  • 10. c. Learning (adult) = func3onal modifica3ons of  brain’s func3onal architecture  •  Learning does not modify the  •  “… adult learning relies on changes in  architecture of the brain at a  the efficacy of excitatory and/or  structural level (mostly):   inhibitory connec3ons. The  •  it produces func3onal modifica3ons  mechanisms that mediate these  that affect the strength of the  learning‐induced changes in the  connec3ons between neurons  coupling strength among neurons  (synapses) =  closely resemble those which  •  Func3onal plas3city  mediate the ac3vity dependent  circuit changes during experience‐ dependent development.  –  The defini3on raises the issue of the  defini3on of plas3city, and the  •  The only major difference is that in  rela3onship between plas3city and  the adult, weakening of  connec3ons  learning  is not followed by removal and that  no new connec3ons are  formed.” (Singer, 2008, p. 108) 
  • 12. Cri3cal (sensi3ve) periods for learning  •  Cri3cal periods = 3me‐window  •  “Several brain researchers have  opportuni3es  hypothesized that humans’ brains are  •  Development of vision  preprogrammed to learn certain kinds  –  Hubel & Wiesel, 1970: monocular  of knowledge during a limited window  depriva3on reduces the number of cells  of 3me known as cri3cal period.   responding to the ac3vity of the  •  But the latest brain science is  deprived eye  beginning to ques3on this simplis3c  –   monocular depriva3on has different  developmental no3on. For example,  effects at different ages  new brain research shows that the  •  Development of language  3ming of cri3cal periods differ  significantly in the visual, auditory and  language systems. Even within  different systems, there is emerging  evidence that the brain is much more  plas3c that herefore  assumed…” (Bransford, et al, in Sawyer,  2009, p. 21) 
  • 13. The myth of the first three years  •  The no3on of cri3cal periods has been  •  “ Neuroscien3sts now understand that cri3cal  domina3ng the world of educa3on and has  periods and synaptogenesis/synap3c pruning  given birth to myth of the first three years  are related. Neural systems, par3cularly highly  •  Bruer, 1997 describes this myth as a typical  acute  systems like vision, have evolved to  case of bad transla3on from neuroscien3fic  depend on the presence of ubiquitous  data to educa3onal applica3ons  environmental s3muli to fine‐tune their neural  circuitry.   •  Bruer, 1997 cri3cizes the  iden3fica3on of  •  Neuroscien3sts also know that that there are  learning with  synaptogenesis:  different cri3cal periods for specific func3ons.  … For example, within the visual system, there  –  Different systems have different sensi3ve  are different cri3cal periods for ocular  periods, in the sense that they do not develop  at the same rate (including within the visual  dominance, visual acuity, binocular func3on,  system)  and stereopsis.  … The human language  –  Human cri3cal periods are not necessarily the  func3on also seems to have several cri3cal  same as animals  periods … In contrast to phonology and syntax  –  The brain is more plasFc than accorded  there is no cri3cal period for learning the  before  lexicon.   –  Learning cannot be reduced to  •  … they now tend to interpret cri3cal periods in  synaptogenesis  terms of subtle, possibly gradual, changes in   brain plas3city – changes in the brain’s ability  to be shaped and changed by experience that  occurs during the life3me of the  animal.” (Bruer, 1997, p. 8) 
  • 14.  general rule for neuroeduca3on  •  “ In reviewing this work, readers outside the field  •  Bruer has used the myth of the first three years for  should be aware of its complexity  and the  showing that neuroscience is s3ll a bridge too far  methodological issues involved.” (Bruer, 1997, p. 6)  from educa3on, and can give rise to neuromyths  •  “Whatever the 3me course of synaptogenesis in  and misapplica3ons  humans, if it has relevance for child development  •  i.e. Generaliza3on of considera3ons that are  and educa3on, we must be able to associate this  extracted from  neurodevelopmental change with changes in  –  Animal experiments  infants’ behavior and cogni3ve capaci3es  …These  –  Data on specific func3ons  exemples are all significant developmental  •  i.e. Genraliza3on of  brain facts into behavioral  milestones that no doubt depend on brain  phenomena  development. We do know that these milestones  –  E.g. in the case of synaptogenesis, cri3cal periods and  are correlated with synaptogenesis (at least in the  leanring  visual cortex)… Educators should note two things  however. First in all these examples, increases in  synap3c density are correlated with the ini3al  emergence of skills and capaci3es. These skills  and  •  Nonetheless,  capaci3es con3nue to improve aXer synap3c  –  Neuroscience does not reduce learning to  densi3es begin to regress to adult, mature levels. …  synaptogenensis and synap3c selec3on, …  Thus the most we can say is that synaptogenesis  may be necessary for the emergence of these  abili3es and behaviors, but it cannot account  en3rely for their con3nued refinement.  ” (Bruer,  1997, p. 6) 
  • 15. From cri3cal periods to different forms  of plas3city  •  The brain is interested by  experience in two ways: as an  •  “ informa3on storage refers to incorpora3on of environmental  informa3on that is ubiquitous in the environment and  expecta3on or as a dependent  common to all species members, such as the basic elements of  paKern percep3on. Experience expectant processes appear to  variable for modifica3on  have evolved as a neural prepara3on for incorporing specific  informa3on: in many sensory systems, synap3c connec3ons  •   Those of  Experience‐ between nerve cells are overproduced, and a subsequent  selec3on process occurs in which aspects of sensory  expectant and of Experience‐ experience determine the paKern of connec3ons that remains.   dependent modifica3ons are  •  Experience‐dependent informa3on storage refers to  incorpora3on of environmental informa3on that is  an alterna3ve to the concepts  idiosyncra3c, or unique to the individual, such as learning  about one’s specific physical environment or vocabulary. The  of cri3cal or sensi3ve period  neural basis of experience‐dependent processes appear to  involve ac3ve forma3on of new synap3c connec3ons in  •  The two no3ons point to  response to the events providing the informa3on to be stored.   different neural mechanisms of  •  Although these processes probably do not occur en3rely  independently of one another in development, the categories  plas3city (advantage in  offer a new view more in accord with neural mechanisms than  were terms like “cri3cal” or “sensi3ve period”. (Greenough,  comparison to the no3on of  Black & Wallace, 1987)  cri3cal period) 
  • 16. •  Experience‐expectant plas3city:   •  “We propose that mammalian brain development  –  Selected by evolu3on  relies upon two different categories of plas3city for the  –  Concerns sensory motor func3ons  storage of environmentally origina3ng informa3on.   •  The first of these probably underlies many sensi3ve or  –  Allows to fine‐tune the sensory motor systems in  cri3cal period phenomena. This process, which we  term experience expectant , is designed to u3lize the  rela3onship to the environment  sort of environmental informa3on that is ubiquitous  and has been so throughout much of the evolu3onary  –  Through the selec3on of synapses that have been  history of the subject.   generated in excess  •  An important component of the neural processes  underlying experience expectant informa3on storage  –  Defines the s3muli that should be found in the  appears to be the intrinsically governed genera3on of  environment for the func3on to develop in a certain way   an excess of synap3c connec3ons among neurons, with  experien3al input  subsequently determining which of  –  Experiences are very general and concern s3muli, which  them survive.  •  The second type of plas3city, which we call experience  are normally present in the environment  dependent, is involved in the storage of informa3on  that is unique to the individual. Mammals in par3cular  have evolved nervous systems that can take advantage  of such informa3on…  •  Experience‐dependent plas3city:  •  An important aspect of the mechanism underlying   experience dependent informa3on storage appears to  –  Does not depend on mechanisms that have been selected  be the genera3on of new synap3c connec3ons in  by evolu3on according to a precise 3ming  response to the occurrence of a to‐be‐remembered  event.” (Greenough, Black & Wallace, 1987)  –  Evolu3on has selected a capacity to learn from experience  in general  –  Through the genera3on of synapses, and the modifica3on  of the strength of the synapses 
  • 17. 3 mechanisms for func3onal and  structural plas3city  •  Plas3city is the basis of learning from  •  « The most fascina3ng and important  experience, and learning modifies  property of mammalian brain is its  future thought, behavior, feeling  remarkable plas3city, which can be  •  3 mechanisms:  thought of as the ability of  –  Synap3c plas3city = change in strength  experience to modify neural circuitry  or efficacy of synap3c transmission  and thereby to modify future  –  Synaptogenesis & synap3c pruning  thought, behavior, feeling. Thinking  –  Excitability proper3es of single neurons  simplis3cally, neural ac3vity can  modify the behavior of neural circuits  •  Synap3c plas3city can be transient  by one of three mechanisms: (a) by  (short term phenomena such as  modifying the strength or efficacy of  synap3c transmission at preexis3ng  short‐term adapta3on to sensory  synapses, (b) by elici3ng the growth  inputs) – depends on modula3on of  transmiKer release  of new synap3c connec3ons or the  pruning away of exis3ng ones, (c) by  •  Or long las3ng: long‐term form of  modula3ng the excitability proper3es  memory   of individual neurons. Synap3c  –  LTP/LTD (long‐term poten3a3on/long‐ plas3city refers to the first of these  term depression) mechanisms  mechanisms …» (Malenka, 2002, p.  147) 
  • 18. LTP  •  LTP: repe33ve ac3va3on of excitatory synapses in the  •  “During the last decade, there was enormous interest in  hyppocampus causes an increase in synap3c strength that can  elucida3ng the mechanisms responsible for ac3vity‐ last for hours  dependent long‐las3ng modifica3ons in synap3c strength.  •  LTP is hypothesized to be involved in the forma3on of  The great interest in this topic is largely based on the simple  memories and more generally in informa3on storing, hence in  idea that external and internal events are represented in the  learning in general, because LTP and learning considered at  brain as complex spa3otemporal paKerns of neuronal ac3vity,  the behavioral level  share some proper3es:  the proper3es of which result from the paKern of synap3c  –  LTP can be generated rapidly and is prolonged and  weights at the connec3ons made between the neurons that  strengthened by repe33on  are contribu3ng to this ac3vity. The corollary to this  –  It is input specific (it is elicited at the ac3vated synapses and  hypothesis is that new informa3on is stored (i.e., memories  not at adjacent synapses of the same neuron)  are generated) when ac3vity in a circuit causes a long‐las3ng  change in the paKern of synap3c weights.  –   It’s long‐las3ng  •  How? Modifica3on of dendri3c spines? Growth of spines?  •  …support for such a process was lacking un3l the early 1970s,  Genera3on of new synapses as a consequence of the splirng or  when it was demonstrated that repe33ve ac3va3on of  duplica3on of exis3ng spines?   excitatory synapses in the hippocampus caused an increase in  •  Incorpora3ng structural changes into the  mechanisms of long‐ term synap3c plas3city provides means by which the ac3vity   synap3c strength that could last for hours or even days  generated by experience can cause long‐las3ng modifica3ons of  (12,13). This long‐las3ng synap3c enhancement, LTP, has  neural circuitry   been the object of intense inves3ga3on because it is widely  believed that LTP provides an important key to understanding  the molecular mechanisms by which memories are formed  (14,15) and, more generally, by which experience modifies  behavior. Furthermore, the ac3vity‐ and experience‐ dependent refinement of neural circuitry that occurs during  development shares features with learning, and thus a role  for LTP in this process has been proposed” (Malenka, 2002, p.  148) 
  • 19. More structural plas3city  •  Experience dependent  •  “ Un3l rela3vely recently, it was widely assumed that, except for  plas3city would  certain cases of response to brain damage, the brain acquired all of  depend on the dynamic  the synapses it was going to have during development, and that  further plas3c change was probably accomplished through  genera3on of synapses  modifica3ons of the strength of preexis3ng connec3ons.  (or the dynamic  •   … it has now become quite clear that new connec3ons may arise  modifica3on of the  as a result of of differen3al housing condi3ons  and other  strength of synapses)  manipula3ons throughout much, if not all, the life of the rat…  rather than on a  •  There has not yet been a specific demonstra3on of what might be  mechanism of chronic  represented by the changes in synap3c connec3ons brought about  overproduc3on of  by differen3al environmental complexity, nor are the details of the  synapses, which are  rela3onship between brain structure and behavioral  successively selected  performance.” (Greenough, Black & Wallace, 1987, p. 547‐548)  by experience  •  “However, there are a few excep3ons. Over the past years,  •  Chronic overproduc3on  evidence has become available that in a few dis3nct brain  region,  parts of the hippocampus and the olfactory bulb neurons con3nue  and selec3on would be  to be generated throughout life, and these neurons form new  the mechanisms  connec3ons and become integrated in  exis3ng circuitry.”  behind experience  •  “Thus in these dis3nct areas of the brain, developmental processes  expectant, early, 3me  persist throughout life…” (Singer, 2008, p. 108)  framed learning 
  • 20. Structural plas3city in the adult brain  •  “MRI of licensed London taxi drivers were analyzed and  compared with those of control subjects who did not drive  taxis.   •  The posterior hippocampi of taxi drivers were significantly  larger rela3ve to those of control subjects.   •  Structural plas3city  •  Hippocampal volume correlated with the amount of 3me  (produc3on of  spent as a taxi driver (posi3vely in the posterior and  nega3vely in the anterior hippocampus).   synapses and of  •  These data are in accordance with the idea that the posterior  neurons) seems to  hippocampus stores a spa3al representa3on of the  environment and can expand regionally to accommodate  elabora3on of this representa3on in people with a high  con3nue in certain  dependence on naviga3onal skills.   parts of the brain  •  It seems that there is a capacity for local plas3c change in  all life long  the structure of the healthy adult human brain in response  to environmental demands” (Maguire, et al.,2000) 
  • 22. The role of educa3on  •  3 possible views:  –  One can learn everything, and learns it from scratch  –  What we learn depends on past experiences and is  constructed star3ng from these experiences, but one can  learn everything  –  The way brain has been shaped by selec3on strongly  constrains what can be learnt  •  (Posner & Rothbart, 2007) 
  • 23. Can we learn anything? Constraints and biases  •  “Kuhl’s recent neuropsychological and brain imaging work  •  Learning experiences sculpt  suggests that language acquisi3on involves the development  of neural networks  that focus on and code specific proper3es  the brain and cons3tute a  of the speech signals heard in early infancy, resul3ng in neural  3ssue that is dedicated to the analysis of these learned  paKerns. Kuhl claims that early neural commitment to  framework for future  learned paKerns can also constrain future learning; neural  networks dedicated to na3ve‐language paKerns do not detect  non‐na3ve paKerns, and may actually interfere with their  learning  •  analysis (… Kuhl, 2004…).  If the ini3al coding of na3ve‐language paKerns interferes with  the learning of non‐na3ve paKerns, because they do not  •  E. g. According to Kuhl  conform to the established “mental filter”, then early learning  of one’s primary language may limit second language  learning. By this argument, the “cri3cal period” depends on  (2004) mother language  experience as much as 3me, and is a process rather than a  strictly 3med window of opportunity that is opened and  learning builds a mental  closed by matura3on.  •  The general point is that learning produces neural   commitment to  the proper3es of the s3muli we see and  filter that limits second  hear. Exposure to a specific data set alters the brain by  establishing neural connec3ons that commit the brain to  processing informa3on in an ideal way for a par3cular input. ..  language learning  Neural commitment func3ons as a filter that affects future  processing…   •  In adulthood, second language learners have to overcome  commiKed brains to develop new networks.” (Bransford, et al,  in Sawyer, 2009, p. 21‐22) 
  • 24. Can we learn anything? Evolu3on and selec3on  •  «… I have oXen observed that educators hold an implicit model of brain as a tabula  rasa or blank slate (Pinker, 2002), ready to be filled through educa3on and classroom  prac3ce. In this view, the capacity of the human brain to be educated, unique in the  human kingdom, relies upon an extended range of cor3cal plas3city unique to  humans. The human brain would be special in its capacity to accommodate  an  almost infinite range of new func3ons through learning.   •  In this view, then, knowledge of the brain is of no help in designing educa3onal  policies.    •  …. Much of current classroom content, so the reasoning goes, consists in recent  cultural inven3ons, such as the symbols we use in wri3ng  or mathema3cs.  Those  cultural tools are far too recent to have exerted any evolu3onary pressure on brain  evolu3on. … Thus, it is logically impossible that there exist dedicated brain  mechanisms evolved for reading or symbolic arithme3c. They have to be learned,  just like  myriads of other facts and skills in geography, history, grammar, philosophy  … The fact that our children can learn those materials implies that the brain is  nothing but a powerful universal learning machine.  » (Dehaene, in BaKro, Fischer, &  Léna, 2008, p. 233).  
  • 25. Biology and culture  •  Implica3on of the idea  •  «… While such a learning‐based theory might explain the vast range  of tabula rasa: each  of  human cultural abili3es, it also implies that the brain  learner is radically  implementa3on of those abili3es should be highly variable across  different from other  individuals. Depending on an individual’s learning history, the same  learners, and the  brain regions might become involved in various func3ons. … Thus,  same cerebral areas  one would not expect to find reproducible cerebral substrates for  can be affected to  recent cultural ac3vi3es such as reading and arithme3c.   different func3ons  •  … a wealth of recent neuroimaging and neuropsychological findings  shed light on the ability of the human brain to acquire novel cultural  objects such as reading and arithme3c. Those data go against the  hypothesis of an unbiased tabula rasa.  •  … Small cor3cal regions, which occupy reproducible loca3ons in  different individuals, are recruited by tehse tasks.They accomplish  thier func3on automa3cally and oXen without awareness.  Furthermore, the leasion of these regions can lead to specific  reading or calcula3on impariments. In brief, the evidence seems to  support the  existence of dis3nct, reproducible, and rather  specific  bases for reading and arithme3c … 
  • 26. Neural recycling  •  Neural  •  «… Close examina3on of the func3ons of those brain areas in evolu3on  Recycling  suggests a possible resolu3on of this paradox. It is not the case that those  hypothesis:  areas acquire an en3rely dis3nct, culturally arbitrary new func3on. Rather,  biology and  they appear to possess, in other primates, a prior func3on closely related to  culture have a  the one that they will eventually have in humans. … rela3vely small changes  reciprocal  may suffice to adapt them to their new cultural domain.   influence  •  « neural recycling hypothesis », according to which the human capacity for  •  The example of  cultural learning relies on a process of pre‐emp3ng or recycling pre‐exis3ng  mathema3cs  brain circuitry.  •  In my opinion, this view implies that an understanding  of the child’s brain  organiza3on is essn3al to educa3on.  •  … It postulates that, although Arabic digits and  verbal numerals are culturally  arbitrary and specific to humans, the sense of numerical quan3ty is not. This  « number sense »  is present in very young infants and in animals. We learn  to give meaning to our symbols and calcula3on by connec3ong them to this  pre‐exis3ng quan3ty representa3on. …  •  Animals and infants cannot discriminate two neighboring numbers such as 36  and 37, but only have an approximate feeling of numerosity which gets  progressively coarser as the numbers get larger.  » (Dehaene, in BaKro,  Fischer, & Léna, 2008, p. 234).  
  • 27. Neural recycling  •  Neural  •  « Tanaka and colleagues (Tanaka, 1996) have studies the minimal features of  Recycling  objects that make monkey occipito‐temporal neurons discharge. To this end,  hypothesis:  they have used a procedure of progressive simplifica3on. First, a large set of  biology and  objects is presented un3l one is found that reliably causes a given neuron to  culture  discharge. The the shape of the object is simplified while trying to maintain an  have a  op3mal neuronal response. When the shape cannot be simplified further  reciprocal  without loosing the neuronal discharge, it is thought that one has discovered the  influence  simplest feature to which the neuron responds. Remarkably, many of these  •  The  shapes resemble our leKers: some nerons respond to tow bars shapen in a T,  example of  others to a circle or to two superimposed circles forming a figure 8, etc.  reading  Obviously, those shapes have not been learned as leKers. Rather, they have  emerged in the course of ontogeny and/or phylogeny as a simple repertoire of  shapes….  •  In summary, reading, just like arithme3c, does not rely only on domain‐general  mechanisms of learning. Rather, learning to read is possible because our visual  system already possesses exquisite mechanisms for invariant shape recogni3on,  as well as the appropriate connec3ons to link those recognized shapes to toher  areas involved in auditory and abstract seman3c representa3ons of objects.   •  Learning is also possible because evolu3on has endowed the system with a high  degree of plas3city. Although we are not born with leKer detectors, leKers are  sufficiently close to the normal repertoire of shapes in the inferotemporal  regions to be easily acquired and mapped onto sounds. We pre‐empt part of this  system while learning to read, rather than crea3ng a « reading area » de novo.  » (Dehaene, in BaKro, Fischer, & Léna, 2008, p. 241‐242).  
  • 29. From theory to prac3ce  •  “Learning and brain plas3city are fundamental proper3es of the  •  How can we generate successful   nervous system, and they hold considerable promise when it  interven3ons for promo3ng  comes to learning a second language faster, maintaining our  relevant learning ?   perceptual and cogni3ve skills as we age, or recovering lost  –  How do we pass from theory to  func3ons aXer brain injury. Learning is cri3cally dependent on  prac3ce?  experience and the environment that the learner has to face. A  –  Which kind of theory and  central ques3on then concerns the types of experience that  evidence do we need?   favor learning and brain plas3city. Exis3ng research iden3fies  three main challenges in the field. First, not all improvements in  –  What is relevant learning?  performance are durable enough to be relevant. Second, the  –  Learning that is long‐las3ng and  condi3ons that op3mize learning during the acquisi3on phase  transferable  are not necessarily those that op3mize reten3on. Third, learning  is typically highly specific, showing liKle transfer from the trained  –  How do we promote learning  task to even closely related tasks.  that is long‐lasFng and  •  While individuals trained on a task will improve on that very task,  transferable?   other tasks, even closely related ones, oXen show liKle or no  improvement.  •  … brain plas3city … can also be maladap3ve … as when expert  string musicians suffer from dystonia or motor weakness in their  fingers as a result of extensive prac3ce with theirinstruments.   •  Finally, … we are s3ll missing the recipe for successful brain  plas3city interven3on at the prac3cal level.” (Bavelier, et al., in  Gazzaniga, 2009, p. 153) 
  • 30. Training & Relevant learning  •  “it is well documented that individuals who have an  •  Studies on the effects of training on learning should  ac3ve interest taken in their performance tend to  prove that the effects are long‐las3ng and that there  improve more than individuals who have no such  is a causal rela3onship between the kind of training  interest  taken…  and the learning effect  •  This effect can lead to powerful improvements in  –  The placebo effect of learning: mo3va3onal factors  performance that have liKle to do with the specific  influence performance, but they are not part of the  learning experience being evaluated  cogni3ve  training regimen being studied, but instead  –  The popula3on effect: causal links are not the same  reflect social and mo3va3onal factors that influence  than correla3ons, since correla3on could depend   performance.  from external factors  •  Inherent differences in abili3es may lead to to the  differences in the ac3vi3es experienced, rather than the  other way round. For example, individuals born with  superior hand‐eye coordina3on may be quite successful  at baseball and thus preferen3lly tend to play baseball, …  •  The effects of training should be measured at least a full  day aXer comple3on of training…  •  Training studies should include a groupe that controls for  test‐retest effects … and, just importantly, for  psychological and mo3va3onal effects.   •  Finally, evalua3on of the efficacy of training cri3cally  depends on the choice of outcome measures. Outcome  measures closely related to the training experience are  more likely to show robust improvement  … Yet it is  cri3cal to show transfer to new tasks within  the same  domain …” (Bavelier, et al., in Gazzaniga, 2009, p.  154‐155) 
  • 31. Learning as reusable  •  “Learning involves acquiring new informa3on  •  Learning is supposed to be re‐usable  and uFlizing it later when necessary. Thus,  –  An example: Imagine a motor therapy which  any kind of learning implies generalizaFon of  induces the learning of new movements, but  the originally acquired informa3on: to new  these movements can only be accomplished  occasions, new loca3ons, new objects, new  in the therapy room  contexts, etc. However, any piece of new  informa3on that an organism perceives is  episodic and par3cular: it involves a single  3me, a specific loca3on and context, and  par3cular objects).” (Gergely & Csibra, 2009,  p. 3)   •  “The ques3on of how one can learn (i.e.,  acquire general knowledge) from bits of  episodic informa3on is known as the  inducFon problem and has been tackled by  various theories of learning. These usually  rely on sta3s3cal procedures that involve  sampling mul3ple episodes of experience to  form the basis of generaliza3on to novel  instances.” (Gergely & Csibra, p. 3) 
  • 32. Learning is long‐las3ng  The neuromyth of the Mozart effect  •  In many cases, training produces effects that  •  “Many types of transient effect may indeed  cannot be considered as relevant learning,  be causally related to the training  because:   interven3on; however, they are not  considered true learning effects because they  –  It is not sufficiently generalized learning: an  last only a few minutes following the  effect on learning that is bound to the trained  cessa3on of training.   task is barely interes3ng  •  An excellent example is the so‐called Mozart  –  It is not long‐las3ng learning : an effect on  effect, where listenint to only 10 minutes of a  learning is not proved by experiments that  Mozart sonata was reported to lead to   evaluate short‐term effects (e.g.: violent  significant performance increases on the  effects of violent video games)  Stanford Binet IQ spa3al reasoning task …   –  Other variables than the the learning  experience produce an effect, but are not  •  Unfortunately, in addi3on to proving difficult  controlled for and evaluated  to replicate consistently, … the validity of this  enhancement as true learning effect has  been ques3oned, as any posi3ve effects last  only a few minutes.” (Bavelier, et al., in  •  The Mozart effect, a classic case of  Gazzaniga, 2009, p. 153)  performance enhancement that is NOT a  form of learning, because it does not last  •  … and a classic neuromyth 
  • 33. Learning is long‐las3ng  The lack of evidence about violent  video games   •  Violent video games seem to produce effects  •  “studies that have examined the impact of  on physiological arousal, verbal violence, but  playing violent viode games on aggressive  these effects are only tested few minutes  behavior may suffer from the same  aXer the exposi3on.  weakness, as the tests used to assess  changes in the dependent variables of  interest (behavior, cogni3on, affect, etc;) are  typically given within minutes of the end of  exposure to the violent video game. Given  that violent video games are known to  trigger a host of transient physiological  changes associated with increased arousal  and stress (i.e. fight or flight responses) it is  important to demonstrate that any changes  in behavior or cogni3on are noy likewise  transient in nature.” (Bavelier, et al., in  Gazzaniga, 2009, p. 154) 
  • 34. Learning generalizable and  transferable   •  Learning shows a strong specificity: transfer  •  “In the field of learning, transfer of learning  to even near domains is rare  from the trained task to even other very  similar task is generally the excep3on rather  than the rule.   •  For isntance, Pashler and Baylis (1991)  trained subjects to associate one of three  keys with visually presented symbols (leX key  = P or 2, middle key = V or 8, right key = K or  7). Over the course of mul3ple training  blocks, par3cipants reac3on 3me decreased  significantly. However, when new symbols  were added that needed to be mapped to  the same keys in addic3on to the learned  symbols … no evidence of transfer was  evident.” (Bavelier, et al., in Gazzaniga, 2009,  p. 153‐154)