Каждое полушарие человеческого мозга состоит из 4 долей: лобной, височной, теменной и затылочной. В 1966 году советские нейропсихологи Л. С. Цветкова и А. Р. Лурия исследовали людей с поврежденными участками мозга, которые отвечают за математическое мышление.

Ученые выяснили, что, если у человека были повреждены участки теменной и затылочной долей, у него не получится придумать решение задачи. Он не сможет представить и запомнить систему из этапов нахождения ответа.

Если поражение мозга расширяется до височных отделов, то человек оказывается не способен не только решить задачу, но и удержать в памяти ее условие.

Люди же с отклонениями в зонах лобной доли могут решать простые примеры, однако при небольшом усложнении условия они перестают ориентироваться в нем. Вместо того, чтобы последовательно выстраивать систему решения, они пытаются машинально воспроизводить ответы, которые уже давали ранее. (Лурия А. Р., Цветкова Л. С. «‎Нейропсихологический анализ решения задач. Нарушения процесса решения задач при локальных поражениях мозга»)

Доцент департамента психологии ВШЭ Мария Арсалиду в интервью изданию «‎Мел‎» рассказала: ученые XX века считали, что при решении сложных математических задач в мозге активнее всего задействуется теменная и лобные доли. При этом исследовать мозг они могли только по пациентам с поврежденными участками. Тогда же ученые утверждали, что маленькие дети не справляются с математическими упражнениями, потому что их лобные доли мозга недостаточно созрели.

Однако, по словам Марии Арсалиду, новые исследования эту теорию опровергли. Было доказано, что хотя передние части мозга созревают позже других отделов, они продолжают формироваться и расти до 19-20 лет.

Лишь немногим более 20 лет назад ученые стали использовать метод компьютерной томографии. С ним нейропсихологи узнают о деятельности здорового мозга по движению крови в разных его участках.

По словам Марии Арсалиду, благодаря этому методу ученые узнали, что в случае неразвитости одного отдела, мозг перенаправляет математическую задачу в другие области. Причем он сам выбирает стратегию «куда». Так, за успехи в математике отвечают не отдельные участки мозга, но система областей.

Арсалиду упоминает, что часть мозга, которая активируется при решении некоторых видов математических задач, отвечает также за мотивацию и эмоциональные переживания. Она упоминает новые исследования островковой доли — длинного тонкого тела в мозге, которое относится к обоим полушариям (Craig, 2009; Smith et al., 2013; van Duijvenvoorde et al., 2015). Эта область активируется при сложной умственной, когнитивной, деятельности, когда человеку нужна высокая концентрация, мотивация, реакция на вознаграждение и похвалу. Она также задействуется, если человеку нужно составить суждение или принять решение.

Мария Арсалиду говорит, что эти данные указывают, почему в школе детям нужна мотивация от учителей и родителей. Школьники должны понимать, что затрудняться при решении математических задач нормально, они не должны этого стыдиться. Напротив, это значит, что их мозг работает, развивается, и в следующий раз он быстрее и проще справляется с похожим заданием. При этом родители и учителя должны мотивировать ребенка, поощрять успешные решения и не винить за сложности в обучении.

В работе «‎Математическое мышление. Книга для родителей и учителей» профессор Стэнфордской высшей педагогической школы Джо Боулер рассказывает о пластичности мозга. По ее словам, раньше считалось, что человек от рождения оказывается одаренным, склонным к какому-то предмету, а его мозг невозможно изменить в течение жизни.

Так, в 2015 году группа ученых выяснила, что большинство преподавателей математики в высших учебных заведениях убеждены: для освоения их предмета нужно иметь природные предрасположенности (Leslie, Cimpian, Meyer, & Freeland, 2015).

При этом исследователи нашли закономерность: чем больше в научной области ценится одаренность студентов, тем меньше в ней женщин со степенью доктора наук. Джо Боулер объясняет это стереотипными представлениями о том, что женщины менее склонны к занятию математикой, чем мужчины.

Джо Боулер пишет, что современные ученые опровергли гипотезу о неизменности мозга. Группа исследователей доказала, что мозг человека способен расти и изменяться за короткий период (Abiola & Dhindsa, 2011; Maguire, Woollett, & Spiers, 2006; Woollett & Maguire, 2011). Когда человек узнает новую идею или формирует суждение после длительного обдумывания, в мозге возникает электрический сигнал. Он проходит через через синапсы, места контактов клеток мозга, и формируются новые нейронные связи.

По ее словам, на школьных уроках в головном мозге детей новые синапсы могут образовываться каждую минуту. Профессор подчеркивает, что каждый ребенок способен обучаться математике. Для этого важно, чтобы в школе была выстроена стимулирующая образовательная среда, и родители вместе с учителями мотивировали школьника.

У детей бывают врожденные особенности, которые дают им преимущество на ранних этапах освоения математики. Но без опыта обучения и постоянной стимуляции клеток мозга они не могут гарантировать успех ученика в предмете. Джо Боулер приводит в пример Эйнштейна, которого люди считают гением от рождения. При этом ученый только в 10 лет научился читать и долгое время страдал от дислексии. Эйнштейн говорил, что становился лучше и сильнее благодаря постоянным ошибкам и упорству:

В 2016 году ученые из университета Дьюка в США опубликовали исследование в журнале «‎Клиническая психология» о том, что решение математических задач не только развивает мозг, но и поддерживает психологическое здоровье человека.

Исследование показало, что, когда человек использует память во время решения математических задач, стимулируется отдел мозга, который также связан с депрессией и тревогой. Например, это она активируется у людей, которые проходят когнитивно-поведенческую терапию — то есть переосмысляют сложные и травматичные ситуации из прошлого. Чем больше активность мозга в этой области, тем меньше у человека симптомов депрессии и тревожности.

Нейропсихологи используют метод компьютерной томографии только последние два десятилетия, поэтому еще продолжают совершать открытия в области исследований мозга с помощью этого инструмента.

Мария Арсалиду, доцент кафедры психологии ВШЭ, говорит о важности исследований математического мышления. По ее словам, одна из их целей — помочь учителям выстроить образовательную программу так, чтобы дети эффективно, без страха осуждения, с удовольствием учились предмету и развивали свой мозг. Ученые опровергают мифы о том, что для занятий математикой необходима природная одаренность. Разум можно развить и натренировать, так как в процессе обучения мозг постоянно формирует нейронные связи, трансформируется и растет.

Преподавателям важно мотивировать своих студентов, так как реакция на достижение и похвалу активируется в той же доле мозга, которая отвечает за концентрацию при решении задач. Процессы, которые происходят с мозгом во время занятий математикой, развивают пластичность мозга, тренируют его и способствуют поддержанию эмоционального и психологического здоровья, снижая симптомы депрессии и тревоги.