Neuropsychology of cognitive processes and executive functions in the light of Piaget’s theory

Wstęp

Neuropsychologia jako interdyscyplinarna dziedzina nauki zajmuje się badaniem relacji między funkcjonowaniem mózgu a procesami umysłowymi i zachowaniami człowieka. Szczególną uwagę w tej dziedzinie poświęca się procesom poznawczym, takim jak percepcja, uwaga, pamięć, oraz funkcjom wykonawczym, obejmującym pamięć operacyjną, kontrolę hamowania oraz elastyczność poznawczą. Zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw tych funkcji ma kluczowe znaczenie nie tylko dla psychologii i neurobiologii, lecz także dla pedagogiki i terapii neuropsychologicznej.
Jean Piaget, jeden z najważniejszych teoretyków rozwoju poznawczego, zaproponował model opisujący, w jaki sposób człowiek konstruuje swoją wiedzę o świecie na różnych etapach rozwoju psychofizycznego. Jego teorię charakteryzują trzy kluczowe idee: stadialny charakter rozwoju poznawczego, występowanie schematów oraz wzajemne oddziaływanie asymilacji i akomodacji, które umożliwiają adaptację jednostki do otoczenia. W świetle współczesnych badań neuropsychologicznych teoria Piageta zyskuje nowe znaczenie – procesy opisane przez szwajcarskiego psychologa można analizować w kontekście funkcjonowania struktur mózgowych, takich jak kora przedczołowa, móżdżek czy hipokamp, które odgrywają kluczową rolę w realizacji funkcji poznawczych i wykonawczych.
Celem niniejszego artykułu jest analiza neurobiologicznych podstaw stadialnego modelu rozwoju poznawczego Piageta ze szczególnym uwzględnieniem funkcji wykonawczych oraz ich neuronalnych korelatów. Przedstawiono współczesne dowody naukowe integrujące teorię Piageta z odkryciami neuropsychologicznymi, co umożliwia lepsze zrozumienie, w jaki sposób rozwój struktur mózgowych warunkuje zdolności poznawcze człowieka.

Metodologia

Aby zrealizować cel niniejszego artykułu, przyjęto następujące hipotezy:
1. Stadia rozwoju poznawczego opisane przez Piageta są związane ze zmianami neuroanatomicznymi zachodzącymi w rozwijającym się mózgu.
2. Rozwój funkcji wykonawczych koreluje z rozwojem neuroanatomicznym i etapami rozwoju poznawczego według Piageta.
3. Integracja teorii Piageta i funkcji wykonawczych z odkryciami neurobiologicznymi pozwala na lepsze zrozumienie złożonych interakcji między strukturami mózgowymi a funkcjami poznawczymi w trakcie rozwoju.
W celu zebrania danych dokonano systematycznego przeglądu literatury w zbiorach Biblioteki Uniwersyteckiej w Warszawie oraz w bazach PubMed i Google Scholar. Przeszukiwanie przeprowadzono, wykorzystując słowa kluczowe w języku polskim i angielskim, takie jak:
• „rozwój mózgu w teorii Piageta”/brain development in Piaget’s theory,
• „funkcje wykonawcze i rozwój mózgu”/executive functions and brain development,
• „neuropsychologia rozwoju”/neuropsychology of development,
• „rozwój mózgu człowieka”/human brain development,
• „podłoże neuropsychologiczne teorii Piageta”/the neuropsychological basis of Piaget’s theory.
Przeszukiwanie zbiorów bibliotecznych oraz baz danych przy użyciu wybranych słów kluczowych początkowo przyniosło łącznie prawie 900 tys. wyników. Po zastosowaniu filtrów, takich jak zakres czasowy (ostatnie 20 lat), język publikacji (angielski lub polski) oraz rodzaj pracy, liczba wyników została ograniczona do kilku tysięcy. Po analizie tytułów i abstraktów z dalszej oceny wykluczono prace niezwiązane bezpośrednio z neuropsychologią rozwoju poznawczego, koncentrujące się wyłącznie na pedagogice lub bez pełnego dostępu do tekstu. W efekcie do szczegółowej analizy włączono 32 pozycje w postaci artykułów naukowych, książek i monografii, które zostały wykorzystane w niniejszym przeglądzie.
Kryteria włączenia:
• publikacje w języku angielskim lub polskim, zamieszczone w recenzowanych czasopismach naukowych lub monografiach akademickich,
• prace wydane głównie w latach 2004–2024, z uwzględnieniem klasycznych publikacji Piageta oraz badań wcześniejszych, istotnych dla wyjaśnienia jego teorii,
• badania empiryczne oraz przeglądowe, które łączą teorię Piageta lub funkcje wykonawcze z odkryciami neuropsychologicznymi i neurobiologicznymi.
Kryterium wyłączenia:
• artykuły koncentrujące się wyłącznie na pedagogicznym aspekcie teorii Piageta, bez odniesienia do podstaw neuropsychologicznych.

Procesy poznawcze a przetwarzanie informacji

Aby dobrze rozumieć takie zdolności umysłowe, jak myślenie, pamięć, uwaga i inne procesy poznawcze, warto przyjrzeć się im z perspektywy przetwarzania informacji. Nauka zajmująca się badaniem tych procesów to kognitywistyka. Według niej poznawczy model psychologiczny prezentuje się następująco: bodziec → przetwarzanie informacji → reakcja (LeDoux 2020). Historycznie, przed powstaniem kognitywistyki, to co znajduje się między bodźcem a reakcją, wyjaśniały takie koncepcje, jak introspekcjonizm i behawioryzm. Introspekcjonizm zakładał pojawienie się między bodźcem a reakcją świadomości, która była immanentnym elementem psychiki, pozwalającym na zbieranie i przetwarzanie danych (Stachowski 2010). Z kolei behawioryzm zasadniczo omijał aspekt znajdujący się między bodźcem a reakcją, określając go mianem „czarnej skrzynki” (Stachowski 2010). Behawioryści usunęli czynnik świadomości z powyższego modelu introspekcyjnego, wnioskując o uniwersalności zachowań w świecie zwierząt, niezależnie od tego, czy dotyczy to człowieka czy innego gatunku. Skupiali się wyłącznie na bodźcu i reakcji (LeDoux 2020). Dopiero w połowie XX wieku obserwacja podobieństw między przetwarzaniem informacji przez człowieka i komputer doprowadziła do rozwoju wcześniej wspomnianej kognitywistyki.
LeDoux (2020) opisuje różne typy przetwarzania informacji, które w pewnym stopniu mają charakter gradacyjny – od najprostszego, nieożywionego, do pozwalającego na świadome i inteligentne zachowania. Na najniższym poziomie znajdują się takie urządzenia, jak komputer czy termostat. Potrafią one co prawda przetwarzać informacje, pod niektórymi względami szybciej i skuteczniej niż człowiek, natomiast brakuje im osobowości, świadomości i namysłu poznawczego. Stanowią jedynie nieożywiony element świata, realizujący określone polecenia człowieka. Z kolei przetwarzanie biologiczne stanowi pierwszy etap dotyczący świata ożywionego. Wszystkie organizmy żywe mają specyficzny dla danego gatunku aparat metaboliczny, który nieustannie przetwarza informacje molekularne, podtrzymując tym samym właściwe dla danego gatunku funkcje życiowe (Reece i wsp. 2022). Co istotne, typ ten nie ogranicza się do świata zwierząt, ale dotyczy wszystkich organizmów żywych, na przykład roślin i grzybów (Reece i wsp. 2022). Przetwarzanie neuronalne dotyczy wyłącznie zwierząt, które posiadają układ nerwowy, natomiast wewnętrzne reprezentacje poznawcze dotyczą tylko niektórych z nich – posiadających układ nerwowy na odpowiednim etapie rozwoju. Najprostsze, jednokomórkowe formy organizmów oraz pierwotniaki i zwierzęta promieniste przetwarzają informacje jedynie na zasadzie prostych skojarzeń opartych na warunkowaniu klasycznym. U zwierząt wyżej uorganizowanych, takich jak dwuboczne bezkręgowce, ryby czy gady, oprócz warunkowania klasycznego można zaobserwować reakcje oparte na warunkowaniu instrumentalnym (LeDoux 2020). LeDoux (2020) za Dickinsonem dzieli reakcje instrumentalne na dwa rodzaje: skierowane na cel oraz nawyki. Nawyki, charakteryzujące wyżej opisane zwierzęta, nie mają charakteru poznawczego i są emanacją prostych skojarzeń nerwowych. Wzmocnienie faworyzuje jedynie określoną reakcję i w przypadku wystąpienia podobnej sytuacji w przyszłości reakcja się powtarza (Gerrig i Zimbardo 2012). Z kolei warunkowanie instrumentalne skierowane na cel pojawia się dopiero u niektórych ptaków i ssaków, gdyż opiera się na namyśle poznawczym (LeDoux 2020). Ten rodzaj przetwarzania informacji wymaga dostępu do pamięci, reprezentacji poznawczych i wydobycia wartości efektu, który wyróżnił określoną reakcję po raz pierwszy. Co istotne, to właśnie człowiek znajduje się na szczycie tej ewolucyjnej hierarchii zdolności umysłowych i przetwarzania informacji, co można wyjaśnić, stosując ujęcie interdyscyplinarne, integrujące teorię rozwoju poznawczego Piageta z jej neuronalnym podłożem.

Neuropsychologia procesów poznawczych i funkcji wykonawczych w świetle teorii Piageta

Efektem rozwoju układu nerwowego człowieka w przebiegu ontogenezy jest powstanie i kształtowanie się specyficznych procesów psychicznych, takich jak emocje czy procesy poznawcze. Te drugie mają szczególne znaczenie, ponieważ są immanentnie związane z myśleniem, pamięcią i inteligencją, a co za tym idzie – stanowią o osobliwości człowieka w świecie zwierząt (Kalkowski 2021). Piaget w swojej koncepcji rozwoju poznawczego człowieka wyróżnia cztery stadia: 1) sensomotoryczne, od 0 do 2 lat, 2) przedoperacyjne, od 2. do 7. roku życia, 3) operacji konkretnych, od 7. do 11. roku życia, 4) operacji formalnych, powyżej 11. roku życia (Zimbardo i wsp. 2018). Stanowią one kolejne, zmienne jakościowo etapy, w których rozwijające się dziecko nabywa nowych kompetencji umysłowych.
Stadium sensomotoryczne, jak sama nazwa wskazuje, odnosi się do poznawania przez dziecko świata za pomocą zmysłów oraz specyficznych ruchów, takich jak kroczenie czy pełzanie w stronę wybranego przedmiotu lub obracanie głowy w kierunku określonego obiektu (Zimbardo i wsp. 2018). Istotne dla tego stadium jest nabycie zdolności do koordynacji i integracji bodźców sensorycznych z wykonywanym ruchem, co będzie podwaliną celowych zachowań dziecka (Borkowska 2018). Ponadto kluczowym osiągnięciem tego etapu jest nabycie tzw. niezmienności lub stałości przedmiotu, inaczej jest to rozwój zdolności, która pozwala dziecku na wytworzenie we własnym umyśle wewnętrznej reprezentacji poznawczej danego obiektu, co przekłada się na świadomość jego istnienia, niezależnie od obserwacji. Dla przykładu – dziecko przed 8. miesiącem życia nie potrafi odszukać ukrytej zabawki lub innego przedmiotu, jeśli ten znika z jego pola widzenia. Zdaniem Piageta pozwala to wnioskować, że dziecko nie potrafiło wytworzyć wewnętrznej reprezentacji tego obiektu (Zimbardo i wsp. 2018). Staje się to natomiast możliwe od 8. miesiąca życia i w połączeniu z początkami myślenia symbolicznego oraz zachowaniami celowymi pokazuje, jak dziecko uczy się rozpoznawać swoje relacje z otoczeniem, tworząc zaczątki świadomości. Powyższe zmiany mają podłoże neurorozwojowe związane z płatem czołowym, co potwierdzają je liczne badania post mortem (Bolton i Hattie 2017). Wykazano istotny statystycznie związek między zmianami rozwojowymi w obszarze kory przedczołowej a funkcjami wykonawczymi i zdolnościami poznawczymi u dzieci w tej grupie wiekowej (Bolton i Hattie 2017). Mózg w tym czasie tworzy ogromną liczbę połączeń synaptycznych. Komórki piramidalne warstwy III grzbietowo-bocznej kory przedczołowej intensywnie się wydłużają i osiągają rozmiary właściwe osobnikowi dorosłemu. Z kolei w pozostałych obszarach kory przedczołowej, mimo że połączenia synaptyczne szybko się rozwijają, to do 2. roku życia osiągają połowę długości właściwej człowiekowi dorosłemu (Bolton i Hattie 2017). Ponadto między 7. a 12. miesiącem życia istotnie zwiększają się rozmiary komórek nerwowych w korze przedczołowej oraz pojawiają się zmiany neurochemiczne dotyczące wzrostu poziomu takich neuroprzekaźników jak dopamina (Bolton i Hattie 2017). Nie bez znaczenia wydaje się rozwój obszarów związanych z ruchem, takich jak na przykład móżdżek (Diamond 2000). Po pierwsze ze względu na fakt, że fizjologiczny rozwój móżdżku umożliwia dziecku prawidłowe wykonywanie ruchów celowych, a to pozwala na prawidłową integrację sensomotoryczną, która jest kluczowym elementem tego stadium. Po drugie ze względu na udział móżdżku w optymalnym funkcjonowaniu procesów poznawczych, takich jak planowanie, myślenie, pamięć, zdolności językowe (Knickmeyer i wsp. 2008). Związek ten wynika z istnienia silnie rozwiniętych dróg nerwowych łączących móżdżek z korą przedczołową (Westendorp i wsp. 2011). Znaczenie móżdżku dla procesów poznawczych potwierdzają liczne badania. Za przykład mogą posłużyć badania metodą neuroobrazowania funkcjonalnego, które wskazują na istotną koaktywację grzbietowo-bocznej kory przedczołowej oraz móżdżku w niektórych zadaniach poznawczych (Diamond 2000). Potwierdzają to także badania ukazujące patologie na styku tych dwóch obszarów. Na przykład Westendorp i wsp. (2011) wykazali istotny statystycznie związek między zaburzeniami ruchowymi a trudnościami w uczeniu się u dzieci. Podobnie wyglądała sytuacja w przypadku dzieci z porażeniem połowiczym, które osiągały słabsze wyniki w zadaniach matematycznych w porównaniu ze zdrowymi rówieśnikami (Feldberg i wsp. 2021). Co ważne, dynamiczny rozwój móżdżku w stadium sensomotorycznym potwierdzają badania obrazowe mózgu wykonane metodą rezonansu magnetycznego. W 1. roku życia móżdżek zwiększa swoją objętość aż o 240%, a w 2. roku o kolejne 15%, co łącznie daje największy przyrost objętości w toku całego życia człowieka (Knickmeyer i wsp. 2008). Znaczenie w integracji bodźców sensomotorycznych mają również niektóre obszary korowe, na przykład kora ciemieniowa. Opierając się na danych zmysłowych, tworzy ona wewnętrzne reprezentacje ułożenia oczu, głowy i reszty ciała, na podstawie których informacja jest przekazywana do obszarów ruchowych, co umożliwia prawidłowy przebieg ruchu (Kalat 2021). Poszczególne podobszary płata ciemieniowego zwiększają swoją objętość w ciągu pierwszych 2 lat życia od 86% nawet do 185% (Gilmore i wsp. 2012).
Stadium przedoperacyjne to trwający blisko 5 lat okres, w którym dziecko zdobywa nowe umiejętności poznawcze, wynikające w dużej mierze z nabytej wcześniej zdolności do tworzenia reprezentacji umysłowych. Następuje interioryzacja, a co za tym idzie – wykształcenie mowy wewnętrznej, rozwój pojęć i zabawa symboliczna. W tej fazie myślenie dziecka cechuje egocentryzm, animizm oraz centracja i nieodwracalność, a ponadto rozwija się myślenie symboliczne (Piaget 2023). Piaget postrzegał to stadium nie tylko przez pryzmat postępów poznawczych, lecz także ich ograniczeń (Zimbardo i wsp. 2018). I tak, egocentryzm poznawczy charakteryzuje się niezdolnością dziecka do przyjmowania innej perspektywy, co oznacza, że osobnik potrafi postrzegać świat tylko ze swojego punktu widzenia (Piaget 2023). Myślenie animistyczne odnosi się do nadawania przedmiotom nieożywionym cech właściwych dla świata ożywionego (Zimbardo i wsp. 2018). Przykładem niech będzie lalka, której dziecko zakłada opatrunek, ponieważ odczuwa ona ból. Z kolei centracja oznacza skupianie uwagi na pojedynczym lub wąskim fragmencie rzeczywistości i pomijanie szerszego kontekstu (Piaget 2023). Na przykład, dziecko zapytane o ilość wody w dwóch pojemnikach o jednakowym wyglądzie i jednakowej objętości odpowie, że jest taka sama. Następnie, po przelaniu płynu z jednego pojemnika do innego, o odmiennej wysokości i szerokości, odpowie, że objętość wody jest inna niż w pojemniku obok. Jak można zauważyć, dziecko nie potrafi jeszcze analizować jednocześnie kilku cech obiektów, takich jak szerokość i wysokość, co implikuje powyższe ograniczenia poznawcze. Ostatni element, czyli nieodwracalność, to inaczej brak umiejętności umysłowego przejścia przez ciąg zdarzeń w trakcie rozwiązywania problemu, a następnie powrotu do mentalnego punktu wyjścia (Zimbardo i wsp. 2018). Podobnie jak w przypadku stadium sensomotorycznego, tak i w stadium przedoperacyjnym główne zmiany neurorozwojowe dotyczą kory przedczołowej (Bolton i Hattie 2017). Makroskopowo można zaobserwować wzrost pofałdowania tych okolic kory, z kolei na poziomie mikroskopowym mózg ulega tzw. przycinaniu synaptycznemu. Jest to jeden z mechanizmów neuroplastyczności, który polega na eliminacji istniejących połączeń nerwowych. To fizjologiczny proces związany z nadprodukcją połączeń synaptycznych na wczesnym etapie rozwoju mózgu. Pozwala on na zachowanie niezbędnych i funkcjonalnych połączeń neuronalnych oraz eliminację tych obwodów, które są rzadko pobudzane i z perspektywy oszczędzania energii oraz użyteczności stają się niefunkcjonalne (Chorązka 2016; Kossut 2018). Co ciekawe, postuluje się, że zaburzenie przycinania synaptycznego może mieć związek z rozwojem autyzmu, schizofrenii i padaczki (Neniskyte i Gross 2017). U dziecka w wieku 2 lat gęstość połączeń synaptycznych jest o 55% większa niż u osoby dorosłej, z kolei w 7. roku życia wartość ta spada do zaledwie 10%. Oznacza to, że kora przedczołowa podlega dynamicznej specjalizacji. Ponadto obserwuje się wzrost zagęszczenia istoty szarej i białej, co sugeruje rozrost komórek nerwowych oraz postępującą mielinizację włókien (Bolton i Hattie 2017). W tym okresie dziecko stopniowo nabywa kontroli własnych procesów poznawczych, a warto wspomnieć także o funkcjach wykonawczych, znajdujących się na styku planowania, działania oraz wewnętrznej samoregulacji (Ackermann i wsp. 2010). Fiske i Holmboe (2019) wyróżniają trzy podstawowe komponenty związane z funkcjami wykonawczymi: pamięć operacyjną, kontrolę hamowania oraz elastyczność poznawczą. Wszystkie te elementy biorą udział w kierowaniu uwagi na cel, a co za tym idzie – mają związek z kontrolą zachowania. Wymienione wyżej komponenty już w niemowlęctwie pełnią ważną funkcję w określonych zadaniach poznawczych, jednak w stadium przedoperacyjnym można zaobserwować wyraźny wzrost ich znaczenia w porównaniu z okresem sensomotorycznym. Na przykład, grzbietowo-boczna kora przedczołowa czy kora ciemieniowa wykazują zwiększoną aktywność przy wykonywaniu zadań wymagających użycia pamięci roboczej (Fiske i Holmboe 2019). Potwierdzają to badania Perlmana i wsp. (2016) wykonane u dzieci w wieku 3–7 lat metodą obrazowania fNIRS. Wykazali oni wzrost aktywności, a więc i wykorzystania tych obszarów przy wykonywaniu zadań wymagających użycia pamięci operacyjnej wraz z wiekiem dziecka (Perlman i wsp. 2016). Idąc dalej – kontrola hamowania odnosi się do wygaszania automatycznej lub potencjalnie niepożądanej odpowiedzi, pozwalając na wybór optymalnej. Podobnie jak w przypadku pamięci operacyjnej uczestniczą w tym grzbietowo-boczna kora przedczołowa oraz płaty ciemieniowe, ale stopień zaangażowania tej pierwszej maleje wraz ze wzrostem wieku dziecka (Fiske i Holmboe 2019). Wreszcie – zaobserwowano związek między reakcją hamowania a zwiększoną aktywacją dolnej powierzchni prawej kory czołowej w zadaniach obarczonych ładunkiem emocjonalnym (Fiske i Holmboe 2019). Elastyczność poznawcza stanowi zdolność do przełączania się między zadaniami poznawczymi lub pojęciami, co pozwala na dostosowanie strategii do sytuacji. Za tę funkcję u dzieci odpowiadają brzuszno-boczna oraz grzbietowo-boczna kora przedczołowa (Fiske i Holmboe 2019). Warto nadmienić, że wraz z wiekiem u nastolatków i osób dorosłych niemałą rolę w funkcjonowaniu elastyczności poznawczej ogrywa także zakręt obręczy, mający rozwinięte połączenia z korą przedczołową, których nie obserwuje się u dzieci w wieku przedszkolnym (Fiske i Holmboe 2019). Tłumaczy to w istotny sposób ograniczenia poznawcze dzieci na tym etapie, jak choćby w przypadku wcześ­niej opisanego zadania z przelewaniem wody do pojemników o różnej szerokości i wysokości. Z kolei na poziomie biochemicznym z funkcjami poznawczymi i wykonawczymi mocno związany jest jeden z neuroprzekaźników – dopamina (Zhou i wsp. 2024). Miejscem jej syntezy jest istota czarna, znajdująca się obustronnie bezpośrednio za odnogami mózgu śródmózgowia (Bochenek i Reicher 2022). Jej związek z funkcjami poznawczymi wynika m.in. z obecności szlaków łączących istotę czarną z korą przedczołową poprzez mezokortykalny szlak dopaminergiczny (Channer i wsp. 2023). Neurony istoty czarnej, wydzielając dopaminę, oddziałują na komórki nerwowe znajdujące się w korze przedczołowej, co jest związane na przykład ze zdolnością do uczenia się poprzez oczekiwanie na nagrodę, pamięcią operacyjną czy podejmowaniem decyzji (Zhou i wsp. 2024). Szlak ten rozwija się aż do dorosłości. Jego kształtowanie wiąże się z trzema ważnymi procesami: 1) wydzielaniem białek naprowadzających aksony do celu, jakim jest kora przedczołowa, 2) przycinaniem synaptycznym z pomocą mikrogleju oraz 3) dojrzewaniem i hormonami płciowymi, a co za tym idzie – na przykład wzrostem gęstości receptorów dla dopaminy w korze przedczołowej (Reynolds i Flores 2021). Z punktu widzenia rozwoju poznawczego szczególne znaczenie mają receptory D1 (Rothmond i wsp. 2012). Badania Rothmonda i wsp. (2012) wykazały wzrost ekspresji genu DRD1 o blisko 20% w grzbietowo-bocznej korze przedczołowej między 2. a 7. rokiem życia. Powyższe zmiany – zarówno anatomiczne, jak i biochemiczne – wykazują istotny związek z ograniczeniami lub postępami dziecka będącego w tym stadium. Główne zadania poznawcze dziecka w tym wieku, jakimi są interioryzacja, rozwój pojęć, intensywny rozwój języka i symboli czy antycypowanie przyszłości, mają swoje źródło w wyżej opisanych zmianach neurorozwojowych.
Stadium operacji konkretnych, jak sama nazwa wskazuje, odnosi się do zdolności wykonywania operacji umysłowych na obrazach konkretnych przedmiotów (Zimbardo i wsp. 2018). Dziecko zdążyło już opanować zasadę stałości cech, a więc jest w stanie rozwiązać zadania umysłowe niemożliwe do wykonania w stadium przedoperacyjnym. Przeprowadzanie operacji umysłowych pozwala na rozwiązywanie problemów w umyśle, przez co dzieci stają się mniej impulsywne (Zimbardo i wsp. 2018). Nadal można jednak zauważyć pewne ograniczenia, widocznie na przykład w zabawie w 20 pytań. Polega ona na odgadnięciu nazwy obiektu po zadaniu możliwe najmniejszej liczby pytań typu zamkniętego, z możliwą odpowiedzią „tak” lub „nie”. Jak można się domyślić, dziecko na tym etapie nie będzie zadawało pytań na wyższym poziomie abstrakcji. Będzie się posługiwało pytaniami typu: „Czy to jest wąż?”, „Czy to jest pies?”, zamiast zapytać: „Czy to jest zwierzę?”. Neurobiologicznie okres ten charakteryzuje się dalszymi zmianami w obrębie kory przedczołowej. Ponownie zwiększa się objętość istoty szarej i białej (Bolton i Hattie 2017). Giedd i wsp. (1999) stwierdzili, że istota szara osiąga maksymalną objętość w tym regionie w okolicach 11. roku życia u dziewczynek oraz 12. roku życia u chłopców. Warto nadmienić, że kora przedczołowa wykazuje pewne opóźnienie względem innych obszarów mózgu, zarówno jeśli chodzi o proces mielinizacji, jak i siłę oraz stopień przycinania synaptycznego, co przekłada się na długotrwały rozwój tego obszaru i stosunkowo późne osiągnięcie pełnej funkcjonalności (Bolton i Hattie 2017). Objętość pozostałej części kory ulega w tym czasie zmniejszeniu, co powoduje, że mózg dziecka zaczyna przypominać mózg osoby dorosłej (Bolton i Hattie 2017). W końcowej fazie tego etapu mózg osiąga 95% objętości mózgu dorosłego człowieka, z czego istota szara w większości obszarów ma wartości równe osobie dorosłej (Caviness i wsp. 1996). Co ciekawe, pozostałe 5% jednostka będzie rozwijać przez tyle czasu co wcześniejsze 95%. Na uwagę zasługuje również fakt, że niektóre obszary mózgu zarówno u chłopców, jak i dziewczynek w tym wieku przekraczały objętość w mózgu osób dorosłych (Caviness i wsp. 1996). U chłopców były to takie struktury, jak hipokamp, jądro ogoniaste, skorupa czy ciało migdałowate, z kolei u dziewcząt gałka blada. Istota biała w tym wieku osiąga 85% objętości względem mózgu człowieka dorosłego i to na niej, a także na redukcji różnych obszarów skupia się w głównej mierze dalszy rozwój i specjalizacja mózgowia (Caviness i wsp. 1996).
Stadium myślenia formalno-operacyjnego jest ostatnim etapem rozwoju poznawczego według teorii Piageta. Dziecko osiąga pewne właściwości cechujące osobnika dorosłego – nabywa zdolność do myślenia abstrakcyjnego i kompleksowego (Zimbardo i wsp. 2018). Rozumowanie staje się całkowicie niezależne od konkretnych i zewnętrznych obiektów, zrozumiałe stają się takie pojęcia, jak sprawiedliwość, miłość, przyjaźń czy sens istnienia (Zimbardo i wsp. 2018). Nastolatek jest w stanie stawiać hipotezy i wyciągać z nich wnioski, nie korzystając z konkretnych obrazów obiektów. Dla porównania – w zabawie w 20 pytań, adolescent zacznie od pytań odnoszących się do ogólnych kategorii, następnie przejdzie przez podkategorie aż do szczegółowych obiektów, z uwzględnieniem własnej wiedzy na temat danego zagadnienia, co zasadniczo ułatwi mu rozwiązanie zadania. Badania neuroobrazowe wykazały, że na tym etapie rozwój kory przedczołowej osiąga poziom właściwy dla osób dorosłych (Bolton i Hattie 2017). W zadaniach wymagających użycia funkcji wykonawczych wzrasta stopień aktywacji takich obszarów, jak grzbietowo-boczna kora przedczołowa oraz przedni zakręt kory obręczy (Bolton i Hattie 2017). Obserwuje się spadek stosunku objętości istoty szarej do istoty białej (Caviness i wsp. 1996). Wynika to z przycinania synaptycznego oraz przyrostu istoty białej, który ma charakter liniowy i postępuje aż do 3. dekady życia (Bolton i Hattie 2017). Redukcji ulega na przykład objętość jąder podkorowych, takich jak jądro ogoniaste, jądro soczewkowate czy niektóre jądra wzgórza (Jernigan i wsp. 1991).
Powyższe procesy wskazują na silną specjalizację mózgu i formowanie go z wiekiem do właściwych kształtów, specyficznych dla człowieka dorosłego. Uzupełnieniem wyżej opisanych zmian neurorozwojowych będzie spojrzenie na rozwój systemu nerwowego w kontekście poboru i wykorzystania energii. Układ nerwowy w momencie narodzin jest, obok oka, najsilniej rozwiniętą tkanką (Kaczmarek i Wolański 2018). U niemowlęcia masa mózgu stanowi blisko 13–14% masy całego ciała, a u człowieka dorosłego będzie 2,5% (Kaczmarek i Wolański 2018). Tkanka nerwowa charakteryzuje się występowaniem dużej liczby mitochondriów, które stanowią centra energetyczne komórki (Sawicki i Malejczyk 2017). Jak można przypuszczać, przy tak dużej liczbie neuronów, nieukończonym jeszcze procesie apoptozy neuronów oraz intensywnym rozwoju mózgu będzie on generować olbrzymie wręcz zapotrzebowanie na energię. Dla neuronów głównym źródłem energii jest cukier prosty – glukoza (Silverthorn 2018). Ponadto wraz z wiekiem zmienia się zapotrzebowanie mózgu na tlen, przepływ krwi, a co za tym idzie – napięcie neuronów korowych (Kaczmarek i Wolański 2018).
Na rycinie 1 przedstawiono zmiany dotyczące zapotrzebowania mózgu na energię w przebiegu życia człowieka, które są wypadkową wyżej opisanych czynników. Ta zmienność ma różne podłoże. W okresie rozwoju postnatalnego jest efektem specjalizacji strukturalnej i funkcjonalnej poszczególnych ośrodków mózgu, a u jej podłoża leżą takie procesy, jak rozwój istoty szarej, jej apoptoza, przycinanie synaptyczne, proces mielinizacji, po których sfinalizowaniu stopniowo zmniejsza się zapotrzebowanie na energię (Kaczmarek i Wolański 2018). W okresie dorosłości pojawiające się spadki zapotrzebowania energetycznego mogą być skutkiem starzenia się układu nerwowego, którego efektem będzie na przykład spadek liczby neuronów czy ograniczenie metabolizmu i plastyczności komórek nerwowych (Marchewka 2012). Okolice 25.–27. roku życia to istotny punkt odniesienia dla powyższych rozważań, ponieważ wtedy następuje dojrzewanie ostatnich ośrodków mózgu, takich jak kora przedczołowa (Kaczmarek i Wolański 2018). Właśnie w tym miejscu na linii czasu można przypuszczalnie mówić o szczycie możliwości poznawczych z jednej strony, z drugiej zaś o nabyciu specyficznych dla dojrzałego człowieka kompetencji w zakresie regulacji emocji, planowania, przewidywania czy kontroli impulsów.

Podsumowanie

Przedstawiona analiza rzuca nowe światło na związki między procesami poznawczymi, funkcjami wykonawczymi a neurobiologią, osadzając je w kontekście teorii rozwoju poznawczego Piageta. Zaproponowano ujęcie procesów poznawczych z perspektywy przetwarzania informacji, którego efektywność wzrasta zarówno w trakcie ewolucji gatunku (filogeneza), jak i w rozwoju jednostki (ontogeneza). Podłożem takiego stanu rzeczy jest długo rozwijający się, bo aż do drugiej połowy trzeciej dekady życia, układ nerwowy człowieka. Posiada on wysoce wyspecjalizowane obszary, takie jak kora przedczołowa, ciemieniowa czy móżdżek, które są zaangażowane w odbiór i przetwarzanie informacji na temat świata zewnętrznego i wewnętrznego. Ich rozwój pozwala wyjaśnić zmiany jakościowe w obrębie procesów poznawczych i funkcji wykonawczych.

Oświadczenia

Badanie nie otrzymało zewnętrznego finansowania.
Zgoda komisji etycznej: nie dotyczy.
Autor deklaruje brak konfliktu interesów.

Piśmiennictwo