В основе процессов обучения лежит готовность когнитивных структур человека воспринимать, обрабатывать и использовать учебные воздействия, с которыми он сталкивается в обучении. Человек не рождается со способностью к письму и чтению, таким его делают регулярные упражнения, которые он совершает, оказавшись ребенком в своей социально-культурной среде с непосредственным участием взрослых - членов своей семьи, сверстников и наставников.

К формированию грамотности - способности фиксировать культурное наследие в тексте и понимать прочитанное человек шел на протяжении нескольких десятков тысяч лет, в ходе которых его когнитивная сфера прошла несколько этапов. В ходе этого процесса в цепочку обработки визуального сигнала был встроен блок, который позволил смотреть на текст не как на узор или на деталь орнамента, а как на знаковый комплекс, который может быть понят и из которого может быть извлечен смысл.

Мозг человека состоит из более 100 миллиардов нервных клеток, связанных в цепочки или “коалиции”, способных одновременно посылать друг другу сигналы возбуждения. 

Сам процесс чтения стал возможен благодаря приспособлению к специфическим задачам распознавания письменных символов ранее сформировавшихся отделов головного мозга, которые исходно занимались другими функциями. Прежде всего это коснулось левой височно-затылочной области, которую современные когнитивисты часто называют “литерным ящиком” (occipitotemporal cortex, letterbox area), в связи с выполняемой ей ролью по распознаванию букв и других символов, поступающих в эту область с сетчатки глаза. 

До того, как эта область мозга стала использоваться для распознавания графических символов, она преимущественно была занята распознаванием человеческих лиц. С этим связан любопытный факт, связанный с развитием систем письменности. Алфавит Майя, развивавшийся параллельно и независимо от европейских и азиатских систем письменности в 3 веке до н.э., представлял собой систему знаков в виде выражений лица. 

Это говорит о том, что освоение письменности не создало в структуре мозга новых центров, но по-новому перераспределило уже имеющиеся у человека ресурсы за счет создания новых связей между имеющимися у человека нейронами. Не случайно освоение письменности легче происходит у детей с развитой эмоциональной сферой. Если ребенок с рождения видит рядом с собой лица своих родных, если он научается распознавать их выражения, связывать их с происходящими с ними событиями, то ему оказывается проще потом переносить “прокачанный” таким образом навык распознавания черт лица на распознавание знаков алфавита при обучении чтению. Так, уже на исходе первого года жизни ребенок в состоянии распознавать контуры предметов и их базовые формы, состоящие из перекрещенных линий, такие, как X, L, T. И, напротив, ребенок с ущемленной эмоциональной сферой, росший без контакта с другими людьми, как правило, испытывает большие сложности в освоении мелкой графики алфавитной системы.

Благодаря технологиям сканирования мозга, таким, как MRI, мы можем проследить весь путь передачи электронного возбуждения от нейрона к нейрону во всей сети, проходящей от фиксации письменного слова сетчаткой глаза до интерпретации слова мозгом.

(Источник: Dehaene S.)

Любопытно, что начало этого пути буквы и лица проходят по одному пути, за примерно одно и то же время. Через 100 миллисекунд слова и лица попадают в задневисочную область, однако нервное возбуждение для слов “заскакивает” примерно на 50 миллисекунд в левую его часть, где происходит распознавание букв, составляющих слово, после чего импульс передается в правую область, где распознанное слово сопоставляется с “каталогом” хранящихся там слов.

Вся же архитектура распознавания текста (по Dehaene) строится следующим образом.

Левая височно-затылочная область ( у = -48). Короткие слова, цепочки и морфемы.

Левая височно-затылочная область ( у = -56). Локальные биграммы (?)

 Зона V8 зрительной коры. Каталог  распознавания абстрактных букв (?)

 Зона V4 зрительной коры. Распознавание контуров букв. 

 Зона V2 зрительной коры. Распознавание базовых элементов букв. 

 Зона V1 зрительной коры. Распознавание ориентированных линий, который могут являться компонентами знаков алфавита.

Таламус. В таламусе происходит первичный анализ поступившего из сетчатки глаза сигнала. В нем вычленяются контрастные области (то, что может содержать информацию, отделяется от фона). Тренировка этого механизма и обучение ему происходило на протяжении нескольких десятков тысяч лет существования вида  Homo Sapiens. 

 Восприятие зрительного сигнала. Сетчатка глаза. Зрительный сигнал, который может содержать текстовую информацию, поступает на сетчатку и далее передается в таламус - отдел мозга, отвечающий за его первичную интерпретацию.

Очень упрощая, можно сказать, что изобретение алфавита позволило сэкономить когнитивные ресурсы, для того, чтобы использовать их для чего-либо еще, за счет введения комбинаторного уровня распознавания графических сигналов в текст.

Если для использования шумерской или египетской письменности грамотному человеку нужно было хранить в памяти восемьсот символов, каждый из которых образовывал только одну связь “пиктограмма - значение”, то древнегреческий алфавит обходился для обозначения такого же количества значений обходился уже лишь 27 буквами за счет введения комбинаторного уровня и замены прямых связей между знаками и разветвленными связями между элементами, что позволило высвободить значительные когнитивные ресурсы и направить их на формирование новых областей значений (наука, философия и т.д.)

Вот так выглядел древнеегипетский пиктографический алфавит, насчитывавший около 800 знаков

Источник: http://drevniy-egipet.ru/pismennost-drevnego-egipta-istoriya-sozdaniya/

А так стало выглядеть основанное на буквенном алфавите древнегреческое письмо:

Источник: http://www.thg.ru/education/veisman/onepage.html

К созданию систем письменности человечество шло, как минимум, 30 тысяч лет. Нейропсихологи (S.Dehaene Reading in the brain) считают возникновение письменности результатом экспериментирования, тинкеринга с визуальными формами, свидетельства которых мы находим в наскальных рисунках первобытного человека. Рисунки эти представляют собой не графические полотна, а лишь намеченные, но, в то же время, узнаваемые контуры знакомых людям того времени животных и предметов - тарпанов, носорогов, бизонов.

Рисунок из пещеры Шове (ок. 33 000 лет до н.э) . Источник: https://commons.wikimedia.org/

Нанесенный на поверхность пещеры несколькими штрихами контур зверя, безусловно, доставлял его автору удовольствие от процесса тинкеринга и, в то же время создавал, за счет узнаваемости, социальный объект, которым автор мог поделиться с аудиторией - своим сообществом.  

Эти многотысячелетние эксперименты, сопровождающиеся социальными процессами, которые привели к появлению древнейших цивилизаций, нуждавшихся в знаковых системах для обеспечения своих жизненных циклов (сельскохозяйственного, годичного, религиозного, лунного и т.д.) привели около 4  назад тыс до н.э. к формированию первых, пиктографических систем письменности, распространившихся в Мессопотамии и Египте. Такие системы насчитывали до нескольких сотен (около 500 в Мессопотамии и около 700 в Египте) знаков, которые необходимо было удерживать в памяти. Естественно, делать это могла только очень узкая группа людей, обучение которых требовало значительных когнитивных способностей и сложной системы обучения.

Особенной вехой на пути создания эффективного когнитивного механизма, обеспечивающего грамотность, стало изобретение алфавитного письма, то есть привязка графического образа слова не к изображению, а к звучанию, что произошло около 1700 лет до н.э. На Синайском полуострове. Как выяснилось, мозг человека был готов справляться с новой для себя операцией - собирание визуального образа слова, знакомого человеку по его звучанию, из набора элементарных единиц - букв - и теперь для обозначения любого слова на письме хватало набора из 27 букв. На смену необходимости помнить сотни знаков, каждый из которых обозначал отдельное слово пришло умение комбинировать буквы, что существенно высвободило ресурсы человеческой памяти за счет усложнению связей между нейронами, хранившими эту информацию. На смену одноуровневой нейросети, действовавшей по принципу “один знак - одно значение” пришла многоуровневая нейронная сеть, в которой значения сопоставлялись со знаковыми комплексами, возникавшими за счет усложнени связей между нейронами.