Există și critici la adresa relației dintre neuroștiințe și educație – în 1997, John Bruer publica un articol în care susține că rezultatele cercetărilor din neuroștiințe sunt, încă, insuficiente pentru a face o legătură clară între structura și funcțiile cerebrale și educație. Argumentele pe care le combate sunt:

  1. Copilăria timpurie este caracterizată de creșterea rapidă a numărului sinapselor (proces numit sinaptogeneză), după care urmează o perioadă de „selecție”.
  2. Există așa-numitele perioade critice dependente de experiență în timpul cărora creierul în dezvoltare este pregătit pentru a dezvolta anumite capacități senzoriale și motorii.
  3. Un mediu bogat în stimuli determină creșterea sinaptogenezei, dovadă fiind capacitatea uriașă de învățare din copilăria timpurie, atunci când creșterea numărului de sinapse este maximă, la fel ca și activitatea cerebrală.

Cunoștințele despre dezvoltarea timpurie a creierului, furnizate de neurobiologie, susțin diverse argumente referitoare la educație cum ar fi, de exemplu, posibilitatea de a explica unui copil orice subiect (bineînțeles, într-o formă adecvată vârstei), datorită marii adaptabilități și a capacității uriașe de învățare a creierului copilului. O altă idee este cea a perioadelor critice de învățare a anumitor abilități sau seturi de cunoaștere, susținută și de experimentele pe animale care arată că atunci când creierul în dezvoltare nu este supus anumitor stimuli, zonele cerebrale responsabile de procesarea acelor stimuli nu se vor dezvolta nici mai târziu – principiul ferestrelor de cunoaștere.

Bruer susține că științele comportamentului pot oferi o bază pentru politicile educaționale, spre deosebire de neuroștiințe, a căror contribuție este limitată de propriile lor limite. Argumentul său îl constituie persistența dogmelor ce provin din primele cercetări de neurobiologie, dar care s-au dovedit a nu avea, de fapt, nicio susținere științifică. Trei dintre aceste dogme, numite neuromituri, au fost enumerate într-un raport al OECD asupra înțelegerii creierului); ele sunt, de fapt, mai multe, așa cum susține cercetătorul Usha Goswami:

  1. Emisfera stângă versus emisfera dreaptă (emisferele cerebrale susțin tipuri diferite de învățare).Ideea conform căreia cele două emisfere ar învăța diferit nu are, de fapt, nicio susținere științifică, provenind din constatarea că anumite abilități cognitive par să fie localizate diferențiat pe o anumită emisferă (de exemplu, limbajul este susținut de emisfera stângă la persoanele dreptace). Între cele două emisfere există, însă, nenumărate conexiuni – neuroimagistica arată că orice abilitate cognitivă solicită numeroase regiuni cerebrale situate în ambele emisfere, responsabile atât de limbaj, cât și de citit, deci nu există niciun tip de învățare susținut doar de o emisferă cerebrală.
  2. Plasticitatea cerebrală pentru anumite tipuri de învățare doar în timpul anumitor „perioade critice” – de unde necesitatea ca învățarea, pentru anumite arii, să se facă neapărat în aceste perioade.Neuromitul „perioadelor critice” este o extensie a unor rezultate din cercetarea neurologică a sistemului vizual, deci nu are legătură cu învățarea și cunoașterea. Deși deprivarea senzorială în timpul anumitor perioade de timp poate afecta dezvoltarea simțului văzului, aceste perioade sunt mai degrabă senzitive decât critice, iar posibilitatea de a învăța nu este pierdută pentru totdeauna. De exemplu, dacă un copil poate beneficia de posibilitatea de a învăța o a doua limbă în timpul perioadei senzitive de achiziție a limbajului, aceasta nu înseamnă că un adult nu poate învăța acea limbă mai târziu în viață.

    Ideea de „periodă critică” provine din lucrările cercetătorilor Hubel și Wiesel și se referă la perioadele în care are loc formarea de sinapse în exces, perioade care se termină atunci când nivelurile conexiunilor sinaptice se stabilizează. În timpul periodelor de formare a sinapselor, anumite regiuni cerebrale sunt sensibile mai ales la prezența sau absența anumitor tipuri de stimuli. Perioadele critice diferă în cadrul unui sistem – sistemul vizual are perioade critice diferite pentru dominanța oculară, pentru acuitatea vizuală și pentru funcția binoculară – dar și între sisteme – perioada critică pentru sistemul vizual pare să ia sfârșit în jurul vârstei de 12 ani, în timp de achiziția sintaxei – la cca 16 ani.

    În locul unei singure perioade critice pentru sistemele cognitive obișnuite, cercetătorii preferă să abordeze perioadele senzitive de timp în care creierul este cel mai ușor de modelat într-o manieră subtilă și gradată. Perioadele critice pot fi împărțite în trei faze: prima, de schimbare rapidă, urmată de o dezvoltare continuă, în care se pot produce pierderi și deteriorări, și cea de-a treia, faza de dezvoltare continuă în care sistemul își revine din deprivare.

    Deși existența perioadelor senzitive este dovedită, nu știm dacă sunt valabile și pentru cunoașterea transmisă cultural (ca citirea și aritmetica). De asemenea, nu se cunoaște rolul sinaptogenezei în achiziția acestor abilități.

  3. Educația eficientă se face numai în perioadele de sinaptogeneză (mediul în care se află copilul trebuie îmbogățit în perioadele de creștere a numărului de sinapse).

Argumentul mediului îmbogățit se bazează pe experimentele care arată că șobolanii crescuți în medii complexe se descurcă mai bine atunci când sunt puși să realizeze diverse sarcini în labirint și au 20-25% mai multe conexiuni sinaptice decât șobolanii crescuți în medii obișnuite. Totuși, aceste medii „îmbogățite” erau create în condițiile de laborator, fiind foarte departe, de fapt, de mediul extrem de stimulativ în care ar trăi un șobolan în sălbăticie. În plus, formarea acestor conexiuni suplimentare ca răspuns la stimuli de mediu noi are loc pe tot parcursul vieții, nu numai în timpul perioadelor critice sau senzitive. De exemplu, pianiștii talentați prezintă în cortexul auditiv reprezentări mărite ale sunetelor clapelor de pian, în timp ce violoniștii au reprezentări neuronale ample pentru degetele mâinii stângi. Șoferii de taxi londonezi dezvoltă rețele neuronale ample în zona cerebrală responsabilă pentru reprezentarea spațială și pentru navigație. Creierul formează, deci, chiar și la adult, multe conexiuni noi ca rezultat al stimulării unei anumite zone cerebrale.

Cercetările lui Greenough sugerează un al doilea tip de plasticitate. În timp ce sinaptogenza și perioadele critice se referă la plasticitatea experience-expectant, creșterea numărului de sinapse în medii complexe se referă la plasticitatea experience-dependent. Acest tip de plasticitate se ocupă de învățarea în anumite medii, nu de caracteristici ubicue ale mediului, comune tuturor membrilor speciei, cum este vocabularul.

Plasticitatea experience-dependent (dependentă de experiență) este importantă deoarece face legătura dintre învățarea specifică și palsticitatea cerebrală, dar este relevantă de-a lungul întregii vieți, nu numai în perioadele critice. Plasticitatea experience-expectant (care „așteaptă” experiența) sugerează că acele caracteristici ale mediului care sunt necesare pentru reglajele fine ale sistemelor senzoriale sunt ubicui și extrem de generale. Aceste tipuri de stimuli abundă în mediul tipic al oricărui copil. Astfel, plasticitatea experience-expectant nu depinde de experiențe specifice într-un mediu specific, deci nu pot oferi prea mult sprijin în alegerea jucăriilor, sau a atitudinii referitoare la copilăria mică. Legătura dintre experiență și plasticitatea cerebrală nu este, încă, elucidată. Fără îndoială că învățarea are efect asupra creierului, dar această relație nu ne ajută la optimizarea procesului de învățământ.

Bruer avertizează și asupra pericolelor mediilor „îmbogățite” pe baza valorilor socio-economice și atrage atenția asupra tendinței de a considera valorile clasei de mijloc mai importante decât cele ale clasei muncitoare, în ciuda faptului că nu există o explicație neuroștiințifică pentru aceasta.

Cercetările asupra sinaptogenezei s-au făcut la început pe animale. Pornind de la rezultatele cercetărilor pe maimuțe și pisici, se poate presupune că dezvoltarea neuronală la om durează până la adolescență. Perioadele de sinaptogeneză intensă sunt asociate cu dezvoltarea anumitor deprinderi și funcții cognitive – acuitatea vizuală, apucarea, utilizarea simbolurilor, memoria de lucru. Totuși, aceste deprinderi se rafinează și după ce se presupune că sinaptogeneza a luat sfârșit, mai mult, se perfecționează și după ce densitatea sinaptică a ajuns la nivelul creierului adult, ceea ce sugerează ideea că sinaptogeneza este necesară pentru învățarea acestor deprinderi, dar nu este implicată și în rafinarea lor continuă. Există, deci, și alte schimbări cerebrale care contribuie la învățarea continuă.

În plus, schimbările cognitive corelate cu sinaptogeneza sunt legate de memoria vizuală, tactilă, proprioceptivă și de lucru. Acestea nu sunt capacități învățate ci, mai degrabă, acumulate independent de școală, sprijinind chiar învățarea ulterioară. Ce nu se știe este cum anume aceste capacități se leagă de învățarea ulterioară în școală. Se știe doar că are loc sinaptogeneza și că modelul acesteia este important pentru funcționarea creierului. Neuroștiințele nu pot explica educatorilor ce categorii de experiențe din copilăria timpurie pot îmbunătăți capacitățile cognitive ale copilului, sau rezultatele sale la școală.

O altă idee care a generat confuzii este atribuirea unui anumit sex creierului – creier masculin sau creier feminin. Este vorba de o interpretare eronată a unor termeni utilizați pentru descrierea stilurilor cognitive în încercarea de a conceptualiza natura pattern-urilor cognitive la indivizii cu disfuncționalități din categoria autismului. Baron-Cohen a constatat că bărbații se descurcau mai bine cu sistematizarea, înțelegând sistemele mecanice, iar femeile erau mai empatice, comunicând mult mai ușor și înțelegându-i pe ceilalți. Astfel, autorul a sugerat că autismul ar putea fi privit ca o extremă a „creierului masculin”, fără a afirma că femeile și bărbații ar avea creiere total diferite sau că femeile cu autism ar avea creier de bărbat.

O altă problemă se referă la discrepanța dintre rezoluția spațială în imagistică și rezoluția spațială a schimbărilor sinaptice care ar susține procesele de învățare. La fel și în cazul rezoluției temporale. Astfel, este greu de făcut legătura dintre subcomponentele capacităților cognitive și funcționarea creierului. În opinia lui Bruer, fisura din teoria neuroștiinței educației constă tocmai în încercarea de a face legătura dintre ceea ce se întâmplă la nivel sinaptic și procesele de la nivelele superioare ale învățării și instruirii. Terminologia „minte, creier și educație” trimite la ideea că dacă nu putem face legătura directă dintre educație și neuroștiință, atunci putem folosi două conexiuni deja existente pentru informarea domeniului educației – legătura dintre psihologia cognitivă și educație și dintre psihologia cognitivă și neuroștiință.

Bruer consideră că neuroștiințele în forma lor actuală nu prea au multe de oferit educatorilor la nivel practic. Științele cognitive, pe de altă parte, pot servi ca bază pentru dezvoltarea unei științe aplicate a învățării și educației. Alți cercetători au sugerat legături alternative către psihologia cognitivă la care face referire Bruer: psihologia educațională, după Mason, se ocupă cu „dezvoltarea modelelor descriptive, interpretive și prescriptice ale învățării și cu alte fenomene educaționale”.

Willingham afirmă că rolul neuroștiințelor în rafinarea practicii educaționale este de necontestat dar că este nevoie de depășirea a trei obstacole pentru ca cele două domenii să comunice direct:

  1. Țelurile – Willingham consideră că educația (pedagogia) este o știință artificială, care caută să creeze un artefact – un set de strategii și de materiale pedagogice. Neuroștiința este, dimpotrivă, o știință naturală, fiind preocupată de elucidarea mecanismelor care descriu structura și funcțiile neuronului. Această diferență face ca anumite țeluri educaționale să fie imposibil de explicat cu ajutorul cercetării neuroștiinței – de exemplu, caracterul sau simțul artistic.
  2. Verticala – nivelurile de analiză: Willingham afirmă că cel mai înalt nivel de analiză la care se aspiră în neuroștiințe este cartografierea structurii și activității creierului pe funcții cognitive, sau chiar a interacțiunii funcțiilor cognitive (impactul emoțiilor asupra învățării). În cadrul neuroștiințelor, aceste funcții sunt studiate separat, pentru simplificare, iar sistemul nervos ca întreg, întreaga sa activitate, cu nenumăratele interacțiuni funcționale, sunt lăsate la o parte. Pentru educatori, pe de altă parte, primul nivel de analiză ar fi mintea unui singur copil, următoarele niveluri încorporând clasa, regiunea, țara etc. Astfel, importul rezultatelor cercetării efectuate asupra unui singur factor cognitiv într-un domeniu în care contextul este esențial creează dificultăți. De exemplu, în condiții de laborator, este dovedit că memorarea (învățarea pe de rost) îmbunătățește învățarea, însă profesorul nu poate implementa această strategie fără a lua în considerare impactul asupra motivației copilului. Pentru neuroștiințe, însă, studiul unor astfel de interacțiuni în condiții de laborator este extrem de dificil.
  3. Orizontala – implementarea rezultatelor cercetării de laborator: în timp ce datele și teoriile educației se bazează aproape exclusiv pe comportament, descoperirile neuroștiințelor pot fi încadrate în diverși parametri – electrici, chimici, spațiali, temporali etc. Forma cea mai obișnuită de preluare de date din neuroștiințe în educație o reprezintă cartografierea activităților cerebrale pe funcții cognitive. Însă aplicarea unei astfel de informații spațiale la teoria educațională este foarte complicată – nu se știe cum se poate folosi informația conform căreia o anumită regiune cerebrală susține o anumită funcție relevantă pentru educație. Această „problemă la nivel orizontal” poate fi rezolvată, afirmă Willingham, numai cu ajutorul unei mari cantități de date obținute din studierea comportamentului și al teoriilor deja existente, dovada fiind că astfel de metode au fost eficiente în identificarea unor subtipuri de dislexie.

Katzir și Paré-Blagoev susțin că neuroimagistica nu ar fi potrivită, în momentul de față, pentru examinarea funcțiilor cognitive la nivel înalt, deoarece se bazează pe metoda eliminării – activitatea cerebrală în timpul îndeplinirii unei sarcini de rutină este eliminată din cea care se manifestă în cursul unei sarcini mai complicate, păstrându-se doar datele despre activarea legată specific de funcția examinată. Cei doi cercetători susțin că metoda, foarte bună pentru studierea procesării cerebrale a sarcinilor primare (percepții de diferite naturi, cum ar fi văzul sau atingerea), nu poate fi relevantă în cazul procesării unor sarcini mult mai complexe, cum ar fi cititul sau deducțiile. Și alți cercetători susțin această idee, neajunsurile fiind determinate nu atât de tehnologia în sine cât de posibilitatea de a concepe experimente și de a interpreta rezultatele. Ei susțin păstrarea datelor experimentale din studiul comportamentelor, înțelese până acum foarte bine, și pentru care există un cadru teoretic solid.