Neuroimaging захватывает четыре скрытых этапа решения проблем

Источник: Алекс Оукенман / Shutterstock

Решение проблем является фундаментальным аспектом наших процессов повседневного мышления, которые включают в себя идентификацию, кодирование и формирование любой заданной проблемы. Всякий раз, когда вы не знаете, как лучше всего действовать, чтобы достичь желаемой цели или результата … это требует решения вами проблемы. Но каковы точные этапы решения проблем?

Исследователи из Университета Карнеги-Меллона (CMU) используют современную технологию нейровизуализации, чтобы продвинуть наше понимание конкретных ментальных этапов, которые люди проходят, когда они много думают о решении проблемы.

Чтобы продвинуть поле когнитивной теории, для исследователей важно, чтобы способность деконструировать выполнение конкретной когнитивной задачи в ее наиболее важные и отчетливые ментальные стадии. Новое исследование визуализации мозга из КМУ идентифицирует четыре разных этапа, которые кто-то делает, когда он или она решает проблемы.

В журнале « Психологическая наука » появилось исследование, проведенное в июле 2016 года «Скрытые этапы познания, выявленные в моделях активации мозга».

• Джон Барг и некоторые недоразумения о свободной воле
• Нет, действительно, я хороший пациент!
• Являются ли насилие против ненависти против людей ЛГБТ на подъеме?
• Что делать, если ваш ребенок приходит
• Благородная печаль: преимущества печали

Для этого исследования Джон Андерсон и его коллеги из CMU объединили две аналитические стратегии вместе с данными визуализации мозговых изображений fMRI, чтобы определить конкретные ментальные этапы, которые люди проходят в реальном времени, поскольку они изо всех сил пытаются решить сложную математическую задачу. Более конкретно, этот метод объединяет анализ нескольких вокселей (MVPA) для идентификации когнитивных этапов и скрытых полумарковских моделей для определения их продолжительности.

Андерсон заинтересован в построении временной шкалы, которая отображает ход данных визуализации мозга в режиме реального времени, чтобы получить информацию о том, что происходит «под капотом» от момента к моменту, когда люди выполняют сложные задачи решения проблем.

Андерсон и его коллеги определили четыре разных этапа познания, которые были связаны с решением проблемы: кодирование, планирование, решение и реагирование. Фокус исследований Андерсона заключается в том, чтобы лучше понять структуру более высокого уровня познания, деконструируя, как люди решают математические проблемы. Его команда фокусируется на «унифицированных теориях познания», которая представляет собой когнитивную архитектуру, которая охватывает широкий спектр задач мышления.

• Что ваш доктор не может сказать вам
• Музыки интравертного издателя, часть 2
• Ироническая вера: стратегия здорового преодоления
• Роль невнимательности в осознанности
• Опасность диагностики

Четыре этапа решения проблем Андерсона и др.

1. кодирование
2. планирование
3. Решение
4. Реагирование

Как и следовало ожидать, после кодирования различных аспектов решения математической задачи исследователи отметили, что этап планирования имеет тенденцию быть более длинным, если проблема требует большего планирования. И, решающий этап имеет тенденцию быть более длинным, когда решение труднее выполнить.

Конечная цель этого исследования заключалась в том, чтобы определить, повлияли ли манипуляции на длительность различных этапов решения проблем. Определение длины этих длительностей позволило исследователям непосредственно отображать реальные этапы познания, связанные с решением конкретной математической задачи.

Решение проблемы путем проб и ошибок исправляет орбитофронтальную кору (OFC)

Орбитофронтальная кора (OFC) в зеленом цвете.

Источник: Пол Викс / Общественное достояние

Эти результаты КМУ согласуются с исследованиями по решению проблем неврологами из Калифорнийского университета в Беркли, которые в режиме реального времени захватывают изображения мозга активного обучения, фотографируя мозг мышей, когда они учатся решать проблему путем проб и ошибок.

В журнале « Nature Communications » было опубликовано исследование, проведенное в марте 2016 года «Обучение навыкам совершенствования структурной пластичности дальних аксонов в лобной коре».

Используя передовые методы микроскопии, исследователи из Беркли сделали временные фильмы, которые иллюстрируют, как мышь активно изучает новую стратегию поиска скрытых лаконов во время задачи добычи. Фильмы демонстрируют драматическую реставрацию в области ортофронтальной коры (OFC) лобных долей во время проб и ошибок задач решения проблем.

Для этого исследования мышей выполняли утренние задания на кормление, после чего их мозговые изменения регистрировались днем. Используя передовую технологию нейровизуализации, называемую 2-фотонной лазерной сканирующей микроскопией, исследователи сделали снимки роста и обрезки мозговых схем дальних аксонов. Эти аксоны являются каналами для электрических сигналов, которые соединяют нейроны в лобных долях.

Интересно, что мыши, получившие Cheerios автоматически без необходимости навигации, изучения новых правил и охоты на них, не показали значительного роста в ремоделировании мозговых цепей. И наоборот, мыши, которым приходилось ежедневно определять новые правила путем решения проблемы, показали резкие изменения в нейронной проводке, которая передает информацию из орбитофронтальной коры. Удивительно, что акт «охоты и сбора» Черио сыграл фундаментальную роль в оптимизации функциональной связности лобных долей.

Вывод: Нейровизуализация обеспечивает окно во внутренние действия наших мыслей

Исследователи КМУ настроены оптимистично, что когда-нибудь в ближайшем будущем их результаты могут быть применены для улучшения разработки более эффективных методов обучения. Истории, полученные в результате такого исследования, также могут быть использованы для того, чтобы помочь студентам расширить свои кристаллизованные знания, выходящие за рамки поставленной задачи, таким образом, чтобы выявить их гибкость и гибкость в познании. В заявлении Андерсон пришел к выводу,

«То, как студенты решали эти проблемы, было для нас полной тайной, пока мы не применили эти методы. Теперь, когда ученики сидят там, задумавшись, мы можем сказать, что они думают каждую секунду ».

Эти исследования дополняют растущее количество исследований, в которых используется нейровизуализация, чтобы помочь нам лучше понять последовательные процессы познания и мышления. Хотя исследования в области нейровизуализации в прошлом обеспечили окно в различные аспекты познания, осталось загадочным, как все части этой головоломки сочетаются друг с другом, чтобы создать целостное целое. Все это быстро меняется с развитием технологий нейровизуализации. Оставайтесь с нами для большего прогресса в этой интересной теме!

© 2016 Кристофер Бергленд. Все права защищены.

Следуйте за мной на Twitter @ckbergland для получения обновлений в сообщениях в блоге Athlete's Way .

The Athlete's Way ® является зарегистрированным товарным знаком Christopher Bergland.