Ο ανθρώπινος εγκέφαλος χρησιμοποιείτο αρχικά για βασικές εργασίες επιβίωσης, όπως η ασφάλεια, το κυνήγι και η συλλογή αγαθών. Όμως, 200.000 χρόνια αργότερα, ο ίδιος ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ικανός να μάθει αφηρημένες έννοιες, όπως ορμή, ενέργεια και βαρύτητα, οι οποίες έχουν επίσημα καθοριστεί μόλις τους τελευταίους αιώνες.
Νέα έρευνα από το Carnegie Mellon University έχει τώρα ανακαλύψει πώς ο εγκέφαλος είναι ικανός να αποκτήσει νέους τύπους ιδεών. Δημοσιευμένη στο Psychological Science, οι επιστήμονες Robert Mason και Marcel Just χρησιμοποίησαν τεχνικές αποκωδικοποίησης των νευρώνων που αναπτύχθηκαν στο Carnegie Mellon University για να εντοπίσουν φυσικές έννοιες τις οποίες φοιτητές σε προχωρημένο στάδιο των σπουδών τους ανακαλούσαν στο νου τους όταν χρειαζόταν. Τα μοτίβα της ενεργοποίησης του εγκεφάλου όταν σκέφτονταν τις έννοιες της φυσικής έδειξαν ότι οι εγκέφαλοι όλων των μαθητών χρησιμοποιούσαν τα αρχαιότερα εγκεφαλικά συστήματα με τον ίδιο τρόπο, και τα μοτίβα αποκάλυψαν πώς δημιουργήθηκε η νέα γνώση –με την αλλαγή του σκοπού χρήσης των υπαρχόντων συστημάτων νευρώνων.
Τα ευρήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να βελτιώσουν τη διδασκαλία των επιστημονικών μαθημάτων.
«Αν οι δάσκαλοι των επιστημών γνωρίζουν πώς ο εγκέφαλος πρόκειται να κωδικοποιήσει μια νέα επιστημονική έννοια, τότε μπορούν να ορίσουν και να περιγράψουν την έννοια εκείνη με τρόπους που ταιριάζουν με τη διαδικασία κωδικοποίησης. Μπορούν να εκπαιδεύσουν τον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας τη γλώσσα του εγκεφάλου», είπε ο Mason, επίκουρος ερευνητής στο Τμήμα Ψυχολογίας του Dietrich College of Humanities and Social Sciences.
Οι Mason και Just, εκ των οποίων ο τελευταίος είναι καθηγητής Ψυχολογίας στο D. O. Hebb University, στρατολόγησαν εννέα σπουδαστές της Φυσικής και της Μηχανικής των οποίων οι σπουδές ήταν σε προχωρημένο επίπεδο για να συμμετάσχουν στην έρευνα. Ο εγκέφαλος κάθε φοιτητή εξετάστηκε στο Κέντρο Επιστημονικής Απεικόνισης και Έρευνας του Εγκεφάλου του Carnegie Mellon University ενώ τους παρουσιάζονταν μια σειρά από 30 οικείες έννοιες, όπως η βαρύτητα, η εντροπία, η αδράνεια, η διάθλαση και η ταχύτητα.
Χρησιμοποιώντας ένα μηχανικό πρόγραμμα μάθησης, οι Mason και Just μπόρεσαν να εντοπίσουν ποια από τις 30 έννοιες σκεφτόταν ένας φοιτητής επειδή η σκέψη για κάθε έννοια δημιουργούσε το δικό της μοτίβο ενεργοποίησης του εγκεφάλου. Μπόρεσαν επίσης να αναλύσουν τα μοτίβα στα διαφορετικά νευρικά μέρη που χρησιμοποιήθηκαν για να δημιουργήσουν τις ολοκληρωμένες έννοιες.
Η έρευνα έδειξε για πρώτη φορά πώς η εκμάθηση των εννοιών της φυσικής επιτυγχάνεται με τον επαναπροσδιορισμό του σκοπού των νευρικών δομών που αρχικά χρησιμοποιούντο για γενικούς, καθημερινούς σκοπούς. Ειδικότερα, ο εγκέφαλος είναι ικανός να μάθει φυσικές έννοιες λόγω της δυνατότητάς του να καταλάβει τις τέσσερις βασικές έννοιες της αιτιώδους κίνησης, της περιοδικότητας, της ενεργειακής ροής και των αλγεβρικών (όπως δηλαδή στις προτάσεις) παραστάσεων.
Τα εγκεφαλικά συστήματα που επεξεργάζονται τη ρυθμική περιοδικότητα όταν ακούν τον καλπασμό ενός αλόγου υποστηρίζουν επίσης την κατανόηση των εννοιών του κύματος στη φυσική. Παρομοίως, η κατανόηση της βαρύτητας εμπλέκει τη σύλληψη της αιτιώδους κίνησης, όπως ένα μήλο που πέφτει από ένα δέντρο∙ η ενεργειακή ροή χρησιμοποιεί το ίδιο σύστημα με την αίσθηση της ζέστης από μια φλόγα ή τον Ήλιο∙ και η κατανόηση της σύνδεσης μιας έννοιας με τις άλλες σε μια ισότητα χρησιμοποιεί τα ίδια εγκεφαλικά συστήματα με εκείνα που συμβάλλουν στην σύλληψη των προτάσεων που περιγράφουν ποσότητες.
«Για αυτό τον λόγο οι άνθρωποι μπόρεσαν να προχωρήσουν και να καινοτομήσουν –επειδή μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον εγκέφαλό μας για νέους σκοπούς», είπε ο Just. «Οι ανθρώπινοι εγκέφαλοι δεν έχουν αλλάξει πολύ εδώ και χιλιάδες χρόνια, αλλά νέοι κλάδοι όπως η αεροναυπηγική, η γενετική, η ιατρική και οι επιστήμες των υπολογιστών έχουν αναπτυχθεί και αλλάζουν συνέχεια. Τα ευρήματά μας εξηγούν πώς ο εγκέφαλος μπορεί να μάθει και να ανακαλύψει νέους τύπους εννοιών».
Αυτά τα ευρήματα είναι ένα παράδειγμα από τις πολλές καινοτομίες στην έρευνα περί εγκεφάλου από το Carnegie Mellon. Το Πανεπιστήμιο αυτό έχει δημιουργήσει κάποιους από τους πρώτους δασκάλους των γνωστικών τομέων, έχει βοηθήσει στη δημιουργία του υπολογιστή Watson που κέρδισε στο Jeopardy, ίδρυσε ένα ριζοσπαστικό διδακτορικό πρόγραμμα στη νευρική υπολογιστική, και είναι ο τόπος γέννησης της τεχνητής νοημοσύνης και της γνωστικής ψυχολογίας. Χτίζοντας πάνω στα δυνατά του σημεία στη βιολογία, την υπολογιστική, την ψυχολογία, τη στατιστική και τη μηχανική, το Πανεπιστήμιο προώθησε το BrainHub, μια πρωτοβουλία που επικεντρώνεται στο πώς η δομή και η δραστηριότητα του εγκεφάλου προκαλεί περίπλοκες συμπεριφορές.
