W jaki sposób nasz mózg uczy się fizyki?

Badania pokazują, że do zrozumienia fizyki wykorzystujemy mechanizmy umysłu, używane każdego dnia do robienia prostych czynności.

Młody homo sapiens nie znał teorii względności, ale od współczesnych ludzi oczekuje się, że zrozumieją chociaż jej podstawowe złożenia.

„Jak to się dzieje, że nasze pradawne umysły zostały przystosowane do zrozumienia w przyszłości abstrakcyjnych pojęć i rozwijania nowych gałęzi nauki?” – pyta Marcel Just neurolog z Carnegie Mellon University.

W badaniu opublikowanym w czerwcu w „Psychological Science” naukowiec wraz ze swoim kolegą po fachu Robertem Masonem, odkryli, że próbując zrozumieć abstrakcyjne prawa fizyki pobudzamy wzory myślowe, które są generalnymi zdolnościami naszego mózgu, używanymi codziennie do takich prostych czynności jak wyczuwanie rytmu lub analiza struktury zdań.

Te same powszechne wzory są używane również do uczenia się abstrakcyjnych praw naukowych.

Mason i Just skanowali umysły dziewięciu ochotników – zawodowych fizyków i inżynierów, którzy zastanawiali się nad 30 różnymi konceptami fizyki – pędem, entropią, przewodzeniem prądu itd.

Naukowcy wprowadzili pozyskane dane do komputera, który był w stanie stwierdzić na podstawie analizy aktywności mózgu, o jakim pojęciu dana osoba rozmyślała.

Jak to było możliwe? Ponieważ wzory myślowe używane do rozumienia poszczególnych tematów – przykładowo grawitacji – były takie same u wszystkich uczestników.

„Każdy z nas uczy się rozumienia fizyki w innych klasach, z innymi nauczycielami, w różnym tempie. Jest to więc zaskakujące, że u wszystkich osób do rozumienia fizyki pobudzone zostają dokładnie te same rejony mózgu i mechanizmy myślowe” stwierdził Mason.

W kolejnym kroku naukowcy porównali skany ze swoich badań z poprzednimi badaniami, dopasowującymi aktywność neuronową do procesów myślowych. Okazało się, że odpowiedzi mózgu, – „fale mózgowe” i „częstotliwości” pojawiały się w tych samych regionach, które aktywują się, gdy oglądamy taniec, słuchamy muzyki lub wyczuwamy rytmiczne wzory jak np. galop konia – a więc gdy wyczuwamy periodyczność (okresowość).

Gdy studenci myślą nad rozwiązaniem zadania matematycznego zaangażowane zostają te same obszary mózgu, które odpowiadają za przetwarzanie zdań.

Wyniki sugerują, że do radzenia sobie z nauką na wysokim poziomie wykorzystywane są te same struktury neuronowe, jak te angażowane do prostszych, codziennych czynności i zadań.

Oznacza to więc, że „nawet jeśli niektóre z współczesnych pojęć naukowych zostało opisanych w ciągu ostatnich kilku stuleci, nasze mózgi zostały tak zbudowane, aby radzić sobie z ich rozumieniem ” konkluduje Just.

Wyniki sugerują, że niektóre przedmioty nauczania powinny być wykładane razem, aby ułatwić ich przyswajanie. Naukowcy będą kontynuować swoje badania z wykorzystaniem kolejnych dziedzin nauki – genetyki oraz informatyki.