Благодаря достижениям Университета Карнеги-Меллона в технологии визуализации мозга мы теперь знаем, как определенные конкретные объекты закодированы в мозгу, до такой степени, что мы можем определить, какой объект, например, дом или банан, кто-то думает по его активации мозга. подпись.
Теперь ученые CMU применяют эти знания о нейронных репрезентациях знакомых концепций, обучая людей новым концепциям и наблюдая за развитием новых нейронных репрезентаций. В публикации в журнале Human Brain Mapping ученые впервые задокументировали формирование недавно усвоенной концепции внутри мозга и показали, что это происходит в одних и тех же областях мозга у всех.
Это новое исследование объединяет науку о мозге и инновации в обучении, две общеуниверситетские инициативы Карнеги-Меллона – BrainHub, в которой основное внимание уделяется тому, как структура и активность мозга порождают сложные формы поведения, и инициативу Саймона, направленную на значительное улучшение обучения студентов. результаты, используя десятилетия обучения научным исследованиям.
Марсель Жюст, ведущий нейробиолог, указал на объявление Смитсоновского института в 2013 году об олингито, недавно идентифицированном виде хищников, которые в основном питаются фруктами и живут сами по себе на верхушках деревьев в тропических лесах, как на пример типа новой концепции, которую люди изучают.
«Миллионы людей читают информацию об олингито и при этом навсегда изменяют свой собственный мозг», – сказал Джаст, доктор философии.О. Профессор когнитивной нейробиологии Университета Хебба в Колледже гуманитарных и социальных наук Дитриха КМУ. «Наше исследование было посвящено изучению этого процесса как раз в то время в лабораторных условиях. Когда люди узнали, что олингито ест в основном фрукты, а не мясо, область их левой нижней лобной извилины, а также несколько других областей сохранили новую информацию в соответствии со своим собственным кодом.’
Только что добавил: «Новые знания, полученные в результате объявления Смитсоновского института, были закодированы в одних и тех же областях мозга каждого человека, который узнал новую информацию, потому что все мозги, похоже, используют одну и ту же файловую систему.’
Для исследования Эндрю Бауэр, доктор философии.D. студент факультета психологии, и только что обучил 16 участников исследования диете и жилище вымерших животных, чтобы отслеживать рост нейронных репрезентаций восьми новых концепций животных в мозгу участников.
Опираясь на предыдущие результаты, исследовательская группа знала, «где» ожидать появления новых знаний в мозгах их участников. Информация о жилищах и информация о еде, как было показано, находится в каждом собственном наборе областей мозга, областях, общих для всех людей.
В течение часа участникам исследования давали мини-руководство по зоологии, посвященное питанию и среде обитания животных, в то время как ученые использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) для отслеживания появления концепций в мозгу участников. По мере обучения новым свойствам уровни активации в регионах приема пищи и в регионах проживания менялись.
Одним из важных результатов было то, что после урока по зоологии каждая из восьми концепций животных разработала свою собственную уникальную сигнатуру активации. Это позволило компьютерной программе определить, о каких из восьми животных думал участник в данный момент. По сути, программа читала их мысли, когда они обдумывали совершенно новую мысль.
Но даже несмотря на то, что у животных были уникальные сигнатуры активации, животные, которые обладали схожими свойствами (например, схожая среда обитания), имели похожие сигнатуры активации. То есть сходство свойств двух животных привело к сходству между их сигнатурами активации. Этот вывод показывает, что сигнатуры активации не просто произвольные шаблоны, а значимые и интерпретируемые.
«Активационная сигнатура концепции представляет собой смесь различных типов знаний о концепции, которые человек хранит, и каждый тип знаний хранится в своем собственном характерном наборе областей», – сказал только что.
Другой важный результат заключался в том, что после того, как свойство животного было изучено, оно оставалось нетронутым в мозгу даже после того, как были изучены другие свойства животного. Это открытие указывает на относительную нервную стойкость того, что мы узнаем.
«Каждый раз, когда мы чему-то учимся, мы постоянно систематически меняем наш мозг», – сказал Бауэр, ведущий автор исследования. «Было приятно видеть, как наше исследование успешно внедряет информацию о вымерших животных в ожидаемые места в файловой системе мозга.’
Просто считает, что исследование дает исследователям мозга основу для отслеживания того, как новая концепция проникает в мозг из слов и графики, используемых для ее обучения, предвещая способность оценивать прогресс в изучении сложной концепции, такой как -школьный урок физики. Анализ паттернов фМРТ может выявить, какие аспекты концепции студенты неправильно понимают (или не понимают), таким образом, чтобы можно было провести следующую итерацию обучения.
Результаты этого исследования также показывают, что можно использовать аналогичный подход для понимания «потери» знаний при различных заболеваниях головного мозга, таких как деменция или болезнь Альцгеймера, или из-за травм головного мозга. Утрата концепции в мозгу может быть обратным процессу, наблюдаемому в исследовании.