Enseñando nuevos trucos a los cerebros antiguos: una nueva investigación muestra cómo piensan los físicos modernos

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La ciencia de la física se ha esforzado por encontrar las mejores explicaciones posibles para comprender la materia y la energía en el mundo físico en todas las escalas del espacio y tiempo. La física moderna está llena de conceptos e ideas complejos que han revolucionado la forma en que vemos (y no vemos) el universo. Los misterios del mundo físico están siendo revelados cada vez más por físicos que profundizan en mundos no intuitivos e invisibles, que involucran los reinos subatómico, cuántico y cosmológico. Pero, ¿cómo logran los cerebros de los físicos avanzados esta hazaña, de pensar en mundos que no se pueden experimentar?

En un artículo publicado recientemente en npj Science of Learning, investigadores de la Universidad Carnegie Mellon encontraron una forma de decodificar la actividad cerebral asociada con conceptos científicos abstractos individuales relacionados con la materia y la energía, como el fermión o la materia oscura.

Robert Mason, investigador asociado senior, Reinhard Schumacher, profesor de física y Marcel Just, profesor de psicología de la Universidad DO Hebb, en CMU, investigaron los procesos de pensamiento de sus compañeros de facultad de física de CMU en relación con conceptos de física avanzada mediante el registro de su actividad cerebral. utilizando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI).

A diferencia de muchos otros estudios de neurociencia que utilizan imágenes cerebrales, este no buscaba encontrar «el lugar en el cerebro» donde residen los conceptos científicos avanzados. En cambio, el objetivo de este estudio era descubrir cómo el cerebro organiza conceptos científicos muy abstractos. Una enciclopedia organiza el conocimiento alfabéticamente, una biblioteca lo organiza de acuerdo con algo así como el Sistema Decimal Dewey, pero ¿cómo lo hace el cerebro de un físico?

El estudio examinó si los patrones de activación evocados por los diferentes conceptos físicos pueden agruparse en términos de propiedades conceptuales. Uno de los hallazgos más novedosos fue que los cerebros de los físicos organizaron los conceptos en aquellos con tamaño medible versus inmensurable. Aquí en la Tierra, para la mayoría de nosotros, los mortales, todo lo físico es medible, con la regla, la escala o la pistola de radar adecuadas. Pero para un físico, algunos conceptos como la materia oscura, los neutrinos o el multiverso, su magnitud no es medible. Y en los cerebros de los físicos, los conceptos medibles versus inmensurables se organizan por separado.

Por supuesto, algunas partes de la organización cerebral de los profesores de física se parecían a la organización de los cerebros de los estudiantes de física, como los conceptos que tenían un carácter periódico. La luz, las ondas de radio y los rayos gamma tienen una naturaleza periódica, pero conceptos como la flotabilidad y el multiverso no.

Pero, ¿cómo se puede evaluar esta interpretación de los hallazgos de activación cerebral? El equipo de estudio encontró una manera de generar predicciones de los patrones de activación de cada uno de los conceptos. Pero, ¿cómo se puede predecir la activación provocada por la materia oscura? El equipo reclutó a un grupo independiente de profesores de física para calificar cada concepto en cada una de las dimensiones organizadoras hipotéticas en una escala de 17. Por ejemplo, un concepto como «dualidad» tendería a clasificarse como inconmensurable (es decir, bajo en la escala de magnitud medible). Luego, un modelo computacional determinó la relación entre las calificaciones y los patrones de activación para todos los conceptos excepto uno de ellos y luego usó esa relación para predecir la activación del concepto excluido. La precisión de este modelo fue del 70 % en promedio, muy por encima de la probabilidad del 50 %. Este resultado indica que la organización subyacente se comprende bien. Este procedimiento se demuestra para la activación asociada con el concepto de materia oscura en la figura adjunta.

Creatividad del pensamiento

Cerca de principios del siglo XX, los físicos posnewtonianos avanzaron radicalmente la comprensión del espacio, el tiempo, la materia, la energía y las partículas subatómicas. Los nuevos conceptos surgieron no de su experiencia perceptiva, sino de las capacidades generativas del cerebro humano. ¿Cómo fue esto posible?

Las neuronas en el cerebro humano tienen una gran cantidad de capacidades computacionales con diversas características, y la experiencia determina cuáles de esas capacidades se utilizan de varias maneras posibles en combinación con otras regiones del cerebro. para realizar determinadas tareas de pensamiento. Por ejemplo, todo cerebro sano está preparado para aprender los sonidos del lenguaje hablado, pero la experiencia de un bebé en un entorno lingüístico particular determina qué fonemas de qué idioma se aprenden.

La genialidad de la civilización ha sido utilizar estas capacidades cerebrales para desarrollar nuevas habilidades y conocimientos. Lo que hace posible todo esto es la adaptabilidad del cerebro humano. Podemos usar nuestros cerebros antiguos para pensar en nuevos conceptos, que se organizan a lo largo de nuevas dimensiones subyacentes. Un ejemplo de una «nueva» dimensión física significativa en el siglo XX, la física posnewtoniana es la «inmensurabilidad» (una propiedad de la materia oscura, por ejemplo) que contrasta con la «mensurabilidad» de los conceptos de la física clásica (como el par o velocidad). Esta nueva dimensión está presente en los cerebros de todos los profesores universitarios de física evaluados. Los avances científicos en física se construyeron con las nuevas capacidades de los cerebros humanos.

Otro hallazgo sorprendente fue el gran grado de similitud entre los físicos en la forma en que sus cerebros representaban los conceptos. Aunque los físicos se formaron en diferentes universidades, idiomas y culturas, hubo una similitud en las representaciones cerebrales. Esta similitud en las representaciones conceptuales surge porque el sistema cerebral que automáticamente entra en juego para procesar un tipo dado de información es el que es inherentemente más adecuado para ese procesamiento. Como analogía, considere que las partes del cuerpo que entran en juego para realizar una tarea dada son las más adecuadas: para atrapar una pelota de tenis, automáticamente entra en juego una mano que se cierra, en lugar de un par o rodillas o una boca o una axila De manera similar, cuando los físicos procesan información sobre oscilaciones, el sistema cerebral que entra en juego es el que normalmente procesaría eventos rítmicos, como movimientos de baile u ondas en un estanque. Y esa es la fuente de los puntos en común entre las personas. Son las mismas regiones del cerebro en todos los que se reclutan para procesar un concepto dado.

Entonces, el secreto de enseñar nuevos trucos a los cerebros antiguos, como lo ha hecho repetidamente el avance de la civilización, es empoderar a los pensadores creativos para que desarrollen nuevos conocimientos e invenciones, construyendo o reutilizando las capacidades inherentes de procesamiento de información del cerebro. cerebro humano. Al comunicar estos conceptos recientemente desarrollados a otros, se arraigarán en las mismas capacidades de procesamiento de información de los cerebros de los destinatarios que usaron los desarrolladores originales. La comunicación masiva y la educación pueden propagar los avances a poblaciones enteras. Así, la marcha de la ciencia, la tecnología y la civilización continúa siendo impulsada por la entidad más poderosa de la Tierra, el cerebro humano.

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Los científicos descubren cómo el cerebro se reutiliza para aprender conceptos científicos Proporcionado por la Universidad Carnegie Mellon Cita: Enseñando nuevos trucos a los cerebros antiguos: Una nueva investigación muestra cómo piensan los físicos modernos (2021, 11 de octubre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-10-ancient-brains-modern-physicists.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.