фМРТ показала, что понимает студент

Основная проблема отношений между учителем и учеником заключается в том, что наставнику сложно получить обратную связь – насколько обучаемый понимает, о чем идет речь или как устроено что-либо, даже если последний добросовестно кивает головой и говорит «понятно». Исследователям из Дармута смогли оценить степень понимания с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Результаты уникального в своем роде эксперимента удостоены публикации в Nature Communications.

Вероятнее всего, что знания (то есть память) «закодированы» в виде синапсов между нейронами. Но вот понимание – менее изученная функция мозга. Ведь для того, чтобы что-то понять, нужно использовать имеющиеся знания вкупе с абстрактным мышлением.

Для эксперимента ученые использовали выборку из 28 студентов-инженеров. Часть из них брала дополнительные курсы по физике и машиностроению, другая часть занималась по базовой программе. Перед экспериментом их попросили пройти тест для оценки знаний в этих областях. Собственно, это тот метод, который широко используется для оценки знаний сейчас почти во всех учебных заведениях. А вот сам эксперимент требовал от студентов решения задачи. Только не из задачника.

После прохождения курса о третьем законе Ньютона участникам были представлены фотографии различных реальных конструкций, на которых стрелками были показаны действия разных сил. Студентов просили оценить, насколько правильно эти силы указаны. Во время раздумий над задачей и ответа им проводили функциональную магниторезонансную томографию.

Для того, чтобы полученные данные были нагружены смыслом и имели возможность интерпретации, ученые разработали специальный алгоритм, который по активности мозга строил своеобразные нейронные карты и «оценивал» их. Таким образом, в результате получался некий «нейронный балл» соответствующий каждому студенту. Его ученые сравнивали со средними оценками за пройденные тесты на знания.

В большинстве случаев они, конечно, коррелировали. Но интересно другое: судя по данным томографии, более опытные инженеры совершенно по-другому видели задачу. Их паттерны мозговой активности больше задействовали области, связанные с абстрактным мышлением, мозг же студентов базового уровня ограничивался в основном нейронными контурами с воспоминаниями. Таким образом, студентам показывали одни и те же картинки, но видели они их по-разному.

Результаты показали, что концептуальные знания студентов-инженеров были связаны с паттернами активности в нескольких областях мозга, включая дорсальную лобно-теменную сеть, которая способствует пространственному познанию, и области вентральной затылочно-височной коры, которые участвуют в распознавании зрительных объектов и идентификации категорий.

Такой метод оценки работы информационной сети мозга, конечно, вряд ли будет использоваться в школах и ВУЗах для оценки знаний. Но вполне возможно, что такой подход можно использовать для оценки эффективности различных техник обучения как таковых. По крайней мере, сейчас эта же исследовательская группа сравнивает эффективность «реальной» и виртуальной лаборатории.

Текст: Дарья Тюльганова

 Cetron, J. S., Connolly, A. C., Diamond, S. G., May, V. V, Haxby, J. V, & Kraemer, D. J. M. (2019). Decoding individual differences in STEM learning from functional MRI data. Nature Communications, 10(1), 2027. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10053-y

Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен, Одноклассниках и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.