Lo studio di imaging traccia l'attività cerebrale associata alla risoluzione dei problemi

Un nuovo approccio di ricerca che utilizza i dati di neuroimaging rivela che il cervello progredisce attraverso fasi distinte man mano che un individuo risolve problemi impegnativi.

Combinando due strategie analitiche, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare i dati della risonanza magnetica funzionale per identificare i modelli di attività cerebrale che accompagnano quattro fasi distinte della risoluzione dei problemi.

"Il modo in cui gli studenti stavano risolvendo questo tipo di problemi era un mistero per noi fino a quando non abbiamo applicato queste tecniche", dice lo scienziato psicologico John Anderson della Carnegie Mellon University, ricercatore capo dello studio.

"Ora, quando gli studenti sono seduti lì a pensare intensamente, possiamo dire cosa stanno pensando ogni secondo."

Le intuizioni di questo lavoro potrebbero eventualmente essere applicate alla progettazione di un'istruzione in classe più efficace, afferma Anderson.

Lo studio, appare inScienze psicologiche, una rivista dell'Association for Psychological Science.

La ricerca emerge da una linea di indagine in corso che utilizza l'imaging del cervello per comprendere la sequenza dei processi che sono alla base del pensiero. Mentre la ricerca di neuroimaging ha fornito una finestra su vari aspetti della cognizione, non è chiaramente compreso come questi pezzi si incastrino in un insieme coerente, poiché le persone completano compiti reali in tempo reale.

Anderson si è chiesto se due approcci analitici - analisi del pattern multivoxel (MVPA) e modelli semi-Markov nascosti (HSMM) - potessero essere combinati per fare luce sulle diverse fasi del pensiero.

MVPA è stato tipicamente utilizzato per identificare modelli momentanei di attivazione; L'aggiunta di HSMM, ipotizzava Anderson, avrebbe fornito informazioni su come questi modelli si sviluppano nel tempo.

Anderson e colleghi Aryn A. Pike e Jon M. Fincham hanno deciso di applicare questo approccio combinato ai dati di neuroimaging raccolti dai partecipanti mentre risolvevano tipi specifici di problemi di matematica.

Per valutare se le fasi identificate si associavano alle fasi effettive del pensiero, i ricercatori hanno manipolato diverse caratteristiche dei problemi di matematica. Per fare ciò, hanno creato alcuni problemi che richiedevano uno sforzo maggiore per elaborare un piano di soluzione appropriato e altri che richiedevano uno sforzo maggiore nell'esecuzione della soluzione.

Lo scopo era verificare se queste manipolazioni avessero gli effetti specifici che ci si aspetterebbe sulla durata delle diverse fasi.

I ricercatori hanno portato 80 partecipanti al laboratorio: dopo aver praticato utilizzando strategie specifiche per risolvere i problemi di matematica, i partecipanti hanno quindi risposto a una serie di problemi target mentre erano nello scanner. Hanno ricevuto feedback per ogni problema, con le risposte che diventavano verdi se erano corrette e rosse se erano errate.

Utilizzando il metodo HSMM-MVPA per analizzare i dati di neuroimaging, Anderson e colleghi hanno identificato quattro fasi della cognizione: codifica, pianificazione, risoluzione e risposta.

I risultati hanno mostrato che la fase di pianificazione tendeva ad essere più lunga quando il problema richiedeva più pianificazione, e la fase di soluzione tendeva ad essere più lunga quando la soluzione era più difficile da eseguire, indicando che il metodo era mappato su fasi cognitive reali che erano influenzate in modo differenziale da varie caratteristiche dei problemi.

"In genere, i ricercatori hanno considerato il tempo totale necessario per completare un'attività come prova delle fasi coinvolte nell'esecuzione di tale attività e del modo in cui sono correlate", afferma Anderson. "I metodi in questo documento ci consentono di misurare direttamente le fasi."

Sebbene lo studio si sia concentrato specificamente sulla risoluzione di problemi matematici, il metodo promette di essere applicato più ampiamente, sostengono i ricercatori.

Utilizzando lo stesso metodo con tecniche di imaging del cervello che hanno una maggiore risoluzione temporale, come l'EEG, potrebbe rivelare informazioni ancora più dettagliate sulle varie fasi dell'elaborazione cognitiva.

Fonte: Association for Psychological Science