Un experimento muestra cómo nuestro cerebro aprende los conceptos técnicos

Cuando se aprende un nuevo concepto técnico, algo sucede en el cerebro, pero exactamente qué ha sido un misterio hasta ahora.

Por primera vez, científicos de la Universidad Carnegie Mellon (CMU, Pittsburgh, Pensilvania, EE.UU.) han rastreado los procesos cerebrales que ocurren durante el aprendizaje de conceptos técnicos.

Publicados en NeuroImage, los resultados revelan cómo se acumulan en el cerebro los nuevos conocimientos técnicos durante el transcurso de las diferentes etapas de aprendizaje.

Además, predicen la capacidad para evaluar la eficacia de la instrucción y la eficiencia del aprendizaje, mediante el seguimiento de cambios en el cerebro.

Características del estudio

«Este estudio proporciona una teoría del aprendizaje inicial, basada en el cerebro, sobre los sistemas mecánicos que pueden estar relacionados con los métodos de instrucción y los procesos cognitivos resultantes, que subyacen al aprendizaje de la ciencia. Será posible evaluar si algunas secuencias formativas conducen a resultados cerebrales mejores que otras secuencias similares. Esto permitirá a los instructores enseñar al cerebro en vez de enseñar para el examen«, explica Marcel Just, profesor de Psicología, en la información de la CMU.

Just y su colega Robert Mason, autor principal del estudio, escanearon los cerebros de 16 adultos sanos y aprendieron por primera vez cómo funcionan cuatro sistemas mecánicos comunes.

Mientras estaban en el interior del escáner cerebral, a los participantes se les mostró una serie de gráficos, diagramas y textos que describen el funcionamiento interno de una báscula de baño, un extintor de incendios, un sistema de frenado de automóvil y una trompeta.

La secuencia de explicaciones permitió a los investigadores examinar el estado del cerebro de los participantes después de cada etapa de aprendizaje. Por ejemplo, la báscula de baño se presentó con un diagrama esquemático y la descripción: «una balanza de baño consta de una palanca, un muelle, un trinquete y un dial.»

Luego, el funcionamiento de esta balanza se describía con un conjunto de explicaciones causales tales como: «El peso de la persona ejerce una fuerza hacia abajo sobre una palanca. La palanca tira de un resorte hacia abajo en proporción al peso.» Las partes relevantes del diseño esquemático se destacaban con cada frase de la explicación.

Del concepto a la imagen cerebral

Just y Mason pudieron utilizar imágenes de resonancia magnética funcional para rastrear cómo cada nuevo concepto pasaba de las palabras e imágenes a representaciones neurales en muchas regiones del cerebro.

Curiosamente, encontraron que las representaciones neurales progresaban a través de varias etapas, cada una de las cuales involucraba a diferentes partes del cerebro que juegan diferentes roles.

Al principio, los sistemas mecánicos estaban representados de forma principalmente visual, en términos de su presentación física. En etapas medias, los alumnos utilizaron la animación mental, imaginando el movimiento de los componentes mecánicos para inferir cómo interactuaban en una cadena causal, con la participación de una red cortical diversa -las regiones parietal, temporal y frontal-.

Al final de la instrucción, los participantes imaginaron cómo una persona (seguramente ellos mismos) podría interactuar con el sistema, utilizando sus regiones cerebrales frontal y motora.

«La neuroimagen nos permite investigar no sólo el estado final, sino también los estados cerebrales intermedios durante el aprendizaje», explica Mason, investigador en psicología. «Después de aprender que una fuerza aplicada a un fluido encerrado está involucrada en el funcionamiento de los frenos de un coche, y también aprender cómo una fuerza aplicada a un fluido encerrado está involucrada en el funcionamiento de un extintor de incendios, las representaciones cerebrales de estos dos muy diferentes sistemas aumentan en similitud entre sí. Esto proporciona evidencia de que una instrucción adecuada puede incluir la comprensión fundamental de cómo funcionan las cosas, a un nivel profundo. En el futuro, la enseñanza a este nivel profundo, medida en términos de representaciones cerebrales, puede ser aplicable a otras disciplinas y conceptos científicos».

Referencia bibliográfica:

Robert A. Mason, Marcel Adam Just: Physics instruction induces changes in neural knowledge representation during successive stages of learning. NeuroImage (2015). DOI: 10.1016/j.neuroimage.2014.12.086.