La neuroimagen captura cuatro etapas ocultas de resolución de problemas

Fuente: Alex Oakenman / Shutterstock

La resolución de problemas es un aspecto fundamental de nuestros procesos de pensamiento cotidiano que implica identificar, codificar y dar forma a cualquier problema. Cuando no esté seguro de cuál es la mejor manera de proceder para lograr un objetivo o resultado deseado … se requiere que resuelva el problema. Pero, ¿cuáles son las etapas exactas involucradas en la resolución de problemas?

Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon (CMU) están utilizando la tecnología de neuroimágenes más novedosa para avanzar en nuestra comprensión de las etapas mentales específicas que atraviesan las personas cuando están pensando mucho en resolver un problema.

Para avanzar en el campo de la teoría cognitiva, es importante que los investigadores tengan la capacidad de deconstruir el desempeño de una tarea cognitiva específica en sus etapas mentales más importantes y distintas. El nuevo estudio de imágenes cerebrales de CMU identifica cuatro etapas distintas que la mente de alguien atraviesa cuando él o ella está resolviendo problemas.

El estudio de julio de 2016, "Etapas ocultas de la cognición reveladas en los patrones de activación cerebral", aparece en la revista Psychological Science .

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Para este estudio, John Anderson y sus colegas de CMU combinaron dos estrategias analíticas junto con datos de imágenes cerebrales fMRI para identificar las etapas mentales específicas que las personas atraviesan en tiempo real mientras luchaban por resolver un problema matemático difícil. Más específicamente, el método combina el análisis de patrones de múltiples voxeles (MVPA) para identificar etapas cognitivas y modelos semi-Markov ocultos para identificar sus duraciones.

Anderson está interesado en trazar una línea de tiempo que mapee el curso de los datos de imágenes cerebrales en tiempo real para obtener información sobre lo que sucede "debajo del capó" de momento a momento a medida que las personas realizan tareas complejas de resolución de problemas.

Anderson y sus colegas identificaron cuatro etapas distintas de la cognición involucradas en la resolución de un problema: codificación, planificación, resolución y respuesta. El objetivo de la investigación de Anderson es comprender mejor la estructura de la cognición de nivel superior mediante la deconstrucción de cómo las personas resuelven problemas matemáticos. Su equipo se centra en "teorías unificadas de la cognición", que es una arquitectura cognitiva que cubre un amplio espectro de tareas de pensamiento.

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Cuatro etapas de resolución de problemas por Anderson et al.

1. Codificación
2. Planificación
3. Resolviendo
4. Respondiendo

Como era de esperar, una vez codificados los diversos aspectos de la solución de un problema matemático, los investigadores observaron que la etapa de planificación tiende a ser más larga si el problema requiere más planificación. Y, la etapa de resolución tiende a ser más larga cuando la solución es más difícil de ejecutar.

El objetivo final de este estudio fue identificar si las manipulaciones tenían efectos específicos sobre la duración de las diferentes etapas de resolución de problemas. Identificar la duración de estas duraciones permitió a los investigadores mapear directamente las etapas reales de la cognición involucradas en la solución de un problema matemático específico.

Solución de problemas a través de prueba y error Reconecta el Corteza Orbitofrontal (OFC)

Corteza orbitofrontal (OFC) en verde.

Fuente: Paul Wicks / Public Domain

Estos hallazgos de CMU encajan con la investigación sobre resolución de problemas realizada por neurocientíficos de la Universidad de California en Berkeley, que han capturado imágenes cerebrales de aprendizaje activo en tiempo real fotografiando el cerebro de ratones mientras aprenden a resolver problemas a través de ensayo y error.

El estudio de marzo de 2016, "El aprendizaje de reglas mejora la plasticidad estructural de los axones de largo alcance en la corteza frontal", se publicó en la revista Nature Communications .

Utilizando técnicas avanzadas de microscopía, los investigadores de Berkeley realizaron películas de lapso de tiempo que ilustran cómo un ratón aprende activamente una nueva estrategia para encontrar golosinas ocultas durante una tarea de búsqueda de alimento. Las películas muestran una reestructuración dramática en la región de la corteza orbitofrontal (OFC) de los lóbulos frontales durante el ensayo y error de las tareas de resolución de problemas.

Para este estudio, los ratones llevaron a cabo las tareas de alimentación por la mañana y registraron sus cambios cerebrales por la tarde. Usando una tecnología avanzada de neuroimagen llamada microscopía de escaneo láser de 2 fotones, los investigadores tomaron fotografías del crecimiento y la poda en los circuitos cerebrales de los axones de largo alcance. Estos axones son conductos para señales eléctricas que conectan neuronas en los lóbulos frontales.

Curiosamente, los ratones que recibieron Cheerios automáticamente sin tener que navegar, aprender nuevas reglas y cazarlos, no mostraron un repunte significativo en la remodelación del circuito cerebral. Por el contrario, los ratones que tuvieron que descubrir nuevas reglas a diario mediante la resolución de problemas mostraron cambios dramáticos en el cableado neuronal que transmite información desde la corteza orbitofrontal. Es fascinante que el acto de "cazar y juntar" un Cheerio desempeñó un papel fundamental en la optimización de la conectividad funcional de los lóbulos frontales.

Conclusión: la neuroimagen proporciona una ventana al funcionamiento interno de nuestras mentes

Los investigadores de CMU son optimistas de que algún día, en el futuro cercano, sus hallazgos podrían aplicarse para mejorar el diseño de métodos educativos más efectivos. Los conocimientos adquiridos a partir de este tipo de investigación también podrían utilizarse para ayudar a los estudiantes a extender su conocimiento cristalizado más allá de la tarea que les ocupa de maneras que aprovechen su inteligencia fluida y flexibilidad cognitiva. En una declaración, Anderson concluyó:

"Cómo los estudiantes resolvieron este tipo de problemas fue un misterio total para nosotros hasta que aplicamos estas técnicas. Ahora, cuando los estudiantes están sentados pensando mucho, podemos decir lo que piensan por segundo ".

Estos estudios se suman a una cantidad creciente de investigaciones que utilizan neuroimágenes para ayudarnos a comprender mejor los procesos secuenciales de la cognición y el pensamiento. Si bien la investigación en neuroimágenes ha proporcionado una ventana a varios aspectos de la cognición en el pasado, sigue siendo enigmática cómo todas las piezas de este rompecabezas se unen para crear un todo coherente. Todo esto está cambiando rápidamente con los avances en la tecnología de neuroimágenes. ¡Estén atentos para más avances en este apasionante tema!

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