МРТ мозга предсказала результаты обучения точнее, чем традиционные тесты

Когнитивные психологи и нейроучёные из Джорджтаунского университета и ещё шести научных центров США ответили сразу на два важных для наук о мозге и обучения вопроса в одном исследовании:

• Во-первых, они подтвердили связь между развитием пространственного мышления и другими когнитивными способностями. Показано, что чем лучше обучающийся учится работать в уме с геометрическими объектами и картами, тем успешнее он справляется с логическими рассуждениями.
• Во-вторых, оказалось, что фМРТ предсказывает перенос навыков пространственного мышления в другие сферы лучше, чем обычные тесты. Это открывает путь к практическому применению нейротехнологий в образовании.

Статья об этом эксперименте опубликована в журнале Science Advances.

На какой гипотезе основано исследование

Авторы нового исследования руководствовались теорией ментальных моделей. Она предполагает, в частности, что обработкой вербальной информации в мозге заняты области, изначально развивавшиеся у предков человека для ориентации в пространстве. А это значит, что, формируя пространственное мышление учеников, учителя укрепляют и их навыки в других областях.

Гипотеза о связи пространственного мышления с другими когнитивными способностями уже привела к разработке учебных программ, обогащённых пространственной информацией. Так, американские исследователи оценили в своей работе эффективность курса Geospatial. Он включает работу с географическими данными и картами в течение двух семестров.

Как проводили эксперимент

Исследование проводилось в пяти старших школах в Северной Виргинии. Всего экспериментаторы работали со 182 учениками, средний возраст которых составил 16,6 года. 77 из них выбрали курс Geospatial и составили экспериментальную группу. Остальные 105 вошли в контрольную группу.

Участников для неё подбирали так, чтобы по своим склонностям и демографическим характеристикам они походили на школьников в экспериментальной группе. Так, им тоже были интересны научные дисциплины, но они выбрали курс без фокуса на пространственном мышлении.

Все участники исследования дважды проходили тесты на пространственное и логическое мышление — до начала курса и после него. И 63 школьника оба раза выполняли все задачи во время фМРТ.

Какие результаты получили учёные

Как и ожидалось, участники, прошедшие курс на развитие пространственного мышления, реже ошибались в соответствующих задачах. Они заметно лучше, чем до курса, выполняли тесты по поиску простой геометрической фигуры в составе более сложной и по мысленному вращению трёхмерного объекта.

Кроме того, у экспериментальной группы сильнее, чем у контрольной, улучшились результаты в силлогизмах — заданиях на логику, где на основе двух утверждений требовалось определить, верно ли третье. Это подтвердило, что решать пространственные задачи полезно для развития способностей и в других областях.

Ожидаемо фМРТ показала у участников экспериментальной группы более заметные, чем в контрольной группе, изменения в активности участков мозга, связанных с пространственным мышлением. При этом два показателя нейронных изменений, которые измерили исследователи, позволили предсказать результаты участников в тесте на логическое мышление.

Что интересно, прогнозы по фМРТ были точнее, чем прогнозы на основе полученных учениками на курсе отметок или других традиционных форматов оценивания.

Где можно применить результаты исследования

Авторы отмечают, что самые точные прогнозы изменений в способностях к логическому мышлению даёт объединение данных фМРТ и более традиционных оценок. Потому они предлагают не заменять школьные оценки сканированием мозга, а только дополнить их.

К тому же, как отметил ведущий автор работы Адам Грин, результаты не означают, что каждого школьника нужно несколько раз в год отправлять на фМРТ. Это не принесло бы пользы, даже если было бы технически возможно.

Авторы предлагают использовать данные фМРТ не непосредственно в школьных классах, а при разработке новых программ обучения. При этом достаточно просканировать мозг десятков испытуемых, а выводы можно будет распространить уже на широкий образовательный контекст.

В случае с курсом Geospatial учёные оценивали по изменениям в связанных с пространственным мышлением зонах, улучшились ли у учеников способности к рассуждению. Но эти же изменения могут быть связаны, как предполагают другие исследования, со способностями к математике и планированию, с креативностью, с пониманием причинно-следственных связей и физических концепций.

Словом, развивать пространственное мышление важно, и методы изучения мозга помогают определить, какие курсы и программы для этого эффективны.