Neuroimagem Captura Quatro Etapas Ocultas de Resolução de Problemas

Fonte: Alex Oakenman / Shutterstock

A resolução de problemas é um aspecto fundamental de nossos processos de pensamento diário que envolve a identificação, codificação e modelagem de qualquer problema. Sempre que você não tem certeza da melhor maneira de prosseguir para alcançar o objetivo ou o resultado desejado, é necessário que você resolva o problema. Mas, quais são os estágios exatos envolvidos na resolução de problemas?

Pesquisadores da Universidade Carnegie Mellon (CMU) estão usando tecnologias de neuroimagem de última geração para avançar a nossa compreensão dos estágios mentais específicos que as pessoas passam quando pensam dificilmente para resolver um problema.

Para avançar no campo da teoria cognitiva, é importante que os pesquisadores tenham a capacidade de desconstruir o desempenho de uma tarefa cognitiva específica em seus estágios mentais mais importantes e distintos. O novo estudo de imagem cerebral da CMU identifica quatro estágios distintos que a mente de alguém passa quando ele ou ela está resolvendo problemas.

O estudo de julho de 2016, "Hidden Stages of Cognition Revelado em Padrões de Ativação Cerebral", aparece na revista Psychological Science .

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Para este estudo, John Anderson e colegas da CMU combinaram duas estratégias analíticas junto com os dados de imagem cerebral do fMRI para identificar os estágios mentais específicos que as pessoas passaram em tempo real, pois estavam lutando para resolver um difícil problema de matemática. Mais especificamente, o método combina a análise de padrões multi-voxel (MVPA) para identificar etapas cognitivas e modelos escondidos de semi-Markov para identificar suas durações.

Anderson está interessado em traçar uma linha de tempo que mapeie o curso de dados de imagem cerebral em tempo real para obter informações sobre o que está acontecendo "sob o capô" de momento a momento, à medida que as pessoas executam tarefas complexas de resolução de problemas.

Anderson e colegas identificaram quatro etapas distintas de cognição envolvidas na resolução de um problema: codificação, planejamento, resolução e resposta. O foco da pesquisa de Anderson é entender melhor a estrutura da cognição de nível superior, desconstruindo como as pessoas resolvem problemas matemáticos. Sua equipe se concentra em "teorias unificadas de cognição", que é uma arquitetura cognitiva que abrange um amplo espectro de tarefas de pensamento.

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Quatro etapas de resolução de problemas por Anderson et al.

1. Codificação
2. Planejamento
3. Resolvendo
4. Respondendo

Como seria de esperar, uma vez que os vários aspectos da resolução de um problema de matemática estão codificados, os pesquisadores observaram que o estágio de planejamento tende a ser mais longo se o problema exigir mais planejamento. E, a fase de resolução tende a ser mais longa quando a solução é mais difícil de executar.

O objetivo final deste estudo foi identificar se as manipulações tiveram efeitos específicos nas durações dos diferentes estágios da resolução de problemas. Determinar o comprimento dessas durações permitiu aos pesquisadores mapear diretamente os estágios reais de cognição envolvidos na resolução de um problema matemático específico.

Solução de problemas através do teste e erro replica o cortex orbitofrontal (OFC)

Cortex Orbitofrontal (OFC) em verde.

Fonte: Paul Wicks / Public Domain

Essas descobertas da CMU coincidem com a pesquisa sobre a resolução de problemas por neurocientistas da Universidade da Califórnia em Berkeley, que capturaram imagens cerebrais de aprendizagem ativa em tempo real, fotografando os cérebros dos camundongos à medida que aprendem a resolver problemas através de tentativas e erros.

O estudo de março de 2016, "Aprendizagem de regras melhora a plasticidade estrutural de axones de longo alcance no cortex frontal", foi publicado na revista Nature Communications .

Usando técnicas avançadas de microscopia, os pesquisadores de Berkeley fizeram filmes em lapso de tempo que ilustram como um mouse aprendeu ativamente uma nova estratégia para encontrar tratamentos ocultos durante uma tarefa de forrageamento. Os filmes mostram dramática resculpção na região do córtex orbitofrontal (OFC) dos lobos frontais durante o teste e erro de tarefas de resolução de problemas.

Para este estudo, os ratos realizaram as tarefas de forrageamento pela manhã e tiveram alterações no cérebro registradas à tarde. Usando uma tecnologia avançada de neuroimagem chamada microscopia de varredura a laser de 2 fotões, os pesquisadores tiraram fotos do crescimento e da poda no circuito cerebral de axônios de longo alcance. Esses axônios são condutas para sinais elétricos que conectam neurônios nos lobos frontais.

Curiosamente, os ratos que receberam o Cheerios automaticamente sem ter que navegar, aprender novas regras e caçá-las, não mostraram um aumento significativo na remodelação do circuito do cérebro. Por outro lado, os ratos que tiveram que descobrir novas regras diariamente pela resolução de problemas mostraram mudanças dramáticas na fiação neural que transmitem informações do córtex orbitofrontal. É fascinante que o ato de "caçar e reunir" um Cheerio tenha desempenhado um papel fundamental na otimização da conectividade funcional dos lobos frontais.

Conclusão: a neuroimagem fornece uma janela no funcionamento interno de nossas mentes

Os pesquisadores da CMU estão otimistas de que algum dia, no futuro próximo, suas descobertas possam ser aplicadas para melhorar o design de métodos de educação mais eficazes. As idéias obtidas com esse tipo de pesquisa também podem ser usadas para ajudar os alunos a expandir seus conhecimentos cristalizados para além da tarefa em questão, de forma a aproveitar sua inteligência fluida e flexibilidade cognitiva. Em um comunicado, Anderson concluiu:

"Como os alunos estavam resolvendo esses tipos de problemas foi um mistério total até nós aplicamos essas técnicas. Agora, quando os alunos estão sentados pensando bem, podemos dizer o que eles estão pensando a cada segundo ".

Esses estudos aumentam a quantidade crescente de pesquisas que utilizam a neuroimagem para nos ajudar a entender melhor os processos seqüenciais de cognição e pensamento. Enquanto a pesquisa de neuroimagem forneceu uma janela em vários aspectos da cognição no passado, manteve-se enigmática como todos os pedaços desse enigma encaixam para criar um todo coerente. Tudo isso está mudando rapidamente com os avanços na tecnologia de neuroimagem. Fique atento para mais avanços neste tópico emocionante!

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