其他

大腦如何學物理

我們在學習抽象科學時,會賦予神經網路新的功能。

撰文/希佩雷維茲(Jordana Cepelewicz)
翻譯/林雅玲
2016-09

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大腦如何學物理

我們在學習抽象科學時,會賦予神經網路新的功能。

撰文/希佩雷維茲(Jordana Cepelewicz)
翻譯/林雅玲
2016-09


古早的智人不懂愛因斯坦的廣義相對論,但現今有學過物理的人大致上都了解其中的基本原理。美國卡內基美倫大學的神經科學家賈斯特(Marcel Just)很好奇:「我們從老祖先承襲而來的古老大腦,怎麼學會新的科學知識和表達抽象概念呢?」賈斯特和同事梅森(Robert Mason)在今年6月發表於《心理科學》的研究中指出,思考物理知識會激發常見的大腦活化模式,並重複利用這些日常所需的模式(例如用於處理節奏和句子結構)來學習抽象科學。


賈斯特和梅森請九名學習高等物理學和工程學的受試學生思考30種物理學概念,例如動量、熵和電流,同時掃描他們的大腦。研究人員在一套使用機器學習的電腦軟體中輸入腦造影資料,便可依據受試者大腦的活化模式來判斷這名受試者正在思考哪方面的物理學概念。原來所有受試者在思考某一種特定主題時(例如重力)都使用同樣的神經模式。梅森說:「這些學生在不同課堂上、由不同老師教授物理學,學習效率也不同,令人驚訝的是,他們在理解特定物理學概念時活化的腦區都相同。」


賈斯特和梅森參考過去配對神經活性與思考過程的腦造影研究,並進一步與他們的研究結果做比較,他們發現,思考例如頻率和波長等物理學概念時的大腦反應,與欣賞舞蹈、聆聽音樂或傾聽節奏(例如馬匹奔跑聲)所活化的腦區相同,可能是因為這些活動都涉及到感受「週期性」。而當學生思考數學方程式時所活化的腦區,和處理句子的腦區一樣。這些結果顯示,我們在學習抽象科學時,會賦予神經網路新的功能。賈斯特說:「正因如此,即使有些科學概念是在過去幾百年間發展出來的,我們的大腦早就有能力處理它們。」


梅森提到,這項發現也許有朝一日能協助我們設計該把哪些課程與簡單的消費觀念編排在一起,以利學習。他和賈斯特打算繼續研究我們祖先所知甚少的其他學科,例如遺傳學和資訊工程學。