研究:暗物质和多重宇宙帮助科学家破译大脑的奥秘

据外媒CNET报道,根据周一发表在《npj Science of Learning 》杂志上的一项新研究物理学家的大脑通过自动将事物归类为"可测量的"或"不可测量的"来处理反直觉的理论。

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卡内基·梅隆大学的心理学家、该研究的第一作者Marcel Just说:“我们每天遇到的大多数事物,比如一块石头、一朵花,你可以说,'嗯,它和我的拳头差不多大......但是物理学家思考的概念却没有这种属性。”

为了准确研究物理学家的大脑是如何工作的,Just和其他研究人员给10名卡内基·梅隆大学的物理学教师--他们的专业和语言背景各不相同--提供了一本物理学概念的账本。然后,他们使用fMRI(功能性磁共振成像)扫描来检查受试者的大脑活动,因为这些人在列表中的活动。

与有助于解剖学研究的普通核磁共振成像相比,功能性核磁共振成像可以根据血流、葡萄糖和氧气的波动来检测大脑活动。

结果发现,每个物理学家的大脑将该领域内的概念组织成两组。研究人员只需弄清楚如何给每组贴上标签。

"我看了这个列表,'像势能、扭矩、加速度、波长、频率......这些概念有什么共同点?在同一尺度的另一端,有像暗物质;二元性;宇宙学;多重宇宙这样的东西,"共同作者、卡内基梅隆大学的粒子物理学家Reinhard A. Schumacher解释道。

一般人可能会把 Schumacher的描述归为后一种,认为是令人费解的,但他意识到,最重要的连接因素是它们是不可测量的。在大脑扫描中,这些概念并没有显示出他所说的"程度"的活动,松散地指的是将有形的限制放在某物上。

研究小组认为,物理学家的大脑会自动区分抽象的项目,如量子物理学,和可理解的、可测量的项目,如速度和频率。 基本上,那些在这些非物理学家中引起困惑的东西并没有引起他们的"程度"的想法。这可能就是他们可以相对轻松地思考这些东西的原因,而其他人却开始担心规模问题。

谈到经验,Schumacher说,一个学生考虑抽象的物理学思想可能与作为一个长期的物理学家构想它们非常不同。

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Schumacher表示:“我认为有一种感觉,随着物理学家年龄的增长,这些概念在脑海中逐渐形成,你最终会以一种更有效的方式使用它们。你越是使用这些概念,它们就越是像老朋友一样。”

大脑扫描也支持这一论断。该团队不仅测试了教师的大脑活动,他们还观察了物理学学生的大脑。

Schumacher说:“对于多年来一直在做这件事的老物理学家来说,就像大脑更有效率一样。它不必像以前那样需要长期思考,因为你马上就会完成正确的事情。” 此外,Just指出教授们 “有更多的右半球激活,这表明他们有更多的远距离相关概念”。

虽然物理学专业的学生可能会将速度与加速度联系起来,但教授们似乎将速度与更多由大脑偏远位置激活的小众主题联系起来,这也许是宇宙膨胀的速度。只是强调了大脑如何进化以适应新的、抽象的想法发生在我们所有人身上。也许只有理论物理学家能轻易理解多元宇宙,但在其他领域工作的人当然也会思考他们自己的复杂想法。

例如,化学家必须将看不见的原子轨道结构和只在教科书中画出的键的构型形象化。而普通公众,随着时间的推移,已经适应了像iPhone这样的发明。研究人员称,想象一下,穿越时空回到1700年,向别人解释一个无形的数据存储矿的工作原理。他们可能会有和我们想象量子领域时一样的感觉--我们对他们来说就像是"物理学家"。

"我们现在有这种理解,"Schumacher解释说。"即使你开发了一些新的科学概念,我们也能或多或少地预测大脑将如何处理它。"

例如,在练习中,当被要求思考振荡时,Just说一些受试者的大脑激活了与节奏活动有关的部分。该器官基本上重新利用了古代用于一般节奏的区域,比如也许是音乐,以允许现代物理学概念。

"正弦波的概念只有几百年的历史,"Just说。"但是人们一直在观察池塘里的涟漪 。"

Just还建议,积极帮助大脑重新调整自己的目标,利用其适应能力,这是有可能的。他说,如果我们允许儿童通过教育扩大他们的思维,更早、更严格地引入抽象概念,也许有一天他们可以像科学家那样轻易地想象事物。甚至在更远的地方,他说这些发现可以为心理健康的研究提供信息--大脑的组织和适应能力在困境中是如何运作的?

“我认为这是世界上最迷人的问题,”Just说。“人类大脑的本质是什么?我们怎样才能使它们更健康;思考得更好?”

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