Una nueva investigación muestra cómo piensan los físicos modernos – ScienceDaily

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La ciencia de la física se ha esforzado por encontrar las mejores explicaciones posibles para comprender la materia y la energía en el mundo físico en todas las escalas de espacio y tiempo. La física moderna está llena de conceptos e ideas complejos que han revolucionado la forma en que vemos (y no vemos) el universo. Los misterios del mundo físico están siendo revelados cada vez más por físicos que profundizan en mundos invisibles y no intuitivos, que involucran los reinos subatómico, cuántico y cosmológico. Pero, ¿cómo manejan los cerebros de los físicos avanzados esta empresa, pensar en mundos que no se pueden vivir?

En un artículo publicado recientemente en npj: Science of Learning, investigadores de la Universidad Carnegie Mellon encontraron una forma de decodificar la actividad cerebral asociada con conceptos científicos abstractos individuales relacionados con la materia y la energía, como el fermión o la materia oscura.

Robert Mason, investigador asociado, Reinhard Schumacher, profesor de física, y Marcel Just, profesor de psicología en la DO Hebb University, en CMU estudiaron los procesos de pensamiento de sus compañeros de la facultad de física de CMU con respecto a conceptos avanzados de física mediante el registro de su actividad cerebral. imágenes de resonancia (fMRI).

A diferencia de muchos otros estudios de neurociencia que utilizan imágenes cerebrales, este no buscaba «el lugar en el cerebro» donde residen los conceptos científicos avanzados. En cambio, el objetivo de este estudio fue descubrir cómo el cerebro organiza conceptos científicos altamente abstractos. Una enciclopedia organiza el conocimiento alfabéticamente, una biblioteca lo organiza de acuerdo con algo parecido al Sistema Decimal Dewey, pero ¿cómo lo hace el cerebro de un físico?

El estudio examinó si los patrones de activación evocados por diferentes conceptos físicos podrían agruparse en términos de las propiedades del concepto. Uno de los descubrimientos más innovadores fue que los cerebros de los físicos organizaban conceptos en otros con dimensiones mensurables versus dimensiones inconmensurables. Aquí en la Tierra, para la mayoría de los mortales, todo lo físico se puede medir, con la regla, la escala o el radar adecuados. Pero para un físico, algunos conceptos como la materia oscura, los neutrinos o el multiverso, su magnitud no es medible. Y en el cerebro de los físicos, los conceptos mensurables versus inconmensurables se organizan por separado.

Por supuesto, algunas partes de la organización cerebral de los profesores de física se parecían a la organización cerebral de los estudiantes de física, como conceptos que eran de naturaleza periódica. La luz, las ondas de radio y los rayos gamma son de naturaleza periódica, pero conceptos como la flotabilidad y el multiverso no lo son.

Pero, ¿cómo se puede evaluar esta interpretación de los resultados de la activación cerebral? El equipo de estudio encontró una forma de generar predicciones de los patrones de activación de cada uno de los conceptos. Pero, ¿cómo se puede predecir la activación evocada por la materia oscura? El equipo reclutó un grupo independiente de facultades de física para calificar cada concepto en cada una de las dimensiones organizacionales hipotéticas en una escala del 1 al 7. Por ejemplo, un concepto como ‘dualidad’ tendería a ser calificado como inconmensurable (es decir, bajo en la escala de tamaño medible). Luego, un modelo computacional determinó la relación entre las evaluaciones y los modelos de activación para todos menos uno de los conceptos y luego usó esa relación para predecir la activación del concepto excluido. La precisión de este modelo fue del 70% en promedio, muy por encima del 50% de probabilidad. Este resultado indica que se comprende bien la organización subyacente. Este procedimiento se demuestra para la activación asociada al concepto de materia oscura en la figura adjunta.

Pensando en la creatividad

Hacia principios del 20ns siglo, los físicos post-Newtonianos avanzaron radicalmente en la comprensión del espacio, el tiempo, la materia, la energía y las partículas subatómicas. Los nuevos conceptos surgieron no de su experiencia perceptiva, sino de las capacidades generativas del cerebro humano. ¿Cómo fue esto posible?

Las neuronas del cerebro humano tienen una gran cantidad de habilidades computacionales con diversas características, y la experiencia determina cuáles de estas habilidades se utilizan de varias formas posibles en combinación con otras regiones del cerebro para realizar tareas de pensamiento particulares. Por ejemplo, cualquier cerebro sano está preparado para aprender los sonidos del lenguaje hablado, pero la experiencia de un niño en un entorno lingüístico particular determina qué fonemas de qué idioma aprenden.

El genio de la civilización ha sido utilizar estas habilidades cerebrales para desarrollar nuevas habilidades y conocimientos. Lo que hace esto posible es la adaptabilidad del cerebro humano. Podemos usar nuestros cerebros ancestrales para pensar en nuevos conceptos, que se organizan a lo largo de nuevas dimensiones subyacentes. Un ejemplo de una dimensión física «nueva» significativa en 20ns siglo, la física post-Newtoniana es «inconmensurabilidad» (una propiedad de la materia oscura, por ejemplo) que contrasta con la «mensurabilidad» de los conceptos de la física clásica (como par o velocidad). Esta nueva dimensión está presente en el cerebro de todas las facultades de física universitarias evaluadas. Los avances científicos en física se han construido con las nuevas capacidades del cerebro humano.

Otro hallazgo sorprendente fue el gran grado de similitud entre los físicos en la forma en que sus cerebros representaban conceptos. Aunque los físicos se formaron en diferentes universidades, idiomas y culturas, existía una similitud en las representaciones del cerebro. Esta similitud en las representaciones conceptuales surge porque el sistema cerebral que entra automáticamente en juego para procesar un tipo de información dado es el que es intrínsecamente más adecuado para dicho procesamiento. Por analogía, considere que las partes de su cuerpo que entran en juego para realizar una determinada tarea son las más adecuadas: para atrapar una pelota de tenis, entra en juego una mano que se cierra automáticamente, en lugar de un par o rodillas o una boca o axila . Del mismo modo, cuando los físicos procesan información de oscilación, el sistema cerebral que entra en juego es uno que normalmente procesaría eventos rítmicos, como movimientos de baile u ondas en un estanque. Y esta es la fuente de los puntos en común entre las personas. Son las mismas regiones del cerebro en todas las personas las que se reclutan para desarrollar un concepto determinado.

De modo que el secreto para enseñar nuevos trucos a los cerebros antiguos, como lo ha hecho en repetidas ocasiones el progreso de la civilización, es permitir que los pensadores creativos desarrollen nuevos conocimientos e invenciones mediante la construcción o reutilización de las capacidades intrínsecas de procesamiento de información del cerebro humano. Al comunicar estos conceptos recientemente desarrollados a otros, se arraigarán en las mismas capacidades de procesamiento de información de los cerebros de los destinatarios que utilizaron los desarrolladores originales. La comunicación y la educación masivas pueden difundir el progreso a poblaciones enteras. Por lo tanto, la marcha de la ciencia, la tecnología y la civilización continúa liderada por la entidad más poderosa de la Tierra, el cerebro humano.

El proyecto fue financiado por la Oficina de Investigación Naval y la Fundación Nacional de Ciencias.

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