За допомогою функціональної магнітно-резонансної томографії дослідники з’ясували, як в мозку представлені абстрактні фізичні концепції — такі як ферміон, гравітація або темна матерія. Незалежно від рідної мови, культури або місця навчання одні й ті ж концепції виявилися дуже схоже організовані у всіх випробовуваних.
Прагнучи описати поведінку матерії та енергії у всіх масштабах простору і часу, сучасні фізики занурюються в невидимі й неінтуїтивні субатомні, квантові або космологічні області. Але як їх мозок справляється з абстрактними концепціями, які неможливо побачити й відчути?
Щоб це з’ясувати, вчені з Департаменту психології Університету Карнегі-Меллон вивчили активність мозку 10 своїх колег з фізичного факультету. У процесі експерименту фізиків просили думати про основні властивості однієї з 45 абстрактних фізичних концепцій, пов’язаних з матерією й енергією. У список увійшли такі поняття з класичної фізики як “швидкість”, “електричне поле” або “прецесія”, так і посткласичні концепції — “бозон”, “античастинка”, “квазар” та інші.
Роботу мозку випробовуваних фіксували за допомогою функціональної магнітно-резонансної томографії — ФМРТ) – методу, який дозволяє побічно судити про рівень активності різних регіонів. Порівнюючи закономірності активації, отримані для різних концепцій, дослідники з’ясували, як мозок організовує абстрактні наукові поняття.
Вчені виявили чотири основні фактори, що визначають профіль активації мозку, пов’язаний з певною концепцій. По-перше, її вимірність або незмірність: сигнал ФМРТ для прискорення, крутного моменту, частоти або довжини хвилі (вимірні поняття) найсильніше відрізняється від сигналу для темної матерії, дуальності, космології й мультивселенної (незмірні). По-друге, складність математичного формулювання поняття: за цим показником комутатор, лагранжіан і гамільтоніан сильно перевершують звукові хвилі або квазари, для опису та інтуїтивного розуміння яких формули не строго необхідні.
По-третє, пов’язаність з повторюваними систематичними змінами, характерна, наприклад, для концепцій хвильової функції, світла, радіохвиль, гамма-променів і когерентності. Нарешті, ще один фактор, що визначає патерн активації для певного поняття — його приналежність до класичної фізики. Виявилася також важлива довжина слова, що позначає концепцію.
Виявлені фактори вчені використовували для передбачення активності мозку, пов’язаної з певним поняттям. Для цього незалежну групу експертів попросили присвоїти кожному поняттю оцінки від 1 до 7 по кожному з факторів, які потім використовували для побудови моделі. Точність передбачення склала 69-70%, що значимо вище 50% — рівня точності, який означав би, що модель видає випадковий результат.
Цікаво, що уявлення в мозку одних і тих же концепцій було дуже схоже у різних випробовуваних, хоча вони навчалися в різних університетах, виросли в різних культурах і говорили на різних мовах.
Стаття з результатами дослідження опублікована в журналі Npj Science of Learning.
Натхнення: naked-science.ru