بثلاث طرق يمكن لدراسة الكيمياء العضوية يمكن من خلالها تغيير الدماغ البشري!

إن التعلم الأكاديمي يدور حول اكتساب معارف ومهارات جديدة، لكن في الآونة الأخيرة فقط، أصبح من الممكن رؤية هذا التغير جليًا على الدماغ البشري.

المعلومات وتغيير الدماغ البشري

أظهرت دراسة جديدة قام بها باحثون من جامعة كارنيجي ميلون Carnegie Mellon University باستخدام طرق تصوير متعددة أن تعلم المعلومات العلمية يؤدي إلى تغيرات في البنية الفعلية للمناطق ذات الصلة بالذاكرة في الدماغ، وتغيرات بسبب ترميز المعلومات الجديدة في مناطق المخ المرتبطة بالذاكرة، بالإضافة إلى تغيرات في التنسيق بين عقد الشبكة التي تحتوي بشكل مشترك على المعلومات الجديدة.

يمكنك الأطلاع أيضًا على: لماذا ندرس الكيمياء؟

يقول مارسيل جوست Marcel Just، المدير التنفيذي بجامعة هب وأستاذ علم النفس في كلية ديتريش للعلوم الإنسانية والاجتماعية بجامعة كارنيجي ميلون: “هذه الاكتشافات الجديدة حول علاقة علم الأعصاب بالتعلم تفتح إمكانية تحسين وتعزيز الأساليب التعليمية لتدريس العلوم”.

من أجل الدراسة، قام تيموثي كيلر Timothy Keller، الأستاذ المساعد في علم النفس، بتدريس طلاب جامعيين غير متخصصين في الكيمياء، أسماء تسعة مركبات عضوية وهيكلها الجزيئي، بما في ذلك الإيثانول، بينما كان الطلاب مستلقين في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. باستخدام ثلاثة طرق مختلفة لتصوير الدماغ، وجد الباحثون أدلة على حصول ثلاثة أنواع من التغيرات في الدماغ، وكلها تحدث في نفس الموقع بالضبط.

تقيس إحدى الطرق المستخدمة حركة جزيئات الماء في الدماغ. استخدمت دراسات نسيجية سابقة لأدمغة القوارض طريقة التصوير القائمة على الانتشار عند وضع القوارض في متاهة جديدة. اكتشف الباحثون انخفاض في حركة جزيئات الماء في الحصين الأيسر أثناء محاولة الفئران حفظ مخطط المتاهة.

عندما تم تطبيق هذه الطريقة على المشاركين من البشر الذين تعلموا أسماء وهياكل المركبات العضوية، فقد كشفت هذه الطريقة عن انخفاض في انتشار  الماء في منطقة (قرن آمون) من الحصين في نصف الكرة الأيسر.

وقال كيلر: “إن الحصين عبارة عن بنية دماغية مهمة لاكتساب المعارف الجديدة، وهذا هو بالضبط حيث تباطأت جزيئات الماء، مما يشير إلى أن الأنسجة في أدمغة هؤلاء الطلاب كانت تتغير، على الأرجح بسبب تغييرات مشبكية”.

الطريقة الثانية

استخدمت الطريقة الثانية حقيقة أنّ:-

• المفاهيم الفردية لها رموز فريدة أو علامات عصبية في الدماغ، يمكن التعرف عليها باستخدام جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI).

يستخدم هذا النهج التعلم الآلي للكشف عن هذه الرموز استنادًا إلى نمط تنشيط الدماغ للشخص.

• استخدمت هذه الطريقة لتحديد أي من المركبات التسعة التي كان يفكر فيها المشارك، استنادًا إلى نمط تنشيط الدماغ المرتبط بها.
• وجد الباحثون أنه يمكنهم تحديد العلامات العصبية من خلال النظر بدقة إلى ذلك الجزء من قرن آمون، حيث تشير حركة جزيء الماء إلى تغير الأنسجة. وقد حدث نوعان من التغييرات في نفس الحجم البالغ  1.3 سم مكعب من الحصين.

النوع الثالث من التغييرات يعكس تطور شبكة الدماغ التي تحتوي على علامات الدماغ كاملًا للمركبات العضوية.

لم يقتصر الأمر على مشاركة الحصين في هذه الرموز، بل شاركت أيضًا مناطق أخرى في الدماغ.

وأبرزها منطقة معروفة بدعم تصور الهياكل ثلاثية الأبعاد، وتسمى منطقة التلم داخل الجافية (IPS).

• كان التغيير الثالث في المخ هو زيادة في تزامن النشاط في تلك المنطقة ذاتها من الحصين وفي منطقة التلم.

مما يشير إلى أن شبكة من مناطق الدماغ أظهرت زيادة في التنسيق لتمثيل الجوانب المتعددة للمفاهيم فيما بينها.

أظهرت هذه الأنواع الثلاثة المختلفة من المقاييس:

• مقاييس الرنين المغنطيسي- مقاييس الانتشار الخاصة بتغير الانتشار.
• ومقاييس الرنين المغناطيسي الوظيفي في موقع المفاهيم المكتسبة حديثًا.
• ومقاييس التزامن المستندة إلى الرنين المغناطيسي الوظيفي.

دليلًا على تغير البنية المجهرية والمعلوماتية وتغير الشبكة في الحصين الأيسر أثناء تعلم المركبات العضوية. بسبب هذه النتائج فإننا نبشر بتحسين فعالية التعلم وتدريس العلوم.

يقول جوست: “على سبيل المثال، يمكن مقارنة التمثيلات العصبية للطالب الجديد لمجموعة من المفاهيم الأساسية مع تلك الخاصة بالطالب المتقدم الناجح لتحديد ما إذا كان التشابه العصبي مؤشرًا دقيقًا على إتقان المفاهيم الأكاديمية”.

المصادر:

Marcel Adam Just, Timothy A. Keller. Converging measures of neural change at the microstructural, informational, and cortical network levels in the hippocampus during the learning of the structure of organic compounds. Brain Structure and Function, 2019; DOI: 10.1007/s00429-019-01838-4

Three Ways Studying Organic Chemistry Changes the Brain. Carnegie Mellon University. Retrieved August 13, 2019, from https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2019/march/organic-chemistry-brain.html