Distintos estados de pensamiento revelados en patrones de actividad cerebral

Duración de las cuatro etapas asociadas con la solución de problemas y sus imágenes MRI correspondientes. En los cuatro ejemplos de problemas (izquierda) las flechas denotan nuevos operadores matemáticos que aprendían los participantes. El código de color refleja la duración de las etapas. (crédito: John R. Anderson et al./Psychological Science).

Por medio del uso de neuroimágenes, investigadores de la Universidad Carnegie Mellon identificaron cuatro etapas distintas para la solución de problemas matemáticos, de acuerdo a un estudio reciente publicado en la revista Psychological Science.

“La manera en que los estudiantes resolvían este tipo de problemas era un misterio total para nosotros hasta que aplicamos estas técnicas”, dijo John Anderson, científico e investigador líder de este estudio. “Ahora, cuando los estudiantes están allí sentados pensando duramente, podemos decir lo que piensan en cada segundo”.

Eventualmente, una consecuencia directa de este estudio sería la aplicación de un diseño más efectivo para la enseñanza en el salón de clases, dijo Anderson.

Combinación de patrones de análisis y modelos ocultos semi-Markov

Anderson combinó dos métodos analíticos –patrones de análisis miltivoxel (MVPA, por sus siglas en inglés) y modelos ocultos semi-Markov (HSMM)– para iluminar las diferentes etapas del pensamiento. Los MVPA ha sido utilizado típicamente para identificar patrones momentáneos de activación; al incorporar los HSMM, pensó Anderson, se obtendría información sobre la manera en que estos patrones se desenvuelven con el tiempo.

Los investigadores aplicaron este método combinado a neuroimágenes recolectadas de los participantes a medida que resolvían tipos específicos de problemas matemáticos. Para medir si los distintos estados identificados correspondían a los estados reales de pensamiento, los investigadores manipularon características especificas en los problemas matemáticos; algunos problemas requerían mayor esfuerzo en desarrollar un plan apropiado de solución y otros requerían mayor esfuerzo en encontrar la solución.

El objetivo era medir si las manipulaciones tenían los efectos específicos que se esperaban en la duración de las distintas etapas.

Etapas de la cognición

Los investigadores identificaron cuatro etapas de cognición: codificación, planeación, resolución y respuesta. La etapa de planeación tendió a ser mayor cuando el problema requería mayor planeación, y la etapa de resolución tendió a ser mayor cuando la solución tenía mayor dificultad en ejecutarse, indicando que el método tenía correspondía real en los estados cognitivos que sí fueron diferentemente afectados por las características distintas de los problemas.

“De manera típica, los investigadores habían considerado el tiempo total en completar una tarea como evidencia de los distintos estados involucrados en ejecutar esta tarea y la relación entre sí”, dijo Anderson. “Los métodos descritos en nuestro estudio nos permiten medir los estados en sí mismos de manera directa”.

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