For the first time, Carnegie Mellon

For the first time, Carnegie Mellon University scientists have traced the brain processes that occur during the learning of technical concepts. Published in NeuroImage, the findings reveal how new technical knowledge is built up in the brain during the course of different learning stages. The findings foreshadow the capability to assess the effectiveness of instruction and efficiency of learning by monitoring changes in the brain.
"This study yields an initial, brain-grounded, theory of learning of mechanical systems that can be related to the instructional methods and resulting cognitive processes that underlie science learning. It will be possible to assess whether some instructional sequences lead to better -- or more expert-like -- brain outcomes than other sequences. This will enable instructors to 'teach to the brain' instead of 'teaching to the test,'" said Marcel Just, the D. O. Hebb University Professor of Psychology in the Dietrich College of Humanities and Social Sciences.
Just and his CMU colleague Robert Mason, the lead author of the study, scanned the brains of 16 healthy adults as they learned for the first time how four common mechanical systems work. While inside the brain scanner, the participants were shown a series of pictures, diagrams and text that described the internal workings of a bathroom scale, fire extinguisher, automobile braking system and trumpet.
The explanation sequence allowed the researchers to examine the participants' brain states after each learning step. For example, the bathroom scale was presented with a schematic diagram and description, "A bathroom scale consists of a lever, a spring, a ratchet and a dial." Then, the operation of the scale was described in a set of causal explanations such as, "The person's weight exerts a downward force on a lever. The lever pulls a spring downward in proportion to the weight." The relevant parts of the schematic design were highlighted with each explanation sentence.
Just and Mason were able to use the fMRI images to follow how each new concept made its way from the words and pictures to neural representations over many regions of the brain. Interestingly, they found that the neural representations progressed through several stages, with each stage involving different parts of the brain that play different roles. At first, the mechanical systems were represented primarily visually, in terms of their physical layout. In middle stages, the learners used mental animation, imagining the motion of the mechanical components to infer how they interacted in a causal chain, engaging a cortically diverse network of parietal, temporal and frontal regions. By the end of the instruction, the participants imagined how a person (most likely themselves) would interact with the system, using both their frontal and motor brain regions.
"Neuroimaging allows us to investigate not just the end state but also the intermediate brain states during learning," said Mason, a senior research psychologist and member of the Center for the Neural Basis of Cognition (CNBC). "After you learn a force applied to an enclosed fluid is involved in the workings of a car's brakes, and you also learn how a force applied to an enclosed fluid is involved in the workings of a fire extinguisher, the brain representations of these two very different systems increase in their similarity to each other. This provides evidence that appropriate instruction can bring out the fundamental understanding of how things work at a deep level. In the future, teaching to this deep level as measured in terms of brain representations may be applicable to other disciplines and scientific concepts."
This novel research merges brain science and instructional innovation, two of Carnegie Mellon's university-wide initiatives. As the birthplace of artificial intelligence and cognitive psychology, Carnegie Mellon has been a leader in the study of brain and behavior for more than 50 years. The university has created some of the first cognitive tutors, helped to develop the Jeopardy-winning Watson, founded a groundbreaking doctoral program in neural computation, and completed cutting-edge work in understanding the genetics of autism. Building on its strengths in biology, computer science, psychology, statistics and engineering, CMU recently launched BrainHub, a global initiative that focuses on how the structure and activity of the brain give rise to complex behaviors.
Named for Herbert Simon, the late CMU Nobel Laureate, professor and co-founder of artificial intelligence, the Simon Initiative harnesses a cross-disciplinary ecosystem of learning science that has developed over several decades at CMU, with the goal of measurably improving student learning outcomes.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ครั้งแรก นักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอนได้ติดตามกระบวนการสมองที่เกิดขึ้นระหว่างการเรียนรู้ของแนวคิดทางเทคนิค เผยแพร่ใน NeuroImage พบการเปิดเผยเทคนิควิธีการใหม่ ๆ ความรู้ถูกสร้างขึ้นในสมองระหว่างขั้นตอนการเรียนรู้แตกต่างกัน พบการ foreshadow ความสามารถในการประเมินประสิทธิภาพการสอนและประสิทธิภาพของการเรียนรู้ โดยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในสมอง"การศึกษานี้ทำให้ทฤษฎีเริ่มต้น สมอง สูตร เรียนรู้ระบบเครื่องจักรกลที่สามารถเกี่ยวข้องกับวิธีการเรียนการสอนและกระบวนการรับรู้ผลลัพธ์ที่อยู่ภายใต้การเรียนรู้วิทยาศาสตร์ มันจะยังไม่สามารถประเมินว่าลำดับบางสอนทำให้สมองดีขึ้น - หรือ เหมือนผู้เชี่ยวชาญมากขึ้น - ผลกว่าลำดับอื่น ๆ นี้จะช่วยให้ผู้สอน 'สอนให้สมอง ' แทน 'สอนทดสอบ "กล่าวเพียง Marcel, D. โอ Hebb มหาวิทยาลัยศาสตราจารย์ของจิตวิทยาดีทริชวิทยาลัยมนุษยศาสตร์และสังคมศาสตร์เพียง และเพื่อนร่วมงานของเขา CMU โรเบิร์ต Mason ผู้เขียนเป้าหมายของการศึกษา สแกนสมองของผู้ใหญ่เพื่อสุขภาพ 16 ตามที่พวกเขาเรียนรู้สำหรับแรกเวลาทำงานระบบเครื่องจักรกลทั่วไป 4 วิธี ในขณะที่ภายในสแกนสมอง ผู้เข้าร่วมได้แสดงชุดของรูปภาพ ข้อความที่อธิบายงานภายในของเครื่องชั่งน้ำหนัก ดับเพลิง ระบบเบรกรถยนต์ และทรัมเป็ต และไดอะแกรมลำดับคำอธิบายที่นักวิจัยตรวจสอบอเมริกาสมองของผู้เรียนหลังจากแต่ละขั้นตอนการเรียนรู้ได้ ตัวอย่าง ชั่งน้ำหนักถูกแสดงไดอะแกรมแผนผังวงจรและคำอธิบาย "ขนาดห้องน้ำประกอบ ด้วยคาน สปริง แร็ตเชตเป็นโทรศัพท์" แล้ว การทำงานของเครื่องชั่งถูกอธิบายไว้ในชุดของคำอธิบายเชิงสาเหตุเช่น "ของบุคคลน้ำหนัก exerts แรงลงบนคาน คันโยกดึงสปริงลงสัดน้ำหนัก" ส่วนที่เกี่ยวข้องของการออกแบบมันถูกเน้น ด้วยประโยคแต่ละคำอธิบายเพียง และ Mason ก็สามารถใช้ภาพ fMRI ทำตามวิธีแต่ละแนวคิดใหม่ทำทางจากคำและรูปภาพที่จะใช้แทนประสาทกว่าหลายภูมิภาคของสมอง เป็นเรื่องน่าสนใจ พวกเขาพบว่า แทนประสาทหน้าไปเพียงใดผ่านขั้นตอนหลาย แต่ละขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับส่วนต่าง ๆ ของสมองที่มีบทบาทแตกต่างกัน ตอนแรก ระบบเครื่องจักรกลได้แสดงหลักการมองเห็น ในโครงร่างทางกายภาพของพวกเขา ในขั้นกลาง เรียนที่ใช้ภาพเคลื่อนไหวจิต imagining การเคลื่อนไหวของชิ้นส่วนเครื่องจักรกลเราจะเข้าใจว่าพวกเขาอาจในสาเหตุ เสน่ห์เครือ cortically หลากหลายของภูมิภาคข้างขม่อม ขมับ และหน้าผาก โดยตอนท้ายของคำ ผู้เข้าร่วมจินตนาการว่าคน (ตัวเอง) จะโต้ตอบกับระบบ ใช้ทั้งสมองหน้าผาก และมอเตอร์ของภูมิภาค"Neuroimaging ช่วยให้เราสามารถตรวจสอบสถานะสิ้นสุดไม่เพียง แต่อเมริกากลางสมองในระหว่างการเรียนรู้, " กล่าวว่า Mason จิตวิทยาวิจัยอาวุโสและสมาชิกของศูนย์สำหรับการประสาทพื้นฐานของประชาน (พูด) "หลังจากที่คุณเรียนรู้เกี่ยวข้องในการทำงานของเบรคของรถบังคับใช้กับของเหลวที่ควบ และคุณยังเรียนรู้วิธีเกี่ยวข้องบังคับใช้กับของเหลวล้อมรอบในงานของการดับเพลิง ใช้แทนสมองของสองระบบนี้แตกต่างกันมากเพิ่มความคล้ายคลึงกัน นี้มีหลักฐานที่คำแนะนำที่เหมาะสมสามารถนำออกมาทำความเข้าใจพื้นฐานของกลไกการทำงานในระดับลึก ในอนาคต สอนระดับลึกนี้เป็นวัดที่ใช้แทนสมองได้ใช้แนวคิดทางวิทยาศาสตร์และสาขาอื่นๆ"งานวิจัยนี้นวนิยายผสานสมองวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมสอน คาร์เนกีเมลลอนโครงการมหาวิทยาลัยทั้งสอง เป็นสถานที่เกิดของปัญญาประดิษฐ์และการรับรู้จิตวิทยา คาร์เนกีเมลลอนได้รับเป็นผู้นำในการศึกษาของสมองและการทำงานมากกว่า 50 ปี มหาวิทยาลัยได้สร้างบางส่วนสอนรับรู้ครั้งแรก ช่วยพัฒนา Watson ชนะเป็นอันตรายต่อ ก่อตั้งขึ้นคว้าปริญญาเอกในประสาทคำนวณ และเสร็จสมบูรณ์ทำงานทันสมัยในการศึกษาพันธุศาสตร์ของโรคออทิซึม สร้างบนจุดแข็งของมันในชีววิทยา วิทยาศาสตร์ จิตวิทยา สถิติ และคอมพิวเตอร์วิศวกรรม CMU เพิ่งเปิดตัว BrainHub ความคิดริเริ่มระดับโลกที่มุ่งเน้นวิธีการโครงสร้างและกิจกรรมของสมองให้สูงขึ้นเพื่อพฤติกรรมที่ซับซ้อนชื่อเฮอร์เบิร์ต Simon สายผู้ได้ รับรางวัลโนเบล CMU ศาสตราจารย์ และผู้ร่วมก่อตั้งของปัญญาประดิษฐ์ ริ Simon จูงระบบนิเวศข้ามหน่วยการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ที่ได้พัฒนาผ่านมาหลายทศวรรษที่ CMU โดยมีเป้าหมายเพื่อการปรับปรุงปริมาณผลลัพธ์การเรียนรู้ของนักเรียน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

เป็นครั้งแรก, Carnegie Mellon นักวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยได้ตรวจสอบกระบวนการทำงานของสมองที่เกิดขึ้นระหว่างการเรียนรู้ของแนวคิดทางเทคนิค ตีพิมพ์ใน NeuroImage ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าความรู้ทางเทคนิคใหม่จะถูกสร้างขึ้นในสมองในระหว่างขั้นตอนการเรียนรู้ที่แตกต่างกัน การค้นพบส่อให้เห็นความสามารถในการประเมินประสิทธิภาพของการเรียนการสอนและมีประสิทธิภาพของการเรียนรู้โดยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในสมอง.
"การศึกษานี้อัตราผลตอบแทนเบื้องต้นสมองมูล, ทฤษฎีของการเรียนรู้ของระบบกลไกที่อาจจะเกี่ยวข้องกับวิธีการเรียนการสอนและองค์ความรู้ที่เกิดขึ้น . กระบวนการที่รองรับการเรียนรู้วิทยาศาสตร์มันจะเป็นไปได้ที่จะประเมินว่าบางส่วนลำดับการเรียนการสอนนำไปสู่การที่ดีกว่า - หรือมากกว่าผู้เชี่ยวชาญเหมือน -. ผลลัพธ์สมองกว่าลำดับอื่น ๆ ซึ่งจะช่วยให้ผู้สอนสามารถ 'สอนไปยังสมอง' แทน 'การเรียนการสอนที่จะ ผลการทดสอบ "คลื่นเพียงแค่ DO Hebb มหาวิทยาลัยศาสตราจารย์วิชาจิตวิทยาในดีทริชวิทยาลัยมนุษยศาสตร์และสังคมศาสตร์. กล่าวว่า
เพียงแค่เพื่อนร่วมงาน CMU และโรเบิร์ตเมสันผู้เขียนนำการศึกษา, การสแกนสมองของ 16 ผู้ใหญ่ที่มีสุขภาพที่พวกเขา เรียนรู้เป็นครั้งแรกว่าสี่ระบบเครื่องกลทั่วไปทำงาน ในขณะที่ภายในเครื่องสแกนสมองของผู้เข้าร่วมที่มีการแสดงชุดของภาพไดอะแกรมและข้อความที่อธิบายการทำงานภายในของระดับห้องน้ำ, เครื่องดับเพลิง, ระบบเบรกรถยนต์และทรัมเป็ต.
ลำดับคำอธิบายที่ทำให้นักวิจัยสามารถตรวจสอบผู้เข้าร่วมรัฐสมอง หลังจากที่แต่ละขั้นตอนการเรียนรู้ ตัวอย่างเช่นระดับห้องน้ำถูกนำเสนอด้วยแผนภาพและคำอธิบาย "ระดับห้องน้ำประกอบด้วยคัน, ฤดูใบไม้ผลิ, วงล้อและโทร." จากนั้นการดำเนินงานของวัดได้อธิบายไว้ในชุดของคำอธิบายสาเหตุเช่น "น้ำหนักของบุคคลออกแรงแรงลงบนคัน. คันดึงฤดูใบไม้ผลิลดลงในสัดส่วนที่น้ำหนัก." ส่วนที่เกี่ยวข้องของการออกแบบวงจรเป็นไฮไลต์กับแต่ละประโยคคำอธิบาย.
เพียงและเมสันก็สามารถที่จะใช้ภาพ fMRI ที่จะปฏิบัติตามวิธีการที่แต่ละแนวความคิดใหม่ทำมาจากคำพูดและภาพไปแสดงประสาทกว่าหลายภูมิภาคของสมอง ที่น่าสนใจที่พวกเขาพบว่าการแสดงของระบบประสาทที่ก้าวหน้าผ่านหลายขั้นตอนแต่ละขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับส่วนต่างๆของสมองที่มีบทบาทที่แตกต่างกัน ตอนแรกระบบเครื่องกลเป็นตัวแทนส่วนใหญ่มองเห็นในแง่ของรูปแบบทางกายภาพของพวกเขา ในช่วงกลางของผู้เรียนที่ใช้ภาพเคลื่อนไหวจิตจินตนาการการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนเครื่องจักรกลเพื่อสรุปว่าพวกเขามีความสัมพันธ์ในห่วงโซ่สาเหตุการมีส่วนร่วมของเครือข่ายที่มีความหลากหลายของ cortically ขม่อมภูมิภาคขมับและหน้าผาก ในตอนท้ายของการเรียนการสอนที่ผู้เข้าร่วมคิดว่าบุคคล (ส่วนใหญ่ตัวเอง) จะโต้ตอบกับระบบที่ใช้ทั้งด้านหน้าและมอเตอร์ภูมิภาคสมองของพวกเขา.
"Neuroimaging ช่วยให้เราสามารถตรวจสอบได้เป็นเพียงรัฐปลาย แต่ยังรัฐสมองกลาง ในระหว่างการเรียนรู้ "กล่าวว่าเมสันนักจิตวิทยาวิจัยอาวุโสและเป็นสมาชิกของศูนย์เกณฑ์ประสาทของความรู้ความเข้าใจ (CNBC) "หลังจากที่คุณได้เรียนรู้แรงนำไปใช้กับของเหลวที่แนบมามีส่วนร่วมในการทำงานของระบบเบรกของรถและคุณยังได้เรียนรู้วิธีการบังคับนำไปใช้กับของเหลวที่แนบมามีส่วนร่วมในการทำงานของเครื่องดับเพลิง, การแสดงสมองของทั้งสองมาก ระบบที่แตกต่างเพิ่มขึ้นในความคล้ายคลึงกันของพวกเขากัน. นี้จะมีหลักฐานที่แสดงว่าการเรียนการสอนที่เหมาะสมสามารถนำมาออกความเข้าใจพื้นฐานของว่าสิ่งที่ทำงานในระดับที่ลึก. ในอนาคตการเรียนการสอนในระดับลึกนี้เป็นวัดในแง่ของการแสดงสมองอาจจะมีผลบังคับใช้ การสาขาวิชาอื่น ๆ และแนวคิดทางวิทยาศาสตร์. "
การวิจัยนิยายเรื่องนี้ผสานวิทยาศาสตร์สมองและนวัตกรรมการเรียนการสอนสอง Carnegie Mellon ของความคิดริเริ่มมหาวิทยาลัยกว้าง ในฐานะที่เป็นบ้านเกิดของปัญญาประดิษฐ์และจิตวิทยาองค์คาร์เนกีเมลลอนได้เป็นผู้นำในการศึกษาของสมองและพฤติกรรมมานานกว่า 50 ปี มหาวิทยาลัยได้สร้างบางส่วนของอาจารย์ผู้สอนที่องค์ความรู้ครั้งแรกที่ช่วยในการพัฒนาอันตรายชนะวัตสันก่อตั้งหลักสูตรปริญญาเอกที่ก้าวล้ำในการคำนวณของระบบประสาทและเสร็จสิ้นการทำงานที่ทันสมัยในการทำความเข้าใจพันธุศาสตร์ของออทิสติก การสร้างจุดแข็งในชีววิทยาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จิตวิทยาสถิติและวิศวกรรมมหาวิทยาลัยเชียงใหม่เมื่อเร็ว ๆ นี้เปิดตัว BrainHub, ความคิดริเริ่มระดับโลกที่มุ่งเน้นไปที่วิธีการจัดโครงสร้างและการทำงานของสมองที่ก่อให้เกิดพฤติกรรมที่ซับซ้อน.
ชื่อสำหรับเฮอร์เบิร์ไซมอนปลาย CMU โนเบล ได้รับรางวัลอาจารย์และผู้ร่วมก่อตั้งของปัญญาประดิษฐ์, ไซมอนริเริ่มสายรัดระบบนิเวศข้ามทางวินัยของการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ที่มีการพัฒนาในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาที่มหาวิทยาลัยเชียงใหม่มีเป้าหมายในการวัดการปรับปรุงผลการเรียนรู้ของนักเรียน