研究有机化学的三种方式改变了大脑

学术学习是关于获得新知识和技能，但直到最近才有可能看到新知识出现在人类大脑中。

卡内基梅隆大学研究人员利用多种成像方式进行的一项新研究表明，学习科学信息会导致大脑记忆相关区域的实际结构发生变化，这些变化是由于这些与记忆相关的大脑区域中新信息的编码，以及共同包含新信息的网络节点之间的协调变化。

“这些关于学习神经科学的新发现开启了通知和增强科学教学方法的可能性，”马克塞尔说，他是CMU迪特里希人文与社会科学学院DO Hebb大学心理学教授。

对于这项研究，Just和共同作者，心理学兼职教授Timothy Keller教授了不是化学专业的大学生，包括乙醇在内的9种有机化合物的名称和分子结构，而学生则使用的是MRI扫描仪。

研究人员使用三种不同类型的脑成像技术，发现了大脑中三种类型变化的证据，这些变化都发生在完全相同的大脑位置。

其中一种方法测量了大脑中水分子的运动。先前对啮齿动物脑的组织学研究使用了这种基于扩散的成像方法。当老鼠了解到迷宫的布局时，研究人员发现左侧海马的水分子运动减少了。

当该方法应用于学习有机化合物的名称和结构的人类参与者时，其显示主要在左半球海马的CA(Cornu Ammonis)部分中水扩散率降低。

“海马体是一种对于学习新知识至关重要的大脑结构，这正是水分子减速的地方，表明这些学生大脑中的组织正在发生变化，可能是由于突触变化，”凯勒说。

第二种方法利用了这样的事实：个体概念在大脑中具有可以使用功能性MRI(fMRI)识别的独特表征或神经特征。该方法使用机器学习来基于人的大脑激活模式来检测这些表示。研究人员使用这种方法根据相关的大脑激活模式确定参与者正在考虑的九种化合物中的哪一种。研究人员发现，他们可以通过精确地观察海马体中发生水分子运动指示组织变化的部分来识别神经特征。两种类型的变化发生在相同的1.3立方厘米的海马中。

第三种类型的变化反映了包含有机化合物全脑特征的脑网络的发展。不仅海马体参与这些表现，而且其他大脑区域也是如此，最突出的是一个已知支持3-D结构可视化的区域，即顶内沟(IPS)。第三次大脑变化是海马和IPS的同一区域的活动同步增加，表明大脑区域网络显示出增加的协调性，共同代表概念的多个方面。

这三种不同类型的测量 - 磁共振(磁共振) - 扩散率变化的扩散测量，新获得的概念的位置的fMRI测量和基于fMRI的同步测量 - 显示了微观结构，信息和网络变化的证据。在学习有机化合物的过程中离开了海马体。

这些发现有望提高教学和学习科学的有效性。

“例如，一个新学生的一组关键概念的神经表征可以与成功的高级学生进行比较，以确定与专家的神经相似性是否是学术掌握概念的准确预测，”Just just。

这项研究“在学习有机化合物结构期间，海马中微观结构，信息和皮层网络水平的神经变化的收敛测量”发表在脑结构和功能杂志上。