يبدأ الدماغ بالحسابات الرياضية حتى قبل تلقي جميع البيانات – حيث يتخلى التلاميذ عنها

القدرة على العد العقلي هي أحد ألغاز الدماغ البشري. لم يؤهله التطور للعمليات الحسابية، وهي العمليات الأساسية تمامًا لتكنولوجيا الكمبيوتر.

مؤلفو دراسة جديدة في المجلة وقائع الجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية تتبع العمليات المعرفية المشاركة في العمليات الحسابية باستخدام حجم التلميذ. ووجدوا أن الدماغ يبدأ العمليات الحسابية حتى قبل تلقي جميع البيانات المدخلة، بالاعتماد على الاستدلال البايزي.

العلماء يعرفون ذلك بالفعل الاستدلال البايزي – تحديث الاحتمالات مع توفر المعلومات – يشرح العديد من جوانب الإدراك والتعلم الحركي واتخاذ القرار. كان من المنطقي تمامًا التحقق مما إذا كان ينطبق أيضًا على الحساب الذهني.

“كانت فرضيتنا الرئيسية هي أنه عند حل مثال الجمع، لا ينتظر الشخص بشكل سلبي حتى تظهر جميع الأرقام قبل البدء في العمليات الحسابية. بدلا من ذلك، بمجرد سماع الرقم الأول، يبدأ الدماغ في تحديث نوع من الخريطة الاحتمالية الداخلية للإجابات المحتملة، متجاهلا الخيارات غير الصحيحة بشكل واضح. كلما زاد عدد المعلومات التي يحملها الرقم الأول، كلما زاد “اكتساب المعلومات” وزاد العمل المعرفي الذي يقوم به الدماغ في مرحلة مبكرة للغاية،” كما يقول المؤلف الرئيسي ألكسندر زينون من المركز الوطني للبحث العلمي في فرنسا.

كيف درسوا

في سلسلة من التجارب، طُلب من المشاركين إضافة رقمين. وبينما كانوا يستمعون إلى المهمة ويقومون بالحسابات، تم قياس حجم حدقة العين باستخدام قياس حدقة العين.

يوضح زينون: “تعد حدقة العين مؤشرًا دقيقًا بشكل مدهش للجهد المعرفي. فهي تتوسع عندما يعمل الدماغ بجهد أكبر أو عندما يعالج المزيد من المعلومات. وقد ربطت الأبحاث النظرية السابقة هذه الظاهرة على وجه التحديد بحجم اكتساب المعلومات”.

كانت هناك ثلاث تجارب في المجموع.

1. تم تغيير الفصل الأول (قيمتان – أكثر إفادة، وقيمة مفردة – أقل).
2. تغير المصطلح الثاني، لكن الأول بقي كما هو – تم تقييم مدى تأثير ذلك على قيمة المعلومات الخاصة به.
3. تم توسيع نطاق المعاملات إلى أربعة مستويات من محتوى المعلومات لتحديد علاقة منهجية وقابلة للقياس بين اكتساب المعلومات واستجابة الحدقة.

أعطت التجارب الثلاث نتائج مماثلة: كلما زاد عدد المعلومات التي يحملها الرقم الأول، زاد اتساع حدقة العين.

“حدث هذا حتى قبل أن يسمع المشاركون الرقم الثاني، مما يدل على أن الدماغ يقوم بتحديث التوقعات في وقت مبكر. ومن المثير للاهتمام، أن المشاركين الذين كان رد فعل تلاميذهم تجاه الرقم الأول أكثر وضوحا كانوا أسرع في إعطاء الإجابة الصحيحة. وهذا يعني أن العمل المعرفي المبكر القائم على الرقم الأول فقط يجعل المهمة أسهل بكثير”.

ماذا اكتشفنا؟

أثبتت التجارب أن الحساب الذهني يعتمد على الاستدلال البايزي. حتى الآن، كان مبدأ الاستدلال هذا مرتبطًا في المقام الأول بعمليات المستوى الأدنى (الإدراك الحسي). ويبدو أنها قد تلعب أيضًا دورًا في المهارات الأكثر تجريدًا والقائمة على الثقافة، بما في ذلك الرياضيات.

“عملنا يدعو إلى التشكيك في الفكرة الشائعة القائلة بأن الإدراك الرمزي يخضع لقوانين مختلفة جوهريًا. ثانيًا، نقترح أن اكتساب المعلومات قد يوفر مقياسًا كميًا جديدًا للصعوبة الحسابية. ويلخص زينو أن المؤشرات الحالية للتعقيد، مثل عدد الأرقام أو الحاجة إلى نقل الأرقام، هي مؤشرات قاطعة وغير كاملة. ويقدم اكتساب المعلومات بديلاً مستمرًا ومرتكزًا على أسس نظرية”.

وقال إن الأبحاث المستقبلية سوف تستكشف الآليات المعرفية وراء الطرح والضرب والمسائل الأكثر تعقيدًا متعددة الخطوات، بالإضافة إلى ظواهر مثل تأثير حجم المشكلة، وتأثير العنصر النائب، وتأثير المسافة.