تطرأ تغيرات بيولوجية على جسم الإنسان أثناء قيامه بحل المسائل الحسابية، قد تصل في لحظة التوصل إلى الحل إلى الشعور بانسياب قشعريرة على طول الحبل الشوكي.

لكن ما يحاول العلماء الوصول إليه تاريخيا هو فك رموز كيمياء العقل وهو يقوم بهذه العملية من أول "ما هذه المسألة"، حتى لحظة اكتشاف الحل "آها".

وتمكن الباحثون باستخدام مزيج مبتكر من التحاليل التي اعتمدت على التصوير العصبي للمخ، من التقاط أربع مراحل خاطفة للتفكير الإبداعي أثناء حل المسائل الرياضية.

ففي ورقة بحثية نشرتها مجلة العلوم النفسية، قام فريق بحثي بقيادة أستاذ علم النفس وعلوم الحاسوب في جامعة كارنيغي ميلون جون آندرسون، بتقديم ما توصلوا إليه من طريقة لإعادة تشكيل المراحل التي ينتقل عبرها المخ، بداية من فهم المشكلة إلى الوصول لحلها، بما في ذلك الوقت الذي يستغرقه العقل في كل مرحلة منها.

استخلص التحليل المصور أن كل عملية تمر بأربع مراحل: الترميز (التحميل)، والتخطيط (الاستراتيجيات)، الحل (أداء العملية الحسابية)، والاستجابة (استخراج الإجابة).

وقال د. آندرسون، الذي أصدر التقرير بمعاونة ارين بايك وجون فينشام العاملين أيضا في جامعة كارنيغي ميلون، "إني سعيد جدا بنتيجة الدراسة التي قمنا بها، وأعتقد أن هذه المرحلة من الدقة هي آخر ما نستطيع الوصول إليه في ظل أدوات التصوير العصبي المتاحة".

لالتقاط هذه العمليات العقلية الزئبقية، قام الفريق بداية بتعليم 80 رجلا وامرأة كيفية تفسير مجموعة من رموز الرياضيات والمعادلات التي لم يشاهدوها من قبل.

لم تكن العمليات الرياضية الأساسية نفسها صعبة، ومعظمها من الجمع والطرح، ولكن التلاعب بالرموز التي تعلموها حديثا تطلب بعض التفكير.

وقام فريق البحث بتنويع العمليات الحسابية لجعل مراحل معينة من عملية التفكير أصعب، كان بعض منها صعبا في ترميزه على سبيل المثال، بينما استغرق آخرون وقتا أطول في مرحلة التخطيط.

التقنيات المستخدمة في الاكتشاف

استخدم العلماء تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي لتحليل البيانات في فرز التطورات الدماغية لكل مشارك.

قامت إحدى التقنيات بتتبع أنماط الإطلاق العصبي أثناء حل كل عملية حسابية، بينما قامت غيرها بتحديد التحولات الهامة التي قام بها الدماغ من حالة عقلية إلى أخرى

. قام كل مشارك بحل 88 عملية حسابية، وقام فريق البحث بتحليل البيانات المصورة الخاصة بالعمليات التي قاموا بحلها بنجاح.

واستنتجت الدراسة وجود أربع مراحل منفصلة، تختلف كل منها عن الأخرى في طولها بثانية أو أكثر، وذلك بناء على العملية الحسابية نفسها.

على سبيل المثال، استغرق التخطيط وقتا أطول من المراحل الأخرى حين تطلب الأمر طريقة حل إبداعية. يمكن للمراحل نفسها على الأرجح أن تطبق على حل العديد من العمليات الإبداعية، لا الرياضية فقط.

ولكن الورقة البحثية تقترح أن معرفة الكيفية التي يعمل بها الدماغ، قد تساعد في وضع المناهج التعليمية، وخاصة المناهج الرياضية.

وأضاف د. آندرسون الذي يعمل على تصميم برمجيات تعليم الرياضيات، "لم نكن نعرف سابقا ما يفعله الطلاب تحديدا أثناء حل العمليات الحسابية.

لكن أن يكون لدينا تصور أوضح عما يحدث بالضبط، من شأنه أن يساعدنا على تطوير برنامج تعليمي أفضل، وهو ما سيمنح عملنا تأثيرا ملموسا ".

هكذا يتغيّر شكل المخ أثناء إجرائك عمليات حسابية