10.31483/a-10871 Фундаментальные и прикладные исследования по приоритетным направлениям биоэкологии и биотехнологии Fundamental and applied research for key propriety areas of bioecology and biotechnology

В сборнике представлены статьи участников IX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные и прикладные исследования по приоритетным направлениям биоэкологии и биотехнологии». В материалах сборника приведены результаты теоретических и прикладных изысканий представителей научного и образовательного сообщества в области биологии и медицины. Статьи представлены в авторской редакции.

 chief_editor Антонова Елена Ивановна Antonova Elena Ivanovna https://orcid.org/0000-0002-3686-9686 antonov_67@mail.ru Ленгесова Наталья Анатольевна Lengesova Natal'ia Anatol'evna https://orcid.org/0000-0001-7512-6386 lengesova@yandex.ru Фирсова Наталья Викторовна Firsova Natalia Viktorovna https://orcid.org/0000-0002-9907-8857 n-firsova@mail.ru Антонова Елена Ивановна Antonova Elena Ivanovna https://orcid.org/0000-0002-3686-9686 Антонова Елена Ивановна Antonova Elena Ivanovna https://orcid.org/0000-0002-3686-9686 Ленгесова Наталья Анатольевна Lengesova Natal'ia Anatol'evna https://orcid.org/0000-0001-7512-6386 Фирсова Наталья Викторовна Firsova Natalia Viktorovna https://orcid.org/0000-0002-9907-8857 Давидюк Юрий Николаевич Ефремов Андрей Николаевич Efremov Andrei Nikolaevich https://orcid.org/0000-0001-8983-392X Ачилов Атабег Батырович Achilov Atabeg Batyrovich Торутанов Павел Сергеевич Torutanov Pavel Sergeevich Фундаментальные и прикладные исследования по приоритетным направлениям биоэкологии и биотехнологии Fundamental and applied research for key propriety areas of bioecology and biotechnology 22 05 2026 Ульяновск ИД «Среда» 1900 © 2026 Marta V. Gassii © 2026 Гассий М. В. 2026 Гассий М. В. Marta V. Gassii This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) Это произведение доступно по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 168009 Когнитивные и нейрофизиологические аспекты освоения физических теорий: от нейронных сетей до теории когнитивной нагрузки Cognitive and neurophysiological aspects of mastering physical theories: from neural networks to cognitive load theory Гассий Марта Валерьевна Gassii Marta Valerevna gassijmarta@gmail.com 01yqewm58 Кубанский государственный университет Россия 01yqewm58 Kuban State University Russia

В статье представлен междисциплинарный анализ когнитивных и нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе освоения фундаментальных физических теорий. Проблематика исследования связана с необходимостью интеграции данных нейровизуализации и когнитивной психологии для разработки эффективных методик преподавания физики, учитывающих естественные ограничения человеческого мозга. Методологическую основу составил критический обзор зарубежных фМРТ-исследований, а также анализ теорий когнитивной нагрузки, «магического числа семь» и ментальных моделей. Результаты: выявлены ключевые мозговые структуры, обеспечивающие абстрактное и пространственное мышление при решении физических задач. Показано, что различные физические концепции кодируются различимыми паттернами нейронной активности, а успешное обучение требует подавления интуитивных стратегий и построения персонализированных ментальных моделей. Обоснована необходимость учёта когнитивных ограничений при разработке нейроориентированных методик преподавания физики. Статья адресована исследователям в области нейрофизиологии обучения, педагогам и психологам.

 абстрактное мышление пространственное мышление ментальные модели когнитивная нагрузка нейрофизиология рабочая память фМРТ нейроориентированные методики преподавания физики абстрактное мышление пространственное мышление ментальные модели когнитивная нагрузка нейрофизиология рабочая память фМРТ нейроориентированные методики преподавания физики References Кондратьев И.В. Нейрофизика: физические методы в исследовании мозга / И.В. Кондратьев, А.Я. Каплан. – М.: Физматлит, 2020. – 312 с. Кондратьев И. В. Каплан А. Я. Нейрофизика: физические методы в исследовании мозга М. Физматлит Теория когнитивной нагрузки: ограничения человеческой памяти, влияющие на учебный процесс. – URL: https://lala.lanbook.com/teoriya-kognitivnoj-nagruzki (дата обращения: 04.02.2025). Теория когнитивной нагрузки https://lala.lanbook.com/teoriya-kognitivnoj-nagruzki Brain activity links performance in science reasoning with conceptual approach / J.E. Bartley, M.C. Riedel, T. Salo [et al.] // npj Science of Learning. – 2019. – Vol. 4. – P. 20. – DOI: 10.1038/s41539-019-0059-8. Bartley J. E. Riedel M. C. Salo T. Brain activity links performance in science reasoning with conceptual approach npj Science of Learning 2019 4 10.1038/s41539-019-0059-8 Toward a neurobiological basis for understanding learning in university modeling instruction physics courses / E. Brewe, J.E. Bartley, M.C. Riedel [et al.] // Frontiers in ICT. – 2018. – Vol. 5. – P. 10. – DOI: 10.3389/fict.2018.00010. Brewe E. Bartley J. E. Riedel M. C. Toward a neurobiological basis for understanding learning in university modeling instruction physics courses Frontiers in ICT 2018 5 10.3389/fict.2018.00010 Carnegie Mellon University. NSF grant #1841884: Neural representations of physics concepts. – URL: https://www.nsf.gov/awardsearch/showAward?AWD_ID=1841884 (дата обращения: 07.07.2026). Carnegie Mellon University. NSF grant #1841884: Neural representations of physics concepts https://www.nsf.gov/awardsearch/showAward?AWD_ID=1841884 Dunbar K.N. The Biology of Physics: What the Brain Reveals about Our Understanding of the Physical World / K.N. Dunbar // Physics Education Research Conference. – 2009. – Vol. 1179. – P. 15–18. – DOI: 10.1063/1.3266703. Dunbar K. N. The Biology of Physics: What the Brain Reveals about Our Understanding of the Physical World Physics Education Research Conference 2009 1179 15 18 10.1063/1.3266703 Dunbar K.N. Do naive theories ever go away? Using brain imaging to understand changes in concepts / K.N. Dunbar, J.A. Fugelsang, C. Stein // Thinking with data / ed. by M. Lovett, P. Shah. – Mahwah: Lawrence Erlbaum, 2007. – P. 315–332. Dunbar K. N. Fugelsang J. A. Stein C. Do naive theories ever go away? Using brain imaging to understand changes in concepts Thinking with data 2007 315 332 Dunbar K.N. How scientists think in the real world: Implications for science education / K.N. Dunbar // Proceedings of the 38th Annual Conference of the Cognitive Science Society. – 2016. – P. 35–40. Dunbar K. N. How scientists think in the real world: Implications for science education Proceedings of the 38th Annual Conference of the Cognitive Science Society 2016 35 40 The creative brain: Investigation of brain activity during creative problem solving by means of EEG and fMRI / A. Fink, R.H. Grabner, M. Benedek [et al.] // NeuroImage. – 2009. – Vol. 46, No. 4. – P. 1138–1148. – DOI: 10.1016/j.neuroimage.2009.02.021. Fink A. Grabner R. H. Benedek M. The creative brain: Investigation of brain activity during creative problem solving by means of EEG and fMRI NeuroImage 2009 46 4 1138 1148 10.1016/j.neuroimage.2009.02.021 Functional neuroanatomy of intuitive physical inference / J. Fischer, J.G. Mikhael, J.B. Tenenbaum, N. Kanwisher // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2016. – Vol. 113, No. 34. – P. E5072-E5081. – DOI: 10.1073/pnas.1610344113. Fischer J. Mikhael J. G. Tenenbaum J. B. Kanwisher N. Functional neuroanatomy of intuitive physical inference Proceedings of the National Academy of Sciences 2016 113 34 10.1073/pnas.1610344113 Fugelsang J.A. Brain-based mechanisms underlying complex causal thinking / J.A. Fugelsang, K.N. Dunbar // Neuropsychologia. – 2005. – Vol. 43, No. 8. – P. 1204–1213. Fugelsang J. A. Dunbar K. N. Brain-based mechanisms underlying complex causal thinking Neuropsychologia 2005 43 8 1204 1213 Individual differences in mathematical competence predict parietal brain activity during mental arithmetic / R.H. Grabner, D. Ansari, G. Reishofer [et al.] // NeuroImage. – 2007. – Vol. 38, No. 2. – P. 346–356. – DOI: 10.1016/j.neuroimage.2007.07.041. Grabner R. H. Ansari D. Reishofer G. Individual differences in mathematical competence predict parietal brain activity during mental arithmetic NeuroImage 2007 38 2 346 356 10.1016/j.neuroimage.2007.07.041 Grabner R.H. Neurophysiology of mathematical cognition / R.H. Grabner, B. De Smedt // The human sciences after the decade of the brain / ed. by B. Battro [et al.]. – Amsterdam: Elsevier, 2012. Grabner R. H. Neurophysiology of mathematical cognition The human sciences after the decade of the brain 2012 Hamrick J.B. Inferring mass in complex scenes by mental simulation / J.B. Hamrick, P.W. Battaglia, J.B. Tenenbaum // Cognition. – 2016. – Vol. 157. – P. 61–76. Hamrick J. B. Battaglia P. W. Tenenbaum J. B. Inferring mass in complex scenes by mental simulation Cognition 2016 157 61 76 Johnson-Laird P.N. Mental models: Towards a cognitive science of language, inference, and consciousness / P.N. Johnson-Laird. – Cambridge: Cambridge University Press, 1983. – 528 p. Johnson-Laird P. N. Mental models: Towards a cognitive science of language, inference, and consciousness Cambridge Cambridge University Press Kozhevnikov M. Spatial visualization in physics problem solving / M. Kozhevnikov, M.A. Motes, M. Hegarty // Cognitive Science. – 2007. – Vol. 31, No. 4. – P. 549–579. Kozhevnikov M. Motes M. A. Hegarty M. Spatial visualization in physics problem solving Cognitive Science 2007 31 4 549 579 Mason R.A. Neural representations of physics concepts / R.A. Mason, M.A. Just // Psychological Science. – 2016. – Vol. 27, No. 6. – P. 904–913. – DOI: 10.1177/0956797616641941. Mason R. A. Just M. A. Neural representations of physics concepts Psychological Science 2016 27 6 904 913 10.1177/0956797616641941 Mason R.A. Physics is hard, but your brain can learn it: Neural representations of physics concepts / R.A. Mason, M.A. Just // Cognitive Neuroscience Society Annual Meeting. – San Francisco, 2015. Mason R. A. Just M. A. Physics is hard, but your brain can learn it: Neural representations of physics concepts Cognitive Neuroscience Society Annual Meeting 2015 Mason R.A. Neural representations of physics concepts in the brain: From naive to formal understanding / R.A. Mason, R.A. Schumacher, M.A. Just // Proceedings of the 40th Annual Conference of the Cognitive Science Society. – 2018. – P. 742–747. Mason R. A. Schumacher R. A. Just M. A. Neural representations of physics concepts in the brain: From naive to formal understanding Proceedings of the 40th Annual Conference of the Cognitive Science Society 2018 742 747 Mason R. Teaching ancient brains new tricks: Neural representations of advanced physics concepts / R. Mason, R. Schumacher, M. Just // Physics Today. – 2021. – Vol. 74, No. 6. – P. 30–35. – DOI: 10.1063/PT.3.4769. Mason R. Schumacher R. Just M. Teaching ancient brains new tricks: Neural representations of advanced physics concepts Physics Today 2021 74 6 30 35 10.1063/PT.3.4769 Miller G.A. The Magical Number Seven, Plus or Minus Two / G.A. Miller // The Psychological Review. – 1956. – Vol. 63. – P. 81–97. Miller G. A. The Magical Number Seven, Plus or Minus Two The Psychological Review 1956 63 81 97 Newman S.D. The neural correlates of expertise in spatial reasoning / S.D. Newman, E. Mitchell // Neuropsychologia. – 2013. – Vol. 51, No. 12. – P. 2447–2456. Newman S. D. Mitchell E. The neural correlates of expertise in spatial reasoning Neuropsychologia 2013 51 12 2447 2456 Paas F. An evolutionary upgrade of cognitive load theory: Using the human motor system and collaboration to support the learning of complex cognitive tasks / F. Paas, J. Sweller // Educational Psychology Review. – 2012. – Vol. 24, No. 1. – P. 27–45. – DOI: 10.1007/s10648-011-9179-2. EDN YCDJDX Paas F. Sweller J. An evolutionary upgrade of cognitive load theory: Using the human motor system and collaboration to support the learning of complex cognitive tasks Educational Psychology Review 2012 24 1 27 45 10.1007/s10648-011-9179-2 YCDJDX Price G.R. Symbol processing in the left angular gyrus: Evidence from passive and active tasks / G.R. Price, D. Ansari // Developmental Cognitive Neuroscience. – 2013. – Vol. 5. – P. 73–82. Price G. R. Ansari D. Symbol processing in the left angular gyrus: Evidence from passive and active tasks Developmental Cognitive Neuroscience 2013 5 73 82 Roos A. fMRI of physics problem solving: The role of parietal and prefrontal cortices / A. Roos, A.C. Neubauer // Brain and Cognition. – 2019. – Vol. 134. – P. 34–44. Roos A. Neubauer A. C. fMRI of physics problem solving: The role of parietal and prefrontal cortices Brain and Cognition 2019 134 34 44 Common and distinct brain regions in both parietal and frontal cortex support symbolic and nonsymbolic number processing in humans: A functional neuroimaging meta-analysis / H.M. Sokolowski, W. Fias, A. Moussa, D. Ansari // NeuroImage. – 2017. – Vol. 146. – P. 376–394. Sokolowski H. M. Fias W. Moussa A. Ansari D. Common and distinct brain regions in both parietal and frontal cortex support symbolic and nonsymbolic number processing in humans: A functional neuroimaging meta-analysis NeuroImage 2017 146 376 394 Sweller J. Cognitive load during problem solving: Effects on learning / J. Sweller // Cognitive Science. – 1988. – Vol. 12, No. 2. – P. 257–285. – DOI: 10.1207/s15516709cog1202_4. Sweller J. Cognitive load during problem solving: Effects on learning Cognitive Science 1988 12 2 257 285 10.1207/s15516709cog1202_4 Wai J. Spatial ability for STEM domains: Aligning over 50 years of cumulative psychological knowledge solidifies its importance / J. Wai, D. Lubinski, C.P. Benbow // Journal of Educational Psychology. – 2009. – Vol. 101, No. 4. – P. 817–835. Wai J. Lubinski D. Benbow C. P. Spatial ability for STEM domains: Aligning over 50 years of cumulative psychological knowledge solidifies its importance Journal of Educational Psychology 2009 101 4 817 835