“长期以来，心理学家和哲学家一直在争论空间思维，如物体的心理图像，是否真的隐藏在看似言语的思维之下，”该研究的高级作者、乔治敦大学文理学院心理学系教务长特聘副教授Adam Green解释说。“如果这是真的，那么教学生提高他们的空间思维能力应该能提高他们的言语推理能力。”
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研究人员检查了弗吉尼亚州公立高中教授的一门"空间丰富"的科学课程，该课程强调空间思维能力，如绘制地图和考虑如何重新设计城市以减少能源消耗。如磁共振成像（MRI）扫描所示，学生的大脑在学习课程材料时发生了变化，并将这些变化与衡量学习的传统方法（如考试分数的变化）进行了比较。
大脑的变化对学习的预测要准确得多，特别是一种被称为“远迁移”的学习，它是如此深入，以至于帮助学生完成他们甚至没有被教导如何做的任务。对于教育工作者来说，“远迁移”是一种“圣杯”，传统的考试是很难衡量的。
该团队的研究结果支持心理模型理论，即MMT，该理论认为，当人类掌握口语或书面语言时，大脑会将这些信息"空间化"，依靠大脑中的系统，这些系统最初是为了帮助我们的灵长类祖先灵活地穿越复杂的景观而发展起来的。
当研究人员评估关于句子中的单词而不是地图上的物体的言语推理时，他们发现参加过强调空间思维的课程的学生有明显的改善。此外，学生的空间思维能力越强，他们的言语推理能力就越强。
“这些发现表明，心理模型可以成为现实世界教育中远距离转移的重要基础，从课堂上获取技能并更普遍地应用它们，”研究主要作者和心理学博士生Robert Cortes说。“这项研究不仅让我们了解到教育如何改变我们的大脑，而且还揭示了对心灵本质的关键见解。”
“语言推理是人类进化所产生的最强大的工具之一，”Cortes认为。“将神经科学和教育结合起来，更好地了解人脑如何学习推理，这是令人难以置信的。希望我们能利用这些发现，更广泛地改善人类的推理能力。”
研究小组发现，学生大脑中空间处理中心的变化，特别是后顶叶皮层的变化，可以最好地预测言语推理的改善，为大脑中的MMT提供了额外的证据。
虽然关于心理模型的争论由来已久，但现代教育领域最热门的争论之一是神经科学是否能改善学校的教学。虽然在理论上很有希望，但在现实世界中，将神经科学与教育相结合的努力被证明是具有挑战性的。主要障碍之一是神经科学工具，如核磁共振扫描，既昂贵又耗时，使得它们不太可能在教育政策和实践中大规模地应用。
Green说：“我们不可能扫描每个孩子的大脑，即使有可能，这样做也是一个非常糟糕的主意，”他也是神经科学跨学科项目的教员。
批评者长期以来一直担心神经科学提供的数据是否真的能告诉教育者任何他们用传统的纸笔或电脑测试无法发现的东西。
该研究小组的新发现指出了一种将神经科学与教育相结合的新方法，有助于克服这些挑战。该研究没有关注每个学生的大脑，而是关注学生学习的课程。结果显示，大脑成像可以检测出在现实世界的课堂上学习特定课程所带来的变化，而且这些大脑变化可以用来比较不同的课程。
Green表示：“课程开发可以而且确实发生在神经科学能够现实地适应的那种小规模上。因此，如果我们能够利用神经影像学工具来帮助确定传授最多可转移学习的教学方式，那么这些课程可以被教师和学校系统广泛采用。课程可以扩大规模，但神经影像学不必如此。”
与参加其他高级科学课程的密切匹配的学生相比，参加空间强化课程的学生显示出更强大的大脑变化。这些变化似乎表明，大脑能够以高度灵活的方式深入学习空间能力，而传统的具体技能测试可能无法完全捕捉到这一点。特别是，该研究发现大脑的变化可以比传统测试更好地预测学习，这有力地证明了神经科学所提供的内部视图可以让教育者了解他们长期以来所寻求的、但传统的学习评估往往忽略的远距离学习。
Cortes称：“这项研究是我们部门通过科学连接‘神经元与社区’的使命的一个很好的例子。我们希望利用这些数据来说服政策制定者增加获得这种空间丰富的教育的机会。”
