quando vemos que estamos tentando entender um assunto e sentimos aquele "nó" no cérebro ou algumas confusões, o que está acontecendo, biologicamente? Mais conexões sinápticas estão surgindo e a inteligência está aumentando? (especialmente em matemáica)

Sim. É isso. Portanto é bom insistir. Mas deve-se dar um intervalo de uma noite de sono entre as tentativas. Bem como buscar abordagens alternativas e pesquisar o que já foi feito a respeito.