Есть старый деревянный дом из бруса. Изнутри оштукатурен. Снаружи оббит досками. В целом тепло держит, по всем комнатам зимой поддерживается температура около 22 градусов. Но в крайней комнате почему-то очень холодно, в районе 12 градусов. У этой комнаты три стены внешние, одна внутренняя. Мы пробовали утеплять эту комнату: обшили изнутри гипсокартоном, подложив под него утеплитель, обшили пол снизу утпелителем, обшили потолок утеплителем, сделали завалинку. Но всё-равно в этой комнате холодно. Батарея в комнате есть.

Подскажите, пожалуйста, есть ли способ определить причину, почему так холодно в комнате?

Есть, желательно обратиться в фирму, кто этим занимается. Не подскажу сейчас конкретных. Они приезжают с оборудованием, сначала создают в доме излишнее давление и смотрят, где идут теплопотери снаружи. Потом создают недостаток давления в доме, и смотрят внутри, откуда попадает холод. Еще могут дымом подымить, чтоб точно места видеть.
Вариант попроще, это прибор тепловизор. Либо покупаете, либо арендуете, либо приглашаете специалиста с таким прибором. Он вам на нем покажет, где у вас холодные места. Описанные спецы выше тоже его используют, но у них более наглядно.

Есть тепловизионные камеры, цепляющиеся к телефону, стоят не так дорого, можно ими посмотреть утечки. Точность может и не такая, как у нормального оборудования, но в данном случае вполне достаточная.

В новосибирске достаточно просто арендовать тепловизор, как и другое оборудование...

...обшили изнутри гипсокартоном, подложив под него утеплитель, обшили пол снизу утпелителем, обшили потолок утеплителем...

Когда людям холодно они надевают вещи потеплее, а не съедают их. Простите за иронию, но утеплять надо снаружи. В данном случае утеплив изнутри вы дали возможность стенам промерзнуть еще глубже, а количества ваты оказалось недостаточно для необходимого теплового сопротивления. Дальше логика банальна и заключается в площади поверхности, которая остужает воздух в помещении.
В любом случае, если вы хотите точного диагноза стоит поискать специалиста, который сможет найти теплопотери