– Det er uhyre mye vi ennå ikke vet om hjernen og nervesystemet – men det er også mye vi vet, som må gjøres tilgjengelig for folk flest, sier forsker Pål Kvello ved Institutt for lærerutdanning på NTNU.

Kvello mener dagens lærebøker ikke klarer å formidle forståelsen som elevene fortjener.

Ideen om å lage et byggesett av nerveceller, som enkelt viser hvordan nervesystemet virker, dukket opp mens han jobbet med doktorgraden i nevrobiologi.

I sin nye jobb ved lærerutdanningen på NTNU fikk Kvello god respons på ideen, og komponenter fra Kina ble bestilt.

Med hjelp av professor Lars Lundheim og studenter har resultatet blitt et byggesett med forenklede nerveceller, også kjent som nevroner, i gummi, med elektronikk inni.

Pål Kvello leder nå et forskningsprosjekt som prøver ut hvordan slike byggesett kan gjøre undervisningen om nervesystemet mer forståelig.

Bygger nervesystem

Nevronene har utvekster som mottar signaler og en lang utløper som sender signaler. Nevronene kobles til hverandre for å danne nettverk.

Ved å trykke på en knapp på et nevron lyser en grønn diode og et signal sendes ut. Elevene kan se at signalet sprer seg i nettverket ved at grønne og hvite lys tennes på nevronene. Hvordan signalet spres, avhenger av hvordan elevene har bygd nettverket.

Målet er å lage forenklede modeller som illustrerer ulike funksjoner vi kjenner i nervesystemet.

– Signalet aktiviseres i noen nevroner, men stopper i andre. I noen tilfeller begynner signalet å gå i loop. En loop bidrar til at en aktivitet, en tanke, følelse eller adferd, opprettholdes eller gjentas over tid, for eksempel gåing. På denne måten kan elevene se logikken i nettverket, forklarer Kvello.

Elevgruppene får ti nevroner hver. De grønne nervecellene aktiverer signalet, mens de røde stopper nervesignalet.

Mer enn reflekser

Kvello forteller at det klassiske eksemplet i lærebøkene er kne-refleksen, der legen banker på senen under kneskålen og får foten til å sprette i været. Signalet som utløses av hammerslaget, går til ryggmargen som automatisk sender et signal tilbake som fører til reaksjonen.

– Dette eksemplet er altfor enkelt. Nervesignalene og hvordan de sprer seg i nettverk av nevroner, er avgjørende for alt vi sanser, opplever, føler, tenker, gjør, husker og lærer. Derfor må det forklares bedre, sier han.

– Hvor avanserte prosesser kan byggesettet illustrere?

– Vi kan demonstrere mer enn rene reflekser. For eksempel kan vi vise hvordan hjernen bestemmer at en bil kommer fra høyre og ikke fra venstre, hvordan vi kan holde fokus med øynene også når vi beveger oss og hvordan vi retningsbestemmer lyder.

Bedre enn datasimulering

Byggesettet kan sikkert også bidra til å illustrere mer kompliserte kognitive prosesser, men ennå har vi for lite kunnskap om hvordan disse kan illustreres i et mikronettverk.

– Hvorfor mener du dette er bedre enn en datasimulering?

– Det å kunne ta på, klemme på, og koble sammen fysisk betyr mye. Vi tok utgangspunkt i biologiske nevroner fra hjernebarken hos rotter, fjernet en del unødvendige funksjoner, forenklet og gjorde noen pedagogiske tilpasninger.

Poenget er å vise prinsippene for hvordan nerveceller utfører hverdagslige funksjoner. Det vanlige er å lære at vi registrerer noe med sansene, og det utløser et signal som så sendes til hjernen.

Så foregår et eller annet – før det kommer et signal tilbake fra hjernen som resulterer i en atferd. I en sånn forklaring er hjernen en svart boks, vi aner ikke hva som skjer der.

Byggesettet viser logikken i det som skjer. Vi følger nervesignalet fra nevron til nevron i et nettverk akkurat slik signaler prosesseres i hjernen, sier Kvello.

Forskeren mener det også er en styrke med variasjon i undervisningen og at hjernebyggesettet kan være et nyttig verktøy i tillegg til de andre.

Lovende tegn

To masteroppgaver ved lærerutdanningen har studert hvordan bruken av byggesettet påvirker læringsutbyttet, motivasjonen og dialogen i elevgrupper i videregående skole.

– Ennå har vi litt tynt med data, men vi ser en klar økning i dialogen. Grupper som bruker byggesettene diskuterer mye mer seg imellom og er mer utforskende enn gruppene som ikke bruker dem.

– I tillegg til masteroppgavene har 45 lærerstudenter benyttet byggesettene i undervisning. Studentene rapporterer også om større motivasjon, læringsutbytte og forståelse, men dette har vi ennå ikke vitenskapelig belegg for, sier Pål Kvello.

Alle nivåer

Hjernebyggesettet er beregnet for bruk helt fra grunnskolen til universitetsnivå.

– Vi mener det er viktig at lærerstudentene får best mulig innsikt i nervesystemet slik at det kan formidles på et tidlig stadium hos elevene i naturfag og helsefagene, sier Kvello.

Han anslår at en gruppe lærere vil trenge et par timers opplæring for å kunne bruke byggesettet effektivt.

Sansenevroner

Foreløpig er det elevene som setter i gang signalene ved å trykke på en knapp på nevronene, men prosjektet skal etter hvert utstyre byggesettene med sensoriske, kunstige nevroner som oppfatter lys og bevegelse og sender signal til nettverket av nevroner.

På den måten blir byggesettene mer virkelighetsnære.

Referanser:

Pål Kvello og Niklas Gericke: Identifying knowledge important to teach about the nervous system in the context of secondary biology and science education–A Delphi study. Plos One, 2021. Doi.org/10.1371/journal.pone.0260752

Ingrid Heggland, Pål Kvello mfl.: Electrophysiological characterization of networks and single cells in the hippocampal region of a transgenic rat model of Alzheimer’s disease. Eneuro, an open-access journal of Society for Neuroscience, 2019. Doi.org/10.1523/ENEURO.0448-17.2019

Artikkelen er produsert og finansiert av NTNU

NTNU er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Fikk du med deg disse sakene fra NTNU?

• 

  Slik kan du redusere strømregningen

• 

  1.000 dager med krig i Ukraina – hva nå?

• 

  – Kvinner som har mistet et barn, fortsetter å få reklame og påminnelser om barnet som skulle vært der

• 

  Frivillige bør ikke bli venn med pasienten: – Kan havne i en følelses­messig skvis

• 

  Masterstudent fant klimatall som forskerne trenger

• 

  Neppe flere kriser enn før – men flere kriseoppslag

Les flere saker fra NTNU her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER