Å bygge hjerner
Å undervise om nervesystemet er utfordrende, spesielt i grunnskolen hvor målet ikke nødvendigvis er å utdanne hjerneforskere, men heller å forberede elevene på samfunnsdiskurs som ansvarlige borgere. Tiden i klasserommet er kort, og kunnskapen om nervesystemet blir stadig mer overveldende og relevant i ulike sammenhenger. Dette har bidratt til utallige «nevro»-inspirerte akademiske disipliner inkludert nevro-filosofi, nevro-etikk, nevro-historie, nevro-utdanning, nevro-økonomi og nevro-robotikk. Dataforskere bruker kunnskap om nervesystemet for å fremme utviklingen av databehandling og robot-teknologi, økonomer bruker kunnskapen for å forstå og forutsi menneskelig beslutningstaking, og lærere prøver ivrig å bruke kunnskapen for å øke sine elevers læringsutbytte. Denne allsidige bruken av kunnskap om nervesystemet er kanskje ikke så overraskende siden dette organsystemet er kilden til våre sanseoppfatninger, følelser, tanker, minner og atferd, det vil si hele vårt bevisste liv og mye av det ubevisste.
Nervesystemet generelt, og menneskehjernen spesielt, er det mest komplekse systemet vi kjenner til. Hjernen vår består av omkring 100 milliarder nerveceller som hver kommuniserer med andre nerveceller gjennom tusenvis av forbindelser som kan bli sterkere eller svakere i løpet av sekunder. Men til tross for denne ufattelige kompleksiteten, handler det å forstå nervesystemet veldig mye om å vite hvor nervesignaler sprer seg i nettverk av nerveceller. I grunnskolen har dette tradisjonelt blitt konkretisert med forenklede lærebokillustrasjoner av knerefleksen og tilbaketrekningsrefleksen. Siden disse nettverkene er så elementære, har det kanskje ikke vært nødvendig med andre former for konkretisering. Imidlertid er det nettopp det elementære i disse nettverkene som gjør at de ikke lenger er tilstrekkelige til å representere hvordan nervesystemet fungerer. Dagens kunnskap om nervesystemet og den allsidige bruken av denne kunnskapen, krever at vi gir elevene våre et bedre grunnlag for forståelse. En måte å gjøre dette på er å introdusere nervenettverk med høyere kompleksitet. Utfordringen blir da å undervise om dette, og slik startet prosjektet «Å bygge hjerner». Målet var å skape en elevaktiv klasseromundervisning som kunne bidra til å øke elevenes forståelse av nervesystemet, og dette skulle gjøres ved hjelp av et hjernebyggesett. Elevenes hjerner skulle bygge forståelse gjennom å la dem bygge kunstige hjerner.
Vi har derfor utviklet et hjernebyggesett som består av pluggbare, elektroniske nerveceller med en funksjon som er tilstrekkelig lik biologiske nerveceller til at sammenhengen mellom nettverkenes oppbygning og funksjon blir illustrert på en biologisk riktig-, og samtidig klar og forståelig måte. 1) De er designet i tre dimensjoner, noe som gjør dem anatomisk realistiske. 2) Hver nervecelle har et akson og fem dendritter som kan kobles direkte til aksoner og dendritter på andre nerveceller og gir derfor et realistisk bilde av hvordan nerveceller er koblet sammen i nettverk. 3) Nervecellene har magnetiske plugger, noe som gjør prosessen med å tilkoble og frakoble nervecellene enkel (brukervennlig). 4) Nervecellene har sirkulære kontaktpunkter, noe som gjør at kontakt oppnås uavhengig av orienteringen på pluggen. Dette forenkler koblingen ytterligere (brukervennlig). 5) Nervecellene har pluggbare aksonforgreininger, noe som gjør det mulig for en enkelt nervecelle å koble seg til- og sende nervesignaler til et ubegrenset antall målceller. Dette øker antallet mulige nervenettverk man kan bygge. 6) Hver nervecelle er utstyrt med et batteri analogt med mitokondriene til biologiske nerveceller. Dette gjør dem uavhengige av ekstern strømforsyning under bruk. Batteriene er oppladbare, og laderen kan kobles til en hvilken som helst nervecelle og lade alle tilkoblede nerveceller samtidig. 7) Hver nervecelle har to forskjellige moduser: hvile-modus og spontanaktivitets-modus. Dette er ikke uvanlig i nervesystemet, og oppstår som et resultat av enkelte nervecelleegenskaper eller nettverksinteraksjoner. Fordelen for brukeren er at de trenger færre nerveceller for å få flere funksjoner. 8) Det er to funksjonelle typer nerveceller: eksitatorisk og hemmende. Dette er de viktigste funksjonelle typene i nervesystemet.
Pål Kvello
Pål Kvello er førsteamanuensis ved Institutt for lærerutdanning, NTNU.