|
|
Debat: Skal moderne pædagogik baseres på hjerneforskning?
Af lektor Troels Wolf.
Publiceret 15. februar 2014.
© Copyright: Uddrag må citeres med korrekt kildeangivelse.
LÆRING/NEUROPSYKOLOGI:
Den naturviden-
skabelige, biologiske forståelse af begrebet "læring" og sammenhængen mellem
læring, hukommelse og neuroplasticitet har i mange år været et "hot" område.
Men hvad er det for en ny viden, forskerne er kommet frem til, og hvad er det for en forskning,
der har ført til et gennembrud på dette område?
Det søger biolog og retoriker Troels Wolf at svare på her.
 Troels Wolf.
UNDERVISNINGSPRINCIPPER BASERET
på forståelsen af neuroplasticitet er allerede ved at vinde indpas i pædagogikken...
og det kan kun være et spørgsmål om tid før vi ser skoler, der er indrettet og underviser efter neuroplastiske principper..."
Sådan skrev hjerneforskerne Anders Gade og Jens Boe Nielsen i Den plastiske hjerne (udgivet af HjerneForum, Landsforeningen til bekæmpelse af hjernesygdomme i 2011).
For at nærme os en forståelse af begrebet neuroplasticitet må jeg indledningsvis repetere noget af den almen viden de fleste, der har gået i gymnasiet, har fra biologitimerne.
De fleste læsere husker nok, at vores nervesystem består af nogle nerveceller med korte udløbere i forenden, en cellekrop og en lang udløber i bagenden. Nerveceller er ikke i fysisk kontakt med hinanden,
men har i enden af den lange udløber en udposning, der ligger tæt op ad den efterfølgende nervecelle. De specialiserede områder, hvor nervecellerne ligger tæt sammen uden dog at være i fysisk kontakt med hinanden kaldes synapser.
KOMMUNIKATIONEN I nervesystemet er både elektrofysisk og kemisk. I den enkelte nervecelle udbredes impulsen elektrisk ved, at forskellige ioner strømmer ind og ud af cellemembranen.
Men når den elektriske impuls har bredt sig gennem den lange udløber og når frem til synapsen, kan den ikke komme længere, da der ikke er direkte fysisk kontakt mellem nervecellerne. I synapsen overføres impulsen kemisk.
Nervecellen udskiller her et signalstof som flyder ud i synapsespalten mellem de to celler og binder sig til et receptor-molekyle på den efterfølgende nervecelles overflade.
Bindingen mellem signalstof og receptor åbner for indstrømning af ioner (Na+-ioner) og kan derved starte en ny impuls. Det hører med til billedet, at hver enkelt nervecelle danner synapse med mange andre nerveceller, og disse synapser kan være både fremmende og hæmmende for videreførelsen af impulsen. Det afhænger af hvilke ioner, der åbnes for.
Når en adfærd udløses, skyldes det, at der igangsættes en impuls i en nervecelle, som sender information til musklerne om at bevæge sig. Om en adfærd udløses eller ej, er altså et spørgsmål om der er overvægt af fremmende eller hæmmende impulser.
En solsort, der nærmer sig et foderbræt uden for dit vindue, vil have en tendens til at flygte. Den er konstant på vagt, men flygter ikke før de flugt-fremmende impulser overstiger summen af hæmmende impulser. Når det sker, vil en nervecelle igangsætte flugtadfærd. Det sker måske, hvis den ser du bevæger dig bag vinduet -
eller hvis den hører en ukendt lyd - og det sker helt sikkert, hvis begge ting forekommer samtidigt.
Nervesystemet kunne sammenlignes med elektriciteten i en bolig, hvor der også sendes elektriske impulser som sætter gang i forskellige processer: Når vi tænder for en kontakt, tændes lyset i spisestuen, når vi tænder for en anden kontakt, hører vi radioen, når vi tænder for en tredje kontakt, går køleskabet i gang osv. Men kommunikationssystemet i boliger er statisk.
Når en kontakt tændes, sker der altid en bestemt ting på en bestemt måde.
Nervesystemet er derimod et plastisk kommunikationssystem.
Det reagerer ikke altid på samme måde. Både dyr og mennesker kan ændre reaktioner på grundlag
af tidligere erfaringer. Den omtalte solsort vil måske ikke flygte,
hvis den gentagne gange udsættes for en lyd, som viser sig at være ufarlig. Årsagen til at solsorten nu reagerer
anderledes er, at der er sket plastiske forandringer i dens nervesystem.
Eksemplet med solsorten sammenknytter det biologiske syn på begreberne plastiske forandringer, læring og hukommelse. Og denne sammenhæng kan formuleres kort og konkret:
Læring er de processer, der gennem plastiske ændringer i nervesystemet skaber hukommelse.
Solsortens erfaringer igangsætter altså ændringer i dens nervesystem, og disse forandringer lagres i nervesystemet, så solsorten, når den igen står i samme situation, reagerer på en ny måde: den undlader at flygte.
Synapser.
MEN HVORI BESTÅR så disse plastiske forandringer?
Dette spørgsmål har gennem flere årtier været genstand for intensiv forskning i neurofysiologien. En af de helt store pionerer indenfor denne forskning er amerikaneren Eric Kandel (født i 1926 i østrig), der i år 2000 sammen med Arvid Carlsson, Paul Greengard modtog Nobelprisen i fysiologi/medicin for
"their discoveries concerning signal transduction in the nervous system".
Eric Kandel studerede oprindelig psykoanalyse og fik derigennem i 1950'erne interesse for fænomenet hukommelse. Men han var frustreret over, at psykoanalysen havde en tendens til at betragte hjernen som en black box og han havde en vision om, at det i hans generation ville blive muligt at kigge ind i boksen ved hjælp af moderne biologiske metoder. Hans interesse var først og fremmest at undersøge, hvordan læring skaber ændringer i hjernens neurale netværk, og hvordan korttidshukommelse omdannes til langtidshukommelse.
Han startede med at studere det hjerneområde, som man allerede på daværende tidspunkt vidste, var
involveret i etablering af hukommelse hos pattedyr, nemlig hippocampus*).
Men han fandt hurtigt ud af, at det på daværende tidspunkt var helt umuligt at angribe problemet ved at studere højerestående dyrs hjerner - for slet ikke at tale om menneskets hjerne. Det var alt for kompliceret. Han valgte i stedet en stærkt reduktionistisk tilgang til problemet, idet han valgte at bruge de moderne biologiske metoder til at studere indlæring hos bløddyr. Hos søsneglen aplysia, hvis nervesystem består af blot 20.000 nerveceller, kunne han kortlægge og studere de nerveceller, der indgår i en meget simpel adfærd, som kan modificeres af indlæring. Aplysia trækker gællen til sig, når den berøres. Men den kan på grundlag af erfaringer lære - både at undlade at reagere (habituering) - og
at reagere kraftigere (sensibilisering).
*) Hippocampus er en struktur, der af udseende minder om en søhest, og som ligger dybt inde i hjernen.
Eric Kandels store bedrift var, at han på både cellulært og biokemisk
niveau afdækkede de ændringer, der skete i det lille netværk af nerveceller, der styrer gællerefleksen.
Når aplysia etablerede langtidshukommelse, skete det ved, at
læringen satte gang i en kaskade af biokemiske processer, som endte med at aktivere nervecellens DNA.
Nogle af de centrale stoffer i denne kaskade viste sig at være cAMP, PKA og CREB*), som senere skulle vise sig at have relevans for menneskets etablering af langtidshukommelse.
*) cAMP: adenosin 3',5',-monophosphat, PKA: Protein kinase A og CREB:c-amp respons-element-binding protein.
Aktivering af DNA medfører syntese af proteiner. (Den opmærksomme læser husker måske at have hørt om proteinsyntese i biologiundervisningen i gymnasiet). Proteinerne indgår i udvidelse/forstærkning af synapserne, f.eks. ved at øge antallet af eksisterende receptor-molekyler eller ved at danne helt nye synapser i netværket. Det er denne ændring af synapserne i det neurale netværk, der bevirker, at aplysia reagerer anderledes, når den har lært noget.
Aplysia brasiliana
EFTER MANGE ÅRS studier af aplysia vovede Kandel endelig i en alder af 60 år at genoptage studiet af hippocampus hos pattedyr. Det var nemlig på det tidspunkt lykkedes andre forskere at finde netvæk i hippocampus, hvor man på samme måde som i aplysias nervesystem kunne påvise plastiske ændringer. Disse plastiske ændringer i pattedyrets hjerne viste sig at fremkomme ved aktivering af DNA via en biokemisk kaskade af processer, der involverer de samme stoffer, som Eric Kandel havde fundet i aplysia, nemlig: c-AMP, PKA og CREB. Også i pattedyrs hippocampus, kunne der påvises vækst af synapser.
En moderne biologisk forståelse af, hvad der sker i hjernen, når vi lærer noget, kan sammenfattes således (figur 1):
Når vi oplever noget, aktiveres bestemte netværk i hjernen. Hvilke netværk, der aktiveres, afhænger af naturligvis af, hvad vi oplever. Når vi repeterer det lærte, genopstår aktiviteten i netværket. Ny forskning har desuden vist, at netværket også aktiveres under søvn. Denne reaktivering under søvn er påvist både hos rotter og hos mennesker, og det er eftervist, at søvn fremmer indlæring hos mennesket. (Det betyder ikke at eleverne skal sove i timerne, men at de har gavn af søvn efterfølgende!). Reaktiveringen aktiverer nervecellernes DNA og forstærker synapserne. Ny forskning har desuden vist, at når det handler om hippocampus, kan væksten af synapserne suppleres med dannelse af helt nye nerveceller, der forstærker netværket.
Figur 1. Kilde: Troels Wolf: Husk hjernen! (Gyldendal 2012).
I DENNE FORBINDELSE
er det interessant, at fysisk aktivitet fremmer celledelingen i hippocampus, og
forsøg på både mus og rotter viser, at motion fremmer indlæring. Forsøg på mennesker peger i samme retning. En stor undersøgelse af over en million svenske mænd født i perioden fra 1950 til 1976, der alle som 18-årige var på session viste en klar statistisk sammenhæng mellem kondital og intelligens. Jo bedre kondition mændene havde - jo højere intelligens. Blandt de mange undersøgte var der over 6000 tvillinger, hvoraf knap 1500 var enæggede. Enæggede tvillinger er særligt interessante i forskningen, da de har nøjagtig ens gener. Også hos de enæggede tvillinger havde den tvilling, der havde den bedste kondition, den højeste intelligens. Da genetiske forskelle her er udelukket som forklaring, tyder meget på, at forskellen i motions- og træningsadfærd er årsag til forskellen i intelligens.
 
Enæggede tvillinger.
DEN FYSISKE AKTIVITET øger hjernens dannelse af stoffet BDNF i både mus, rotter og mennesker, og BDNF øger nervecellers overlevelsesevne og stimulerer vækst og dannelse af nye synapser.
Læringens mysterier er langt fra løst, fx har jeg her undladt at komme ind på, hvordan hippocampus og hjernebarken arbejder sammen, når der skabes langtidshukommelse . Men meget tyder på, at mekanismerne, der fører til plastiske ændringer på mange måder er ens "from mollusks to mammals", som Eric Kandel udtrykte det. Umiddelbart lyder det måske helt absurd, at de biokemiske processer, der fører til læring hos snegle og mennesker, er så ens. Mennesket har dog en helt enestående evne til at lære som ikke matches af nogen anden organisme på kloden! For at forstå at det kan være tilfældet, skal det fremhæves, at sneglens nervesystem som nævnt består af blot 20.000 nerveceller, mens menneskets hjerne består af omkring 125 milliarder nerveceller, der hver har kontakt til flere tusinde andre nerveceller. Det betyder, at kombinationsmulighederne hos mennesket netop bliver ufatteligt store. En parallel til denne logik i biologiske systemer findes i genernes biokemi: Alle levende organismers gener består af DNA, som kun indeholder fire forskellige baser. Alligevel indeholder DNA-koder information nok til at forme alt liv på hele planeten jorden. Forklaringen ligger også her i kombinatorikken. Mennesket indeholder 3,1 milliarder baser. Men fire forskellige muligheder på hver plads bliver kombinationsmulighederne igen næsten uendelige.
Når først der under evolutionen ved tilfældighed og selektion er opstået biokemiske processer og mekanismer, der kan løse biologiske problemer og gavne kampen for overlevelse, bevares disse ofte på efterfølgende udviklingstrin. Og noget kunne tyde på, at læringens biokemi er opstået relativt tidligt i evolutionen hos en fælles stamfar blandt bløddyrene og er blevet genbrugt af alle senere udviklede arter - herunder mennesket.
I Den plastiske hjerne opremses ti faktorer, der er vigtige for at forøge neuroplasticitet.
Om Anders Gade og Jens Boe Nielsen får ret i, at vi snart ser skoler,
der er indrettet og underviser efter neuroplastiske principper vil jo vise sig. Men det kunne da være
spændende at oprette sådanne skoler og måske tilknytte hjerneforskere som konsulenter.
KILDER
Dammeyer, J. m.fl.: Den plastiske hjerne, Hjerneforum 2011.
Kandel, E.R.: "The Molecular Biology of Memory Storage: A Dialog Between Genes and Synapses" in Bioscience Reports, Vol. 21, No. 5, October 2001.
Wolf, Troels: Husk hjernen! Gyldendal 2012.
 BESTIL.
MERE OM ARTIKLENS FORFATTER
Troels Wolf er lektor i biologi, retorik og idræt ved Solrød Gymnasium.
For nogen tid siden udgav han den anmelderroste bog Husk hjernen!, som er afbilledet her ovenover.
|
|
|
|
