Ingår i temat
Hjärna och lärande
Läs senare

En djungel av neuroner och synapser

Revolutionerande teknik har gett oss redskapen att se in i hjärnans levande biologiska strukturer. Men för att kunna tolka och värdera vilka möjligheter det öppnar för pedagogiken måste lärare skaffa sig insikter i neurovetenskap.

06 Maj 2010

Många lärare frågar sig om kunskap om hjärnans funktion skulle kunna berika pedagogikens hjärtefrågor om undervisning, lärande och fostran? En kort exposé av pedagogikens historia kan belysa varför intresset för hjärnans funktion vaknar just nu. Under första hälften av 1900-talet dominerades pedagogiken av behaviorismen som betraktade hjärnan som en sluten svart låda. Vetenskap skulle bedrivas utan metafysiska spekulationer.  

I slutet av 1950-talet började man spekulera över innehållet i lådan. Psykologiska begrepp som bland annat tankestrukturer infördes. Eleven betraktades, i konstruktivismens anda, som en liten forskare som själv konstruerade sin kunskap. På 1980-talet följde den sociokulturella eran som stipulerade att kunskap utvecklas socialt men lärs in psykologiskt. Under 1990-talet utvecklades teknisk utrustning som ledde till ett paradigmatiskt genombrott: möjlighet skapades att kunna se in i levande biologiska strukturer. Det främst använda verktyget blev magnetkameran. Locket på behavioristernas svarta låda öppnades och psykologiska begrepp kunde studeras närmare då hjärnans neurala substrat exponerades. Metoden gick ut på att först avbilda hjärnans grundfunktion då försökspersonen vilade. Sedan gjordes en intervention genom att exempelvis en emotionellt laddad bild visades. Därefter subtraherades bilden av den vilande hjärnans funktion från bilden med intervention. De datoranimerade punkter som då framträdde, ansågs bero på interventionen.

För att kunna tolka, utvärdera och bedöma de möjligheter som denna revolutionerande teknik öppnade för pedagogiken, måste man skaffa sig insikter i neurovetenskap. Skulle kombinationen av pedagogik och neurovetenskap kunna medföra konsekvenser för lärande och undervisning? I boken Second nature hävdar Nobelpristagaren Gerald Edelman att ”The brain is embodied and the body is embedded”. Han menar att kropp och hjärna är oskiljaktiga och påverkas av den omgivande miljön. Under årmiljoner utvecklades vår art i en farlig omgivning. Enligt Darwins utvecklingslära skedde en successiv variation i arvsmassan. Den individ som var bäst anpassad till miljön överlevde. Så småningom omvandlades våra förfäders biotop till vår moderna teknotop. I stort sett har emellertid vår hjärna inte förändrats sedan stenåldern. Hjärnans lärande för överlevnad på savannen ersattes av elevers lärande i skolan.
        
Hjärnans funktion kan studeras utifrån två kompletterande perspektiv: ett mikroskopiskt och ett makroskopiskt. I ett mikroskop framträder hjärnans gråa massa som en djungel av nervceller, neuroner, och dess vita massan som isolerade nervtrådar. Vårt genetiska arv på cirka 20 000 gener, utgör grundritningen som organiserar cirka 100 miljarder neuroner. Generna räcker emellertid inte till för att bringa ordning i så många neuroner och kopplingar. Neuronen består av en cellkärna omgiven av korta nervtrådar, dendriter, som samlar in information, som kan vara exciterande eller hämmande. I cellkärnan summeras informationen. Om det exciterande överväger sänds en signal, i en utgående nervfiber, axon, som kan vara kopplad till inemot tusen andra neuroner. Kopplingspunkterna kallas synapser. Signalen i axonen leds elektriskt, i synapsen sker kemisk överföring till nästa neuron.
        
Ett barn föds med i princip lika många neuroner som hon har som fullvuxen. Barnet har en mängd nervfibrer som kopplar samman neuroner synaptiskt. Hjärnans neurala substrat styr individens beteende. I denna djungel härskar, enligt Edelman, neural darwinism. Barnets erfarenheter eliminerar ovidkommande synaptiska kopplingar. Erfarenheter organiserar de synaptiska kopplingarna mellan neuronerna och utgör grunden för individens lärande och anpassning till en främmande miljö. Lärandets minsta neurala enhet är synapsen.

Den kanadensiske neurovetaren Donald Hebb formulerade år 1949 i The Organization of Behaviour den princip som är grundläggande för lärande på neuronal nivå i hjärnan. Hans epokgörande ord är värda att citeras i originalversion: ”When an axon of cell A is near enough to excite cell B and repeatedly or persistently takes part in firing it, some growth process or metabolic change takes place in one or both cells such that A´s efficiency, as one of the cells firing B is increased.”  Principen uttrycks kort: ”Use it or lose it”. Neuroner kopplas ihop med synapser genom att användas. Det gäller att använda och kittla synapserna!
        
Hebbs princip har vittgående konsekvenser för lärande och undervisning. John Geake, som är professor i neurologi vid universitetet i Oxford, framhåller i boken The brain in the classroom att repetition är viktig för lärande, eftersom repetition stärker synaptiska kopplingar. Det leder till neural plasticitet som innebär ständigt pågående förändring av hjärnans struktur och funktion. En konsekvens är att läraren bör introducera begrepp i enkla sammanhang, för att återkomma till samma begrepp i mer komplexa sammanhang. Ur ett lärandeperspektiv är det bättre att sträva efter djup än bredd ifråga om kunskap. Det är också viktigt att länka ny kunskap till de förföreställningar som eleven har, eftersom ingen elev kommer till skolan som ett oskrivet blad. Lärare bör beakta att pojkar och flickor, genom olika erfarenheter, byggt upp unika hjärnor. Man bör emellertid ge akt på att repetition även kan befästa fel. Forskning visar att det är bra för lärande om många av elevens sinnen påverkas samtidigt av mångsensorisk stimulans via syn, hörsel och känsel. Vikten av social stimulans får inte heller undervärderas. Inom naturvetenskap gäller att begrepp som repeteras genom vardaglig användning kan vara undervisningsresistenta och svåra att ersätta med vetenskapliga begrepp.

Modern teknik som avbildar hjärnan får makroskopiska strukturer att framträda. Med blotta ögonen ser vi att hjärnan har två halvor, men forskning påvisar att de innehåller områden med skilda uppgifter. Hjärnhalvorna sammanbinds av hjärnbalken med miljoner nervtrådar. De båda hjärnhalvorna arbetar därför synkront. Hjärnan kan delas upp i områden och funktioner på olika sätt. Hjärnstammen är äldst och innehåller livsuppehållande funktioner. Det limbiska systemet mitt i hjärnan innehåller olika slag av minnen och emotionella funktioner. I den nyaste delen, den tunna hjärnbarken, neokortex, återfinns minnesfunktioner och där sker associativ tankeverksamhet. Neokortex kan kallas ”den kognitiva mössan”. Hjärnan kan också delas upp i fyra lober med olika funktion. I pannloben sker planering, värdering och abstrakt behandling av problem. I tinningsloberna finns flera språkcentra. I hjässloben behandlas motorik och känsel. I nackloben finns syncentrum. Lillhjärnan svarar för bland annat finmotorik.
       
Enskilda neuroner kan liknas vid fackidioter. I exempelvis syncentrum behandlar vissa neuroner linjers lutning, andra behandlar färg eller rörelse. Sedan sätts allt samman till en enhetlig bild i hjärnbarken. Neuroner har, av den genetiska koden, kopplats ihop till separata organ med olika funktion, som bearbetar information parallellt. Amygdala är ett litet organ i det limbiska systemet. Den känner av om information från något sinnesorgan innebär fara eller hot. Om en elev upplever en hotfull stämning i klassrummet, så kommer amygdala att ställa in kroppen på primitiva försvars- och överlevnadsfunktioner. Det leder till tunnelseende och minskad kreativitet. Det finns således ett nära samband mellan kognition och emotion.
       
Cingulum är den del av det limbiska systemet som ligger som en gördel över hjärnbalken. I den främre delen, sker evaluering av inkommande information med avseende på logiska motsättningar. Hjärnans strävan efter meningsfullhet kan lokaliseras dit.  
       
Hippocampus är ett viktigt organ som kallas för minnets portvakt, det som lärs mellanlagras där. Under sömnen transporteras informationen till hjärnbarken för långtidslagring. Hippocampus, amygdala och främre cingulum ligger nära varandra och växelverkar. Sådan information prioriteras för långtidslagring som kan betraktas som meningsfull och omvandlas till individens kunskap med hjälp av hippocampus.  

I hjärnan finns olika slag av minnen. Minne och lärande är nära förknippade. En grov indelning kan göras i explicita minnen som vi kan prata om och implicita minnen som vi inte kan nå verbalt, som till exempel automatiserad procedurell kunskap och förtrogenhetskunskap.  Minnen lagras inte som information på en dators hårddisk. Minnesfragmenten är utspridda över hela hjärnan och då ett minne återkallas, sätts det varje gång ihop av dessa fragment. Man kan säga att ett minne är ett minne av ett minne.
       
Ett viktigt minne utgörs av arbetsminnet i pannloben. Det är egentligen en processor där man manipulerar kunskap logiskt och analytiskt. Arbetsminnet är viktigt för elevers uppmärksamhet. Forskning visar att duktiga elever har väl utvecklade arbetsminnen. Neurologen Torkel Klingberg beskriver i boken Den översvämmade hjärnan hur man med datorövningar kan förbättra arbetsminnet. Implicit minne och lärande har ingen sådan begränsning utan vi lär i en kontext med alla våra sinnen aktiverade. Det sker exempelvis vid fältarbete och vid studiebesök.  
       
Den amerikanske forskaren Daniel Schackter har påvisat att vår hjärna inte enbart är till för att minnas det förgångna, vi har även ett framåtblickande, prospektivt minne som lagrar visioner av framtiden. Den svenske neurologen David Ingvar har myntat uttrycket ”minne av framtiden”. För överlevnad är ett prospektivt minne av värde.

Neurologisk forskning har visat att vid födelsen är axonerna oisolerade, varefter de isoleras under individens livstid med ett skikt av myelin. Signalhastigheten ökar då från cirka 4 meter per sekund till cirka 100 meter per sekund. Hjärnans arbetskapacitet ökar i motsvarande grad. Denna myelinisering sker successivt och bakifrån: i tonåren har axonerna i hjärnstammen, syncentra i nackloben och rörelsecentra i hjässloben blivit isolerade. Nervtrådarna i pannloben, där bedömning och värdering sker, blir emellertid färdigisolerade först vid cirka 25 års ålder. Det innebär att tonåringar gör djärva och oövertänkta saker, men saknar förmåga att bedöma faror och inse konsekvenser. Det innebär också att elevers hjärnor inte är fullt mogna för abstrakt tänkande förrän axonerna i deras pannlober är färdigisolerade. Det understryker vikten av att konkretisera undervisningen.
        
År 1994 gjorde en forskargrupp i Parma i Italien den epokgörande upptäckten av spegelneuroner. Forskningsledaren Vittorio Gallese hävdar att dessa neuroner utgör basen för såväl empati, imitation som språk. De aktiveras om en elev betraktar en lärare som utför en demonstration. John Deweys ofta citerade tes “learning by doing” kan berikas med ”learning by looking”. Det finns anledning att inse att originalitet bygger på härmande, repetition och träning i mönsterseende. Leonardo da Vinci och Picasso tränade i åratal innan deras konst fick sin originalitet.
       
Hjärnan har ett belöningssystem som aktiveras om ett utfall blivit bättre än förväntat. En blick eller ett uppskattande ord kan också sända en dusch av ämnet dopamin till frontalloben och orsaka en känsla av tillfredsställelse. På så sätt kan en inre motor startas som skapar motivation. En fara är att yttre stimuli, som exempelvis nätpoker, kan kidnappa belöningssystemet.
       
Vid Sahlgrenska akademin fann man vid en undersökning av testresultat hos 1,2 miljoner rekryter att fysisk aktivitet och kognition följdes åt. Den som hade bra kondition hade också bra resultat på kognitiva tester. Konsekvensen för skola och lärande är att fysisk aktivitet främjar abstrakt tänkande.
       
Frågan, ifall pedagogik och neurovetenskap metaforiskt bildar en skvader, vars framdel är en hare och bakdel en tjäder, vill jag besvara med nej. Kunnande om hjärnans struktur och dynamiska funktion skulle kunna berika pedagogikens hjärtefrågor inom undervisning, lärande och fostran.

Alla artiklar i temat Hjärna och lärande (9)

ur Lärarförbundets Magasin