研究人员建立了工具包，旨在让学生更容易理解我们的大脑活动

“我们对大脑和神经系统还有很多不了解的地方，但我们也知道很多需要让大多数人了解的东西，”Pål NTNU教师教育系的副教授Kvello说。

Kvello认为，今天的教科书未能传达学生应有的理解。创造一个建筑他在攻读神经生物学博士学位时发明了一个神经元工具包，可以简单地展示神经系统是如何工作的。他之前发表了这项研究在《公共科学图书馆•综合》在2019年。Kvello在他的新教师教育职位上收到了很好的反响，并从中国订购了组件。

在学生们和拉尔斯·伦德海姆教授的帮助下，他们制作出了一套简化的橡胶神经元构建工具，其中包含内部电子元件。

Pål Kvello现在正在领导一个研究项目，测试这种构建工具包如何使神经系统的教学更容易理解。

构建神经系统

神经元有树枝状的延伸，叫做树突，用来接收信号，还有一个长长的投影，叫做轴突，用来发送信号。神经元相互连接形成网络。

按下模型神经元上的按钮，一个绿色的二极管就会亮起，并发出一个信号。学生们可以通过点亮神经元的绿色和白色光看到信号是如何在网络中传播的。信号如何传播取决于学生们如何构建网络。

其目的是创建简化的模型，以说明神经系统中的各种功能。

“信号在一些神经元中被激活，但在另一些神经元中停止。在某些情况下，信号开始循环。循环有助于维持或重复一项活动——比如走路——无论它是一种想法、一种感觉还是一种行为。可见信号使学生能够看到网络中的逻辑，”Kvello说。

每组学生接受10个模型神经元进行练习。绿色的神经细胞激活了信号，而红色的神经细胞则停止了信号。

不仅仅是反应

“教科书上的经典例子是膝跳反射，医生轻拍膝盖骨下的肌腱，导致脚突然踢出。由尖锐的敲击触发的信号被发送到脊髓它会自动发回一个导致反应的信号，”Kvello说。

“这个例子太简单了。神经信号，以及它们如何在神经元网络中传播，对我们的感觉、体验、感觉、思考、行动、记忆和学习都至关重要。所以我们必须能够更好地解释它，”他说。

“我们可以用这套装备展示更多的反应能力。例如，我们可以展示大脑如何确定汽车是从右边而不是左边开来的，我们如何在移动时保持眼睛专注，以及我们如何确定声音来自的方向。”

优于计算机模拟

构建工具当然也可以帮助说明更复杂的认知过程，但我们仍然对如何在微网络中说明它们知之甚少。

Kvello认为，大脑构建工具是在计算机模拟的基础上改进的。

“能够触摸、操作和物理连接这些部件是关键。我们从大鼠大脑皮层的生物神经元开始，去掉了一些不必要的功能，简化了它们，并进行了一些教育适应。”

重点是展示神经细胞如何执行日常功能的原理。通常我们知道，我们用感官记录了一些东西，这触发了一个信号，然后发送到大脑。

然后发生了这样或那样的事情——在信号从大脑返回导致行为之前。这样解释的话，大脑仍然是一个黑盒子，我们不知道里面到底发生了什么。

构建工具包显示了所发生的逻辑。Kvello说，我们可以在模型网络中跟踪神经信号从一个神经元到另一个神经元，就像信号在大脑中被处理一样。

这位副教授认为，改变我们教授主题的方式也是一种优势，除了其他工具外，大脑构建工具包也是一种有用的工具。

有前途的迹象

教师教育项目的两篇硕士论文研究了建筑工具的使用如何影响高中学生的学习成果、动机和对话。

“我们的数据仍然有限，但我们看到学生对话明显增加。使用构建工具包的小组比不使用它们的小组之间讨论得更多，更具探索性。

除了硕士论文外，还有45名实习教师在教学中使用了建筑工具包。的学生也表现出更强的动力、学习成果和理解能力，但我们还没有科学证据证明这一点。”

适用于所有层次

这套大脑培养工具适用于小学到大学。

Kvello说:“我们认为，对实习教师来说，尽可能深入了解神经系统是很重要的，这样他们就能够在自然科学和健康学科的早期向学生传达信息。”

他估计，一组教师将需要几个小时的培训才能有效地使用建筑工具包。

感觉神经元

目前，学生们通过按下神经元模型上的按钮来启动信号，但该项目最终将为建筑组件配备人工感觉神经元，这些神经元可以感知光线和运动，并将信号发送到神经元网络。通过这种方式，构建套件将变得更加真实。

Pål Kvello拥有神经生物学博士学位，并专注于研究神经系统．在他目前受雇于教师培训项目之前，他是卡弗里研究所的博士后研究员。