Forskere ved Darthmouth College i USA har udviklet en metode, som, de mener, kan måle, hvor godt de studerende forstår koncepter, ved at måle hjerneaktiviteten.
Forskerne udvalgte 28 forsøgsdeltagere, som alle var studerende ved Dartmouth College. Deltagerne blev inddelt i to grupper:
- Gruppe 1 var alle ingeniørstuderende, som havde taget mindst et ingeniørfag
- Gruppe 2 bestod af helt nystartede studerende
Studiets hovedforsker, professor David Kreamer, begrundede valget af ingeniørfagene med, at fagene er udfordrende, og at de kræver, at de studerende skal opbygge en god forståelse.
»Denne viden vil formentlig vise sig i mønstre i hjerneaktiviteten. Vi har ikke en detaljeret forståelse af, hvordan hjernen tager denne slags kompleks og abstrakt viden til sig, så det ønskede vi at afdække,« siger David Kreamer i en pressemeddelse på Darthmouth Colleges hjemmeside.
Blev testet i skannere
De studerende blev præsenteret for tre forskellige tests, som handlede om, hvordan strukturer bliver bygget.
Forskerne tjekkede på denne måde forståelsen af Newtons tredje lov:
»Et legeme, der påvirker et andet legeme med en kraft, vil blive påvirket med en lige stor modsatrettet kraft.«
Alle kræfter i en struktur, som står stille, er altså i ligevægt.
I starten af studiet fik deltagerne udleveret en kort oversigt over de forskellige former for kræfter. Derefter blev de præsenteret for en række billeder af forskellige strukturer som broer, lamper og bygninger.
Så blev de placeret i en fMRI-skanner, som afslører små ændringer i blodstrømmen i de hjernedele, som er aktive.
Forsøgsdeltagerne blev bedt om at overveje, hvordan strukturen formåede at holde genstanden i ligevægt.
Derefter så de det samme billede med pile, der repræsenterede styrken i strukturen. De skulle så svare på, om de newtonske kræfter var blevet sat korrekt op.
- De ingeniørsturende svarede rigtigt i 75 procent af tilfældene.
- Nybegynderne svarede rigtigt i 53,6 procent af tilfældene.
Jo højere hjernescore desto bedre
Forskning i, hvordan hjernen lagrer information, er ofte afhængig af gennemsnitlige data på tværs af deltagergruppen.
Derefter sammenligner forskerne resultaterne med personer fra en anden gruppen (eksempelvis eksperter med nybegyndere).
Dartmouth-forskerne havde et ønske om at udvikle en data-model. som kunne beregne en individuel 'hjerne-score' baseret på hjerneaktiviteten uden at specificere, hvilken gruppe deltagerne tilhørte.
Forskerteamet producerede en metode, som de kaldte 'informativ netværksanalyse'; en maskinlæringsalgoritme, som producerer en hjernescore, der er i stand til at forudsige uligheder i forhold til deltagernes præstationer.
For at kontrollere metoden sammenlignede forskerne hver af de studerendes hjernescore med hans eller hendes præstationer i forbindelse med de tre tests.
Resultaterne viste, at jo højere hjernescore, deltagerne havde, desto bedre klarede de testene.
»Da de ingeniørstuderende så billeder af virkelige strukturer, brugte de automatisk deres tekniske viden« forklarer David Kreamer.
LÆS OGSÅ: Din hjerneaktivitet er lige så unik som dit fingeraftryk
Hjernen bliver brugt på forskellige måder
David Kreamer fortæller videre, at maskinlæringsalgoritmen baseret på lighederne i hjernens aktivitetsmønster, var i stand til at generere en hjernescore, som viste deltagernes underliggende viden.
»Ideen her er, at ingeniører og nybegyndere ser noget forskelligt, når de ser et fotografi af en struktur, og vi opfanger denne forskel,« forklarer han.
Ligesom tidligere forskning viser resultaterne, at ingeniørmæssig viden er knyttet til aktivitetsmønstre i flere dele af hjernen, blandt andet dorsal frontoparietal, som bidrager til vores spatiale orienteringsevne, og dele af ventral occipitotemporal cortex, som vi bruger, når vi visuelt genkender og kategoriserer ting.
Forskerne mener, at analysen kan have flere anvendelsesmuligheder, blandt andet kan den bruges til at evaluere forskellige undervisningsmetoders effektivitet.
Kan ikke anvendes på enkeltpersoner
Karsten Specht er professor ved Institut for biologisk og medicinsk psykologi ved Universitetet i Bergen.
»Denne fMRI-metode fungerer foreløbig udelukkende på gruppeniveau, hvor man sammenligner en gruppe personer med en anden gruppe personer. Hver gruppe bør bestå af mindst 20 personer,« fortæller han til forskning.no, videnskab.dk's norske søstersite.
Han fortæller desuden, at resultaterne på individniveau fortsat er for svingende, men at metoden bliver stadig mere sensitiv.
Karsten Specht fortæller, at hans egen forskergruppe ved Universitetet i Bergen, Re:State, ser på fMRI-skanningens pålidelighed, samt på hvordan den kan forbedres.
De fokuserer på at forbedre metoden, så den bliver mere pålidelig og stabil, så den kan bruges klinisk.
»Det vil sige, at vi kan bruge fMRI til diagnosticering af hjernesygdomme som eksempelvis demens eller psykiatriske lidelser.«
Karsten Specht fortæller, at metoden kan bruges til at afdække, om visse dele af hjernen fungerer, som de skal, og til at holde trit med rehabiliteringsprocessen.
LÆS OGSÅ: Høj hjerneaktivitet er ikke lig med skarp hjerne
Afslører mere om læring end viden
Karsten Specht kan ikke forestille sig, at hjerneskanning en dag vil kunne bruges til at tjekke, om en person eksempelvis er kvalificeret til ansættelse.
»Bortset fra at jeg mener, at det er uetisk at bruge hjerneskanning til andet end klinisk diagnosticering, så er en sådan tilgang problematisk,« siger han.
Karsten Specht mener, at vi formentlig kun vil se forskelle mellem nybegyndere og professionelle.
»Når vi lærer noget nyt, er der stor aktivitet i hjernen i begyndelsen, hvor mange forskellige hjerneområder er involveret; blandt andet det præfrontale cortex, som de fokuserer på i studiet.«
Men den 'nye' hjerneaktivitet vil falde igen eller flytte til andre områder.
»I takt med at vi lærer de nye færdigheder og udfører opgaverne ofte, bliver hjernen bedre til at udføre dem. Vi bruger mindre energi og får tættere koblinger, som udfører arbejdet.«
Karsten Specht mener, at den metode, som de amerikanske forskere har brugt, fortæller mere om læringsprocesser end om menneskers kundskabsniveau.
Han påpeger også, at forsøgsdeltagerne udelukkende var studerende.
»Forskerne ville måske ikke finde den samme forskel blandt ingeniører med lang erfaring,« siger han.
Han fortæller, at metoden ser ud til at kunne opfange små forandringer, der opstår i løbet af en læringsproces. Måske kan den bruges ril at granske konsolideringsprocessen nærmere.
»Det vil sige, den fase hvor hjernen optimerer koblingerne, så den kan løse den samme opgave med mindre energi,« forklarer han.
Effekt ved behandling
Karsten Specht fortæller, at metoden kan bruges i forbindelse med rehabilitering, hvis en patient har fået en skade i hjernen.
»Det er mere spændende at bruge denne metode i en klinisk sammenhæng, for at undersøge om terapi eller behandling har effekt.«
I disse tilfælde er det nemlig vigtigt at følge op på forandringer i hjerneaktiviteten.
»Jeg mener, at metoden, som forskerne præsenterer i dette studie, har flere anvendelsesområder, men jeg ville hovedsaglig begrænse mig til klinisk brug, hvor metoden er mest hensigtsmæssig.«
©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark.
LÆS OGSÅ: Studie: Selv lette aktiviteter, som rengøring af hjemmet, kan holde hjernen ung
LÆS OGSÅ: Hør selv: Kunstig intelligens oversætter hjerneaktivitet til hele sætninger
