Kan hjerneskanning afsløre, hvor meget vi forstår?
Ny metode viser, hvor godt hjernen forstår koncepter, ifølge et nyt studie. Norsk forsker mener, at metoden kun bør benyttes ved diagnosticering af sygdomme.
Hjerneskanning læring koncepter ingeniørfag studerende Newtons tredje lov hjerne-score hjerneaktivitet fMRI-scanning diagnosticering

En fMRI-skanning afslører, hvilke hjernedele der er aktive. Kan det fortælle noget om vores evne til at fortså koncepter? (Foto: Shutterstock)

En fMRI-skanning afslører, hvilke hjernedele der er aktive. Kan det fortælle noget om vores evne til at fortså koncepter? (Foto: Shutterstock)

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.

Hjerneskanning læring koncepter ingeniørfag studerende Newtons tredje lov hjerne-score hjerneaktivitet fMRI-skanning diagnosticering

Illustration af deltagernes hjerneaktivitet i fMRI-skanneren. De ingeniørstuderende brugte hjerneområderne vist i rødt, mens de øvrige studerendes områder vises i lyseblåt. De overlappende områder er vist i mørkeblåt. (Illustration: Joshua S. Cetron)

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

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte, døde og vaccinationer i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs mere om det utroligt velbevarede dinosaur-foster, som du kan se herunder.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk