Hvad sker der i hjernen, når vi lærer, og hvor ved vi det fra?

Christian Gerlach, Syddansk Universitet cgerlach@health.sdu.dk

Hjernens udvikling

Sprogets udvikling Hukommelse & læring

Disposition

Hjernens udvikling

Et par facts:

Hjernens mindste funktionelle enhed er neuronet. I fosterstadiet dannes der ca. 250.000 nye neuroner i minuttet. Slutprodukt: Ca. 15 - 32 milliarder neuroner ved fødslen. Og så går det ned ad bakke: -100 g. (ca. 8 %) ved de 70. Neuroner er langsomme: 100 m/s. (Spikes: 2-10 Hz vs. Clock-frequency 2.000.000.000 Hz) Men; hvert neuron er ’forbundet’ med op til 15.000 andre neuroner.

Hjernens mindste funktionelle enhed er nervecellen (neuronet)

Gule prikker = Axon terminaler

Dendrit

Cellekrop

Det var længe en almindelig antagelse at hjernen var færdigudviklet i 6-7 års alderen

Paul Flechsig, 1901

Rækkefølgen hvormed forskellige områder i hjernen modnes

Metabolisme som funktion af alder

Hjernen er en skulptur, der formes af erfaringen

Modulering: Svækkelse eller forstærkning af eksisterende synapser

Synaptogenese: Dannelse af nye synapser

Beskæring: Fjernelse af eksisterende synapser

Metabolisme som funktion af alder

Grå og hvid substans

Hjernens modning i tid

12 år

16½ år

5 år

Højdepunkt for tæthed i grå substans

Øgning af grå substans: Læringspotentiale + Effektivisering -

Øgning af hvid substans: Effektivisering + Læringspotentiale -

Og hvad er det nu lige det betyder?

Draganski et al. 2004. Nature

Fysiologiske forandringer sker gennem hele livet: Hjernen er plastisk

Sprogets udvikling

Den voksne hjerne som model

Anatomiske forskelle

Temporallapperne er præget af en udtalt strukturel asymmetri, der kan udgøre det anatomiske grundlag for specialiseringen af venstre og højre temporallap for henholdsvis sproglige og musiske funktioner (Disse anatomiske forskelle ses også hos døve).

fMRI-studie af 20 børn 2-3 måneder gamle

Forlæns og baglæns tale: + fonologisk information + hurtige lydlige overgange - universel prosodi

Fonologi

Forlæns + baglæns vs. ‘stilhed’

Forlæns vs. baglæns

Dehaene-Lambertz et al. 2002. Science

Fonologi

Optical topography/ Near-infrared spectroscopy

OT-studie af 14 (sovende) børn 2-5 dage gamle

Peña et. al. 2003. PNAS

Rød = Forlæns tale, Grøn = Baglæns, Blå = stilhed

Myelinisering

MR: 48 børn (8 med mindre neurologiske anomalier) 1 md. -3 år.

Wernickes område modnes givetvis tidligere end Brocas: Sprogperception er på plads tidligere end sprogproduktion.

Pujol et al. 2006. Neurology

Fonologi

Frem til ca. 7 md. skelner børn mellem alle (universelt) forekommende fonologiske kontraster (/p/ vs. /b/) Herefter og frem til 12 md. aftager følsomheden for fonologiske kontraster, der ikke optræder i modersmålet, mens følsomheden for kontraster, der gør, øges. Følsomheden for fonologiske kontraster korrelerer med senere sprog-færdigheder (ex. ordforråd)

Kuhl 2004. Nature Reviews Neuroscience

Fonologi

Rivera-Gaxiola et. al. 2005, NeuroReport

Event-relaterede potentialer (ERP) hos 50 børn på 11 måneder

Segmentering af ord

Følsomhed for fonologiske kontraster kan bruges til at afkode stavelser og kombinationer heraf. Nogle vil være hyppige, andre sjældne. Prosodi: Begyndelser og endelser på ord afviger i tryk (dansk har ofte tryk på begyndelsen af ord). Noget tyder på, at ord-segmentering indtil ca 7 md. hviler på statistiske træk hvorefter tryk dominerer.

Kuhl 2004, Nature Reviews Neuroscience

Statistiske træk -> ord-segmentering

Tryk -> ord-segmentering

Prosodi

Homae et. al. 2007, Neuroscience Research

Flad (-tonehøjde) > Normal

OT-studie af 21 (sovende) børn

Konklusioner om sprog og hjerne

De neurale områder, der understøtter sprog, er på plads meget tidligt i livet. De sprogfunktioner, som de understøtter, undergår kvantitative snarere end kvalitative forandringer gennem livet. Dette peger på en genetisk disposition for sprog. Udviklingen af sprog er dog kraftigt betinget af erfaring. Det er givetvis erfaring (sproglig påvirkning), der lukker af for plasticiten (læring former hjernen).

Hukommelse og Læring

Hukommelsen set i tid

Indkodning, Lagring & Genkaldelse Sensorisk hukommelse: msek - 1 sek. Arbejdshukommelse: 3 - 4 sek. Langtidshukommelse: Min - år.

Vi husker langt fra alt

For at viden bliver solidt lagret over længere tid, er det en fordel, at den har en eller anden form for betydning. Nogle ting har betydning i sig selv: folks udseende, vejen hen til købmanden etc. De er personlige erfaringer. Nogle ting har ikke betydning i sig selv: desværre meget af det vi tilegner os gennem bøger.

Hukommelsesopgave: Gæt i hvilken kasse den røde kugle befinder sig og husk hvor mange gange den befinder sig i de enkelte kasser: Belønning ved korrekt gæt.

Præference test: Hvilket mønster, kan du best lide (3 gamle og 3 nye) Mønster 1 = forbundet med belønning 90% Mønster 2 = forbundet med belønning 50% Mønster 3 = forbundet med belønning 10%

Johnsrude et al. 2000. Journal of Neuroscience Vol. 20

Hjernen er fra naturens side bygget til hurtigt og automatisk at lære de vigtige ting, der handler om liv og død. Det sker ubevidst

Men den skal have hjælp til at lære de ting, der ikke handler om liv og død: Tysk grammatik, Newton’s fysik etc. Det kræver bevidsthed (opmærksomhed)

Langtidshukommelse

Episodisk Semantisk

Evolutionært nye

Deklarativ Non-deklarativ

Procedural Associativ

Evolutionært gamle

Sensoriske hukommelse = ubegrænset kapacitet Langtidshukommelsen = ubegrænset (i princippet) Arbejdshukommelsen = begrænset kapacitet

Arbejdshukommelsen: Læringens flaskehals

Liv og død ting Non-deklarativ hukommelse

Boglig viden Deklarativ hukommelse

Arbejdshukommelsen

Læring kræver derfor til tider

Hårdt arbejde: opmærksomhed & koncentration

og særligt hvis ikke

undervisningen tilrettelægges så den er vedkommende og aktiv

Konklusion (min)

Undervisning kan ikke (alene) designes ud fra, hvad vi ved om, hvordan hjernen fungerer men… Viden om hvordan hjernen fungerer, kan bruges til ’at optimere’ undervisning, så undevisningsformen ikke er i modstrid med de betingelser, vi bedst lærer under

Fare: Hjerneforskning = Evidens