Backyard Brains: Bringing Neurophysiology Into Secondary Schools

后院大脑：将神经生理学引入中学

• 批准号: 9347753
• 负责人: Gregory John Gage
• 金额: $ 78.4万
• 依托单位: BACKYARD BRAINS, INC.
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-05-19 至 2020-04-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9347753
• 关键词: Action Potentials; Address; Administrator; Adopted; Affect; Amplifiers; Anatomy; Animal Model; Awareness; Behavior; Biological Sciences; Biology; Brain; Car Phone; Cognitive; Computer software; Computers; Conceptions; Devices; Dictyoptera; Discipline; Disease; Drosophila genus; Education; Educational Curriculum; Electrocardiogram; Electroencephalography; Electrophysiology (science); Engineering; Equipment; Eye; Family; Feedback; Future; Future Teacher; Goals; Growth; Gryllidae; Heart; High School Student; Human; Human body; Individual; Insecta; Institution; Instruction; Invertebrates; Investigation; Learning; Manuals; Mathematics; Measures; Medicine; Microscope; Modeling; Motor; Mus; Muscle; Music; Nerve; Nervous System Physiology; Nervous system structure; Neurons; Neurosciences; Neurosciences Research; Online Systems; Outcome; Performance; Phase; Physicians; Physics; Physiological; Physiology; Policy Maker; Population; Prosthesis; Research; Resources; Robotics; SECTM1 gene; Sales; Schools; Science; Scientist; Secondary Schools; Self Efficacy; Signal Transduction; Students; Techniques; Text; Universities; Video Games; Wireless Technology; Work; World Health; World Health Organization; base; career; commercial application; curriculum enhancement; design; experimental study; graduate student; grasp; handheld mobile device; high school; improved; innovation; instrument; learning materials; neurophysiology; neuroprosthesis; next generation; optogenetics; portability; programs; prototype; relating to nervous system; robot control; skills; teacher; tool; twelfth grade

Project Summary    Deciphering  how  the  brain  functions  remains  one  of  the  great  challenges  remaining  to  humanity,  intriguing  scientific professionals and the public equally. The notorious complexity of the nervous system results in neural  diseases remaining widespread and difficult to treat. Tools for studying the brain are often difficult to use and  only  available  to  graduate  students  and  scientists  in  large  research  universities.  Providing  accessible  neuroscience  research  tools  and  educational  equipment  for  high  schools  will  accelerate  neuroscience  innovation  by  exposing  future  scientists,  engineers,  and  doctors  to  principles  of  nervous  system  function  at  much earlier stages in their careers. Implementing electrophysiology and other neuroscience techniques into  K12  education  has  historically  been  difficult  to  the  lack  of  affordable  tools  combined  with  compelling  and  accessible learning materials.    To  address  this  need,  we  are  developing  a  neuroscience  curriculum  based  on  graduate­level  neuroscience  research tools that can be used in the High School Classroom.   1) The “SpikerBox”: a family of bio­amplifiers that are easy­to­use, inexpensive (<$100), portable, and can  detect  and  record  the  action  potentials  of  the  nervous  system  of  invertebrates,  action  potentials  of  human muscles (EMG), the electrical signature of the heart (EKG), and the electrical oscillations of the  human brain (EEG).   2) The “RoboRoach”: a wireless neural stimulator for investigating insect behavior.   3) The “OptoStimmer”: a fully portable mobile phone based miniature microscope and electrophysiology  apparatus enabling optogenetic experiments in fruit flies in high school classrooms.  4) The  “SpikerShield”:  a  human  interface  toolkit  that  allows  students  to  connect  their  bodies’  electrical  signals (from muscles, heart, eyes, and brain) into creative engineering team projects such as robotic  grippers, computer mice, musical instruments, video game interfaces, and prosthetic models.  5) A  Comprehensive  student  neuroscience  text  and  Teacher  manual  that  focuses  on  problem­based  instructional neuroscience units, with guidance for managing a problem­based classroom.    As neuroscience is a multi­disciplinary field encompassing biology, medicine, mathematics, and engineering,  the educational tools and materials to be developed here will improve learning in STEM­related disciplines and  inspire the next generation of scientists, engineers, and physicians.

项目摘要   破译大脑的功能仍然是人类面临的最大挑战之一， 科学专业人士和公众平等。神经系统的臭名昭著的复杂性导致神经系统 研究大脑的工具通常很难使用， 只提供给大型研究型大学的研究生和科学家。 用于高中的神经科学研究工具和教育设备将加速神经科学 通过让未来的科学家、工程师和医生了解神经系统功能的原理， 将电生理学和其他神经科学技术应用于 K12教育在历史上一直很难，因为缺乏负担得起的工具， 无障碍学习材料。   为了满足这一需求，我们正在开发一个基于研究生水平神经科学的神经科学课程 可以在高中课堂上使用的研究工具。 1)“SpikerBox”：一系列生物放大器，易于安装使用，价格便宜（<100美元），便携式， 检测和记录无脊椎动物神经系统的动作电位， 人的肌肉（EMG）、心脏的电特征（EKG）以及心脏的电振荡。 人脑（EEG）。 2)“RoboRoach”：用于研究昆虫行为的无线神经刺激器。 3)“OptoStimmer”：一个完全便携式的基于微型显微镜和电生理学的移动的手机 在高中教室里进行果蝇光遗传学实验的设备。 4)“SpikerShield”：一个人机界面工具包，允许学生连接他们身体的电 信号（从肌肉，心脏，眼睛和大脑）到创造性的工程团队项目，如机器人 抓取器、计算机鼠标、乐器、视频游戏界面和假肢模型。 5)一个全面的学生神经科学文本和教师手册，重点是基于问题的解决方案 教学神经科学单位，与管理问题的指导，基于课堂。   由于神经科学是一个涵盖生物学、医学、数学和工程学的多学科领域， 这里开发的教育工具和材料将改善STEM相关学科的学习， 激励下一代科学家、工程师和医生。