Backyard Brains: Bringing Neurophysiology Into Secondary Schools

点击翻译按钮获取中文摘要

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.