Breinkracht in het onderwijs(2)

We benutten nog maar een fractie van onze breinkracht

Het menselijk brein


In het vorige blog ging ik de vergelijking aan van kunstmatige intelligentie met het menselijk brein. Daarbij keken we naar de voortgang  waarmee computers steeds sneller en steeds complexere berekeningen aan kunnen. De software is steeds beter in staat het neurologisch netwerk van het brein te simuleren. In dit tempo zal vermoedelijk over 20 jaar een doorsnee computer net zo veel schakelingen kunnen maken en net zo snel zijn als het menselijk brein.


Nu draaien we het om: wat weten we eigenlijk over de werking van het brein? De breinwetenschappen ontwikkelen zich zo mogelijk nog sneller dan de ontwikkeling van computers. Waar processors qua rekenkracht zich elk jaar verdubbelen, verdubbelt de kennis over de werking van het brein elke 3 maanden! 
Nu is het wel zo dat het volledig doorgronden van het brein net zoiets is als het in kaart brengen van alle zonnestelsels in de ruimte...áls er al een 'buitenste rand' is in het heelal. Maar toch: het ziet er naar uit dat over 20 jaar, als computers ingezet kunnen worden vanwege hun intelligentie op plekken waar het niet gezond is voor de mens ( zoals bv luchtverkeersleiders of onbemande ruimtevaartuigen ) de 'rise of the machines' een omslagpunt zullen hebben bereikt. Denk je nog verder door zouden menselijke breinen zelfs inferieur kunnen worden aan die van computers! Een horror-scenario waarin mensen onderworpen worden aan machines? ( denk bijv. aan de film-trilogie 'The Matrix' ) . Is dat denkbaar?

breinwetenschap is 'hot'

Ik dacht het niet. Althans..voorlopig niet . Dat omslagpunt zal pas véél later dan over 20 jaar worden bereikt. Dat heeft simpelweg te maken met het feit dat wij mensen, nog maar een fractie gebruiken van wat het menselijk brein aan kan. Pas de laatste paar jaar leren we heel veel over 'het leren' en vooral: hoe we béter leren en beter kunnen onthouden. 
Het 'leren' blijkt in de hersenen het werk te zijn van zgn. 'spiegelneuronen' ; dat zijn sterke en uitgebreide verbindingen tussen hersencellen en die aangelegd worden onder invloed van gedrag, gedachten en inspanningen. 
Wat betekent dat nu? Is het werkelijk zo dat dat we onze hersenwerking kunnen beïnvloeden? En zo ja, hoe ver gaat dat dan? 


Toch lijkt dat wel bevestigd te worden. De hersens zijn in zekere mate 'plastisch' en hebben daarbij zelfs een herstellend vermogen. Je ziet dat bijvoorbeeld bij mensen met een hersenbeschadiging. Soms worden beschadigde hersenfuncties gecompenseerd door op een andere plek verbindingen te leggen. De 'wil' is dan wel erg belangrijk. Dove mensen kunnen meestal erg goed liplezen. Maar als de persoon in kwestie er niet zijn best voor doet om dat te leren, zal hij er ook niet goed in worden. 

Zintuiglijke waarneming maar ook vaardigheden zoals lezen en spreken hebben alle een bepaalde plek in de hersenen waar de neuro-verbindingen zijn aangelegd. Hoe beter iemand in staat is om bijvoorbeeld te spreken, hoe uitgebreider het netwerk van verbindingen. Ook de kwaliteit van de verbindingen doet er toe. Hoe vaak iemand een vaardigheid oefent, hoe sterker de verbinding. Dat is de essentie van het oefenen. Ook voor de hersenen geldt dus: use it or lose it. 




En nu het onderwijs....
Dit is fantastisch nieuws! Het brein is dus maakbaar. Dat moet haast wel een enorme impact op het onderwijs hebben. Op mijn mytylschool hebben alle leerlingen een lichamelijke beperking en 65% van de leerlingen hebben daarnaast ook nog een bijkomende stoornis. In veel gevallen is die stoornis gelegen in de hersenfunctie, meestal veroorzaakt  door een trauma ( bv zuurstoftekort tijdens de geboorte of hersenbeschadiging ten gevolge van een verkeersongeval ). Kinderen met NAH ( = niet aangeboren hersenletsel ) kunnen, mits er veel geoefend wordt én met veel doorzettingsvermogen toch nog 'hoger' uitkomen dan men aanvankelijk aannam. Men moet toch voorzichtig zijn met dit soort uitspraken; veel factoren die tot het gewenste resultaat zouden kunnen leiden zijn nog niet bekend.  Duidelijk is wel dat als er gericht wordt getraind kinderen met voldoende motivatie aardig ver kunnen komen. 


Ook voor het reguliere onderwijs liggen hier kansen. Als de didactiek , de kunst van het onderwijzen, meer rekening houdt met de 'breinprincipes van het leren' zullen de lessen veel effectiever kunnen zijn. 
Het instituut voor breincentraal leren ( BCL ) noemt 6 breinprincipes ( zie kader)

Het is slechts een uitwerking ; de wetenschap over de werking van het brein is nog jong en nieuwe ontdekkingen over de werking van het brein kunnen leiden tot nieuwe inzichten in de onderwijskunde. 

Voor mij staat vast dat we aan het begin staan van een enorme doorbraak in de wetenschap én die van het onderwijs. Onderwijs zou zich veel meer moeten richten op hogescholen en universiteiten waar deze waardevolle kennis beschikbaar komt. Vervolgens heeft het onderwijs de dure plicht zich om te vormen tot expertisecentra van Leren ( met een hoofdletter). Als leraren de ruimte krijgen om hun leerlingen tot maximale talentontwikkeling te bewegen , gaat het misschien nog wel helemaal goed komen met het onderwijs.  Leraren worden weer de professionals , stijgen weer in aanzien , worden scholen weer als een essentiële bijdrage gezien voor de samenleving en bovenal: gaan de leerlingen van nu ons straks helpen een duurzame samenleving te bouwen. 


Uit de laatste zinnen spreek ik vooral mijn hoop uit. In werkelijkheid zijn er heel veel signalen die de andere kant uitwijzen. Ik wil dat niet zo maar laten gebeuren en zal mijn uiterste best doen om leraren, scholen, besturen en overheden te wijzen op de kansen die er liggen. In deze complexe maatschappij is dat soms moeilijk te zien maar samen...samen komen we er wel uit. 


De volgende keren zal ik in mijn blogs verschillende aspecten van die duurzame wereld belichten.  Als eerste: welke 'mindset' is nodig voor een betere toekomst? 


Jan Kraaijenbrink

Breinkracht in het onderwijs(1)

 

Aanloop naar de 21e eeuw

Al meer dan 30 jaar werk ik in het onderwijs en 'leren' was altijd het hoofdthema. De aandacht is daarbij vooral gericht geweest op de kinderen: zíj moesten vooral leren en ik werd geacht te weten hoe ik die kinderen kennis en vaardigheden moest bijbrengen. In de beginjaren was de lesstof overzichtelijk en duidelijk; voor alle vakken waren methodes. Meestal waren de methodes opgebouwd uit hoofdstukken; even uittellen hoeveel hoofdstukken je per jaar moest behandelen en dan wist je wat je te doen stond. Pedagogiek en didactiek zijn tot dusver de onderliggende wetenschappen voor het onderwijs geweest; decennia lang verschaften zij nieuwe inzichten hoe het 'leren' kon verbeteren. Daarmee werd de kwaliteit van het onderwijs in een gestaag tempo steeds verder verbeterd. Het tempo van veranderingen was nog wel bij te benen voor de meeste leerkrachten. Onderwijswetenschappen zijn nog steeds zeer verweven met het onderwijs zelf. Leraren zijn heel vaak ook zélf de wetenschappers: zij vormen menselijke schakels tussen wetenschap en het onderwijs. Innovatie van het onderwijs gaat nog steeds redelijk gelijk op met de veranderende eisen van de maatschappij. 

Met de intrede van computers in het onderwijs komen veel leerkrachten onder druk te staan. Leraren doen er nog een beetje lacherig over als ze worden afgeschilderd als een 'digibeet'. Echt zorgen maken ze er zich niet over; in de regel beschouwen zij zich nog als vertegenwoordigers van het goede oude ambacht : zij zijn de kennisdragers en het is hun roeping om die kennis over te dragen aan de kinderen die snakken naar kennis. 

Je merkt het al aan de toon waarop ik dit stukje schrijf. Digibeten onder de leraren dreigen een uitstervend ras te gaan worden; vertegenwoordigers van de vorige eeuw. Er zijn signalen en tendensen waar te nemen die er op wijzen dat de leraren van de oude stempel alleen nog gedijen in scholen waar nog volledig volgens principes van de 19e en 20e eeuw wordt geleerd. Zijn leraren van het oude type obsoleet aan het worden? Het antwoord komt later.

De toekomst is al begonnen

Ik ben van 1958. Als kind heb ik meters boeken verslonden van het genre 'science fiction'. Orwell's '1984' was interessant omdat het geschreven is in 1948. Bij de tijd dat ik het boek las, was het al gedateerd. De sombere toekomstverwachting van Orwell werd ontkracht door het feit dat de maatschappij in de jaren 80 er toch heel anders uit zag. Ik las liever boeken van Asimov: veel optimistischer. Uitgangspunt was het glanzende toekomstperspectief in de context van een voortschrijdende technologie. Asimov ( 1920-1992) was zelf een wetenschapper en zag een onstuitbare ontwikkeling voor zich van baanbrekende ontdekkingen die de wereld telkens weer op zijn kop zou zetten. De feiten spreken hem nog steeds niet tegen; hij zou wel eens gelijk kunnen krijgen.

Isaac Asimov, wetenschapper en auteur van SF

Vooral de 'robotboeken' ( o.a. the complete robot ) las ik met veel genoegen. Mijn fantasie werd vooral geprikkeld door het idee dat heel veel van wat werd beschreven in de 21e eeuw werkelijkheid zou kunnen worden....en dat zou ik dus in mijn  leven meemaken! Alle robotverhalen van Asimov zijn gebaseerd op de 3 wetten van de robotica. De eerste wet luidt: Een robot mag een mens geen letsel toebrengen of door niet te handelen toestaan dat een mens letsel oploopt.  

scene uit de film: I, Robot

In combinatie met de andere wetten leverde dat plots op voor veel verhalen.  Onder deze wetten ligt een aanname dat robots intelligent zijn. Robots bestaan al lang en ook intelligentie is niet langer voorbehouden aan mens en dier: machines met intelligentie zijn er ook al. Fictie is al dagelijkse werkelijkheid.  


Kunstmatige intelligentie ( hierna AI dat staat voor artificial intelligence ) ontwikkelt zich nu heel snel. Het zit nu vooral in software met zogenaamde 'lerende algoritmes'. Een machine deed tot dusver alleen waar het een opdracht voor kreeg en de uitkomst dus 100% voorspelbaar is. Software heeft een behuizing nodig in de vorm van een computer. Een computer met lerende algoritmes kan 'denken' en neemt beslissingen. Door 'neurologische netwerken' wordt het menselijk brein gesimuleerd. Net als bij het menselijk brein is niet meer te achterhalen welke connecties en schakelingen zijn gebruikt om tot een beslissing te komen. Door machines intelligentie mee te geven, geeft de mens dus ook een deel van haar autonomie weg.  

Soms gaat het mis. Een voorbeeld daarvan is de 'flash crash' op 6 mei 2010. In de snelle wereld van de beurshandel is 'high frequency trading' ( handelen met duizenden koersen tegelijk met extreem korte tijden ) heel gebruikelijk. Deze manier van beurshandel is alleen mogelijk door software met lerende algoritmes in te zetten. Maar op 6 mei ging het mis: er ontstond een kettingreactie van verkoopacties die de markt niet aan kon waardoor de beurswaarde in 10 minuten tijd met 700 miljard dollar daalde! De oorzaak lag verborgen in een 'denkfout' van lerende algoritmes. Of beter : er was geen regel opgenomen die bescherming bood tegen beslissingen met een catastrofale uitwerking. 

Bestaat AI alleen nog als prototype in laboratoria? absoluut niet! Het wordt al op grote schaal toegepast. De grote ICT-giganten zoals Google en Microsoft leggen enorme wereldwijde netwerken aan waarin steeds meer 'zelfdenkende' software wordt gestopt. Het menselijk brein is nog steeds superieur ( 100 miljard neuronen met elk 7000 connecties) aan een lerende machine anno 2011 ( enkele duizenden neuronen met elk een paar connecties).  Maar het is slechts een kwestie van tijd: met de zgn wet van Moore in de hand is de verwachting dat over 20 jaar een gemiddelde laptop wél de schakelingen van een menselijk brein kan evenaren. Een 'superbrein' dat de wereld omspant met zijn neurologisch netwerk is dichterbij dan we denken.


We moeten deze enorme voortgang in de technologie niet onderschatten. Het beïnvloedt de maatschappij in enorme mate en dus ook het onderwijs. Is het een bedreiging? Ik denk van niet, maar misschien heeft dat te maken met de mindset die ieder van ons bezit. Zie je baanbrekende ontwikkelingen als een kans of als een bedreiging? Orwell zou er een complot in zien, Asimov als een uitgelezen kans voor de mensheid om te overleven. 


En wat betekent dit voor het onderwijs? Alles! Via onderwijs werken we aan de toekomst. Gebruik maken van intelligentie is de hefboom van alle veranderingen. Daarover een volgende keer meer als we ook eerst stil hebben gestaan bij de potentie van het menselijk brein. 


Jan Kraaijenbrink