Schüler bei der Verhaltensbeobachtung von Grillen. © Goethe-Universität Frankfurt„Die experimentell-analytische Vorgehensweise der neurowissenschaftlichen Forschung ist in der Schule schwierig zu vermitteln. Das liegt an aufwendigen Versuchsaufbauten, der Problematik des Tierversuchs und kostspieligen Apparaturen“, erklärt Prof. Paul Dierkes, Leiter des Goethe BioLab und Professor für Didaktik der Biowissenschaften an der Goethe-Universität.
„Dank der großzügigen Förderung durch die Hertie-Stiftung konnten wir für das Schülerlabor Neurowissenschaften Experimente mit modernsten Geräten entwickeln, die realistische Einblicke in die moderne Forschung geben“, so Prof. Enrico Schleiff, Vizepräsident der Goethe-Universität. Vereinbart wurde die Gründung des Schülerlabors Neurowissenschaften bereits im Rahmen der 100-Jahr-Feier im Jahr 2014 zwischen dem Geschäftsführer der Hertie-Stiftung, Prof. Michael Madeja und den Professoren Schleiff und Dierkes der Goethe-Universität Frankfurt.
„Die Stiftung will ein Bewusstsein dafür schaffen, welche zentrale Rolle das Gehirn hat und wie wichtig Hirnforschung für unsere Gesellschaft ist. Neben finanzieller Förderung konnten wir auch unsere neurowissenschaftliche Expertise in die Konzeption des Schülerlabors einbringen. Mit der Förderung zeigen wir zudem unsere besondere Verbundenheit mit der Goethe-Universität und den Menschen der Stadt Frankfurt.“, so Prof. Michael Madeja, Geschäftsführer der Gemeinnützigen Hertie-Stiftung.
Selbstversuch: Wie das Gehirn visuelle Informationen wahrnimmt
Das Angebot orientiert sich an den Inhalten der Lehrpläne. In der 7. Jahrgangsstufe sollen die Schüler lernen, Tier- und Pflanzenzellen zu unterscheiden. Dabei untersuchen sie nicht nur Blattschnitte in klassischen Mikroskopen. Dierkes und seine Mitarbeiterinnen Zimmermann und Greßler haben viel Arbeit in die Entwicklung virtueller Präparate von Nervenzellen gesteckt. Sie ersetzen die klassischen Mikroskopiepräparate und markieren Zellbestandteile mit Farbmolekülen, so wie es beispielsweise in der Fluoreszenzmikroskopie üblich ist.
So entfallen Tierexperimente und die Präparate bleiben dauerhaft erhalten. Die Schüler arbeiten dabei mit einem speziell entwickelten „virtuellen Mikroskop“. „Großen Spaß haben die Schüler der 9. Klasse, in der die Sinnesorgane behandelt werden, an den Versuchen mit Eyetracking Systemen“, berichtet Dierkes. Im Selbstversuch entdecken die Schüler, wie das Gehirn visuelle Informationen wahrnimmt und verarbeitet. Dabei zeichnet der Eyetracker auf, in welche Richtung das Auge blickt und wie lange es einzelne Bildbereiche fixiert.
Umfangreich ist auch das Angebot für Oberstufenschüler., Um die Reizleitung in Nervenzellen ohne Tierversuche nachvollziehen zu können, kommen auch hier künstliche Präparate in einem authentischen Messaufbau zum Einsatz, die einen realistischen Eindruck von elektrophysiologischen Messungen in einem Forschungslabor geben. Zudem kommt die Elektroenzephalografie (EEG) zur Anwendung. Die Schüler können damit ihre eigenen Gehirnaktivitäten unter verschiedenen Versuchsbedingungen messen.
Auch werden eigene Modellvorstellungen von der Funktion und Struktur der Nervenzellen auf der submikroskopischen Ebene entwickelt. Die Schüler erarbeiten Modellsysteme zu Ionenkanälen oder der Biomembran und deren Funktionsweise. Auch hier kommen wieder Hightech-Geräte zum Einsatz: Das Labor verfügt über moderne 3D-Scanning und -Printing Verfahren, um Strukturen zu vergrößern und visuell sowie haptisch erfahrbar zu machen.
