In het onderzoekproject Brainbeliefs van Tieme Janssen en Nienke van Atteveldt aan de Vrije Universiteit wordt onderzocht of de ervaring van plasticiteit van de hersenen door middel van neurofeedback invloed heeft op de ontwikkeling van een growth mindset en daarmee op leerprestatie en/of motivatie.
Waag developer Taco van Dijk en kunstenaar/onderzoeker Marloeke van der Vlugt onderzochten en ontwikkelden in dit kader in opdracht van de Vrije Universiteit visuele, auditieve en tactiele neurofeedback protocollen en interventies.
De samenwerking is tot stand gekomen naar aanleiding van ons project Hack the Brain Educatie uit 2015. Het winnende prototype van deze hackathon was geïnspireerd op een presentatie van Nienke van Atteveldt over de growth mindset.
BrainBeliefs en het project BrainHack horen beide tot de inspanning van Waag om aan te tonen dat kunst, design en creative research samen met neurotechnologie tot maatschappelijk betekenisvolle samenwerking en resultaten kunnen leiden.
We vroegen de onderzoekers Tieme, Nienke, Marloeke en Taco naar hun ervaringen met Brainbeliefs en hoe ze de toekomst van deze technologie zien.
Wat is Brainbeliefs en waarom is belangrijk?
Nienke: "In Brainbeliefs onderzoeken we hoe kennis over het brein ('brain') van invloed kan zijn op iemands overtuigingen ('beliefs') over leren. Nog korter gezegd onderzoeken we of wat iemand gelooft over het eigen brein, van invloed is op wat iemand gelooft over zijn of haar leermogelijkheden."
Een 'growth mindset' en 'neurofeedback interventie', een mond vol. Wat houdt dit in?
Tieme: "Met de 'growth mindset' interventie willen wij leerlingen overtuigen dat hun vaardigheden, zoals wiskunde of taal, niet in steen gebeiteld staan. Hoewel je meer of minder aanleg hebt voor bepaalde zaken, is er voor iedereen altijd groei mogelijk. Voor die groei is het echter ook belangrijk om te realiseren dat daarvoor inzet nodig is. Hiervoor gebruiken we de elektro-encefalogram (EEG) techniek (neuro-) om hersenactiviteit te meten op de buitenkant van het hoofd, en deze direct terug te koppelen aan de leerling (-feedback). Nu weer terug naar de groei mindset interventie. Tijdens de andere lessen leerden ze vooral theoretisch over mindset, en dat ze altijd invloed kunnen hebben op hun eigen leerproces. De neurofeedback ervaring zal deze boodschap versterken, omdat ze deze invloed echt ervaren hebben. Oftewel, ze hebben zichzelf overtuigd!"
'Kinderen hebben zichzelf overtuigd!'
Wat was de grootste uitdaging in de ontwikkeling van de onderzoeksopzet en interventie?
Tieme: "Een van de uitdagingen was om de lessen op elkaar te laten aansluiten, dat ze samen een verhaal vormen en dat de theoretische en praktische (neurofeedback) onderdelen elkaar versterken. Daarom hebben we relatief veel tijd gestopt in het conceptuele framework, en zijn we pas later de details gaan invullen."
Wat was conceptueel gezien een belangrijk inzicht?
Marloeke: "Om het voor elkaar te krijgen onderzochten we eerst hoe we de focus van de leerling tijdens zo’n neuro feedback interventie konden leiden, zowel naar buiten, naar het beeldscherm, als terug, naar het eigen lichaam. Door deze feedbackloop vorm en aandacht te geven, wordt immers onderstreept dat de interactie niet vooraf is geprogrammeerd maar dat de leerling zelf – met zijn of haar hersenen - het spel beïnvloedt. Hier moesten we een aantal user tests voor doorlopen. Zo hebben we bijvoorbeeld een drie dimensionaal hoofd ontwikkeld waarbij de leerlingen door middel van focus en concentratie ‘denk-lampjes’ lieten oplichten en deze fysiek naar zich toe konden laten bewegen. We verwerkten kleine trilmotortjes en gekleurde ledlampjes in de headset zodat de leerling ook fysiek (op het hoofd) werd beloond bij het tonen van voldoende 'effort'. Ook onderzochten we het effect van bone conduction speakers, die het geluid niet overbrengen via je oren maar via je botten. Ook namen we ‘live’ video- of fotobeelden van de leerling zelf op in de interactie, waardoor opnieuw de eigen invloed op het spel werd benadrukt. De grote uitdaging werd vervolgens hoe we de positieve resultaten van deze tests konden verwerken in een robuust spel dat door een grote groep leerlingen zou kunnen worden gebruikt, daarnaast moesten resultaten vergelijkbaar zijn.
Uiteindelijk hebben we een spel ontwikkeld voor de laptop, waarbij de directe visuele vertaling van de eigen hersengolven als startpunt is genomen. Door zich te concentreren (effort) ziet de leerling ‘realtime’ hoe zijn/haar hersengolven stijgen of dalen. De gewenste feedbackloop ontstaat zo meteen in het begin van het spel. Ook het 'naar je lichaam toe trekken', het gebruik maken van foto’s van de leerlingen zelf en een innerlijke beleving van geluid, is in het uiteindelijke resultaat terug te vinden."
Hoe reageren kinderen in de klas op dit soort onderzoek en technologie?
Tieme: "Over het algemeen zeer nieuwsgierig en het wordt muisstil als alle leerlingen bezig zijn met de neurofeedback. Tijdens de pilot hebben we ook geleerd dat sommige leerlingen angstig aankijken tegen deze technologie. Ze zijn bijvoorbeeld bang dat we met de EEG headsets hun gedachten kunnen lezen. In de uiteindelijke interventie geven we daarom van tevoren wat extra uitleg over de technologie, zodat de kinderen weten wat ze kunnen verwachten."
Van 'ik kan het toch niet' naar 'ik kan het nog niet'
Wat hoop je te vinden en wat is de potentie van deze technologie voor de toekomst van leren?
Nienke: "Met de neurofeedback-ervaringen die we hebben ontwikkeld hopen we leerlingen bewuster te maken van de veranderbaarheid van hun eigen hersenen, en van hun eigen invloed daarop. Doordat ze hun eigen hersenprocessen echt ervaren in de neurofeedback spellen, verwachten we een groter en duurzamer effect dan in puur theoretische interventies in eerdere onderzoeken. Door deze ervaringen hopen we brugklasleerlingen weerbaarder te maken en met meer plezier te laten leren. Van 'ik kan het toch niet' naar 'ik kan het nog niet'.
Wat de ontwikkelde technologie voor de toekomst betekent hangt af van wat we gaan vinden in de Randomized Control Trial (RCT), die op dit moment loopt op een aantal middelbare scholen. Hierna weten we welke onderdelen effectief waren en kunnen we gaan nadenken over vervolgstappen. Naast de inhoudelijke tests, is het met het oog op toekomstige ontwikkelingen ook belangrijk om zo goed mogelijk te anticiperen op mogelijk ethische bezwaren. We lazen onlangs een stuk over een grootschalige toepassing van soortgelijke technologie op Chinese scholen, maar we plaatsen vraagtekens bij de wenselijkheid van deze specifieke toepassing (waarbij docenten aan een lichtje op de headset van de leerling kan zien of die wel of niet gefocust is.
Daarom werken wij ook samen met het Athena Instituut aan de VU, om vanaf het begin de mogelijk maatschappelijke consequenties van ons onderzoek en vergelijkbare ontwikkelingen in de gaten te houden, en bij te kunnen sturen waar nodig."
Wat is de potentie van neurotechnologie voor de Waag?
Taco: "Naast neurofeedback en leren, liggen voor Waag de potentiële toepassingsgebieden van neurotechnologie voornamelijk in Human Computer Interaction. Deze headsets zijn de eerste brain-computer interfaces, waarmee het (nu nog beperkt) mogelijk is om met je brein een computer te besturen. Dit is natuurlijk belangrijk voor de groep mensen die vanwege fysieke beperkingen niet op de 'normale' manier met computers om kunnen gaan.
Maar naarmate de technologie van het besturen van de computer met je brein zal vorderen, opent dit de weg voor allerlei nieuwe toepassingen die voor iedereen relevant en disruptief kunnen zijn. Denk bijvoorbeeld aan telepatisch communiceren en de privacy aspecten die daarmee gepaard kunnen gaan. Het blijft zeker relevant om de ontwikkelingen te blijven volgen."
