Hoe een vlieg een geur onthoudt

Leerlingen volgen een geur van de receptoren tot de cellen die de herinnering eraan lezen, en laten zien dat het stilleggen van één laag in een route alles daarna afsnijdt.

Een gedeeld scherm helpt, maar hoeft niet: een beamer, digibord, tv of een computerscherm dat de hele klas kan zien. Leerlingen hebben een apparaat met internet nodig, het liefst één per tweetal: een laptop, tablet of telefoon. Je hoeft niets te installeren en er zijn geen accounts nodig. Elke les begint met een korte uitleg over hoe je het scherm leest, en op elke wetenschappelijke term kun je tikken voor uitleg.

Synapsen en neurotransmitters

Elke laag geeft het signaal via synapsen door aan de volgende. Wetenschappers denken dat de herinnering zelf een verandering is in de sterkte van de synapsen van Kenyon-cellen naar outputneuronen.

Hoe de bouw van een netwerk het gedrag bepaalt

De route is een keten van lagen. Daarom worden de outputneuronen donker als je de Kenyon-cellen stillegt, ook al komt de geur nog wel binnen.

Excitatie en inhibitie

Stimuleren exciteert cellen en Stilleggen houdt ze uit: de twee gereedschappen van de les. In dit deel van het circuit exciteert elke laag de volgende.

1. 5 min

   Openingsvraag

   Vraag: “Hoe weet je brein dat je een geur al eens eerder hebt geroken?” Laat een paar leerlingen gokken en vertel dan dat de klas het antwoord vandaag gaat zoeken in een vlieg.

2. 10 min

   Demonstratie met “Laat zien hoe het werkt”

   Laat de les in klasmodus zien op een gedeeld scherm (beamer, digibord, tv of computerscherm) en druk op “Laat zien hoe het werkt”. Lees elke stap hardop voor terwijl hij afspeelt. Is er geen gedeeld scherm, dan openen leerlingen dezelfde demonstratie op hun eigen apparaat. De demonstratie stopt bij de vraag van de les: laat die nog even onbeantwoord.

3. 20 min

   Leerlingen gaan zelf aan de slag

   De leerlingen werken in tweetallen op hun eigen apparaat, met het werkblad erbij. Voor elke tik schrijven ze een voorspelling op. Ze doorlopen de les, beantwoorden de vraag en proberen vrij spel uit.

4. 10 min

   Nabespreking

   Verzamel de antwoorden van de tweetallen op de vraag van de les en gebruik daarna de discussievragen hieronder. Sluit af met wat het model weglaat.

Dror ruikt een rijpe perzik, herkent de geur van de vorige keer dat die hem bij eten bracht, en volgt hem tegen de wind in. Het verhaal leidt naar de vraag: waar in het brein wordt die herinnering bewaard?

De les begint met een korte strip over Dror, de vlieg. Lees de plaatjes hardop voor of laat de leerlingen ze zelf lezen; dat duurt ongeveer een minuut. Het laatste plaatje komt terug op het eindscherm van de missie.

Projecteer de les. Sta stil bij elk van de vier niveaus en stel de bijbehorende vraag voordat je inzoomt. Met de niveauknoppen spring je naar elk niveau, en met de knop met het vergrootglas open je de zoom opnieuw op elk moment in de les.

1. Vlieg

   Waar op dit lijf zou je een neus zoeken?

2. Brein

   Het brein vult het grootste deel van de kop. Wat neemt daar volgens jou zoveel ruimte in?

3. Circuit

   De geur komt binnen bij de oranje cellen. Welke kleur bereikt hij volgens jou als laatste?

4. Neuron

   De stip is één impuls. Hoe zou één cel de rest van het brein iets over een geur kunnen vertellen?

Het lijf en het brein komen van twee verschillende vliegen en worden samen op ware grootte getoond. Vertel dat aan de klas.

Vóór de stap met het stilleggen kiezen leerlingen wat er volgens hen gaat gebeuren. Laat ze eerst hun hand opsteken. Er worden geen punten gegeven, en een verkeerde gok kost niets.

1. Stap 1

   Een vlieg ruikt met zijn antennes (twee voelsprieten). Tik op Stimuleren om een geur naar binnen te sturen. Kijk hoe de oranje neuronen oplichten.

   Alleen de oranje geurreceptoren lichten op. Het signaal begint aan één rand van het circuit, niet overal tegelijk.

2. Stap 2

   Tik nog een keer op Stimuleren en volg de kleuren. Gele projectieneuronen (de geurboodschappers) brengen de geur naar binnen. Daarna vangen blauwe Kenyon-cellen (de geursorteerders) hem op.

   De kleuren lichten op volgorde op: eerst oranje, dan geel, dan blauw. Het signaal gaat laag voor laag door het circuit.

3. Stap 3

   Tik nog één keer op Stimuleren. Kijk nu naar de roze outputneuronen (de geheugenlezers). Die lezen het blauwe patroon.

   De roze outputneuronen lichten als laatste op, en pas na de blauwe Kenyon-cellen.

4. Stap 4

   Nu ga je de Kenyon-cellen (de geursorteerders) stilleggen. Wij sturen de geur voor je. Wat verdwijnt er?

   Oranje en geel lichten nog op, blauw blijft donker en roze verdwijnt bijna. De geur kwam wel binnen, maar kon niet verder.

5. Stap 5

   Tik nog een keer op de knop van de Kenyon-cellen (de geursorteerders) om ze weer aan te zetten. Wij sturen dezelfde geur.

   Roze komt terug zodra de Kenyon-cellen weer aan staan. Er was niets beschadigd: het signaal had alleen geen route.

Je hebt de Kenyon-cellen (de blauwe cellen) stilgelegd. Waarom werden de roze cellen donker?

Het juiste antwoord: De blauwe cellen geven het patroon van elke geur door aan de roze cellen.

De Kenyon-cellen geven het patroon van elke geur door aan de outputneuronen. Zijn ze stilgelegd, dan bereikt de geur nog wel de receptoren en de projectieneuronen, maar krijgen de outputneuronen niets te lezen. Stuur leerlingen die “de geur kwam nooit binnen” antwoorden terug om naar de oranje en gele cellen te kijken.

1. De geur kwam het brein nog steeds binnen terwijl de Kenyon-cellen waren stilgelegd. Hoe weten we dat?
2. Stel dat de vlieg heeft geleerd dat deze geur suiker betekent. Waar in dit circuit verwacht je dat er iets verandert?
3. Wat verwacht je te zien als je in plaats daarvan de gele projectieneuronen stillegt? Test het in vrij spel.

• Leerlingen denken misschien: Een herinnering zit in één cel, als een bestand.

  Zo ga je erop in: Ga terug naar de stap waarin roze het blauwe patroon leest. De herinnering zit vermoedelijk in de sterkte van veel verbindingen tussen de twee groepen, niet in één enkele cel.

• Leerlingen denken misschien: Als je een cel stillegt, gaat hij dood of raakt hij beschadigd.

  Zo ga je erop in: Doe de laatste stap nog een keer: het roze licht is meteen terug. Stilgelegde cellen zijn heel. Ze vuren alleen niet.

• Leerlingen denken misschien: De les laat zien hoe de vlieg een geur leert.

  Zo ga je erop in: Dat doet de les niet. Het model laat zien waar een herinnering zou worden opgeslagen, maar de verbindingen veranderen nooit. Zeg dat eerlijk, en vraag wat er zou moeten worden toegevoegd.

De volledige lijst, met getallen

Antennes.

De twee voelsprieten op de kop van een vlieg. Een vlieg ruikt ermee, zoals jij met je neus ruikt.

Geurreceptoren.

Zenuwcellen op de antennes die vuren als er een geur op terechtkomt. Elke geur begint hier.

Antennekwab.

De eerste halte voor geuren in het vliegenbrein. Hier geven de geurreceptoren hun signaal door aan de projectieneuronen.

Projectieneuronen.

Zenuwcellen die het geursignaal van de antennekwab dieper het brein in brengen, naar het paddenstoellichaam.

Paddenstoellichaam.

Een deel van het insectenbrein in de vorm van een paddenstoel. Hier worden geuren gesorteerd en geurherinneringen bewaard.

Kenyon-cellen.

De kleine zenuwcellen van het paddenstoellichaam. Elke geur zet een ander handjevol ervan aan, dus elke geur krijgt een eigen patroon.

Outputneuronen.

Zenuwcellen die het patroon van de Kenyon-cellen lezen en doorgeven aan de rest van het brein. Wetenschappers noemen ze MBON’s: de outputneuronen van het paddenstoellichaam.

Dit onderdeel is nog niet ingevuld. De aansluiting op het officiële biologiecurriculum wordt nog nagegaan met biologiedocenten.