Làm sao ruồi biết mình đang hướng về đâu

Học sinh thấy rằng một vòng nơ-ron lưu giữ hướng của ruồi dưới dạng một đốm hoạt động, và sự ức chế từ nơ-ron vòng giữ đốm ấy đứng yên.

Màn hình chung thì tiện hơn nhưng không bắt buộc: máy chiếu, tivi hoặc màn hình máy tính mà cả lớp nhìn thấy. Học sinh cần một thiết bị bất kỳ có kết nối internet, tốt nhất là mỗi cặp một thiết bị: máy tính xách tay, máy tính bảng hoặc điện thoại. Không cần cài đặt gì, cũng không cần tài khoản. Mỗi bài học mở đầu bằng phần hướng dẫn ngắn về cách đọc màn hình, và có thể nhấn vào bất kỳ thuật ngữ khoa học nào để xem giải thích.

Hưng phấn và ức chế

Ví dụ rõ nhất trong ba bài học. Nơ-ron rẽ gây hưng phấn cho la bàn và đẩy đốm sáng đi; nơ-ron vòng ức chế la bàn và giữ đốm sáng đứng yên.

Xináp và chất dẫn truyền thần kinh

Nơ-ron vòng được dự đoán là tiết ra GABA, một chất dẫn truyền gây ức chế. Nơ-ron la bàn và nơ-ron rẽ tiết ra axêtincôlin, chất gây hưng phấn.

Cấu trúc của mạng lưới quyết định hành vi như thế nào

Các nơ-ron la bàn nối với nhau thành một vòng, và chính hình dạng đó cho phép một đốm hoạt động đại diện cho một hướng.

1. 5 phút

   Câu hỏi mở đầu

   Hãy hỏi: “Nhắm mắt lại và xoay một vòng. Làm sao em vẫn biết mình đang quay mặt về hướng nào?” Sau đó nói rằng ruồi làm việc này bằng một vòng tế bào nhỏ, và cả lớp sắp đẩy chúng xoay vòng.

2. 10 phút

   Trình diễn bằng “Cho mình xem cách hoạt động”

   Mở bài học ở chế độ lớp học trên màn hình chung (máy chiếu, tivi hoặc màn hình máy tính) rồi nhấn “Cho mình xem cách hoạt động”. Đọc to từng bước trong lúc bài chạy. Nếu không có màn hình chung, học sinh mở cùng phần trình diễn này trên thiết bị của mình. Phần trình diễn dừng ở câu hỏi của bài học: tạm thời hãy để ngỏ câu hỏi đó.

3. 20 phút

   Học sinh tự khám phá

   Học sinh làm việc theo cặp trên thiết bị của mình, kèm phiếu học tập. Các em viết dự đoán trước mỗi lần nhấn, làm hết bài học, trả lời câu hỏi của bài và thử phần khám phá tự do.

4. 10 phút

   Thảo luận

   Thu thập câu trả lời của các cặp cho câu hỏi của bài học, rồi dùng các câu hỏi thảo luận bên dưới. Kết thúc bằng những gì mô hình đã lược bỏ.

Dror bay về phía một khe sáng, bị một luồng gió lùa làm xoay đi, rồi lái trở lại đúng hướng. Câu chuyện dẫn tới câu hỏi: làm sao bộ não biết cơ thể mình đang quay mặt về hướng nào?

Bài học mở đầu bằng một truyện tranh ngắn về chú ruồi Dror. Hãy đọc to các khung tranh hoặc để học sinh tự đọc; mất khoảng một phút. Khung cuối cùng sẽ hiện lại trên màn hình hoàn thành nhiệm vụ.

Chiếu bài học lên màn hình. Dừng ở mỗi cấp trong bốn cấp và nêu câu hỏi của cấp đó trước khi phóng to. Các nút cấp cho phép nhảy tới cấp bất kỳ, và nút kính lúp mở lại hành trình phóng to ở bất kỳ lúc nào trong bài.

1. Ruồi

   Ruồi không có bản đồ, cũng không có GPS. Nó có thể dựa vào đâu để bay thẳng một hướng?

2. Não

   Một chiếc la bàn ở trong này cần lắng nghe những giác quan nào?

3. Mạch

   Các tế bào này xếp thành một vòng. Vì sao hình vòng có thể hợp với một chiếc la bàn?

4. Nơ-ron

   Đây là một tế bào chỉ hướng. Nếu nó phát xung, theo bạn nó nói gì về hướng ruồi đang quay mặt?

Cơ thể và bộ não lấy từ hai con ruồi khác nhau, được hiển thị cùng nhau theo đúng kích thước thật. Hãy nói rõ điều này với cả lớp.

Trước bước làm im lặng, học sinh chọn điều các em nghĩ sẽ xảy ra. Hãy cho cả lớp giơ tay biểu quyết trước. Không chấm điểm, và đoán sai cũng chẳng mất gì.

1. Bước 1

   Nhấn nút Kích thích để nơ-ron rẽ trái (tín hiệu rẽ) phát xung. Sau đó hãy nhìn mặt la bàn.

   Một đốm nơ-ron la bàn màu xanh lá sáng lên ở một phía của vòng, và kim trên mặt la bàn chỉ vào đó. Đó chính là đốm sáng.

2. Bước 2

   Giờ hãy nhấn nút Kích thích của nơ-ron rẽ phải (tín hiệu kia). Đừng rời mắt khỏi đốm sáng.

   Đốm sáng di chuyển quanh mặt la bàn. Hai tín hiệu rẽ đẩy nó theo hai hướng ngược nhau.

3. Bước 3

   Hãy làm im lặng nơ-ron vòng (người mang điểm mốc). Chúng đưa vào những gì ruồi nhìn thấy. Chúng mình sẽ gửi tín hiệu rẽ phải giúp bạn.

   Khi nơ-ron vòng màu tím bị tắt, cũng tín hiệu ấy lại khiến đốm sáng đi lang thang thay vì dừng yên ở một chỗ.

4. Bước 4

   Nhấn nút nơ-ron vòng (người mang điểm mốc) một lần nữa để bật lại chúng. Chúng mình sẽ gửi đúng tín hiệu rẽ đó.

   Đốm sáng lại đứng yên đúng chỗ. Hãy so sánh mặt la bàn với bước trước.

Bạn đã làm im lặng người mang điểm mốc (các tế bào màu tím). Vì sao đốm sáng bị trôi?

Lựa chọn đúng: Không có gì cho la bàn biết điểm mốc ở đâu, nên đốm sáng bị trượt đi.

Không có gì cho la bàn biết điểm mốc ở đâu, nên không có gì giữ đốm sáng đứng yên. Tín hiệu rẽ vẫn đến nơi, vì các tế bào màu xanh lá sáng lên; vậy thứ bị thiếu là một cái neo chứ không phải tín hiệu đầu vào. Với học sinh lớn hơn: trong mô hình này, cái neo chính là sự ức chế từ nơ-ron vòng.

1. Vì sao hình vòng là hình dạng phù hợp cho những tế bào theo dõi phương hướng?
2. Nơ-ron vòng kìm các tế bào khác lại chứ không gây hưng phấn cho chúng. Vì sao việc tắt bớt tế bào lại giúp một mạng lưới hoạt động tốt hơn?
3. Con người cũng mất phương hướng trong bóng tối hoặc sương mù. Điều đó có điểm gì chung với bước làm im lặng?

• Học sinh có thể nghĩ: Ruồi có một la bàn từ tính, giống la bàn trong điện thoại.

  Cách xử lý: La bàn này là một mẫu hình hoạt động mà ruồi cập nhật dựa trên những lần nó rẽ và những gì nó nhìn thấy. Không có gì trong mạch thần kinh này cảm nhận từ trường.

• Học sinh có thể nghĩ: Càng nhiều tế bào hoạt động thì tín hiệu càng tốt.

  Cách xử lý: So sánh hai bước cuối: bỏ sự ức chế đi làm la bàn kém hẳn. Ức chế là một phần trong cách mạch thần kinh vận hành.

• Học sinh có thể nghĩ: Đốm sáng là một vật thể di chuyển trong não.

  Cách xử lý: Không tế bào nào di chuyển cả. Các tế bào cạnh nhau lần lượt hoạt động, giống như làn sóng người trên khán đài sân vận động.

Danh sách đầy đủ, kèm số liệu

Nơ-ron rẽ.

Các tế bào thần kinh phát xung khi ruồi rẽ và đẩy đốm sáng chạy quanh la bàn. Giới khoa học gọi chúng là nơ-ron P-EN2.

Nơ-ron la bàn.

Một vòng tế bào thần kinh theo dõi xem ruồi đang quay mặt về hướng nào. Giới khoa học gọi chúng là nơ-ron E-PG.

Đốm hoạt động.

Cụm nơ-ron la bàn đang hoạt động. Vị trí của nó trên vòng tròn cho biết ruồi đang quay mặt về hướng nào.

Nơ-ron vòng.

Tế bào thần kinh đưa những gì ruồi thấy, như điểm mốc, đến la bàn. Chúng kìm bớt nơ-ron la bàn, nhờ đó đốm sáng đứng yên.

Điểm mốc.

Thứ ruồi nhìn thấy và luôn ở yên một chỗ, như mặt trời hay một cái cây. Ruồi dùng nó để giữ vững cảm giác về phương hướng.

Cầu tiền não.

Một phần hình thanh trong não ruồi, tên khoa học là protocerebral bridge. Nơ-ron la bàn và nơ-ron rẽ đều chạy qua đây.

Phần này chưa được hoàn thiện. Mức độ phù hợp với chương trình sinh học chính thức đang được xác nhận cùng các giáo viên sinh học.