Introducing Neuroscience and Neurocomputation Concepts to High School Students using Brain-based Neurorobots

使用基于大脑的神经机器人向高中生介绍神经科学和神经计算概念

基本信息

  • 批准号:
    10385012
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 92.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Understanding the brain is a profound and fascinating challenge, captivating the scientific community and the public alike. The lack of effective treatment for most brain disorders makes training the next generation of neuroscientists, engineers and physicians a key concern. However, much neuroscience is perceived to be too difficult to be taught in school. To make neuroscience accessible and engaging to students and teachers, Backyard Brains is developing SpikerBots: fun and affordable robots that look like brains and are controlled by computer simulations of biological brains. The SpikerBots and associated software and curriculum require no background in neuroscience or programming, and allow students to investigate meaningful questions about mind, brain and behavior by designing artificial brains that make the robots’ behavior life-like, sensory-guided and goal-directed. These brain design exercises engage students in active, project-based learning, which has been shown to improve STEM outcomes, especially among disadvantaged students. In Phase I, we showed that SpikerBots with camera-eyes, microphone-ears, speakers, 2-wheel drive and WiFi, controlled by spiking neural networks simulated on laptops, enabled 295 high school students participating in a 1-week workshop to learn neuroscience concepts, solve brain design challenges, and develop self-confidence in neuroscience. In Phase II, we will (1) develop production-ready SpikerBot hardware that reduces costs and improves durability, (2) design a cloud-based application for cross-platform functionality on low-cost laptops, and (3) develop a curriculum and set of teacher onboarding materials, including recurring teacher workshops, held at 3 science museums, on employing inquiry-based learning to teach effectively using the SpikerBot. Education researchers at Purdue University will continue to conduct evaluation of students’ and teachers’ experiences and learning gains. We intend to sell our neurorobots directly to customers, and through our education channel partners at a price of $150 per robot. While the SpikerBot is designed for secondary education, primary and higher education sectors as well as individuals and families can also benefit from the technology. Our long-term aim is to encourage education policy makers to adopt more neuroscience science standards by demonstrating an effective neuroscience curriculum organized around biological and computational concepts that embrace the philosophy of the Next Generation Science Standards. By combining neuroscience, a multidisciplinary field that spans biology, medicine, psychology, mathematics, and engineering, with robotics and active, project-based learning, our SpikerBot and curriculum will improve STEM-education and inspire the next generation of scientists, engineers and physicians.
项目概要 了解大脑是一项深刻而迷人的挑战,吸引了科学界和科学界 大多数脑部疾病缺乏有效的治疗方法,使得培训成为下一代的问题。 神经科学家、工程师和医生的一个关键问题是,许多神经科学被认为过于严重。 很难在学校教授神经科学,让学生和教师能够接触到并参与其中, Backyard Brains 正在开发 SpikerBots:有趣且价格实惠的机器人,看起来像大脑,由 SpikerBots 以及相关软件和课程不需要计算机模拟生物大脑。 神经科学或编程背景,并允许学生调查有关以下方面的有意义的问题 通过设计人造大脑,使机器人的行为栩栩如生、由感官引导,从而控制思想、大脑和行为 这些大脑设计练习让学生参与主动的、基于项目的学习。 已被证明可以改善 STEM 成果,尤其是在第一阶段,我们证明了这一点。 带有摄像头、麦克风、耳朵、扬声器、两轮驱动和 WiFi 的 SpikerBot,由尖峰控制 在笔记本电脑上模拟神经网络,使参加为期 1 周研讨会的 295 名高中生能够 学习神经科学概念,解决大脑设计挑战,并培养对神经科学的自信。 第二阶段,我们将 (1) 开发可投入生产的 SpikerBot 硬件,以降低成本并提高耐用性, (2) 设计一个基于云的应用程序,以实现低成本笔记本电脑上的跨平台功能,以及 (3) 开发一个 课程和一套教师入职材料,包括在 3 Science 举办的定期教师讲习班 博物馆,利用 SpikerBot 教育研究人员采用基于探究的学习来有效教学。 普渡大学将继续对学生和教师的经验和学习进行评估 我们打算直接向客户销售我们的神经机器人,并通过我们的教育渠道合作伙伴销售。 每个机器人的价格为 150 美元,而 SpikerBot 专为中等教育、小学和高等教育而设计。 教育部门以及个人和家庭也可以从该技术中受益。 鼓励教育政策制定者采用更多的神经科学标准 围绕生物学和计算概念组织的有效神经科学课程 下一代科学标准的哲学通过结合神经科学这一多学科领域 涵盖生物学、医学、心理学、数学和工程学,包括机器人技术和主动的、基于项目的 学习,我们的 SpikerBot 和课程将改善 STEM 教育并激励下一代 科学家、工程师和医生。

项目成果

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