Arbeidsminnet er begrenset. Men hvorfor?

Denne artikkelen handler om arbeidsminnet. Arbeidsminnet er vesentlig for å kunne ta inn ny kunnskap, og for bevisst behandling av informasjon. Det er begrenset og individuelle forskjeller i størrelsen på arbeidsminnet har stor betydning for skoleprestasjoner og senere deltagelse i samfunnet. Artikkelen gjennomgår ulike årsaker til begrensningene i arbeidsminnet og diskuterer hvorfor kunnskap om arbeidsminne bør ha plass i lærerutdanningen.

Arbeidsminnet er essensielt for å bearbeide ny informasjon, og dermed en begrensende faktor for læring. Både arvelige og miljøbetingede faktorer har betydning for arbeidsminnet, og den individuelle variasjonen er relativt stor. Størrelsen på arbeidsminnet er sannsynligvis en vesentlig bidragsyter til at forskjellige personer oppnår ulike resultater gjennom skolegangen og senere. Arbeidsminnet er en avgjørende faktor for akademisk oppnåelse og senere deltakelse i samfunnet (Aarlien, Saunes & Egeland, 2013; Klingberg, 2010).

Begrensningene i arbeidsminnet har betydning for læring hos alle mennesker, men i ulik grad. Arbeidsminnet er av stor relevans for flere spesialpedagogiske temaer. Barn med sterkt begrenset arbeidsminne har som regel problemer med både leseforståelse og matematikk (Klingberg, 2012). Sammenhengene kan skyldes at deler av hjernen som er essensielle for arbeidsminnet, også inngår i læring av lesing og matematikk (Klingberg, 2012). Konsentrasjonsproblemer og ADHD har trolig også en sterk sammenheng med redusert arbeidsminne (Klingberg, 2009).

Å øke arbeidsminnet kan dermed synes fordelaktig, ikke minst for å kunne ta del i den stadig økende kunnskapsmengden og et samfunn i stadig utvikling. Samtidig er det godt kjent at arbeidsminnet har en kapasitetsgrense (Miller, 1994). Siden arbeidsminnet er begrenset og det ser ut til å være vesentlige ulemper knyttet til dette, faller det naturlig å tenke på årsaker til dette. Hvorfor er arbeidsminnet så begrenset?

Denne artikkelen er sentrert rundt årsaker til begrensningene. Både fordeler og ulemper knyttet til størrelsen på arbeidsminnet vil bli drøftet. Bidrag fra biologi (evolusjonsbiologi og nevrobiologi) og psykologi vil bli trukket inn. Konsekvenser for læring og undervisning vil bli nevnt ganske kort, med henvisninger til relevant litteratur. Hensikten med artikkelen er i første rekke å bidra til en dypere forståelse av arbeidsminnet og ulike årsaker til at det er begrenset. Avslutningsvis vil jeg diskutere om kunnskap om arbeidsminnet og potensielle begrensende faktorer bør inkluderes i dagens lærerutdanning.

Barn med sterkt begrenset arbeidsminne har som regel problemer med både leseforståelse og matematikk.

Kort om arbeidsminnets funksjon

Hjernens funksjon kan overordnet deles i to: Et arbeidsminne med fokus på det vi tenker på, og et langtidsminne for å lagre annen informasjon. Langtidsminnet har svært stor kapasitet, kanskje uendelig (Gerjets, Scheiter & Cierniak, 2009; Sweller, 2008). Arbeidsminnet har derimot vært kjent for å kunne holde på inntil 7 enheter siden 1956 (Miller, 1994). Grensen på 7 enheter avhenger av om det er mulig å repetere informasjonen mens den bearbeides. Dersom det ikke lar seg gjøre, går grensen ned til et gjennomsnitt på omtrent 4. Voksne innenfor normalintervallet kan holde mellom 2 og 6 enheter i arbeidsminnet når repetisjon ikke er tillatt (Cowan, Morey, Chen, Gilchrist & Saults, 2008).

Med «enhet» menes noe som har en indre sammenheng, noe som gir mening for en person, og er gjenkjennbart (Simon, 1990). Enhetene kalles ofte «skjema» i litteraturen. Et skjema kan tenkes på som et nettverk av informasjon med innbyrdes sammenheng. Selv om et skjema kan inneholde store mengder kunnskap, kan det behandles som en enhet i arbeidsminnet. Enhetene i arbeidsminnet kan derfor bestå av kompliserte skjema hentet fra langtidshukommelsen. Antall enheter er begrensningen, størrelsen på dem ser ikke ut til å ha noe å si. Jo bedre stoffet er bearbeidet og satt i sammenheng, desto mer komplekse kan enhetene være. Arbeidsminnet kan håndtere langt større mengder informasjon dersom stoffet er kjent, lagret i langtidsminnet og satt i system (Cowan mfl., 2008; Simon, 1990; Sweller & Sweller, 2006).

Den mest utbredte modellen for arbeidsminnet er en tredeling: en visuospatial skisseblokk, en fonologisk løkke og en overordnet styringsenhet. Forenklet kan man si at styringsenheten kontrollerer og regulerer bevisste kognitive prosesser, mens den visuospatielle skisseblokken prosesserer kortvarig visuell og romlig informasjon, og den fonologiske løkken er et midlertidig lager for verbal informasjon. I tillegg er det postulert å være korttidshukommelse for sensoriske data av auditivt og taktilt slag (Baddeley, 2003). Baddeley (2003) gir også en utfyllende beskrivelse av hvilke regioner i hjernen som er involvert i arbeidsminnet: Et nøkkelområde for arbeidsminnets funksjon ligger i pannelappen, men flere områder er involvert.

Informasjonen i arbeidsminnet lagres ikke permanent, og må holdes ved like for å bevares. Dette kan skje uten ytre stimuli. Dersom aktiviteten avbrytes, forsvinner minnet. Nervecellene som koder for noe, må være aktive helt til et minne er lagret i langtidshukommelsen. Størrelsen på arbeidsminnet har dermed mye å si for læring, fordi økt kapasitet betyr at flere enheter kan holdes aktive samtidig. Forståelse krever et overskudd i arbeidsminnet til å vurdere sammenhenger mellom enhetene. Trolig trengs også ekstra kapasitet til selve lagringen i hukommelsen (Klingberg, 2012).

Kapasiteten i arbeidsminnet er sterkt korrelert med akademiske resultater (Blair, Knipe & Gamson, 2008). Arbeidsminnet er også korrelert med skår på tester av flytende intelligens, evne til å holde fokus og evne til å løse problemer. Alt i alt har arbeidsminnet svært stor betydning for hvordan barn lykkes i skolen (Cowan mfl., 2008).

Framgangsmåte

Artikkelen er basert på en gjennomgang av artikler fra internasjonale tidsskrifter og noen sentrale bøker. Spørsmålsstillingen «Hvorfor er arbeidsminnet begrenset?» er fordelt på fire delspørsmål. Allerede Aristoteles påpekte at å spørre «hvorfor» innebærer flere komplementære spørsmålsstillinger (Huxley, 1930), og nobelprisvinner i fysiologi Niko Tinbergen strukturerte dette på fire spørsmål (Tinbergen, 1963, 2005):

1. Hvor kommer trekket fra historisk sett? Her ser vi på fylogenien, den historiske sekvensen der trekket kom inn i den biologiske slektslinjen.
2. Hvordan har trekket utviklet seg hos en person? Dette kalles ontogeni, og dreier seg om utviklingen fra egg til voksen som gjør det mulig å utvikle trekket.
3. Hvilke mekanismer ligger bak trekket? Dette innebærer forklaringer på kognitive, atferdsmessige eller anatomiske nivåer.
4. Hvilken funksjon har trekket? Med dette menes trekkets evolusjonære mål, hvilken betydning det har for reproduktiv suksess, for å sende gener videre til neste generasjon.

Å besvare spørsmålet «hvorfor er arbeidsminnet begrenset» innebærer dermed å trekke inn en rekke ulike faktorer som virker på kort eller lang sikt. Tinbergens fire spørsmål er også en god illustrasjon på at informasjon kan hentes fra flere faglige retninger for å oppnå en dypere forståelse. Jeg har derfor fordelt problemstillingen «hvorfor er arbeidsminnet begrenset?» på Tinbergens fire spørsmål:

1. Arbeidsminnets evolusjonshistorie
2. Utvikling gjennom et livsløp
3. Mekanismer som virker inn på størrelsen
4. Hvilken betydning kan arbeidsminnet ha for reproduktiv suksess

Deretter har jeg søkt i internasjonale tidsskrifter og relevante bøker etter informasjon som kan besvare spørsmålsstillingene. Et generelt søk etter «working memory» ga 3 990 000 treff i google scholar, slik at det ble umulig å dekke all tilgjengelig litteratur. Svært mye forskning skjer på arbeidsminnet (Read, 2008), slik at vi også vil få mer utførlig informasjon senere. Artikler og momenter som syntes mest relevante for læring og undervisning, har blitt vektlagt. Å gi en oversikt over relevante faktorer som virker inn på arbeidsminnet er prioritert, mens en dyptgående analyse av de enkelte bidragene er utelatt av tids- og plasshensyn. Avslutningsvis foretas som nevnt en kritisk diskusjon om kunnskap om arbeidsminnet bør inkluderes i dagens lærerutdanning.

Spørsmål 1. Kan vi si noe om arbeidsminnets evolusjonshistorie?

Evolusjonen må bygge på det som allerede er tilgjengelig, den naturlige seleksjonen må ha noe å ta utgangspunkt i. Dette kalles evolusjonære begrensninger. Dermed faller det naturlig å se på menneskets forhistorie som en av årsakene til at arbeidsminnet er begrenset.

En av våre nærmeste slektninger, sjimpanser, har et arbeidsminne som kan håndtere mellom 2 og 3 enheter (Read, 2008). Arbeidsminnet ser ut til å ha økt vesentlig innen evolusjonen av mennesket, noe som kan være sterkt knyttet til den relative økningen av pannelappen. Read (2008) diskuterer størrelsen av arbeidsminnet i relasjon til kompleksiteten av verktøy og symbolske uttrykk, og finner at arkeologiske data gjenspeiler en gradvis økning i arbeidsminnet over en lang periode. Mens den felles stamfaren til slektene Pan (sjimpanser) og Homo (mennesker) trolig hadde et arbeidsminne mellom 2 og 3, har dette økt til et gjennomsnitt på 7 hos moderne mennesker. Read (2008) skriver at de første tegnene på økt arbeidsminne kan finnes 300 000 år tilbake i tid, og at det kan ha økt gradvis helt til eldre steinalder (50 000–10 000 år siden).

Det har trolig vært en betydelig seleksjon for en økning i arbeidsminnet i menneskeslektens historie. Dette har ikke nødvendigvis vært seleksjon for økt arbeidsminne i seg selv, det kan også ha vært seleksjon for noe som arbeidsminnet har sammenheng med. En mulighet er flytende intelligens, som arbeidsminnet er sterkt korrelert med (Klingberg, 2009). Intelligens har også økt betydelig gjennom evolusjonen av mennesket (Bongard & Røskaft, 2010). Siden arbeidsminnet og flytende intelligens er nært knyttet sammen, er det vanskelig å si hvilken faktor som primært har blitt selektert fram.

En hypotese er at intelligens er et tegn på et velfungerende nervesystem, som igjen er en indikasjon på et relativt fravær av skadelige mutasjoner (Bongard & Røskaft, 2010). Nervevev er sårbart, og mange mutasjoner med skadelige effekter kan vise seg først som effekter på hjernen. En rekke gener ser ut til å ha betydning for forskjeller i flytende intelligens (Ross, Grafham, Coffey, Scherer, McLay mfl., 2005).

Spørsmål 2. Hvordan utvikler arbeidsminnet seg hos et individ?

Allerede spebarn klarer mellom 3 og 4 enheter, noe som ser ut til å være en gjennomsnittlig medfødt kapasitetsgrense hos mennesker. Ettersom pannelappen modnes, øker kapasiteten. Minst halvparten av kapasiteten i arbeidsminnet skyldes trolig arv, mens resten er miljøbetinget. Oppvekst i fattigdom er korrelert med et redusert arbeidsminne som voksen (Klingberg, 2012). At kapasiteten hos barn er lavere enn hos voksne, og gradvis øker, betyr også at arbeidsminnets begrensninger i gjennomsnitt har mer å si for yngre barn.

Spørsmål 3. Hvilke mekanismer bidrar til størrelsen på arbeidsminnet?

Nevronene i hjernen konkurrerer om tilgjengelige ressurser; dersom kapasitet brukes et sted, blir det mindre igjen til andre deler. Hjernen har begrensede ressurser å fordele, slik at det eksisterer en generell kapasitetsgrense. Denne generelle kapasitetsgrensen synes å være ulik fra person til person, og kan henge sammen med en rekke genetiske forskjeller (Klingberg, 2009).

Klingberg (2009) gir flere eksempler på empiriske studier der arbeidsminnet har økt etter intensiv og langvarig trening. Effekten av trening av arbeidsminnet er imidlertid omdiskutert. Noen forfattere har ikke funnet tilsvarende effekter etter trening av arbeidsminnet (Hulme & Melby-Lervåg, 2012; Melby-Lervåg & Hulme, 2013; Rode, Robson, Purviance, Geary & Mayr, 2014), mens andre har funnet god effekt av treningen på både arbeidsminnet og andre områder (Harrison, Shipstead, Hicks, Hambrick, Redick et al., 2013; Holmes & Gathercole, 2014; Sternberg, 2008). Studiene på trening av arbeidsminnet har foreløpig vært kortvarige og basert på relativt små grupper (MelbyLervåg & Hulme, 2013). Noen av resultatene er lovende, men det er nødvendig med mer forskning for å kunne si noe om hvilke effekter som er reelle.

Klingberg (2010) gir en oversikt over hva som potensielt kan skje ved trening av arbeidsminnet. Hensikten med treningen er å øke kapasiteten på antall enheter som kan holdes i arbeidsminnet samtidig. Strategier for å gjøre det bedre på tester av arbeidsminnet kan også trenes opp, som å gjenta momenter for seg selv, å gruppere momentene, og metakognitive strategier (Klingberg, 2010). Etter treningen er det funnet økt aktivitet i flere regioner i hjernen: i frontal og parietal hjernebark og i basalgangliene. Det ble også færre av en type reseptorer for nevrotransmitteren dopamin (D1), noe som kan gi mer tilgjengelig dopamin i synapsene (McNab, Varrone, Farde, Jucaite, Bystritsky mfl., 2009). Dopamin er vist å ha betydning for arbeidsminnet, noe jeg kommer tilbake til senere i artikkelen. En styrking av forbindelser mellom hjerneceller kan kanskje også bidra til økt arbeidsminne (Klingberg, 2009).

Et generelt problem ved trening av ulike typer oppgaver er at det ikke gir overførbarhet til andre områder. Noen av hjerneregionene som er aktive når arbeidsminnet er i bruk er imidlertid kjennetegnet av at flere ulike typer signaler samles i samme nettverk av nevroner (Klingberg, 2009). Dette kalles multimodalitet, i motsetning til hjerneregioner som bare behandler en type sensoriske data. Det er derfor postulert at trening av arbeidsminnet kan gi overførbarhet til andre typer oppgaver, men dette er foreløpig ikke støttet av empiriske funn (Melby-Lervåg & Hulme, 2013). Arbeidsminnet inneholder trolig konvergerende nettverk, og ikke parallelle nettverk som kan arbeide isolert, og dette kan være en vesentlig årsak til den sterke begrensningen. Det samme området i hjernen aktiviseres av ulike oppgaver, og fungerer som en flaskehals for informasjonsflyten (Klingberg, 2009).

Arbeidsminnet er knyttet til evnen til å holde oppmerksomhet om noe (Cowan mfl., 2008). Personer med lavt arbeidsminne blir lettere distrahert, spesielt ved krevende oppgaver. De skilte også i mindre grad mellom relevant og irrelevant informasjon, slik at den irrelevante informasjonen la beslag på en del av arbeidsminnet (Klingberg, 2009). Cowan mfl. (2008) skriver at kapasitetsgrensen til arbeidsminnet henger sammen med bevisstheten vår, og at det vi kan holde i arbeidsminnet, er det vi er bevisste om i det øyeblikket.

Høye nivåer av stress reduserer arbeidsminnet. Tilsvarende gjelder ved lave stressnivåer, og generelt virker arbeidsminnet best når stressnivået er middels. For eksempel blir arbeidsminnet redusert med mellom 30 og 45 % før et fallskjermhopp, mest hos nybegynnere. Dette kan være årsaken til at 11 % av fallskjermulykker skyldes at skjermen aldri ble forsøkt utløst (Klingberg, 2012). Dette gjelder kortvarig stress. Under kronisk stress blir nydannelsen av nevroner i hippocampus redusert, og dette er et område som er viktig for å danne minner. Utløperne (aksonene) på eksisterende nerveceller krymper i både hippocampus og pannelappen. Prosessen er reversibel så lenge stresset ikke varer for lenge (Klingberg, 2012). Det kan være adaptivt å påføre andre stress, se Bongard & Røskaft (2010).

Når tanker knyttet til negative forventninger reduserer arbeidsminnet, kalles det stereotyp trussel (Appel & Kronberger, 2012; Gunderson, Ramirez, Levine & Beilock, 2012). Dette kan redusere prestasjoner inntil 30 prosent, og gi vesentlige utslag i skole og utdanning. Effekten er påvist for ulike grupper, blant annet knyttet til rase og kjønn. I samfunn der kjønnene er relativt likestilt, presterer jenter og gutter omtrent jevnt i realfag. I land der kjønnsspesifikke forventninger er utbredt, er også prestasjonene i skolen svært ulike (Klingberg, 2012).

Nevrotransmitteren dopamin har betydning for størrelsen på arbeidsminnet, høyere nivåer øker arbeidsminnet (DeYoung, Cicchetti, Rogosch, Gray, Eastman mfl., 2011). Dette er knyttet til genetiske forskjeller. To gener (COMT og DRD4) er påvist som koder for enzymer som bryter ned dopamin, og genvariantene som gir langsom nedbrytning betyr mer tilgjengelig dopamin i synapsene (DeYoung mfl., 2011; Klingberg, 2012). Begge genene er korrelert med personlighetstrekket åpenhet for nye erfaringer, som er et av «de fem store» personlighetstrekkene (Nettle, 2007). Dette personlighetstrekket er korrelert med ønsket om å ville lære stoff i dybden (Chamorro-Premuzic
& Furnham, 2009), og å oppsøke ny informasjon, opplevelser og erfaringer (DeYoung mfl., 2011; Nettle, 2007).

Dopamin er et viktig belønningssystem i hjernen. Transmitteren utløses blant annet idet en ny forståelse oppnås, og gir en sterk følelse av glede (OECD, 2007). Dopamin er også viktig for hvilke hendelser vi husker. Vi oversvømmes av informasjon, og kapasiteten til arbeidsminnet og hukommelsen er begrenset (Klingberg, 2009; Simon, 1990). Det er viktig, og adaptivt, å velge riktig informasjon å fokusere på og huske til senere. Vi er tilpasset å huske det som er nyttig for oss. Dopamin er et signal om at noe er viktig å lære (Shohamy & Adcock, 2010).

Kan man øke dopaminnivået for å bidra til bedre læring? Dopamin har mange funksjoner i hjernen (Lehrer, 2010). Veldig høye nivåer av dopamin har negativ effekt på funksjonen til pannelappen og på størrelsen av arbeidsminnet (DeYoung mfl., 2011; McNab mfl., 2009). Det som er fordelaktig ved en alder, kan være en ulempe senere, og dopaminnivåer er vist å endre seg med alder (DeYoung mfl., 2011).

Generelt kan man forvente både fordeler og ulemper knyttet til ethvert trekk som viser stor variasjon i befolkningen. Det er slett ikke slik at det ene er bedre enn det andre, hva som er bra kommer an på en rekke faktorer: interaksjoner med andre gener og egenskaper, omkringliggende miljø, tidligere erfaringer, kosthold, alder og tilfeldigheter, og denne listen kan gjøres svært lang. Når det gjelder nivåer av dopamin, synes dette å være en fordel for noen og til ulempe hos andre. Høye nivåer er knyttet til intelligens,kreativitet og søken etter nye erfaringer hos noen, men til økt sjanse for schizofreni hos andre (DeYoung, Grazioplene & Peterson, 2012; Nettle, 2006).

Medikamenter som kan forsterke hukommelsen og problemløsningsevnen har vært under utarbeidelse en stund (Farah, Illes, Cook-Deegan, Gardner, Kandel mfl 2004). Sentralstimulerende midler som amfetamin og medisiner mot ADHD er kjent for å øke arbeidsminnet hos alle, og opptil 16 prosent av studentene ved enkelte studiesteder i USA tar slike medikamenter uten å ha ADHD-diagnose. Medikamenter som påvirker nevrotransmitterne dopamin og noradrenalin forbedrer problemløsningsevnen. En ADHD-medisin er vist å øke evnen til problemløsning og økt nøyaktighet i en kompleks og romlig arbeidsminneoppgave. Effekten var positiv hos de fleste, med unntak av dem som allerede hadde et høyt arbeidsminne. Dersom arbeidsminnet allerede er høyt, tyder resultatene på at medikamentene kan gi negativ effekt (Farah mfl 2004).

Flere studier har rapportert om gunstige effekter av fysisk trening på arbeidsminnet (Lambourne, 2006; Martins, Kavussanu, Willoughby & Ring, 2013). Smith, Spiegler, Sauce, Wass og Sturzoiu (2013) fant at en kombinasjon av fysisk og kognitiv trening ga den beste effekten på arbeidsminnet. Den fysiske treningen virker trolig på arbeidsminnet gjennom endringer i nevrologiske prosesser. Barenberg, Berse & Dutke (2011) rapporterte at mekanismen bak dette trolig var endringer i reguleringen av dopamin.

Dopamin er som nevnt involvert i mange prosesser i hjernen i tillegg til å ha effekter på arbeidsminne og hukommelse. Dette viser viktigheten av ikke å tenke på det kognitive isolert fra det affektive, den samme nevrotransmitteren spiller flere roller i hjernen og påvirkes av mange faktorer. Emosjonelle, sosiale og kognitive faktorer har betydning. Å gå inn i de biologiske mekanismene for å forstå læring kan dermed bidra til en dypere forståelse av hvordan mange faktorer henger sammen og bidrar til arbeidsminne, hukommelse og læring. Melby-Lervåg (2012) framhever at genetiske, nevrologiske, kognitive og adferdsmessige faktorer bør inkluderes i en samlet forståelse og ligge til grunn for god praksis i undervisning.

Spørsmål 4. Har størrelsen på arbeidsminnet en adaptiv funksjon?

Som allerede nevnt synes det å være klare fordeler knyttet til å øke arbeidsminnet. Er det også fordeler ved begrensningene? Først bør det presiseres at ikke alle trekk utelukkende skyldes tilpasning ved naturlig seleksjon. Tilfeldigheter kan ha bidratt i vesentlig grad, og seksuell seleksjon kan øke trekk som senker overlevelsesevnen.

Sweller (2007) har postulert at arbeidsminnet er begrenset for å beskytte langtidsminnet mot for store endringer på en gang. Arbeidsminnet fungerer dermed som en kontrollstasjon, som bare slipper inn litt informasjon om gangen. Dette er viktig, fordi kunnskapen lagret i langtidsminnet har store konsekvenser for hvordan vi senere tenker og handler (Sweller & Sweller, 2006). Men et større arbeidsminne gir bedre muligheter for å skille mellom relevant og irrelevant informasjon (Klingberg, 2009) og kan dermed være en bedre kontrollstasjon for å samordne og strukturere ny informasjon.

Stereotyp trussel kan også være en beskyttelsesmekanisme. Å finne en nisje som gir gode muligheter for å lykkes relativt til de andre, kan gi status og bedre sjanser for reproduktiv suksess, og dermed sende flere gener videre til neste generasjon (Bongard & Røskaft, 2010). Mange personer søker å unngå å bruke mye tid og krefter på noe som ikke er til nytte på kort sikt, og dette gjelder også innsats i skolen (Keil, 2008). Stereotyp trussel kan ha vært en mekanisme med en beskyttende funksjon evolusjonært sett: Vi bør helst unngå kappløp med dem som er bedre enn oss, og heller finne en annen retning med større mulighet for å lykkes (Buss & Greiling, 1999). Men det som er nyttig for en person på lang sikt, trenger ikke å oppleves som viktig på kort sikt, noe som kan gi negative konsekvenser for skolegangen og deltakelse i samfunnet senere.

Skjer det fremdeles evolusjon på størrelsen av arbeidsminnet, og finnes det en øvre grense? Arbeidsminnet viser stor variasjon, og det er helt klart fordeler knyttet til at det er relativt stort. Samtidig er størrelsen på arbeidsminnet vevd sammen med andre trekk, blant annet intelligens. Menneskehjernen er jordas mest kompliserte biologiske materiale (Campbell & Reece, 2002). Arbeidsminnet kan være knyttet til fleksibiliteten hos nevroner i hjernen, noe som igjen er knyttet til at hjernecellene blir delvis brutt ned og bygget opp igjen. Flere forfattere har postulert at dette er svært fordelaktig inntil en viss grense, slik at resultatet er en balansegang der personlighetstrekket åpenhet for erfaringer, kreativitet, intelligens og økt risiko for schizofreni viser en sammenheng (DeYoung mfl., 2012; Horrobin, 1998; Nettle, 2006).

Betydning for læring og undervisning

Artikkelen har gått gjennom flere årsaker til at arbeidsminnet er såpass lite. En begrensning ligger i vår evolusjonære historie. Evolusjonen må nødvendigvis ta utgangspunkt i det som allerede finnes. Arbeidsminnet har trolig økt vesentlig gjennom menneskets evolusjon. Sannsynligvis var arbeidsminnet til vår felles stamform med sjimpanser på omkring 2–3 enheter, og har gradvis blitt større gjennom anslagsvis tre hundre tusen år (Read, 2008).


Andre begrensninger ligger i utviklingen av arbeidsminnet hos hvert enkelt individ. Størrelsen på arbeidsminnet øker gradvis gjennom oppveksten. Noen studier rapporterer om god effekt av målrettet og intensiv trening av arbeidsminnet, og opptil halvparten av variasjonen i arbeidsminnet kan skyldes miljørelaterte faktorer på kort eller lang sikt (DeYoung mfl., 2011; Klingberg, 2012).

… undervisning kan tilrettelegges slik at arbeidsminnet ikke overbelastes unødig.


Arbeidsminnet er ikke konstant. Flere mekanismer som påvirker arbeidsminnet midlertidig, er kjent. Arbeidsminnet fungerer for eksempel best ved middels nivåer av stress. Negative forventninger kan legge beslag på en del av arbeidsminnet, noe som kan ha stor betydning for prestasjoner i skolen (Gunderson mfl., 2012). Nevrotransmitteren dopamin ser ut til å kunne ha vesentlig betydning for arbeidsminnet, og dette signalstoffet påvirkes igjen av en rekke faktorer (Shohamy & Adcock, 2010). Dopamin er en essensiell del av hjernens belønningssystem, og både trening og sentralstimulerende medikamenter kan innvirke på denne nevrotransmitteren (Farah mfl., 2004; McNab mfl., 2009). At arbeidsminnet er begrenset, kan også gi noen fordeler. Mennesker er flokkdyr, og å skille seg for mye fra andre kan være problematisk (Bongard & Røskaft, 2010). Dopamin er også involvert i en rekke andre prosesser, og endringer kan ha negative konsekvenser i andre sammenhenger. Effektene kan videre være personavhengige (Farah et al., 2004), og de kan endre seg med alder (DeYoung et al., 2011).

Arbeidsminnet synes altså å være både genetisk bestemt og fleksibelt, og mange faktorer bidrar til størrelsen. Noen av dem kan vi kanskje påvirke selv. Arbeidsminnet kan trolig vedlikeholdes og videreutvikles ved å oppsøke utfordringer og nye kunnskaper (Klingberg, 2010), og ved å være bevisste på betydningen av stress og forventninger til prestasjoner (Appel & Kronberger, 2012). Videre kan undervisning tilrettelegges slik at arbeidsminnet ikke overbelastes unødig (Schnotz & Kürschner, 2007). Vi bør dessuten være klar over at variasjonen i størrelsen på arbeidsminnet er stor, og at noen begrenses i vesentlig grad av dette (Cowan mfl., 2008).

Arbeidsminnet synes å være både genetisk bestemt og fleksibelt.

Ulike former for undervisning kan belaste arbeidsminnet i ulik grad, og det finnes mye empirisk forskning rundt dette internasjonalt. Teori om kognitiv belastning («Cognitive Load Theory») er en retning i utdanningsforskning som tar utgangspunkt i å tilpasse undervisningen til det begrensede arbeidsminnet. Mye er publisert på dette, spesielt i løpet av de siste tiårene (Kirschner, Paas & Kirschner, 2011; Kirschner, Ayres & Chandler, 2011; Paas, Gog & Sweller, 2010; Paas & Sweller, 2012; Schnotz & Kürschner, 2007; Sweller, 2010). De angitte referansene er et snevert utvalg av tilgjengelig litteratur.

Svært kortfattet er noen hovedprinsipper å fordele den kognitive belastningen over tid, spesielt for elever med lavere forkunnskaper eller mer begrenset arbeidsminne, og å ta kunnskapen som allerede er lagret i langtidsminnet i bruk gjennom å aktivere forkunnskaper. Men feltet inneholder mye mer enn dette, blant annet forskning på oppgavedesign, under hvilke forutsetninger gruppearbeid eller individuelt arbeid fungerer best, valg av modaliteter for å presentere informasjon, og ulike forutsetninger hos elever. I tillegg finnes det som før nevnt et begrenset antall studier som rapporterer at arbeidsminnet har økt etter intensiv og målrettet trening (Klingberg, 2009; McNab et al., 2009). Denne forskningen er relativt ny, og resultatene er svært omdiskuterte (Melby-Lervåg & Hulme, 2013).

At størrelsen på arbeidsminnet varierer, skaper dilemmaer for undervisningen. På den ene siden er belastning som ligger tett opp til grensa av hva en person får til, fordelaktig (McNab mfl., 2009). På den andre siden gir overbelastning av arbeidsminnet dårlig læring, siden det ikke er kapasitet igjen til å lagre minner, eller til å sette stoffet i sammenheng og forstå det godt (Schnotz & Kürschner, 2007). Den beste løsningen kan være å veksle mellom ulike oppgaver og aktiviteter som belaster arbeidsminnet i forskjellig grad. For personer med mindre arbeidsminne synes en gradvis oppbygging av kunnskap å være vesentlig (Sweller, 2004).

Arbeidsminnet som tema i lærerutdanningen

Kunnskap om arbeidsminnet er ikke representert i dagens retningslinjer for grunnskolelærerutdanningen (Kunnskapsdepartementet, 2010a, 2010b). Samtidig er det svært mye forskning som tyder på at arbeidsminnet er en vesentlig faktor av betydning for både individuelle forskjeller, og for å lære nytt materiale.

Å spre informasjon om arbeidsminnet og dets betydning for læring og undervisning, samt hvilke faktorer som kan påvirke det, synes dermed viktig. Denne kunnskapen kan bidra til bedre tilretteleggelse for elevers læring. Dette gjelder i særskilt grad elever med mer begrenset arbeidsminne, men det er relevant for alle. Internasjonalt har det skjedd svært mye forskning omkring undervisning tilrettelagt for arbeidsminnet de siste tiårene. Jeg foreslår derfor å inkludere kunnskap om arbeidsminnet, hvilke faktorer som bidrar til å regulere størrelsen, og implikasjoner for læring og undervisning i lærerutdanningen der dette er fraværende.

Dette er imidlertid ikke uproblematisk. Arv og genetiske forutsetninger er et av de mest kontroversielle temaene i pedagogikk og psykologi (Melby-Lervåg, 2012; Tardif, Doudin & Meylan, 2015). Generelle diskusjoner om relative bidrag fra arv eller miljø som ender i konklusjoner om at begge deler har betydning, uten å konkretisere ytterligere, er heller ikke noe egnet startpunkt for tiltak eller dypere forståelse (Melby-Lervåg, 2012). Det er nødvendig å hente inn mer detaljert kunnskap. Svært mye forskning om arbeidsminnet og implikasjoner for undervisning er tilgjengelig, men det er også mye som gjenstår, ikke minst i å overføre kunnskapen til praksis i reelle klasserom (Sousa, 2010). Et annet spørsmål er hvem som skal gjøre det. Svært ulike fagdisipliner er involvert i å hente inn kunnskap av betydning for arbeidsminnet.

Flere forskere tar imidlertid nå til orde for å bygge broer mellom biologi og pedagogikk (Ansari & Coch, 2006; Ansari, Coch & De Smedt, 2011; Coch & Ansari, 2009; Edelenbosch, Kupper, Krabbendam & Broerse, 2015). Edelenbosch et al. (2015) argumenterer for at det trengs flere personer med kunnskap om både biologi og utdanning, som kan bidra til å sette relevant kunnskap fra begge felt i sammenheng. Coch & Ansari (2009) tar til orde for aktive forskerfellesskap der både biologer og utdanningsforskere deltar. Å sette sammen ulike fagtradisjoner vil trolig være utfordrende, og Gardner (2009) poengterer viktigheten av respektfulle tilnærminger og en betydelig grad av refleksjon. Samlet sett vil slike prosesser gi gode muligheter for å øke forståelsen av læring og læreprosesser, noe som kan komme elevene til gode (Sousa, 2010).

Respektfull tilnærming er også viktig av en annen grunn. Genetikk og arv har blitt mistolket og misbrukt av grupper med blant annet rasistiske formål, og debatten om arv og miljø har vært polarisert og kontroversiell (MelbyLervåg, 2012). Her er det svært viktig å være klar over at mistolkninger, misbruk og polariseringer kan imøtegås med mer nyansert kunnskap og en sterkere faglig basis. Thomas, Kovas, Meaburn og Tolmie (2015) gir en god forklaring på generelle sammenhenger mellom gener og skoleprestasjoner: Det er ikke slik at noen gener er «bedre» enn andre, hva som er fordelaktig avhenger av miljøet, og vi er ulike fordi vi er tilpasset variasjon. En skole med stor vekt på teoretiske ferdigheter er en ny situasjon for mennesket (Geary, 2008). Thomas mfl. (2015) poengterer at dette gir et nytt seleksjonspress, der noen genetiske varianter får fordeler. Under andre miljøbetingelser kan fordelene forsvinne. Kunnskap om biologi kan dermed bidra til respekt for ulikheter mellom mennesker (Nyléhn & Biseth, 2015). At begrensninger i arbeidsminnet kan være adaptivt, og ikke bare har ulemper, kan også være et bidrag her.

Samtidig er det viktig å være klar over at tidligere polariseringer og kontroverser kan ha skapt en motstand som potensielt kan vedvare ganske lenge (Melby-Lervåg, 2012). Videre vil spredning av kunnskap om arbeidsminnet kreve kunnskapstilegnelse og videreutvikling hos lærerutdannere, noe som vil være tidkrevende. Denne kunnskapen gir heller ikke enkle «oppskrifter» som passer til alle, men åpner opp for å lære enda mer av relevans for læring og undervisning (Sousa, 2010). Mange lærerstudenter etterspør retningslinjer og tips for undervisning i den praktiske pedagogikken, men er ikke like villige til å gå inn i refleksjon og søke dypere forståelse (Fosse & Hovdenak, 2014). Likevel synes potensialet ved en dypere forståelse for arbeidsminnet å være så store at slike utfordringer bør overvinnes.

En bakenforliggende hensikt med artikkelen har vært å utvikle en dypere forståelse for læring. Arbeidsminnet er en vesentlig del av hjernen og relevant for all læring av ny kunnskap som skjer bevisst. Et viktig moment her er kompleksiteten, og at arbeidsminnet har sammenheng med hjernens affektive mekanismer. Stress, negative forventninger om egne prestasjoner, sosial bakgrunn og fysisk trening kan ha innvirkning på størrelsen på arbeidsminnet (Appel & Kronberger, 2012; Gunderson et al., 2012), noe som synes viktig å vite om i undervisningssammenheng. Det at arbeidsminne avhenger av en rekke affektive, kognitive, genetiske og miljøbetingede faktorer, er i tråd med Melby-Lervåg (2012), som har poengtert at en sammenstilling av ulike faglige retninger er viktig for å kunne utøve god praksis basert på en dypere forståelse.

Forfatterbilde

Jorun Nyléhn

Jorun Nyléhn arbeider som førsteamanuensis i naturfag/naturfagdidaktikk ved Høgskolen i Buskerud og Vestfold.

Litteraturhenvisninger

Aarlien, A.K., Saunes, B.K. & Egeland, J. (2013). Arbeidsminnetrening – Overføringseffekt til matematikk og leseferdigheter for barn med ADHD? Spesialpedagogikk, nr. 6, s. 40–54.

Ansari, D. & Coch, D. (2006). Bridges over troubled waters: education and cognitive neuroscience. Trends in Cognitive Sciences, 10, nr. 4, s.146–151.

Ansari, D., Coch, D. & De Smedt, B. (2011). Connecting Education and Cognitive Neuroscience: Where will the journey take us? Educational Philosophy & Theory, 43, nr. 1, s. 37–42.

Appel, M. & Kronberger, N. (2012). Stereotypes and the Achievement Gap: Stereotype Threat Prior to Test Taking. Educational Psychology Review, 24, nr. 4, s. 609–635.

Baddeley, A. (2003). Working memory: looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience, 4, nr. 10, s. 829–839.

Barenberg, J., Berse, T. & Dutke, S. (2011). Executive functions in learning processes: Do they benefit from physical activity? Educational Research Review, 6, nr. 3, s. 208–222.

Blair, C., Knipe, H. & Gamson, D. (2008). Is There a Role for Executive Functions in the Development of Mathematics Ability? Mind, Brain, and Education, 2, nr. 2, s. 80–89.

Bongard, T. & Røskaft, E. (2010). Det biologiske mennesket. Individer og samfunn i lys av evolusjon. Trondheim: Tapir akademisk forlag. BUSS,

D.M. & Greiling, H. (1999). Adaptive Individual Differences. Journal of Personality, 67, nr. 2, s. 209–243.

Campbell, N.A. & Reece, J.B. (2002). Biology (6 utg.). San Francisco: Benjamin Cummings.

Chamorro-Premuzic, T. & Furnham, A. (2009). Mainly Openness: The relationship between the Big Five personality traits and learning approaches. Learning and Individual Differences, 19, nr. 4, s. 524–529.

Coch, D. & Ansari, D. (2009). Thinking about mechanisms is crucial to connecting neuroscience and education. Cortex, 45, nr. 4, s. 546–547.

Cowan, N., Morey, C.C., Chen, Z., Gilchrist, A.L. & Saults, J.S. (2008). Theory and measurement of working memory capacity limits. Psychology of Learning and Motivation, 49, s. 49–104.

Deyoung, C.G., Cicchetti, D., Rogosch, F.A., Gray, J.R., Eastman, M. & Grigorenko, E.L. (2011). Sources of cognitive exploration: Genetic variation in the prefrontal dopamine system predicts Openness/Intellect. Journal of Research in Personality, 45, nr. 4, s. 364–371.

Deyoung, C.G., Grazioplene, R.G. & Peterson, J.B. (2012). From madness to genius: The Openness/Intellect trait domain as a paradoxical simplex. Journal of Research in Personality, 46, nr. 1, s. 63–78.

Edelenbosch, R., Kupper, F., Krabbendam, L. & Broerse, J.E.W. (2015). Brain-Based Learning and Educational Neuroscience: Boundary Work. Mind, Brain, and Education, 9, nr. 1, s. 40–49.

Farah, M.J., Illes, J., Cook-Deegan, R., Gardner, H., Kandel, E., King, P., ... Wolpe, P.R. (2004). Neurocognitive enhancement: what can we do and what should we do? Nature Reviews Neuroscience, 5, nr. 5, s. 421–425.

Fosse, B.O. & Hovdenak, S.S. (2014). Lærerutdanning og lærerprofesjonalitet i spenningsfeltet mellom ulike kunnskapsformer. Norsk Pedagogisk Tidsskrift, 98, nr. 2, s. 66 79.

Gardner, H. (2009). An Education Grounded in Biology: Interdisciplinary and Ethical Considerations. Mind, Brain, and Education, 3, nr. 2, s. 68–73.

Geary, D.C. (2008). An evolutionary informed education science. Educational Psychologist, 43, nr. 4, s. 179–195.

Gerjets, P., Scheiter, K. & Cierniak, G. (2009). The Scientific Value of Cognitive Load Theory: A Research Agenda Based on the Structuralist View of Theories. Educational Psychology Review, 21, nr. 1, s. 43–54.

Gunderson, E.A., Ramirez, G., Levine, S.C. & Beilock, S.L. (2012). The Role of Parents and Teachers in the Development of GenderRelated Math Attitudes. Sex Roles, 66, nr. 3–4, s. 153–166.

Harrison, T.L., Shipstead, Z., Hicks, K.L., Hambrick, D.Z., Redick, T.S. & Engle, R.W. (2013). Working Memory Training May Increase Working Memory Capacity but Not Fluid Intelligence. Psychological Science, 24, nr. 12, s. 2409–2419.

Holmes, J. & Gathercole, S.E. (2014). Taking working memory training fram the laboratory into schools. Educational Psychology, 34, nr. 4, s. 440–450.

Horrobin, D.F. (1998). Schizophrenia: the illness that made us human. Medical Hypotheses, 50, nr. 4, s. 269–288.

 Hulme, C. & Melby-Lervåg, M. (2012). Current evidence does not support the claims made for CogMed working memory training. Journal of Applied Research in Memory and Cognition, 1, nr. 3, s. 197–200.

Huxley, J. (1930). Evolution: the new synthesis. Oxford: Clarendon Press.

Keil, F.C. (2008). Adapted minds and evolved schools. Educational Psychologist, 43, nr. 4, s. 196–202.

Kirschner, F., Paas, F. & Kirschner, P.A. (2011). Task Complexity as a Driver for Collaborative Learning Efficiency: The Collective WorkingMemory Effect. Applied Cognitive Psychology, 25, nr. 4, s. 615–624.

Kirschner, P.A., Ayres, P. & Chandler, P. (2011). Contemporary cognitive load theory research: The good, the bad and the ugly. Computers in Human Behavior, 27, nr. 1, s. 99–105.

Klingberg, T. (2009). The Overflowing Brain. Information overload and the limits of working memory. Oxford: Oxford University Press.

Klingberg, T. (2010). Training and plasticity of working memory. Trends in Cognitive Sciences, 14, nr. 7, s. 317–324.

Klingberg, T. (2012). Slik lærer hjernen. Hvordan barn husker og lærer. Oslo: Pax forlag A/S.

Kunnskapsdepartementet (2010a). Nasjonale retningslinjer for grunnskolelærerutdanningen 1.–7. trinn. Hentet fra: https://www.regjeringen.no/globalassets/
upload/kd/rundskriv/2010/
retningslinjer_grunnskoleaererutdanningen_1_7_trinn.pdf.

Kunnskapsdepartementet (2010b). Nasjonale retningslinjer for grunnskolelærerutdanningen 5.–10. trinn. Hentet fra: https://www.regjeringen.no/globalassets/upload/kd/
rundskriv/2010/retningslinjer_grunnskolelaererutdanningen_5_10_trinn.pdf.

Lambourne, K. (2006). The relationship between working memory capacity and physical activity rates in young adults. Journal of Sports Science and Medicine, 5, nr. 1, s. 149–153.

Lehrer, J. (2010). How we decide. Boston: Mariner Books.

Martins, A.Q., Kavussanu, M., Willoughby, A. & Ring, C. (2013). Moderate intensity exercise facilitates working memory. Psychology of Sport and Exercise, 14, nr. 3, s. 323–328.

Mcnab, F., Varrone, A., Farde, L., Jucaite, A., Bystritsky, P., Forssberg, H. & Klingberg, T. (2009). Changes in Cortical Dopamine D1 Receptor Binding Associated with Cognitive Training. Science, 323, nr. 5915, s. 800–802.

Melby-Lervåg, M. (2012). Arv, miljø og dysleksi: Metoder, hovedfunn og implikasjoner for praksis. Spesialpedagogikk, nr. 2, s. 43–55.

Melby-Lervåg, M. & Hulme, C. (2013). Is Working Memory Training Effective? A Meta Analytic Review. Developmental Psychology, 49, nr. 2, s. 270–291.

Miller, G.A. (1994). The magical number seven, pluss or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 101, nr. 2, s. 343.

Nettle, D. (2006). The Evolution of Personality Variation in Humans and Other Animals. American Psychologist, 61, nr. 6, s. 622–631.

Nettle, D.(2007). Personality: What Makes You the Way You Are. Oxford: Oxford University Press.

Nyléhn, J. & Biseth, H. (2015). En utvidelse av begrepet 'mangfold'. Norsk Pedagogisk Tidsskrift, 99. I trykk.

Oecd (2007). Understanding the Brain: The Birth of a Learning Science: OECD Publishing.

Paas, F., Gog, T.V. & Sweller, J. (2010). Cognitive Load Theory: New Conceptualizations, Specifications, and Integrated Research Perspectives. Educational Psychology Review, 22, nr. 2, s. 115–121.

Paas, F. & Sweller, J. (2012). An Evolutionary Upgrade of Cognitive Load Theory: Using the Human Motor System and Collaboration to Support the Learning of Complex Cognitive Tasks. Educational Psychology Review, 24, nr. 1, s. 27–45.

Read, D.W. (2008). Working memory: A cognitive limit to non-human primate recursive thinking prior to hominid evolution. Evolutionary Psychology, 6, nr. 4, s. 676–714.

Rode, C., Robson, R., Purviance, A., Geary, D.C. & Mayr, U. (2014). Is Working Memory Training Effective? A Study in a School Setting. PLoSONE, 9, nr. 8, s. 1–8.

Ross, M.T., Grafham, D.V., Coffey, A.J., Scherer, S., Mclay, K., Muzny, D., ... Bentley, D.R. (2005). The DNA sequence of the human X chromosome. Nature, 434, nr. 7031, s. 325–337.

Schnotz, W. & Kürschner, C. (2007). A reconsideration of cognitive load theory. Educational Psychology Review, 19, nr. 4, s. 469–508.

Shohamy, D. & Adcock, R.A. (2010). Dopamine and adaptive memory. Trends in Cognitive Sciences, 14, nr. 10, s. 464–472.

Simon, H.A. (1990). Invariants of Human Behaviour. Annual Review of Psychology, 41, s. 1–19.

Smith, A.M., Spiegler, K.M., Sauce, B., Wass, C.D. & Sturzoiu, T. (2013). Voluntary aerobic exercise increases the cognitive enhancing effects of working memory training. Behavioural Brain Research, 256, s. 626–635.

Sousa, D.A. (2010). How Science Met Pedagogy. I: D. A. Sousa (red.), Leading Edge: Mind, Brain, and Education: Neuroscience Implications for the Classroom (s. 9-24). Bloomington, IN, USA: Solution Tree Press.

Sternberg, R.J. (2008). Increasing fluid intelligente is possible after all. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 105, nr. 19, s. 6791–6792.

Sweller, J. (2004). Instructional design consequences of an analogy between evolution by natural selection and human cognitive architecture. Instructional Science, 32, nr. 1–2, s. 9–31.

Sweller, J. (2007). Evolutionary biology and educational psychology. I: Jerry S. Carlson & Joel R. Levin (red.), Educating the Evolved Mind. Conceptual Foundations for an Evolutionary Educational Psychology (s. 165175). Charlotte, North Carolina: Information Age Publishing, Inc.

Sweller, J. (2008). Instructional implications of David C. Geary's evolutionary educational psychology. Educational Psychologist, 43, nr. 4, s. 214–216.

Sweller, J. (2010). Element Interactivity and Intrinsic, Extraneous, and Germane Cognitive Load. Educational Psychology Review, 22, nr. 2, s. 123–138.

Sweller, J. & Sweller, S. (2006). Natural information processing system. Evolutionary Psychology, 4, s. 434–458.

Tardif, E., Doudin, P.-A. & Meylan, N. (2015). Neuromyths Among Teachers and Student Teachers. Mind, Brain, and Education, 9, nr. 1, s. 50–59.

Thomas, M.S.C., Kovas, Y., Meaburn, E.L. & Tolmie, A. (2015). What Can the Study of Genetics Offer to Educators? Mind, Brain, and Education, 9, nr. 2, s. 72–80.

Tinbergen, N. (1963). On aims and methods in ethology. Zeitzchrift für Tierpsychologie, 20, s. 410–433.

Tinbergen, N. (2005). Facsimile of On aims and methods in ethology. [Facsimile from Tinbergen 1963]. Animal Biology, 55, nr. 4, s. 297–321.

Foreslåtte artikler