Fundamentos Biologicos del Aprendizaje

FUNDAMENTOS  BIOLOGICOS  DEL  APRENDIZAJE.                             

(Biological Foundaments of Learning)                                                             

Sergio Mora Gutiérrez. Facultad de Medicina, Universidad de Chile

 

Learning is change.                                                                                                                                                                                  It is change in ourselves, because it is change in the brain.                                                                                                      Thus, the art of teaching must be the art of changing the brain

James Zull, 2002.

RESUMEN

En este capítulo se presenta una visión general acerca de la biología del aprendizaje considerado como consecuencia de un cambio físico del sistema nervioso provocado por la experiencia. Se parte de la noción de que hay diferentes tipos de aprendizaje (asociativo y no asociativo) y de memoria (explícita e implícita) que dependen del funcionamiento de diferentes estructuras cerebrales. Por su parte, la memoria tiene varias fases que se diferencian por su duración y labilidad. Se analizan los conceptos de Kolb acerca del ciclo del aprendizaje y su correlación con las funciones de diferentes estructuras de la corteza cerebral.  Se enfatiza la necesidad de comprender como trabaja el cerebro durante el proceso de aprendizaje y como la práctica y la emoción pueden modificar su funcionamiento, como una estrategia para optimizar la práctica de la enseñanza de nuestros estudiantes.

SUMMARY

A general view about the biological basis of learning is presented in this chapter. Learning is considered as consequence of a physical change in the nervous system due to experience. There are different types of learning (associative and not-associative) and memory (explicit and implicit) which depend on the functioning of several brain areas. Memory itself has stages according to its duration and vulnerability. The ideas of Kolb about the learning cycle and its correlations with the functions of cerebral cortex areas are analyzed. The need of an understanding about how the brain works during learning and how practice and emotion can modify its functioning is emphasized as a strategy to improve our teaching.   

INTRODUCCIÓN

Una de las características más notables de los organismos que poseen sistema nervioso es la capacidad de aprender, es decir adquirir una determinada información  y almacenarla  para utilizarla cuando sea requerida o necesaria. El aprendizaje requiere que la información sea captada por los órganos de los sentidos, sea procesada y almacenada en el cerebro. La utilización puede ser mental, cuando se recuerdan acontecimientos, datos o conceptos, o instrumental, cuando se realiza una tarea manual.

La investigación sobre los procesos de aprendizaje y memoria y sus mecanismos biológicos es una de las áreas más activas y apasionantes en el campo de las neurociencias. Comprender los mecanismos cerebrales implicados en la organización de las funciones cognitivas de los seres humanos es una tarea extremadamente difícil dada la enorme complejidad del cerebro. Sin embargo, el avance conseguido en los últimos años ha sido significativo, no solo para aclarar como el cerebro percibe, procesa y almacena la información, sino que también como las emociones pueden afectar su estado funcional. Los procesos considerados esenciales para el aprendizaje son: la atención, la memoria, la motivación y la comunicación ¹.

 CONCEPTOS BÁSICOS

Aprendizaje y memoria: Comúnmente se reserva el término aprendizaje para designar el periodo inicial durante el cual se adquiere nueva información² o se desarrollan cambios en la conducta que favorecen la adaptación al medio ambiente³. En este sentido el aprendizaje parece ser un requisito básico para la supervivencia, ya que permite la adaptación rápida en el curso de la vida del individuo. Por otra parte, se define el término memoria como el almacenamiento de la información recientemente adquirida de manera que se pueda acceder a ella posteriormente². En la práctica es muy difícil establecer límites entre los procesos de aprendizaje y memoria ya que ambos están estrechamente relacionados y no podemos establecer precisamente cuando termina uno y comienza el otro. De hecho suele definirse también el aprendizaje como el proceso mediante el cual se adquiere la memoria. Así, cuando se habla de aprendizaje, se debe aceptar que el concepto de memoria está implícito ya que es imposible que se produzca el aprendizaje sin la memoria.

Tipos de aprendizaje: Es posible distinguir dos categorías básicas de aprendizaje: no asociativo y asociativo⁴.

• El aprendizaje no asociativo resulta de la exposición a un estímulo único: Ejemplos de este tipo de aprendizaje son la habituación, que es la disminución de la respuesta a un estímulo cuando este es repetido, y la sensibilización, que consiste en el aumento de la respuesta debido a una estimulación previa.
• El aprendizaje asociativo resulta de la relación entre dos o más estímulos, entre un estímulo y una respuesta, o entre un estímulo y su consecuencia. Está representado comúnmente por el condicionamiento clásico y el condicionamiento instrumental. En el condicionamiento clásico, también llamado pavloviano⁵, un estímulo inicialmente neutro (estímulo condicionado) llega a predecir un evento que puede ser apetitivo o aversivo (estímulo no condicionado), generándose un cambio de conducta (respuesta condicionada). En el condicionamiento instrumental, también llamado operante, se establece una asociación entre la conducta y sus consecuencias. Por ejemplo, en ratas, aprender a oprimir una palanca para obtener la recompensa de una bolita de comida.

Fases de la memoria: La memoria es un proceso que permite registrar, codificar, consolidar y almacenar la información de modo que, cuando se necesite, se pueda acceder a ella y evocarla. Es pues, esencial para el aprendizaje. Las observaciones clínicas y experimentales indican que la memoria no es un proceso unitario. En efecto, se han descrito diferentes fases en el almacenamiento de la información que se caracterizan por sus cursos temporales de formación y desaparición y, además, por su labilidad frente a influencias internas o externas⁶. Se parte de la idea de que la formación de la memoria sigue una progresión desde una forma breve e inestable, que tiene lugar inmediatamente después del aprendizaje, hasta una forma duradera y estable. La primera se ha denominado memoria a corto plazo y la segunda memoria a largo plazo. Entre ambas se ha propuesto la existencia de otra fase denominada memoria intermedia.

• La memoria a corto plazo hace referencia a un sistema que retiene temporalmente la información recientemente adquirida, la cual estará disponible para su recuerdo durante un máximo de 30 segundos. Este tipo de memoria posee una capacidad limitada y se pierde cuando hay déficits en la atención. Un tipo particular de memoria a corto plazo es la llamada memoria de trabajo que se refiere al almacenamiento temporal de información que debe permanecer accesible mientras se esta desarrollando un procedimiento inmediato, por ejemplo un calculo matemático mental complejo o un razonamiento.
• La memoria intermedia, por su parte, tiene lugar durante cierto número de horas después del aprendizaje y puede que nunca llegue a establecerse en una memoria de larga duración.
• La memoria a largo plazo es aquella que necesita varias horas o días para desarrollarse pero se retiene durante periodos prolongados, pudiendo mantenerse por meses, años o incluso persistir toda la vida. Desde el punto de vista neurobiológico se considera que para llegar a formar una memoria de larga duración deben tener lugar las dos fases previas. Las distintas fases se sucederían según un continuo de modo que los mecanismos neuronales subyacentes a cada fase serian independientes a los que sustentan la fase siguiente. El almacenamiento a corto plazo se mantiene solo durante segundos, probablemente debido a la activación de circuitos reverberantes de neuronas interconectadas con retroalimentación positiva. Tales circuitos podrían ser gatillados por sinapsis excitatorias y luego inactivadas por sinapsis inhibitorias. Esta inactivación puede ser definitiva y la información se perderá a menos que sea transferida a un almacenamiento de larga duración⁷.

 CONSOLIDACION DE LA MEMORIA

Es uno de los conceptos fundamentales que permite entender la formación de la memoria de largo plazo. Se ha denominado consolidación al proceso hipotético que ocurre inmediatamente después del aprendizaje y que permite que el almacenamiento de la información se haga progresivamente invulnerable a la ruptura². Permite la gradual conversión desde la forma más lábil de memoria, de corto plazo, hasta la forma más permanente o de largo plazo. La transición desde una memoria de corto plazo a otra de largo plazo es un proceso que requiere tiempo. Experimentalmente se ha demostrado que la consolidación requiere desde segundos a minutos, periodo en el cual puede interrumpirse por eventos particulares, tales como traumatismos, choque electroconvulsivo, hipotermia, alcohol, drogas u otros tratamientos capaces de generar amnesia⁸. Se ha demostrado que mientras mas corto es el intervalo de tiempo entre el aprendizaje y el tratamiento, menor será la probabilidad que la información sea transferida a una memoria de largo plazo. Sin embargo, cuando la memoria ha logrado el almacenamiento de largo plazo no parece ser vulnerable a las injuria⁸.

El desarrollo de la memoria de largo plazo requiere cambios mas profundos en el cerebro, que van desde la síntesis de nuevas proteínas a modificaciones funcionales y estructurales permanentes de las conexiones sinápticas y crecimiento de botones y espinas sinápticas que mejoran la interconectividad de los circuitos neuronales. La memoria a largo plazo, no requiere una actividad eléctrica  continua, como la memoria de corto plazo, ya que aunque se detenga la actividad eléctrica cerebral, la memoria a largo plazo no se pierde⁹.

La capacidad de cambio y adaptación permanente del cerebro se explica a través del concepto de plasticidad neuronal, principal responsable del aprendizaje durante toda la vida del individuo. Cuando la experiencia o la información percibida es capaz de provocar cambios perdurables (persistentes y recuperables) en nuestro cerebro podemos decir que "el aprendizaje ha ocurrido".

 TIPOS DE MEMORIA

Considerando el tipo de información que se almacena en el cerebro, Larry Squire¹⁰  realizó una primera distinción entre memoria declarativa, encargada de almacenar datos y hechos específicos, y memoria no declarativa o de procedimiento, relacionada con la adquisición de ciertas habilidades cognitivas o motoras. La distinción declarativa-no declarativa es similar a la distinción concerniente a la representación del conocimiento, entre "saber que" y "saber como".

La memoria declarativa, que Erik Kandell¹¹ ha llamado también memoria explicita, codifica información acerca de hechos, episodios, listas y acontecimientos biográficos. Puede ser evocada y "declarada" verbalmente o a través de imágenes y se pierde en la mayoría de las amnesias. Endel Tulving¹² definió dos tipos de memoria declarativa: la memoria episódica y la memoria semántica.

• La memoria episódica es la que almacena acontecimientos o episodios autobiográficos, es decir experiencias personales que se organizan y se declaran de acuerdo a su ocurrencia temporal. Este sistema de memoria depende muy intensamente de la integridad de los lóbulos temporales mediales, que incluyen el hipocampo y la corteza entorrinal y perirrinal. También participan los lóbulos frontales, no tanto como elementos necesarios para retener la información sino como elementos que participan en el registro, adquisición, codificación, recuperación de la información, evaluación de la secuencia temporal y del tiempo transcurrido desde un determinado acontecimiento. Los lóbulos temporal medial y frontal izquierdos son mas activos en el aprendizaje de palabras (lo verbal), mientras que el temporal medial y frontal derechos lo son en el aprendizaje de imágenes (lo visual)¹³.
• La memoria semántica es la que guarda información acerca del conocimiento del mundo, como hechos fuera de contexto, vocabulario, conceptos o información general recogidos en el curso de experiencias específicas y que para su evocación no es necesario recurrir a marcas temporales. La memoria semántica parece residir en las múltiples y diversas áreas de la corteza cerebral relacionadas con los distintos tipos de conocimiento. Los lóbulos frontales intervienen, de nuevo, en su activación para recuperar la información¹³.

La memoria no declarativa, también denominada memoria implícita, instrumental o de procedimiento, tiene que ver con la capacidad de aprender habilidades o destrezas que se expresan en forma de conductas que se utilizan para realizar actividades de manera automática e incluso inconsciente. No se establece en forma inmediata sino que en forma progresiva, mediante la repetición de sus componentes, lo que lleva a un mejor desempeño que se demuestra  a través de la actuación. Ejemplos de este tipo de memoria son el aprendizaje de ciertas habilidades perceptivas y motoras, de ciertos procedimientos o reglas, como la gramática, y el condicionamiento, tanto no asociativo (habituación y sensibilización) como  asociativo (clásico e instrumental). Esta memoria se conserva incluso cuando se han destruido otras formas de memoria explicita. Los núcleos cerebrales responsables de esta memoria son las áreas motoras de la corteza cerebral, incluidas el área premotora, los ganglios de la base que tienen que ver con la motivación y la ejecución motora, y el cerebelo. Cuando se pierde, la persona empieza a olvidar habilidades elementales, tales como el aseo personal, escribir, conducir un vehículo, tocar un instrumento¹⁴.

 APRENDIZAJE Y CAMBIOS EN EL CEREBRO

La hipótesis de que la anatomía cerebral cambia como resultado de la experiencia es ya antigua, pero no se habían obtenido pruebas convincentes de dichos cambios hasta bien avanzado el siglo XX, cuando se demostró que los ambientes empobrecidos o enriquecidos podían producir cambios medibles en el cerebro de la rata¹⁵. Según James Zull¹⁶, el aprendizaje tiene que ver con el cambio y, al mismo tiempo,  es el cambio. Para este autor "la vida es aprendizaje",  es una cosa viva y creciente, que viene desde diferentes rutas y conduce a diferentes metas, a medida que nuestras vidas evolucionan y crecen. Por otra parte, Gerald Edelman¹⁷ argumenta fuertemente acerca de la comprensión biológica de la cognición y el aprendizaje. Según Edelman¹⁷, todos los productos de la mente vienen del cerebro y sus interacciones con el cuerpo y el mundo. Para entender la mente humana debemos reconocer, por lo tanto, los orígenes biológicos del cerebro. La comprensión de cómo trabaja el cerebro en el aprendizaje de nuestros estudiantes podría ayudarnos a enriquecer nuestros estilos de enseñanza¹⁷. Si se considera el aprendizaje como un cambio duradero o permanente del comportamiento, el mismo debería ir acompañado de cambios funcionales y estructurales del cerebro. En otras palabras, para que haya aprendizaje debe haber un cambio en el cerebro, por lo tanto la enseñanza, según Zull¹⁶, debería ser el arte de cambiar el cerebro o al menos crear las condiciones para que se produzca el cambio en el cerebro del estudiante, de modo que adquiera un aprendizaje más profundo y significativo.

 CONCEPTO DE PLASTICIDAD NEURONAL

            Los primeros científicos que investigaron el sistema nervioso lo caracterizaron como un sistema rígido e inalterable, que alcanzaba una completa maduración después del periodo pre y postnatal, formándose finalmente un cerebro con propiedades morfológicas y funcionales estables. Si esto fuera así, sería muy difícil explicar los cambios que experimentan los individuos en su comportamiento como consecuencia de sus experiencias inmediatas o remotas. Sin embargo, las evidencias acumuladas a través de la investigación nos muestran una realidad muy distinta. Si bien la mayoría de las neuronas de un individuo adulto no pueden dividirse, o al menos era lo que se creía hasta fines del siglo XX, presentan otra propiedad sobre la cual se asientan las capacidades de aprendizaje y memoria, que se conoce como plasticidad neuronal¹⁸. Este concepto hace referencia a la capacidad del sistema nervioso de modificarse a si mismo en respuesta a distintas situaciones vitales durante el proceso de adaptación. En este contexto se desarrolló la idea de que la formación de una memoria duradera debe incluir algún tipo de cambio en la estructura de los circuitos neuronales. Ramón y Cajal, el anatomista español ganador del Nobel en 1906, comparó el cerebro como un jardín lleno de árboles "que, en respuesta al cultivo inteligente, pueden aumentar el número de ramas, extender raíces sobre mayor superficie y producir flores y frutos mas variados y exquisitos" ¹⁹. Ramón y Cajal propuso, ya a fines del siglo XIX, el establecimiento de nuevas conexiones sinápticas, como substrato neural del aprendizaje y su almacenamiento en la memoria.

En efecto, se ha podido comprobar que en animales de laboratorio se produce la formación de nuevas sinapsis excitatorias en asociación con el aprendizaje ²⁰. Según Donald Hebb²¹ la memoria debería asentarse en un cambio estructural permanente en el cerebro. Dicho cambio se lograría modificando la efectividad de sinapsis ya existentes, por ejemplo mediante el estrechamiento de la conectividad neuronal que hace más eficiente la comunicación en las sinapsis implicadas en el procesamiento y almacenamiento de una información determinada. Estas ideas condujeron a relacionar definitivamente los procesos de aprendizaje y memoria al fenómeno de la plasticidad neuronal. Aprender es una operación plástica en que ocurren cambios en la forma en que nuestro cerebro opera para procesar la información o elaborar una respuesta. Actualmente se acepta que durante el almacenamiento de la información se producen cambios  morfológicos moleculares y neuroquímicos^7.9,18.

• Cambios morfológicos o estructurales: crecimiento de nuevos terminales, crecimiento de botones sinápticos, crecimiento de espinas dendríticas, crecimiento de áreas sinápticas funcionales y estrechamiento del espacio sináptico. La mayoría de estos cambios requiere material macromolecular disponible a partir de precursores preformados existentes o de macromoléculas recientemente sintetizadas.
• Cambios moleculares: cambios conformacionales en moléculas de membrana ya existentes, alteraciones químicas de moléculas de membrana ya sea por fosforilacion, metilación o acetilación, cambios conformacionales de proteínas receptoras, desenmascaramiento de receptores inactivos y aumento de los sitios de enlace para moléculas transientes.
• Cambios neuroquímicos: la eficacia sináptica puede aumentar también por alteraciones en la síntesis y liberación de neurotransmisores. La descarga neuronal intensa y de larga duración puede agotar los depósitos de neurotransmisor, llevando primero a una disminución de la eficiencia y luego a un aumento en la velocidad de síntesis, aumentando la disponibilidad del neurotransmisor.

 NEUROGÉNESIS Y MEMORIA

Hasta recientemente los científicos creían que el tejido cerebral de los mamíferos adultos carecía de la capacidad de generar nuevas neuronas. Sin embargo, en noviembre de 1998, Peter Eriksson y colaboradores²² publicaron la sorprendente noticia de que el cerebro humano maduro continua generando neuronas por lo menos en un lugar, el hipocampo, área importante para el aprendizaje y la memoria. Se está muy lejos de saber cómo se almacenan los recuerdos, pero la coincidencia de  que un área implicada en la formación de la memoria tenga, además, capacidad neurogénica plantea posibilidades realmente excitantes. La neurogénesis hipocampal ocurre en una región basal llamada el giro dentado²³. Allí hay células precursoras o troncales que se dividen y dan lugar a células que migran hacia el hipocampo y se diferencian en neuronas, estableciendo conexiones con otras neuronas. De esta forma se producen algunos miles de nuevas neuronas todos los días, aunque una buena parte de ellas mueren en cuestión de semanas. Se sabe que un comportamiento inquisitivo y la exploración de medios ricos en estímulos aumentan la neurogénesis y la supervivencia de las nuevas neuronas,  mientras que el estrés o la ausencia de estímulos la disminuyen²⁴.

 MODULACIÓN EMOCIONAL DE LA MEMORIA

Gran parte de la información que recibe nuestro cerebro podría ser considerada irrelevante. Salvo escasas excepciones, la mayoría de nosotros contamos con una memoria selectiva. Entre los principales factores que influyen sobre la selección de la información que va a quedar almacenada en una memoria permanente se debe destacar la reacción emocional suscitada por la experiencia vivida. El contenido emocional de un evento es capaz de potenciar la formación de una memoria duradera acerca de la información relacionada a dicho evento. Las emociones pueden potenciar la memoria. Si bien tanto las emociones positivas como las negativas pueden facilitar el establecimiento de memorias duraderas, las memorias relacionadas con emociones negativas o traumáticas se adquieren más fácilmente y son particularmente resistentes a la extinción²⁵.

El proceso de modulación de la memoria por los estados emocionales tiene claras ventajas adaptativas. Ante la inmensidad de información disponible en nuestro entorno, es importante para nuestro cerebro decidir que información puede ser relevante y, en consecuencia, que sea conveniente memorizar para poder ser utilizada en el futuro. A nivel central, el sistema límbico ha sido implicado clásicamente en el procesamiento de las emociones. Entre las estructuras límbicas que han sido relacionadas de un modo particular en el procesamiento emocional de la memoria podemos destacar la amígdala²⁵, considerada fundamental en el aprendizaje emocional. También lo es en la manifestación de las alteraciones conductuales y los cambios del funcionamiento del hipocampo provocados por el estrés²⁶.

El estrés es un factor biológico significativo que, por alterar las propiedades celulares del cerebro, puede afectar procesos cognitivos como el aprendizaje y la memoria y, consecuentemente, limitar la calidad de vida de las personas. Los efectos del estrés sobre el aprendizaje y la memoria varían según su magnitud y duración. Un nivel moderado de estrés produce cambios en ciertos sistemas neuroquímicos (catecolaminas, opiáceos, glucocorticoides) que podrían incluso facilitar el aprendizaje. A medida que aumenta el estrés, en duración y/o intensidad, se observan varios cambios transitorios y también permanentes en el hipocampo, que incluyen modificaciones en la plasticidad sináptica, cambios morfológicos, supresión de la neurogénesis adulta y daño neuronal²⁶. Estos cambios asociados al estrés, en el cerebro, pueden influir potencialmente en los procesos de aprendizaje y memoria. Anatómicamente, la amígdala está conectada tanto directa como indirectamente a varias regiones del hipocampo, proporcionando varias vías por las cuales puede influir en el funcionamiento hipocampal. Más aún, la total expresión de los efectos deletéreos del estrés sobre el hipocampo requiere la activación simultánea de la amígdala²⁶.

Uno de los aportes más importantes de la investigación neuropsicológica con respecto a las emociones es que las estructuras del cerebro emocional (hipocampo y amígdala) están conectadas directamente con la corteza frontal y que estas conexiones pueden ser dañadas por la tensión y el miedo²⁷. Estos aspectos son fundamentales para entender el rol de las emociones en el aprendizaje y el porqué la tensión y el miedo pueden afectar la capacidad de atención y aprendizaje en el aula y por ende el rendimiento académico. De aquí se desprende la importancia de crear ambientes adecuados para el aprendizaje.

En consecuencia, nuestras funciones cognitivas, sensoperceptivas y psicomotoras no actúan por si solas, sino que se ven permanentemente mediadas por el sistema límbico y las áreas corticales de asociación emocional. Por tanto, potenciar el aprendizaje de una persona puede tener que ver en gran medida con la forma como esta construye o da significado emocional a la experiencia que esta teniendo. Las interacciones de las estructuras de la emoción con las estructuras cognitivas nos ayudan a comprender procesos como la motivación, el razonamiento y la memoria. Según Zull¹⁶, la emoción parece ser el mortero que mantiene las cosas unidas.

 LA CONEXIÓN ENTRE EL APRENDIZAJE Y LAS ESTRUCTURAS CEREBRALES

En Biología, la forma en que las cosas funcionan depende de su estructura física. Cualquier función encontrada en un organismo vivo debe depender de alguna estructura ubicada en alguna parte de ese organismo, así la digestión depende del intestino y la respiración de los pulmones. Por lo tanto, si la función que nos interesa es el aprendizaje, la estructura que la produce es el cerebro. El aprendizaje en si ocurre merced a la utilización de una serie de áreas localizadas en la corteza cerebral que es la capa de tejido que cubre el cerebro como la corteza de un árbol. Las funciones de las áreas corticales pueden resumirse en tres: sensoriales, integrativas y motoras¹⁶.

• La función sensorial se refiere a la recepción de señales desde el mundo exterior. Esas señales son recogidas por los órganos de los sentidos: ojos, oídos, boca y nariz y son enviadas a regiones especiales del cerebro en forma de pulsos eléctricos sin ningún significado.
• La función integrativa permite que todas esas señales individuales que vienen de los órganos de los sentidos sean sumadas y reconocidas. Los pequeños impulsos se fusionan en patrones mayores que adquieren significado como imágenes o lenguaje. En el cerebro humano esos significados son integrados en nuevas formas que pueden llegar a ser ideas, pensamientos y planes de acción.
• La función motora es la ejecución de esos planes e ideas por el cuerpo. Las señales motoras son enviadas a los músculos que se contraen o relajan en forma coordinada para generar movimientos sofisticados, incluyendo escribir o hablar.

                                                                       SENTIR ----> INTEGRAR ----> ACTUAR

 Los impulsos sensoriales pueden venir del mundo exterior o desde nuestro propio cuerpo, pero una vez que esas señales han entrado a la parte sensorial de la corteza cerebral fluyen primero hacia la parte integrativa del cerebro mas cercana a la parte sensorial, luego a la parte integrativa mas cercana al cerebro motor y, finalmente, al cerebro motor mismo. Una vez que la acción se ha iniciado, es detectada por el cerebro sensorial, de modo que la respuesta motora se convierte en un nuevo impulso sensorial. En 1955, John Pfeiffer¹⁹ escribía: "nada dijimos aun de lo que ocurre entre la sensación y la acción, entre las células sensoriales y las motoras. Una de las cosas que acontecen es que aprendemos y, según las escasas pruebas disponibles, el proceso puede desarrollarse así: la mayor parte del aprendizaje es el resultado de la repetición, de la experiencia reiterada una y otra vez. En otras palabras, es una suerte de ejercicio y el cerebro es algo que tiende a mejorar con el uso".

 EL CEREBRO DIVIDIDO

El cerebro es en realidad un órgano doble que consta de dos hemisferios, derecho e izquierdo, conectados por un istmo de tejido nervioso llamado el cuerpo calloso.  Ya en los años 30 se había observado que la sección quirúrgica del cuerpo calloso en humanos no provocaba cambios aparentes en la función cerebral evaluada por diferentes ensayos conductuales¹³. Esto llevó a que Karl Lashley sugiriera, medio en broma, que "quizás la única función del cuerpo callosos fuera impedir que los dos hemisferios flotaran por separado en el líquido cefaloraquídeo"^13.

A mediados de la década de los 50, Roger Sperry y colaboradores²⁸, en esa época en la Universidad de Chicago, hicieron un descubrimiento sorprendente: comprobaron que, al cortar la conexión entre las dos mitades del cerebro, cada hemisferio funcionaba independientemente como si fuera un cerebro completo. Trabajando con gatos, se seccionaron tanto el cuerpo calloso como el quiasma óptico, de modo que la información visual proveniente de cada ojo era enviada solamente al hemisferio de su propio lado. El animal aprendía a resolver un problema con un ojo; pero, cuando se le tapaba ese ojo y se le presentaba el mismo problema al otro ojo, no lo reconocía y tenía que aprender todo de nuevo con la otra mitad del cerebro. En otras palabras, cada hemisferio ignoraba lo que el otro había aprendido²⁸.  

En la década de los 60 los estudios se trasladaron a los humanos cuando un pequeño grupo de pacientes epilépticos fue sometido a sección quirúrgica del cuerpo calloso para aliviar la frecuencia y gravedad de los ataques²⁹. Sperry y colaboradores idearon y aplicaron una serie de tets psicológicos a estos pacientes. Uno de las observaciones más chocantes era que la operación no producía ningún cambio perceptible en el temperamento, personalidad o inteligencia general de los pacientes³⁰. Sin embargo, las observaciones más minuciosas demostraron algunos cambios en el comportamiento diario de los sujetos quienes, por ejemplo, al moverse y responder a estímulos sensoriales favorecían el lado derecho del cuerpo, que está controlado por la mitad dominante del cerebro, es decir la izquierda. En estudios más específicos, se proyectaron palabras al hemisferio derecho o al izquierdo, presentando los estímulos visuales al ojo izquierdo o al derecho, respectivamente. Los pacientes podían leer y comunicar verbalmente con facilidad las palabras proyectadas a su hemisferio derecho, pero eran incapaces de hacerlo cuando la información se dirigía al hemisferio derecho. Dado que en estos pacientes el cuerpo calloso esta cortado, la información que llega a un hemisferio no puede ser enviada al otro. En otras palabras, en estas condiciones, el hemisferio izquierdo no sabe lo que hace la mano izquierda.

Los hallazgos de Sperry, que le valieron obtener el premio Nobel en 1981, no solo confirmaron los resultados de las investigaciones en animales, sino que pusieron de manifiesto, en forma espectacular, que los pacientes solo podían describir verbalmente los procesos que tenían lugar en el hemisferio izquierdo. En la mayoría de las personas, el hemisferio izquierdo (el cerebro lógico)³¹ posee mecanismos que controlan el habla, el lenguaje, la facultad de nombrar las cosas y la de escribir, mientras que el derecho es "mudo".  En realidad el hemisferio derecho (el cerebro artístico) parece ser mejor en el procesamiento de la información visuo-espacial, las facultades musicales y el pensamiento abstracto. El concepto original de dominancia cerebral del hemisferio derecho sobre el izquierdo ha evolucionado de modo que en la actualidad se habla más bien de especialización hemisférica, llevando a los investigadores al llamado modelo modular del cerebro³². Para el tema que nos preocupa, el aprendizaje, lo importante es que cada hemisferio puede procesar y almacenar información por si mismo, sin necesitar la participación del otro. Es como si tuviéramos dos cerebros en el mismo cráneo.

 

EL CICLO DEL APRENDIZAJE

El concepto de ciclo del aprendizaje, elaborado por David Kolb³³, es una descripción muy cercana a como trabaja el cerebro durante el proceso de aprendizaje. El ciclo esta basado en la propuesta de que el aprendizaje se origina a partir de una experiencia concreta, de aquí el término "aprendizaje experiencial". Pero la experiencia no lo es todo. En efecto, es solo el comienzo. El aprendizaje depende de la experiencia, pero también requiere reflexión, desarrollo de abstracciones y experimentación activa de nuestras abstracciones. La experiencia concreta proviene de la corteza cerebral, la observación reflexiva incluye la parte posterior de la corteza integrativa, la creación de nuevas hipótesis abstractas ocurre en la corteza integrativa frontal y la experimentación activa involucra a la corteza motora. En consecuencia, el ciclo del aprendizaje surge naturalmente desde la estructura del cerebro³⁴.

 

 

 

 

 

Principales partes cognitivas del cerebro humano	Funciones asociadas del cerebro humano	Etapas del ciclo de aprendizaje de Kolb
Corteza sensorial y  postsensorial Corteza integrativa temporal posterior Corteza integrativa frontal Corteza premotora y motora	Obtener información Integrar y dar significado a la información Crear nuevas ideas de ese significado Actuar sobre esas nuevas ideas	Experiencia concreta Observación reflexiva Hipótesis abstracta Experimentación activa

 

Tabla 1. Resumen de las 4 partes principales del cerebro humano, sus funciones asociadas y su relación  con las 4 etapas del ciclo de aprendizaje de Kolb.

 

Es obvio, entonces, que el aprendizaje comienza a través de una experiencia sensorial o, dicho de otra manera, toda experiencia sensorial genera un aprendizaje. Esto puede constituirse en una trampa para el profesor, ya que todo lo que él haga puede producir aprendizaje, porque constituye una experiencia sensorial. Hay situaciones en que, como profesores,  quedamos con la impresión que nuestra enseñanza se desperdició porque los estudiantes no aprendieron lo que nosotros esperábamos que aprendieran. Pero, realmente ellos tuvieron una experiencia sensorial y sus cerebros procesaron esa experiencia llevándolos a actuar en consecuencia, es decir, aprendieron que no necesitaban lo que pretendíamos enseñarles. La conclusión es que no se puede separar la enseñanza del aprendizaje.

Las neurociencias nos han entregado dos claves que conducen a cambios en las redes neuronales que facilitarían el proceso de aprendizaje: la primera de ellas es simplemente practicar, practicar y practicar, es decir hacer trabajar el cerebro. Las neuronas que descargan durante más tiempo tienden a formar más conexiones y estrechar las nuevas conexiones. Por otra parte, si el estímulo deja de tener importancia, las neuronas tienen la capacidad de dejar de descargar (habituación). La otra clave que ayuda a las redes neuronales a ser más fuertes, más grandes y más complejas es la emoción. Estos cambios en las redes neuronales pueden ser generados también farmacológicamente, estimulando la liberación o inhibiendo la recaptación de ciertos mediadores químicos de la emoción, como noradrenalina, serotonina o dopamina, tal como lo hacen la mayoría de los fármacos antidepresivos³⁵.

En los últimos años ha habido un creciente interés en establecer un puente entre las neurociencias y la educación. La información acerca de cómo está constituido anatómica y funcionalmente el cerebro humano es la base fundamental para abordar temas de mayor complejidad, como el aprendizaje, la memoria o la emocionalidad. Los aportes de la psicología, que considera aspectos tales como las atribuciones, los valores, las expectativas y las creencias, son incompletos si se deja de lado la base neurobiológica que les da sustrato. Efectivamente cada individuo procesa la información en forma correcta o sesgada de acuerdo a sus atribuciones, valores, expectativas o creencias, aunque condicionado por su particular neurobiología con variantes motivacionales o emocionales, por su personalidad, por su biografía y por la influencia de su entorno social o familiar.

Concluyendo, la comprensión de cómo aprende el cerebro puede ayudarnos a responder el eterno cuestionamiento acerca de cómo y qué hacer para aprender mejor y, por consiguiente, cómo y qué hacer para enseñar mejor³⁶. El educador debería, en consecuencia, abordar su tarea desde la doble perspectiva psicológica y biológica. Puede ser que la aproximación neurocientífica no solucione todos los problemas educativos, pero podría favorecer la búsqueda de nuevas estrategias para mejorar los procesos de aprendizaje durante toda la vida. Quizás sea el momento para reflexionar acerca de si nuestras prácticas docentes, modelos educativos o estilos de enseñanza están de acuerdo con el funcionamiento del cerebro en el momento de aprender y con los estilos de aprendizaje de nuestros estudiantes. Como dice Zull¹⁶: "El cerebro humano es el órgano del aprendizaje. Lo que hace es aprender. La principal tarea del profesor es ayudar al aprendiz a encontrar conexiones. Una vez que el estudiante encuentra (en nuestra enseñanza) cosas que conectan con su vida, sus emociones, sus experiencias o su entendimiento, el aprenderá. Su cerebro cambiará".                

      

BIBLIOGRAFÍA           

1. Flórez J, Troncoso MV. Síndrome de Down y Educación. Editorial Masson S.A. y Fund. Síndrome de Down de Cantabria, Barcelona 1991.
2. Squire LR. The neurobiology of learning and memory. Science 1986; 233: 941-947.
3. Ewert JP. Neuroethology, New York, Springer Verlag, 1985.
4. Kandel ER, Schwartz JH, Jessel TM. Neurociencia y conducta. Prentice Hall, Madrid, 1997.
5. Rescorla RA. Behavioral studies of Pavlovian conditioning. Annual Review of Neurociences 1988; 11:329-352.
6. Mora S. Fisiologia do aprendizado e memoria. En: Tratado de Fisiologia Aplicada a Fisioterapia. Douglas CR, Fabichak CA (eds). Sao Paulo (Brasil): Editorial Robe, 2002.
7. Matthies, H. Plasticity in the nervous system. An approach to memory research. En: Neuronal Plasticity and memory formation, Marsan CA, Matthies H (eds.). New York, Raven Press, 1982.
8. Alpern HP, Jackson SJ. Stimulant and depressants: Drug effects on memory. In Psychopharmacology: A generation of progress, Lipton MA, DiMascio A, Killam KF, Raven Press, New York, 1978.
9. Hubbard JI. The Biological Basis of Mental Activity. London: Addison-Wesley Publishing Co., 1975.
10. Squire LR. Memory and brain, New York, Oxford University Press, 1987.
11. Kandel ER, Hawkins RD. Bases biológicas del aprendizaje y la individualidad. Investigación y Ciencia 1992; 194: 49-57.
12. Tulving E. Episodic and semantic memory. In: Organization of memory, Tulving E, Donaldson W (eds.). New York, Academic Press, 1972.
13.  Rosenzmeig MR, Leiman AL, Breedlove SM (eds). Psicología Biológica. Editorial Ariel S.A., Barcelona, 2001.
14.  Mora S. Fisiopatología del aprendizaje y la memoria. En: Fisiopatología del Sistema Nervioso. Motles E, Gómez A (eds.). Publicaciones Técnicas Mediterráneo, Santiago, 1993.
15.  Rosenzmeig MR, Bennett EL, Diamond MC. Cambios en el cerebro como consecuencia de la experiencia. En Psicología Fisiológica, H. Blume Ediciones, Madrid, 1979.
16. Zull JE. The Art of Changing the Brain. Sterling: Stylus Publishing LLC, 2002.
17. Edelman G. Consciousness: the remembered present. Annals New York Academy of Sciences 2001; 929: 111-122.
18. Mora S. Fisiología das funçoes plásticas do sistema nervoso central.  En: Tratado de Fisiología Aplicada as Ciencias da Saúde. Douglas CR, ed. Sao Paulo (Brasil): Editorial Robe, 1994.
19. Pfeiffer J. El cerebro humano. Buenos Aires: Editorial Hobbs-Sudamericana S.A., 1955.
20. Andersen P, Soleng AF. Long term potentiation and spatial training are both associated with the generation of new excitatory sinapsis. Brain Research Reviews 1998; 26: 353-359.
21. Hebb DO. The organization of behavior New York: Wiley, 1949
22. Eriksson PS, Perfilieva E, Björk-Eriksson T, Alborn AM, Nordborg C, Peterson DA, Gage FH. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nature Medicine  1998; 4: 1207.
23. Kemperman G, Cage FH. Novos neuronios no cerebro adulto. Scientific American (Brasil) 2007; 23: 92-98.
24. Gould E, Beylin A, Tanapat P, Reeves A, Shors TJ. Learning enhances adult neurogenesis in the hippocampal formation. Nature Neuroscience 1999; 2: 260-265.
25. Sandi C, Venero C, Cordero MI. Estrés, memoria y trastornos asociados. Barcelona: Editorial Ariel S.A., 2001.
26. Kim JJ, Diamond DM. The stressed hippocampus, synaptic plasticity and lost memories. Nature Reviews Neuroscience 2002; 3: 453-462.
27. LeDoux JE. Emoçao, Memória e o Cérebro. Scientific American (Brasil) 2007; 23: 66-75.
28. Sperry RW, Stamm J, Milner N. Relearning tests for interocular transfer following division of optic chiasma and corpus callosum in cats. Journal of Comparative and Physiological Psychology 1956; 49:529-533.
29. Bogen JE, Schultz DH, Vogel. Completeness of callostomy shown by magnetic resonance imaging in the long term. Archives of Neurology 1988; 45:1203-1205.
30.  Gazzaniga MS. El cerebro dividido en el hombre. En En Psicología Fisiológica, H. Blume Ediciones, Madrid, 1979.
31. Rayner C. La mente humana. Hyspamerica Ediciones Argentina S.A., Buenos Aires, 1986.
32.  Gazzaniga MS. O cerebro dividido revisitado. Scientific American (Brasil) 2007; 23: 29 33.
33. Kolb AY, Kolb DA. Learning Styles and learning spaces: Enhancing Experiential Learning in Higher Education. Academy of Management Learning & Education 2005; 4: 193-212.
34. Kolb AY, Kolb DA. The Kolb Learning Style Inventory-Version 3.1 2005. Technical Specifications. HayGroup, 2005.
35. Leonard BE. Fundamentals of Psychopharmacology. John Wiley and Sons, New York, 1993.
36. Moreno Paniagua A. La comprensión del cerebro. Hacia una nueva ciencia del aprendizaje. México: Ed. Santillana, 2003.

 

"I never teach my students. I only provide the conditions in which they can learn".  

                                                                                                   Albert Einstein.

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