Neuroplasticidad y aprendizaje.

 

 

No se puede aprender algo sin almacenarlo en alguna forma de memoria para uso futuro. Desde la neurociencia sabemos que los recuerdos están codificados por cambios físicos en el cerebro. En otras palabras, su cerebro cambia físicamente cada vez que aprende algo, y su cerebro continúa moldeado por la experiencia y el aprendizaje a lo largo de su vida.

Comencemos con un argumento lógico simple, para disipar los mitos y mostrar que lógicamente, por supuesto, su cerebro está cambiando con el aprendizaje:

El aprendizaje y la memoria están estrechamente vinculados. No se puede aprender algo sin almacenarlo de alguna forma en la memoria para usarlo en el futuro, ya sea para recordarlo como nuevo conocimiento o para mejorar ciertas habilidades adquiridas. Desde la neurociencia, sabemos que los recuerdos están codificados por cambios físicos en el cerebro (aunque todavía debatimos exactamente qué es lo que cambia y cómo). Por lo tanto, su cerebro cambia físicamente cada vez que se aprende algo, por lo que sus experiencias y aprendizaje a lo largo de toda la vida cambian y moldean su cerebro.

Existe un mito cerebral común o percepción popular de que el cerebro se desarrolla completamente en algún momento de la primera infancia,  y que los cambios adicionales en el cerebro con el desarrollo en la infancia y la adolescencia están de alguna manera determinados biológicamente, lo que lleva a un estado completamente desarrollado. en la edad adulta.

En realidad, la forma en que se desarrolla su cerebro está determinada tanto por su genética, el ambiente, los nuevos aprendizajes y las experiencias. Biológico no significa predeterminado. Su cerebro está moldeado por sus experiencias y nunca deja de cambiar, sino que continúa transformándose producto del aprendizaje a lo largo de la vida.

Algo de historia de la neurociencia: la estructura del cerebro y el origen de los mitos.

A finales del siglo XIX, el biólogo Ramón y Cajal propuso la teoría neuronal del cerebro, según la cual el cerebro está compuesto por células discretas pero interconectadas, similares a las células que forman el resto del cuerpo. Fue ridiculizado por sus contemporáneos que creían que el cerebro estaba hecho de un tipo de materia completamente diferente al resto del cuerpo, pero investigaciones posteriores confirmaron las teorías de Cajal y en 1906 recibió el Premio Nobel por su teoría neuronal.

El cerebro, por supuesto, está formado por células conocidas como neuronas que están densamente interconectadas a través de enlaces llamados sinapsis. La mayoría de las neuronas del cerebro se encuentran en la capa superficial exterior que tiene solo unos pocos milímetros de espesor, conocida como materia gris o corteza. La capa superficial muy plegada del cerebro, que le da al cerebro su aspecto irregular característico, maximiza la cantidad de materia gris y, por lo tanto, la cantidad de neuronas que se pueden empaquetar en el cerebro para que quepan dentro de un cráneo relativamente pequeño.

Dibujos a mano exquisitamente detallados de Ramón y Cajal (1899)  muestran las principales células del cerebro (neuronas) y sus extensas interconexiones (vía sinapsis) en la capa superficial (materia gris) que constituye la verdadera estructura del cerebro. .

Una cosa en la que Ramón y Cajal se equivocó drásticamente, sin embargo, fue su afirmación de que: “En los adultos los caminos nerviosos son algo fijo, terminado, inmutable. Todo puede morir, nada puede regenerarse”. En parte tenía razón, en que las neuronas nunca se repararán o regenerarán cuando se dañen. Las áreas dañadas del cerebro o las células dañadas en una médula espinal rota, por ejemplo, nunca sanarán al volver a crecer o regenerar nuevas células.

Sin embargo, esto ha llevado al mito de que el cerebro llega a algún punto en la edad adulta temprana después del cual nunca cambia, excepto para ir cuesta abajo a medida que envejecemos. El cerebro nunca está “fijo, terminado e inmutable”, sino que continúa cambiando con el aprendizaje durante toda la vida. Lo hace principalmente cambiando el cableado o las interconexiones entre neuronas.

En un estudio peculiar, los taxistas de Londres muestran que los seres humanos tienen una capacidad notable para adquirir y utilizar conocimientos para navegar por su compleja ciudad sin un mapa. Este cableado se refleja en su hipocampo ³ particularmente grande.

La importancia de las conexiones cerebrales: sinaptogénesis

Es la vasta red de interconexiones entre las neuronas del cerebro, a través de enlaces conocidos como sinapsis, lo que le da al cerebro su inmenso poder computacional. Si bien el cerebro contiene una enorme cantidad de neuronas, alrededor de 100 mil millones, cada una de esas neuronas puede estar conectada a muchos miles de otras neuronas, lo que proporciona aproximadamente 150 billones de conexiones o sinapsis en el cerebro.

La gran mayoría de nuestras neuronas se encuentran en la capa superficial de materia gris de nuestro cerebro. La cantidad de neuronas que tenemos no cambian con el aprendizaje o la experiencia de vida.

Sin embargo, las conexiones entre las neuronas, a través de las sinapsis, cambian constantemente a lo largo de toda nuestra vida y son predominantemente responsables del aprendizaje y la memoria en el cerebro. Estos cambios en las conexiones implican formar nuevas conexiones, conocidas como sinaptogénesis, o fortalecer las conexiones existentes, conocidas como potenciación a largo plazo (LTP).

Gran parte de lo que sabemos sobre la sinaptogénesis proviene de estudios de animales criados en entornos altamente estimulantes (similares al entorno natural de una rata) en comparación con aquellos criados en entornos desfavorecidos. Un destacado neurocientífico de la década de 1940, Donald Hebb, mostró por primera vez cómo las ratas criadas como mascotas se desempeñaban mejor en muchas tareas cognitivas que las ratas criadas en jaulas de laboratorio. Cuando se proporcionó a las ratas oportunidades adecuadas para la estimulación física, social y sensorial, se pueden formar interconexiones más extensas entre sus neuronas, con un mayor número de sinapsis ⁵.

Suponemos que los mismos procesos son importantes en el cerebro humano, pero tienen poca evidencia directa. Los estudios realizados con niños de situaciones de extrema pobreza en orfanatos rumanos de la década de 1980 muestran retrasos persistentes en el desarrollo cognitivo, del lenguaje y social, por lo que sabemos que la privación severa es perjudicial ⁶. Curiosamente, una investigación reciente sobre el cerebro de Albert Einstein ha sugerido que tenía un cerebro más conectado, con conexiones neuronales más densas entre los hemisferios izquierdo y derecho de su cerebro, lo que presumiblemente permitía una comunicación cerebral más eficiente ⁷.

Donald Hebb describió un proceso importante para el aprendizaje en el cerebro, conocido como aprendizaje hebbiano (1949), resumido por la frase, "las neuronas que se disparan juntas conectan ⁸". En pocas palabras, cuando dos o más neuronas responden, con el tiempo (es decir, a partir de algún pensamiento, acción o evento en el entorno) se fortalece la conexión o sinapsis entre ellos, lo que lleva a una asociación más fuerte. Esto significa que si se encuentra alguna situación (o pensamiento o acción) en el futuro que provoque la respuesta de una de esas neuronas, ahora será más probable que desencadene una respuesta en las otras neuronas conectadas, recordando y reforzando aún más esa asociación.

De esta manera, gran parte del aprendizaje en el cerebro implica cambiar las conexiones entre neuronas, reforzando particularmente esas vías o circuitos de neuronas interconectadas que se usan con frecuencia y se activan juntas.

El debate sobre nuevas neuronas: neurogénesis

La gran mayoría de nuestro cerebro contiene solo neuronas que han estado presentes desde nuestro nacimiento; sin embargo, un área pequeña pero muy importante de nuestro cerebro continúa desarrollando nuevas neuronas durante toda nuestra vida, a través de un proceso conocido como neurogénesis. Esta área se llama hipocampo y se sabe que juega un papel crucial en la memoria y el aprendizaje.

Solo en la última década los investigadores han demostrado que nacen nuevas neuronas en el hipocampo del cerebro humano a lo largo de la vida. En el estudio más concluyente, los investigadores utilizaron una técnica de datación por carbono para determinar con precisión la edad de las células individuales dentro del hipocampo. Estimaron que alrededor de 700 nuevas neuronas se agregan a cada hipocampo (izquierda y derecha) todos los días, y para cuando tengamos 60 años, aproximadamente un tercio de las neuronas de nuestro hipocampo serán nuevas neuronas formadas por neurogénesis después del nacimiento ⁹.

Esto ha causado mucha expectación y es un tema actualmente de vanguardia en  investigaciones de neurociencia, pero todavía hay mucho que desconocemos. Por ejemplo, la investigación solo indica el papel potencial de las nuevas neuronas en el hipocampo en el aprendizaje o la memoria ¹⁰ .

Sabemos que el hipocampo en general es crucial para crear nuevos recuerdos, porque las personas con daño en el hipocampo sufren amnesia severa y no pueden recordar nada después del momento del daño. También sabemos que el hipocampo juega un papel en la navegación espacial, o nuestra capacidad para recordar y "sentir" nuestro camino en un lugar familiar, un descubrimiento que llevó a la concesión del Premio Nobel en 2014 ¹¹ (consulte https: // www .news-medical.net / health / Hippocampus-Functions.aspx ).

Sabemos muchas cosas que pueden impulsar la neurogénesis, como el ejercicio, la dieta, la reducción del estrés y el aprendizaje. En la actualidad, hay muchos libros, sitios de Internet y divulgaciones que aconsejan cómo mejorar la neurogénesis y, por lo tanto, "estimular su cerebro". Sin embargo, en realidad no sabemos si dirigirse específicamente a la neurogénesis es necesario o incluso beneficioso para la cognición, la memoria o el aprendizaje, por lo que no hay suficiente evidencia para afirmar que cualquiera de estas cosas en realidad "estimulará su cerebro".

Lo que sabemos es que el hipocampo continúa desarrollando nuevas neuronas a lo largo de la vida y que es crucial para el aprendizaje y la memoria. Pero, ¿estimular y mejorar el crecimiento de nuevas neuronas en el hipocampo lo hará más inteligente? Eso es para que la investigación futura lo diga.

Neuroplasticidad en acción

El cerebro tiene una capacidad increíble para reorganizarse mediante el recableado, la alteración y el fortalecimiento de las conexiones y vías que se utilizan con frecuencia. Tal como describió Donald Hebb, esas vías de neuronas interconectadas que se entrenan o usan con frecuencia, que se activan juntas, fortalecen sus autopistas y, por lo tanto, se conectan mejor entre sí.

La mayor parte de la investigación sobre cambios cerebrales a gran escala con Neuroplasticidad se centra en cómo el cerebro se recupera o se reorganiza después de un daño o lesión. Por ejemplo, las partes de nuestro cerebro que controlan los movimientos de nuestro cuerpo y nuestro sentido del tacto tienen una especie de mapa del cuerpo, conocido como homúnculo, de modo que las neuronas en un área en particular se conectan con los músculos en una parte específica del cuerpo. Si alguien tiene daño en esta área motora de su cerebro, por ejemplo, causado por un derrame cerebral o un bloqueo del suministro de sangre, entonces tendrá una debilidad severa con los movimientos de la parte de su cuerpo correspondiente a la parte de su cerebro que está dañada.

Como sabemos, las neuronas dañadas no se curan ni se regeneran y nunca crecen nuevas neuronas en esta parte del cerebro, pero no obstante, las personas pueden recuperar el control de sus movimientos. Con la rehabilitación y el entrenamiento repetido de los movimientos débiles, las áreas no dañadas del cerebro pueden reasignar sus conexiones para asumir la función de las áreas dañadas. Esta es la base de la fisioterapia para la rehabilitación del movimiento, creando y fortaleciendo nuevas vías a medida que el cerebro vuelve a aprender a controlar el movimiento a través de nuevas conexiones.

Por ejemplo, un estudio interesante mostró que las personas que tocan instrumentos de cuerda en realidad tienen una región más grande del área sensorial de su cerebro dedicada a la sensación táctil de su mano izquierda en comparación con su mano derecha o en comparación con las personas que no tocan instrumentos de cuerda ¹². Parece que su práctica extensa con movimientos de los dedos en las cuerdas con la mano izquierda moldea su cerebro, creando y fortaleciendo conexiones, de modo que una mayor parte del área sensorial de su área cerebral está conectada a su mano izquierda.

En otro estudio, cuando a un grupo de adultos jóvenes se les enseñó a hacer malabarismos y practicó durante tres meses, una parte particular de la materia gris de su cerebro aumentó de tamaño, en un área importante para la percepción de objetos en movimiento. Cuando dejaron de hacer malabares y fueron examinados después de otros tres meses, esa área había vuelto a su tamaño original. Sabemos que no crecen nuevas neuronas en esa parte del cerebro, por lo que el aumento de tamaño no se debe al crecimiento de nuevas neuronas en el cerebro. Un estudio posterior mostró que las conexiones con la materia gris del cerebro cambiaron a medida que las personas aprendieron a hacer malabares, lo que sugiere que la práctica y el uso de la habilidad mejoran las conexiones cerebrales.

Por lo tanto, el cerebro tiene un enorme potencial para adaptarse y cambiar al alterar y fortalecer las conexiones mediante el uso y la experiencia. El uso de vías cerebrales particulares fortalece esas vías. Se cree que esta es la principal forma en que el cerebro aprende, adaptando y cambiando las conexiones con la experiencia.

La historia del cerebro de Einstein

Cuando Albert Einstein murió en 1955, su cerebro fue extraído durante la autopsia, fotografiado y luego diseccionado en muchas partes y preservado. Hay una larga historia sobre lo que sucedió con esas partes preservadas y muchas secciones aún no se tienen en cuenta; sin embargo, en 2010 una colección de fotografías originales fueron descubiertas y adquiridas por el Museo Nacional de Salud y Medicina, Washington, DC, EE. UU.

 Una fotografía del cerebro de Albert Einstein tomada durante la autopsia en 1955. La colección de fotografías tomadas en ese momento se perdió durante muchos años, pero se recuperaron en 2010 y se han utilizado en investigaciones recientes para examinar qué tenía de especial la estructura de su cerebro.

Un estudio muy reciente ha utilizado esas fotografías originales para analizar la densidad de las conexiones neuronales entre los hemisferios izquierdo y derecho en el cerebro de Einstein, a través del cuerpo calloso. Los investigadores compararon el cuerpo calloso de Einstein de las fotografías con resonancias magnéticas de personas de la misma edad que Einstein cuando murió (76 años) y personas de la misma edad durante su llamado año milagroso en 1905, cuando publicó cuatro de sus innovadores estudios científicos. 

En general, los investigadores encontraron que el cuerpo calloso de Einstein era más grueso en la mayoría de las partes que los grupos de comparación de ancianos y jóvenes. Esto sugiere que Einstein tenía conexiones neuronales más extensas entre los hemisferios izquierdo y derecho de su cerebro. Los investigadores concluyeron que los dones intelectuales de Einstein pueden haber involucrado una comunicación más coordinada entre los dos hemisferios.

Implicaciones para la educación

Estos son los principios básicos en neurociencia para el cambio en el cerebro con el aprendizaje. Todavía hay una brecha enorme para explicar cómo se aplican estos principios a la situación mucho más compleja de las escuelas y la educación y el proceso de adquisición de conocimientos y habilidades como la lectura y las matemáticas. No obstante, estos principios básicos de las neuronas y las sinapsis, que cambian y fortalecen las conexiones, son la base de todo aprendizaje en el cerebro.

Algunas implicaciones inmediatas que se derivan de estos principios básicos son:

• El cerebro siempre tiene la capacidad de aprender y no está predeterminado por la biología. El cerebro continúa cambiando constantemente con el aprendizaje y la experiencia durante toda la vida y nunca se vuelve fijo e inmutable. Por lo tanto, la "inteligencia" de uno tiene que ver tanto con la conectividad del cerebro a partir del aprendizaje, no solo con su biología.
• El aprendizaje es esencialmente algo que el cerebro hace automáticamente. A medida que experimentamos diferentes situaciones en nuestra vida cotidiana, realizamos nuestras tareas cotidianas, encontramos problemas y encontramos soluciones, esas vías utilizadas en nuestro cerebro con mayor frecuencia fortalecen sus conexiones, formando hábitos, reforzando los recuerdos y mejorando las habilidades. Por supuesto, el aprendizaje también puede ser deliberado, cuando practicamos o entrenamos, pero los mismos principios de cambiar y fortalecer las conexiones se aplican siempre que se utilizan esos caminos.
• Se recomienda que el aprendizaje deliberado implique establecer y fortalecer conexiones entre conceptos asociados, en lugar de aprender de memoria hechos inconexos.

Referencias

1. Cajal, S. Estructura de los centros nerviosos de las aves. 1-10 (Jiménez y Molina, 1888).
2. Colucci-D'Amato, L., Bonavita, V. & di Porzio, U. El fin del dogma central de la neurobiología: células madre y neurogénesis en el SNC de adultos. Ciencias Neurológicas 27 , 266-270 (2006).
3. Maguire, E., Woollett, K. & Spiers, H. Conductores de taxi y de autobús de Londres: una resonancia magnética estructural y un análisis neuropsicológico. Hippocampus 16 , 1091-1101 (2006).
4. Cajal, S. Estudio comparativo de las áreas sensoriales de la corteza humana. (Universidad de Clark, 2013).
5. Hebb, D. Comité de Formación Profesional y de Posgrado. Psicólogo estadounidense 2 , 206-206 (1947).
6. Blakemore, S. y Frith, U. Learning Brain. 32-32 (Wiley, 2005).
7. Men, W. et al. El cuerpo calloso del cerebro de Albert Einstein: ¿otra pista de su alta inteligencia? Brain 137 , e268-e268 (2014).
8. Cajal, S. Estudio comparativo de las áreas sensoriales de la corteza humana. (Universidad de Clark, 1899).
9. Spalding, K. y col. Dinámica de la neurogénesis hipocampal en humanos adultos. Cell 153 , 1219-1227 (2013).
10. Lieberwirth, C., Pan, Y., Liu, Y., Zhang, Z. & Wang, Z. Neurogénesis adulta hipocampal: su regulación y papel potencial en el aprendizaje espacial y la memoria. Brain Research 1644 , 127-140 (2016).
11. Dr. Ananya Mandal, M. Funciones del hipocampo. News-Medical.net (2019). en <https://www.news-medical.net/health/Hippocampus-Functions.aspx>
12. Elbert, T., Pantev, C., Wienbruch, C., Rockstroh, B. & Taub, E. Aumento de la representación cortical de los dedos de la mano izquierda en los músicos de cuerda. Science 270 , 305 - 307 (1995).

Fuente: Ciencias del aprendizaje