Elementos neurobiológicos del aprendizaje para una filosofía educativa

Desde hacen varias décadas se vienen llevando a cabo diversos estudios con la finalidad de retomar los avances en el conocimiento del sistema nervioso y traducirlos al ámbito educativo. A partir del planteamiento de que, el conocimiento sobre la emergencia de los procesos cognitivos y emocionales durante el desarrollo, así como la posibilidad de influenciarlos a través de intervenciones específicas, podrían integrarse y aplicarse a los fenómenos de aprendizaje y enseñanza, se han exigido puentes entre lasa neurociencia y la educación. De acuerdo a Benarós S., et al.[1], el desarrollo humano y los procesos de aprendizaje son plausibles de ser estudiados considerando diferentes niveles de análisis, pudiendo establecerse al menos tres: el biológico, el cognitivo y el comportamental. A su vez, cada uno contendría subniveles. Por ejemplo, el nivel de análisis biológico incluiría a otros como el genético, el molecular, el celular, el de las conexiones entre células y el de los sistemas o redes neurales. Por su parte, el cognitivo y el comportamental incluirían los de la conducta individual, los comportamientos sociales en diferentes contextos de desarrollo, así como también en el nivel de la comunidad y la cultura. Si bien, para algunos este reto es estimulador para otros existen brechas epistemológicas, conceptuales y metodológicas entre la neurociencia y la educación infranqueables.

A pesar del rechazo entre unos y otros de los actores involucrados en tanto en la educación como en la investigación del sistema nervioso, la necesidad de establecer puentes es innegable. La neurociencia ha enfocado sus estudios hacia fenómenos en el nivel biológico y cognitivo. Durante la última década, ha incorporado diseños que combinan con el comportamental[2][3]. Aunque la neurociencia es una disciplina relativamente joven, ha puesto sobre la mesa información valiosa que permite dar pasos hacia la integración de investigaciones neuro-educativas. En este sentido, nuestro artículo retoma desde la perspectiva biológica tres temas fundamentales en la educación: la memoria, el aprendizaje y el conocimiento.

Ahora bien, en nuestro análisis partimos del hecho de que todas las funciones conductuales del cerebro, esto es: el procesamiento de la información sensitiva, la programación de las respuestas motoras y emocionales, la actividad vital de almacenar información (memoria), son desempeñadas por conjuntos específicos de neuronas conectadas entre sí[4]. Por lo que, toda conducta es el resultado de la función cerebral. Lo que conocemos comúnmente como mente es un conjunto de operaciones que el cerebro lleva a cabo. Las acciones del cerebro no sólo son el sustrato de conductas motoras relativamente simples como caminar o comer, sino de todas las acciones cognitivas que consideramos la quintaesencia de lo humano, como pensar, hablar o crear obras de arte[5], por lo que, al igual que los anteriores, el procesos de aprendizaje es indiscutiblemente una acción del cerebro.

Por muchas décadas los filósofos vieron con mal gusto la inclusión de elementos de las ciencias naturales en sus elaboraciones conceptuales. En estos momentos, la filosofía educativa no puede darse ese lujo. La educación moderna no se encuentra en las manos exclusivas del pedagogo, la intervención de los medios de comunicación masivos, la manipulación de la información por intereses exclusivamente políticos y económicos, entre otros, hace inminente que comprendamos cómo es que memorizamos, aprendemos y adquirimos conocimientos. Esto no quiere decir que adquiriremos la “VERDAD”, pero por lo menos sabremos que ocurre en nuestro cerebro cuando manejamos información.

En el lenguaje cotidiano, entendemos la memoria como la habilidad para recordar los trazos mentales de la experiencia, los eventos pasados y el aprendizaje de hechos. Esta visión común de la memoria se basa esencialmente en la adquisición consciente y el recuerdo de la información. Por lo que, llamamos memoria a la capacidad de retener información sobre uno mismo o sobre el propio medio ambiente. De igual forma, entendemos como memoria a la capacidad del individuo de utilizar informaciones de diferentes maneras y en diferentes períodos. Por tal motivo, podemos decir que la memoria se basa fundamentalmente en la asociación e integración de la información en y a través del espacio y el tiempo. Sin embargo, la ciencia cognitiva y la neuropsicología, han hecho imprescindible la ampliación de esta definición. La definición de memoria debe incluir todo el conocimiento que adquirimos, recuperamos y utilizamos sin estar conscientes de ello. Además, debe incluir las destrezas motoras así como el conocimiento perceptivo, donde la mayor parte se utiliza inconscientemente. Por lo que, la definición de memoria debe de incluir un enorme trasfondo de experiencia que el organismo ha almacenado a través de su vida en el sistema nervioso para adaptarse al medio, ya sea consciente o no[6].

Aprendizaje no percibido
Aprendizaje no percibido

Dependiendo de las características conductuales y las estructuras cerebrales implicadas, se han establecido tres sistemas de memoria: la memoria implícita, llamada también procedimental, es la información que nos permite ejercer hábitos cognitivos y motores; la memoria explicita, es el almacenamiento cerebral de hechos (semántica) y eventos (episódica), se expresa conscientemente y es fácil de declarar verbalmente o por escrito, lo que le ha valido el nombre de memoria declarativa; por último, la memoria de trabajo o cognición ejecutiva, consiste en la representación consciente y manipulación temporal de la información necesaria para realizar operaciones cognitivas complejas, como el aprendizaje,, la comprensión del lenguaje o el razonamiento[7].

Señas dactilologicas
Señas dactilologicas

Independientemente del tipo de memoria o de su contenido, se ha sugerido que por su duración existen al menos dos tipos: memoria corto plazo y de largo plazo. La distinción entre una y otra es muy sencilla; la primera puede durar unos cuantos minutos u horas y la segunda puede extenderse hasta semanas o años. A esta clasificación se le ha añadido el término “consolidación”. De acuerdo con esta idea, la información recientemente adquirida es frágil y susceptible de borrarse; sin embargo, la información se puede consolidar y convertirse en una memoria estable de largo plazo. Actualmente se reconoce que el almacenamiento de la información ocurre a través de cambios en la eficacia de la comunicación entre neuronas, y esto puede lograrse por medio de un incremento sostenido en la fuerza de la comunicación neuronal gracias a la actividad repetida y asociativa.

Ajedrez y cerebro
Ajedrez y cerebro

A nivel celular, la memoria se produce cuando ocurre un cambio en la estructura y en la función de la sinapsis (unión entre dos neuronas), esto es fortaleciendo o debilitando las conexiones preexistentes. La consolidación de la memoria se adquiere cuando las alteraciones funcionales requieren cambios anatómicos. Este tipo de memoria, llamada, memoria a largo plazo, persistirá mientras los cambios anatómicos se mantengan. Tanto en la memoria a corto plazo como en la memoria a largo plazo, el número de cambios en las conexiones sinápticas pueden ser lo suficientemente grandes como para reconfigurar un circuito neural. Podríamos decir, pues, que la memoria a corto plazo ocurre cuando se dan cambios funcionales en las sinapsis del circuito neural relevante, y la memoria a largo plazo se produce como consecuencia de los cambios estructúrales que perpetúa los cambios funcionales, lo que hace que la información retenida en las sinapsis neuronales se consolide. Por consiguiente, al producir cambios estructúrales profundos, el aprendizaje puede hacer que una sinapsis que está activa se inactive o una sinapsis que se encuentra inactiva se active. El aprendizaje proviene del fortalecimiento de las sinapsis[8].

Neuronas y sinapsis
Neuronas y sinapsis

Por ejemplo, el aprendizaje de una habilidad requiere esfuerzo y un estado consciente en un primer momento, pero la práctica conduciría progresivamente hacia su automatización por medio del desarrollo de patrones de movimientos cada vez más complejos que se realizan inconscientemente y sin esfuerzo. En este sentido, cualquiera que haya adquirido la habilidad de escribir a máquina podrá recordar que al principio necesitaba ser consciente de cómo sus dedo se dirigía hacía una tecla específica, pero con la práctica esos procesos conscientes desaparecieron de forma progresiva hasta que en la actualidad seguramente la velocidad le impide describir cómo teclea. Gran parte de nuestra actividad diaria, desde el hablar hasta conductas como conducir o escribir a máquina reflejan el aprendizaje de secuencias ordenadas de movimientos. Generalmente, estas conductas tienen en común una ejecución extremadamente fluida que, paradójicamente, no suele ir acompañada de la capacidad para expresar con palabras lo que hacemos. En estos ejemplos el aprendizaje se inicia conscientemente, sin embargo, la dificultad para verbalizar nuestra conducta en contextos como tocar un instrumento o ejercitarnos con destreza de algún deporte son ejemplos del carácter inconsciente de los procesos que controlan tales habilidades[9]. No toda la adquisición de comportamientos secuenciales proviene de un proceso de aprendizaje consciente que requiere esfuerzo. Puede decirse que el paradigma que cuenta con evidencias más claras de obtención de aprendizaje implícito (carácter inconsciente) es el aprendizaje de secuencias.

Correr en bicicleta
Correr en bicicleta

El aprendizaje y la memoria son procesos correlacionados. Desde el punto de vista procedimental, no se consigue separar el aprendizaje de la memoria, ni resulta posible realizar dicha distinción dentro del circuito neuronal. Podemos entender por aprendizaje el proceso gracias al cual se adquiere conocimientos. El aprendizaje es ante todo un proceso de adquisición originado por la experiencia. Pero, además, el cambio que produce la adquisición debe ser más o menos permanente; si no hay permanencia, no hay aprendizaje y la permanencia implica memoria. A nivel neuronal, el aprender significa producir una referencia básica a través de los patrones neuronales construidos e incorporados a lo largo de las diversas etapas comprendidas en la vida[10].

Al igual que con en el aprendizaje, la diferencia entre conocimiento y memoria es uno muy sutil. El neurocientífico Fuster[11] explica que, fenomenológicamente, conocimiento es la memoria de hechos y la relación entre estos hechos, los cuales al igual que la memoria se adquieren a través de la experiencia. Una distinción entre la memoria autobiográfica y el conocimiento reside simplemente en la presencia o ausencia de una limitación temporal, el contenido de la memoria tiene esta limitación mientras que el conocimiento no. La memoria nueva tiene fecha y se somete a un proceso de consolidación antes de ser almacenada permanentemente o convertirse en conocimiento. El conocimiento establecido es sin tiempo, aunque su adquisición y contenido pueda ser fechado. El conocimiento, para ser utilizado posteriormente, se ha de almacenar en el sistema cognitivo, donde cinco de sus funciones (percepción, memoria, atención, inteligencia y lenguaje) comparten el mismo sustrato celular así como sus conexiones neuronales.

símbolos numéricos
símbolos numéricos

La atención, el ensayo, la repetición y la práctica son operaciones cognitivas que trabajan sinérgicamente en la formación o en el fortalecimiento de sinapsis que conforman las redes de memoria de la corteza cerebral. La consolidación de la memoria consiste esencialmente en la modulación sináptica que se encuentra bajo la asistencia de estas operaciones cognitivas. Dentro del campo cognitivo se conoce este proceso como codificación de la memoria.

Práctica y memoria
Práctica y memoria

Al realizar tares cognitivas como son la comprensión, el aprendizaje y el razonamiento utilizamos el sistema neuronal que transitoriamente retiene y manipula la información. Este sistema, según Baddeley y Hiych[12], se denominado memoria de trabajo, también conocido como cognición ejecutiva, contiene varios componentes donde la función primordial es el almacenamiento pasivo de información mientras otros la procesan. De acuerdo a estos autores, al recibir un estímulo competente y éste ser percibido-atendido se transfiere al sistema de memoria de trabajo. Esto permite recordar la información y almacenarla a corto plazo, mientras, a su vez, se manipula la información necesaria para los procesos cognitivos de alta complejidad. En principio, la memoria de trabajo es un mecanismo de almacenamiento temporal que permite retener información, compararlos, contrastarlos, o en su lugar, relacionarlos entre sí afín de responder al estímulo.

Desde el nacimiento existe una rica estructura organizativa capaz de procesar información. De acuerdo a Etchepareborda MC y Abad-Mas L[13], la memoria es la capacidad de retener y de evocar eventos del pasado, mediante procesos neurobiológicos de almacenamiento y de recuperación de la información, básica en el aprendizaje y en el pensamiento. Según estos autores, en los primeros años de la vida, la memoria es de carácter sensitivo y guarda sensaciones o emociones. Más tarde aparece la memoria de las conductas: se ensayan movimientos, se repiten y, poco a poco, se van grabando. De esa forma, los niños van reteniendo y aprendiendo experiencias que permiten que progrese y se adapte al entorno. Según estos autores, finalmente se desarrolla la memoria del conocimiento, o capacidad de introducir datos, almacenarlos correctamente y evocarlos cuando sea oportuno. La memoria de trabajo, como proceso cognitivo central, sería la responsable del procesamiento activo de la información adquirida. Este sistema de memoria activa y apoya los procesos cognitivos humanos al proveer una interface entre la percepción, la memoria a corto plazo, la memoria a largo plazo y acciones dirigidas por metas.

Sísifo, por Franz von Stuck. Friedrich Gottlieb Welcker (1774-1868, sugirió que la leyenda es un símbolo de la vana lucha del hombre por alcanzar la sabiduría.
Sísifo, por Franz von Stuck. Friedrich Gottlieb Welcker (1774-1868, sugirió que la leyenda es un símbolo de la vana lucha del hombre por alcanzar la sabiduría.

De acuerdo a Milton J. Dehn[14], la memoria de trabajo es particularmente necesaria para el procesamiento cognitivo consiente, ya que permite la representación interna de la información afín de guiar la toma de decisiones y de llevar a cabo una acción determinada. Fundamentalmente, la memoria de trabajo es una de los principales procesos cognitivos que subyacen el pensamiento y el aprendizaje. Al utilizar el contenido de varios sistemas de almacenamiento de memoria, la memoria de trabajo, nos permite aprender y enlazar pensamientos e ideas. Por consiguiente, el éxito del aprendizaje dependerá es en gran parte de la capacidad de memoria de trabajo del individuo.

Originalmente, Baddeley y Hiych, propusieron un modelo de memoria de trabajo multifacético compuesto por tres aspectos: un bucle fonológico, un “cuaderno de dibujo” (sketchpad) visual-espacial y otro ejecutivo central. Posteriormente, Baddeley le añadió a su modelo un subcomponente adicional, el almacenador temporal episódico (episodic buffer). El bucle fonológico, Baddeley lo divide en dos subcomponentes: uno temporero, que actúa como un almacén pasivo de entradas fonológicas y uno sub-vocal, de proceso de ensayo articulatorio. La información verbal presentada oralmente obtiene acceso inmediato, automático y directo  al bucle fonológico. Este bucle transforma el estímulo preceptivo, esto es, las propiedades acústicas, temporales y secuenciales del estímulo verbal, en códigos fonológicos. Así, estos códigos se emparejarán con los códigos existentes (fonemas y palabras, etc.) almacenados en la memoria a largo plazo y se unirán a las representaciones con significado. De esta manera, a través de la memoria de trabajo, la información verbal se procesa, uniendo palabras e ideas, pero a su vez controlada por el ejecutivo central. El segundo subcomponente, el sub-vocal, de proceso de ensayo articulatorio, explica la cantidad de información que el bucle fonológico puede almacenar. En principio, el número de elementos verbales que pueden ser adquiridos por el bucle fonológico depende del tiempo que se tome en articularlos, la información sólo puede ser almacenada por 2 segundos.

Modelo de memoria de trabajo
Modelo de memoria de trabajo

 

El “cuaderno de dibujo” (sketchpad) visual-espacial es responsable del almacenamiento a corto plazo de la información visual y espacial, esto es, la memoria de los objetos y su localización. Además juega un papel fundamental en la generación y manipulación de imágenes mentales[15]. De acuerdo a Baddeley, esta componente cumple una función importante en la lectura, ya que codifica visualmente las letras y las palabras mientras mantiene un marco visual-espacial de referencia que le permite al lector volver atrás y mantenerse en el texto.

Muchos investigadores consideran al componente ejecutivo central como el núcleo de la memoria de trabajo, ya que esta es responsable de controlar los otros subsistemas. Además, este componente regula y coordinar todos los procesos cognitivos involucrados en el desempeño de la memoria de trabajo, tal como la asignación de capacidad de atención limitada. Baddeley ha descrito a través de los años las diferentes funciones que engloban el componente ejecutivo central: a) atención selectiva, la cual es la habilidad de focalizar la atención en información relevante mientras inhibe los efectos disruptivos de información irrelevante; b) conmutar, la cual es la habilidad de coordinar múltiples actividades cognitivas concurrentes; c); seleccionar y ejecutar planes así como estrategias flexibles d) la capacidad de asignar recursos a otras partes del sistema de memoria de trabajo; e) la capacidad de recuperar, mantener y manipular temporalmente información activa de la memoria de largo plazo[16].

Con el objeto de explicar la influencia de la memoria de largo plazo en el contenido de la memoria de trabajo, recientemente Baddeley añadió el cuarto componente su modelo, el almacenador temporal episódico (episodic buffer). El buffer episódico es un subcomponente de capacidad limitada, conscientemente accesible, que se conecta con la memoria episódica de largo plazo y con la memoria semántica para construir representaciones integradas basadas en la nueva información. Además, este subcomponente provee codificación directa a la memoria episódica, y controla la búsqueda directa de memoria de largo plazo. Su importancia en el aprendizaje que utiliza códigos multimodales para integrar representaciones de los componentes de la memoria de trabajo y de la memoria de largo plazo en representaciones unitarias[17].

Redrawn from a black-and-white original in Baddeley (2000, p421; Figure 1). This version Copyright © 2004, Derek J. Smith.
Redrawn from a black-and-white original in Baddeley (2000, p421; Figure 1). This version Copyright © 2004, Derek J. Smith.

 

Consecuentemente, la memoria de trabajo se requerirá cada vez que algo debe ser aprendido. Todo aprendizaje requiere manipulación de información, integración con la memoria de largo plazo y de un proceso donde se almacena información simultáneamente mientras se procesa esta. La capacidad de procesamiento de información así como de otros componentes de este sistema determinará la funcionalidad de la memoria de trabajo, todas relacionadas con el aprendizaje.

Por lo general, subestimamos la capacidad de nuestro cerebro para representar y procesar la información que percibe. En muchas ocasiones nos sorprende más el funcionamiento de las computadoras que el de nuestro propio cerebro. Sin embargo, las redes neuronales que conforman la corteza cerebral procesan y almacenan muchísima más información, y de manera más eficiente, que cualquier computadora. Una de las grandes preocupaciones modernas, además de la educativa, es el olvido, la perdida de la memoria que va acompañado al envejecimiento. Otra preocupación es la necesidad de adquirir nuevos conocimientos una vez se abandona el sistema educativo. Además, la comprensión-aplicación de las nuevas tecnologías en áreas que no son de nuestra especialidad es un verdadero reto para los adultos. La neurociencia educativa, como disciplina emergente, es una necesidad.

Imagen, mapa del cerebro
Imagen, mapa del cerebro

 

 

[1] Benarós S., Lipina SJ., Segretin MS., Hermida MJ., Colombo JA., (2010), Neurociencia y educación:

hacia la construcción de puentes interactivos, Rev Neurol; 50 (3): 179-186, http://www.neurologia.com

[2] Han, S., Northoff, G. /2008), Culture-sensitive neural substrates of human cognition: a transcultural neuroimaging approach. Nat Rev Neurosci; 9: 646-54.(tomado de Benarós S., et al)

[3] Sheese BE, Voelker PM, Rothbart MK, Posner MI. (2007), Parenting quality interacts with genetic variation in dopamine receptor D4 to influence temperament in early. Dev Psychopathol; 19: 1039-46.(tomado de Benarós S., et al)

[4] Kandel ER., Schwartz JH., Jessell TM., (2000) Principios de Neurociencia, 4ta ed, McGraw-Hill-Interamericana pp 25

[5] Ibid pp 5 Kandel

[6]Fuster JM., (2003), Cortex and Mind, Oxford University Press, USA.

[7] Morgado I., (2005), Psicobiología del aprendizaje y la memoria: fundamentos y avances recientes, Rev. Neurol; 40 (5): 289-297

[8]Eric R. Kandel, In Search of Memory, (, 2006 ), New York, W.W. Norton & Company

[9]J.M.M. Vaquero, L. Jiménez, (2007), Correlatos cerebrales distintivos del aprendizaje consciente einconsciente: una aproximación desde el aprendizaje de secuencias, Rev. Neurol; 45 (10): 615-623

[10] Martel G, Millard A, Jaffard R, Guillou JL. (2006), Stimulation of hipocampal adenylyl cyclase activity dissociates memory consolidation processes for response and place learning. Learn Mem; 13: 342-8.

[11]Ibid, Fuster JM., (2003)

[12] Baddeley A, Della Sala S (1996). Working memory and executive control. Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 351 (1346): 1397–403.

[13] Etchepareborda MC, Abad-Mas L., 2005,  Memoria de trabajo en los procesos básicos del aprendizaje, Revista de Neurología 40 (Supl 1): S79-S83

[14] Dehn MJ., 2008, Working memory and academic learning, ed Wiley, USA

[15] Baddeley, A.D. (2006) Working memory: an overview. In Pickering S. Working Memory and Education. New York: Academic Press (p1-31)

[16] Idem, Dehn, p 23.

[17] Idem, Dehn, p 25.

2 comentarios en “Elementos neurobiológicos del aprendizaje para una filosofía educativa

    1. Totalmente, lo que se llama déficit de atención es la variación en la relación dopamina-receptor, biológicamente era una ventaja para los ermitaños que vivían en la intemperie y requerían de alguien que no pusiera mucha atención pero que sí actuara. Hoy, en un salón de clases, convencional represor es un martirio para alguien así.

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