COM APRÈN EL CERVELL HUMÀ? - NEUROPSICOLOGIA - 2025

El nostre cervell aprèn a partir de les experiències: enfrontar-nos al nostre entorn altera la nostra conducta a través de la modificació del nostre sistema nerviós (Carlson, 2010). Tot i que encara estem lluny de conèixer amb exactitud ia tots els nivells cada un dels mecanismes neuroquímics i físics que participen en aquest procés, les diferents evidències experimentals han acumulat un coneixement bastant ampli sobre els mecanismes implicats en el procés d'aprenentatge.

El cervell canvia al llarg de tota la nostra vida. Les neurones que el componen poden modificar com a conseqüència de diferents causes: el desenvolupament, el patiment d'algun tipus de lesió cerebral, l'exposició a l'estimulació ambiental i fonamentalment, com a conseqüència de l'aprenentatge (BNA, 2003).

Característiques bàsiques de l'aprenentatge cerebral

L'aprenentatge és un procés essencial que, juntament amb la memòria, suposa el mitjà principal que els éssers vius tenim de adaptar-nos a les recurrents modificacions del nostre ambient.

Fem servir el terme aprenentatge per referir-nos a el fet que l'experiència produeix canvis en el nostre sistema nerviós (SN), que poden ser duradors i impliquen una modificació a nivell de comportament (Morgado, 2005).

Les experiències en si mateixes canvien la manera en què el nostre organisme percep, actua, pensa o planifica, a través de la modificació de l'SN, alterant els circuits que participen en aquests processos (Carlson, 2010).

D'aquesta manera, a el mateix temps que el nostre organisme interacciona amb el medi, les connexions sinàptiques del nostre cervell patiran canvis, es poden establir noves connexions, enfortir-les que siguin útils en el nostre repertori conductual o desaparèixer altres que no siguin útils o eficients (BNA, 2003).

Per tant, si l'aprenentatge té a veure amb els canvis que es produeixen en el nostre sistema nerviós com a conseqüència de les nostres experiències, quan aquests canvis es consoliden podrem parlar de records. (Carlson, 2010). La memòria és un fenomen inferit a partir d'aquests canvis que ocorren en el SN i dóna sentit de continuïtat a les nostres vides (Morgado, 2005).

A causa de les múltiples formes d'aprenentatge i sistemes de memòria, actualment es pensa que el procés d'aprenentatge i la formació de noves memòries depèn de la plasticitat sinàptica, fenomen mitjançant el qual les neurones alteren la seva capacitat de comunicació entre elles (BNA, 2003).

Tipus d'aprenentatge cerebral

Abans de descriure els mecanismes cerebrals implicats en el procés d'aprenentatge, caldrà caracteritzar les diferents formes d'aprenentatge, dins de les quals podem diferenciar al menys, dos tipus bàsics d'aprenentatge: aprenentatge no associatiu i aprenentatge associatiu.

-Aprenentatge no associatiu

L'aprenentatge de tipus no associatiu, es refereix a el canvi de la resposta funcional que es produeix en resposta a la presentació d'un únic estímul. L'aprenentatge no associatiu al seu torn pot ser de dos tipus: habituació o sensibilització (Bear et al., 2008).

habituació

La presentació repetida d'un estímul produeix un descens de la intensitat de la resposta a aquest (Bear et al., 2008).

Exemple: si visqués en una casa amb un sol telèfon. Quan sona, va a contestar la trucada, però, cada vegada que ho fa, la trucada és per a una altra persona. D'acord aquest fet es produeixi de forma repetida, deixarà de reaccionar a el telèfon i fins i tot podrà deixar de sentir-ho (Bear et al., 2008).

sensibilització

La presentació d'un estímul nou o intens produeix una resposta amb una magnitud incrementada a tots els estímuls següents.

Exemple: s uponga que està passejant per una vorera d'un carrer ben il·luminada de nit, i que de sobte es produeix una apagada. Qualsevol estímul nou o estrany que aparegui, com sentir passos o veure els fars d'un cotxe acostant-se, el alterarà. L'estímul sensitiu (apagada) va donar lloc a una sensibilització, que intensifica la seva resposta a tots els estímuls següents (Bear et al., 2008).

-Aprenentatge associatiu

Aquest tipus d'aprenentatge es basa en l'establiment d'associacions entre diferents estímuls o successos. Dins de l'aprenentatge associatiu podem distingir dos subtipus: condicionament clàssic i condicionament instrumental (Bear et al., 2008).

condicionament clàssic

En aquest tipus d'aprenentatge es produirà l'associació entre un estímul que provoca una resposta (resposta no condicionada o resposta incondicionada, RNC / RI), estímul no condicionat o incondicionat (ENC / EI), i un altre estímul que normalment no provoca la resposta, estímul condicionat (EC), i que requerirà d'un entrenament.

La presentació aparellada de l'EC i de l'EI, implicarà la presentació de la resposta apresa (resposta condicionada, RC) a l'estímul entrenat. Només es produirà el condicionament si els estímuls es presenten de forma simultània o si l'EC antecedeix a l'ENC en un interval de temps molt curt (Bear et al., 2008).

Exemple: un estímul ENC / EC, en el cas dels gossos, pot ser un tros de carn. Davant la visualització de la carn dels gossos emetran una resposta de salivació (RNC / RI). No obstant això, si a un gos li vam presentar com a estímul el so d'una campana no presentarà cap resposta en particular. Si presentem els dos estímuls de forma simultània o primer el so de la campana (EC) i després la carn, després d'un entrenament repetit. El so serà capaç de provocar la resposta de salivació, sense estar presenta la carn. S'ha produït una associació entre el menjar i la carn. El so (EC) és capaç de provocar una resposta condicionada (RC), la salivació.

condicionament instrumental

En aquest tipus d'aprenentatge, s'aprèn a associar una resposta (acte motor) a un estímul significatiu (una recompensa). Perquè el condicionament instrumental es produeixi, cal que l'estímul o recompensa es produeixi després de la resposta de l'individu.

A més, la motivació també serà un factor important. D'altra banda, també es produirà un condicionament de tipus instrumental si en comptes d'una recompensa, l'individu obté una desaparició d'un estímul de valència aversiva (Bear et al., 2008).

Exemple: si introduïm a una rata famolenca en una caixa amb una palanca que li proporcionarà menjar, a l'explorar la caixa rat premerà la palanca (acte motor) i observarà que apareix menjar (recompensa). Després que realitzi aquesta acció més vegades, la rata associarà la pressió de la palanca amb l'obtenció de menjar. Per tant, farà clic la palanca fins que es trobi sadollada (Bear et al., 2008).

Neuroquímica de l'aprenentatge cerebral

Potenciació i depressió

Com referenciem anteriorment, es pensa que l'aprenentatge i la memòria depèn de processos de plasticitat sinàptica.

Així, diferents estudis han demostrat que els processos d'aprenentatge (entre els quals es troben els descrits anteriorment) i memòria, donen lloc a canvis en la connectivitat sinàptica que alteren la força i capacitat de comunicació entre les neurones.

Aquests canvis en la connectivitat serien fruit de mecanismes moleculars i cel·lulars que regulen aquesta activitat com a conseqüència de l'excitació i inhibició neuronal que regula la plasticitat estructural.

Així, una de les característiques principals de les sinapsis excitatòries i inhibitòries és l'alt nivell de variabilitat en la seva morfologia i estabilitat que es produeix com a conseqüència de la seva activitat i de el pas el temps (Caroni et al., 2012).

Els científics especialitzats en aquesta àrea, s'interessen concretament pels canvis que es donen a llarg termini en la força sinàptica, com a conseqüència dels processos de potenciació a llarg termini (PLP) - i de depressió a llarg termini (DLP).

• Potenciació a llarg termini: es produeix un increment de la força sinàptica com a conseqüència de l'estimulació o activació repetida de la connexió sinàptica. Per tant, apareixerà una resposta consistent davant la presència de l'estímul, com en el cas de la sensibilització.
• Depressió a llarg termini (DLP): es produeix un increment de la força sinàptica com a conseqüència de l'absència de l'activació repetida de la connexió sinàptica. Per tant, la magnitud de la resposta a l'estímul serà menors o fins i tot nul·la. Podríem dir que ocorre un procés d'habituació.

Habituació i sensibilització

Els primers estudis experimentals interessats en identificar els canvis neuronals subjacents a l'aprenentatge i la memòria, van emprar formes simples d'aprenentatge com l'habituació, la sensibilització o el condicionament clàssic.

En aquest panorama, el científic nord-americà Eric Kandel va centrar els seus estudis en el reflex de retracció branquial de la Aplysia californica, partint de la premissa que les estructures neuronals són anàlogues entre aquests i els sistemes superiors.

Aquests estudis van proporcionar una primera evidència que la memòria i l'aprenentatge estan intervinguts per la plasticitat de les connexions sinàptiques entre les neurones que participen en el comportament, revelant que l'aprenentatge condueix a canvis estructurals profunds que acompanyen l'emmagatzematge de la memòria (Mayford et al., 2012).

Kandel, a l'igual que Ramon i Cajal, conclou que les connexions sinàptiques no són immutables i que els canvis estructurals i / o anatòmics constitueixen la base de l'emmagatzematge de la memòria (Mayford et al., 2012).

En el context dels mecanismes neuroquímics de l'aprenentatge, tindran lloc diferents esdeveniments tant per l'habituació com per a la sensibilització.

habituació

Com hem dit anteriorment, l'habituació consisteix en el descens de la intensitat de la resposta, conseqüència de la presentació repetida d'un estímul. Quan un estímul és percebut per la neurona sensitiva, es genera un potencial excitatori que permet una resposta eficaç.

A mesura que l'estímul es repeteix, el potencial excitatori disminueix progressivament, fins que finalment no aconsegueix sobrepassar el llindar de descàrrega mínim necessari per generar un potencial d'acció postsinàptica, el qual fa possible la contracció del múscul.

La raó per la qual aquest potencial excitatori disminueix es deu al fet que, a l'repetir contínuament l'estímul, es produeix una sortida cada vegada més gran de ions de potassi (K ⁺), la qual cosa al seu torn provoca el tancament dels canals de calci (Ca ²⁺), la qual cosa impedeix l'entrada d'ions de calci. Per tant, aquest procés es produeix per un descens en l'alliberament de glutamat (Mayford et al, 2012).

sensibilització

La sensibilització és una forma d'aprenentatge més complexa que l'habituació, en què un estímul intens produeix una resposta exagerada a tots els estímuls següents, fins i tot als que anteriorment provocaven poca o cap resposta.

Tot i ser una forma bàsica d'aprenentatge, presenta diferents etapes, a curt i llarg termini. Mentre que la sensibilització a curt termini implicaria canvis sinàptics ràpids i dinàmics, la sensibilització a llarg termini conduiria a canvis duradors i estables, conseqüència de canvis estructurals profunds.

En aquest sentit, davant la presència de l'estímul sensibilitzador (intens o nou) es produirà un alliberament de glutamat, quan la quantitat alliberada pel terminal presinàptic és excessiva, activarà els receptors AMPA postsinàptics.

Aquest fet permetrà l'entrada de Na2 + a la neurona postsinàptica permetent la seva despolarització així com l'alliberament dels receptors NMDA, els quals fins al moment es trobaven bloquejats pels ions de Mg2 +, tots dos esdeveniments permetran una entrada massiva de Ca2 + a la neurona postsinàptica.

Si l'estímul sensibilitzador es presenta de manera continuada provocarà un augment persistent de l'entrada de Ca2 +, la qual cosa activarà a diferents quinases, donant lloc a la posada en marxa de l'expressió primerenca de factors genètics ia la síntesi de proteïnes. Tot això, donarà lloc a modificacions estructurals a llarg termini.

Per tant, la diferència fonamental entre ambdós processos es troba en la síntesi de proteïnes. En el primer d'ells, en la sensibilització a curt termini, no és necessària la seva acció perquè es produeixi.

Per la seva banda, en la sensibilització a llarg termini és imprescindible que es produeixi una síntesi de proteïnes perquè es produeixin canvis duradors i estables que tenen com a objectiu la formació i el manteniment de nous aprenentatges.

Consolidació de l'aprenentatge en el cervell

L'aprenentatge i la memòria són fruit de canvis estructurals que es produeixen com a conseqüència de la plasticitat sinàptica. Perquè aquests canvis estructurals es produeixin, cal que tingui lloc un manteniment de l'procés de potenciació a llarg termini, o de consolidació de la força sinàptica.

A l'igual que a la inducció de la sensibilització a llarg termini, és necessari tant la síntesi de proteïnes com l'expressió de factors genètics que donaran lloc a canvis estructurals. Perquè es produeixi aquests esdeveniments ha de tenir lloc un seguit de factors moleculars:

• L'augment persistent de l'entrada de Ca2 + al terminal s'activarà a diferents quinases, donant lloc a la posada en marxa de l'expressió primerenca de factors genètics ia la síntesi de proteïnes que donaran lloc a la inducció de nous receptors AMPA que s'inseriran en la membrana i mantindran la PLP.

Aquests esdeveniments moleculars tindran com a resultat l'alteració de la mida i la forma dendrítica, podent-se donar augments o descensos en el nombre d'espines dendrítiques de certes zones.

A més d'aquests canvis localitzats, les investigacions actuals han demostrat que també es produeixen canvis a nivell global, ja que el cervell actua com un sistema unificat.

Per tant, són aquests canvis estructurals la base d'aprenentatge, a més, quan aquests canvis tendeixen a perdurar en el temps, estarem parlant de memòria.

referències

1. (2008). En BN association, & BNA, Neurociències. La ciència del cervell. Una introducció per a joves estudiants. Liverpool.
2. Bear, M., Connors, B., & Paradiso, M. (2008). Neuroscience: una exploració the brain. Philadelphia: Lippincott Wiliams & wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F., & Muller, D. (2012). Structural plasticity upon learning: regulation and fuctions. Nature, 13, 478-490.
4. Fonaments de fisiologia de la conducta. (2010). En N. Carlson. Madrid: Pearson.
5. Mayford, M., Siegelbaum, SA, & Kandel, ER (sf). Synapses and Memory Storage.
6. Morgado, L. (2005). Psicobiologia de l'apnredizaje i la memòria: fonaments i avenços recents. Rev Neurol, 40 (5), 258-297.