Come impara il cervello umano?

Il nostro cervello impara dalle esperienze: affrontare il nostro ambiente altera il nostro comportamento attraverso la modifica del nostro sistema nervoso (Carlson, 2010).

Sebbene siamo ancora lontani dal conoscere esattamente e a tutti i livelli ciascuno dei meccanismi neurochimici e fisici coinvolti in questo processo, le diverse evidenze sperimentali hanno accumulato una conoscenza abbastanza ampia dei meccanismi coinvolti nel processo di apprendimento.

Il cervello cambia durante la nostra vita. I neuroni che lo compongono possono essere modificati come conseguenza di diverse cause: sviluppo; la condizione di qualche tipo di lesione cerebrale; esposizione alla stimolazione ambientale e, fondamentalmente, come conseguenza dell'apprendimento (BNA, 2003).

Caratteristiche di base dell'apprendimento cerebrale

L'apprendimento è un processo essenziale che, insieme alla memoria, è il mezzo principale che gli esseri viventi devono adattarsi ai cambiamenti ricorrenti nel nostro ambiente.

Usiamo il termine apprendimento per riferirsi al fatto che l'esperienza produce cambiamenti nel nostro sistema nervoso (SN) che possono durare a lungo e comportare cambiamenti comportamentali (Morgado, 2005).

Le esperienze in se stesse cambiano il modo in cui il nostro organismo percepisce, agisce, pensa o progetta, attraverso la modifica del SN, alterando i circuiti che partecipano a questi processi (Carlson, 2010).

Così, mentre il nostro corpo interagisce con l'ambiente, le connessioni sinaptiche nel nostro cervello subiscono cambiamenti, può stabilire nuove connessioni, rafforzato quelli che sono utili nel nostro repertorio comportamentale o scomparire gli altri che non sono utili o efficaci (BNA, 2003).

Pertanto, se l'apprendimento ha a che fare con i cambiamenti che si verificano nel nostro sistema nervoso a seguito delle nostre esperienze, quando questi cambiamenti sono consolidati possiamo parlare di ricordi. (Carlson, 2010). La memoria è un fenomeno dedotto da quei cambiamenti che avvengono nel SN e dà un senso di continuità alle nostre vite (Morgado, 2005).

A causa delle molteplici forme di sistemi di apprendimento e della memoria, attualmente pensato per il processo di apprendimento e la formazione di nuove memorie dipende plasticità sinaptica, un fenomeno attraverso cui i neuroni alterano la capacità di comunicare tra loro (BNA 2003 ).

Tipi di apprendimento del cervello

Prima di descrivere i meccanismi cerebrali coinvolti nel processo di apprendimento, sarà necessario caratterizzare le diverse forme di apprendimento, all'interno delle quali possiamo differenziare almeno due tipi fondamentali di apprendimento: l'apprendimento non-associativo e l'apprendimento associativo.

Apprendimento non associativo

L'apprendimento non associativo si riferisce al cambiamento nella risposta funzionale che si verifica in risposta alla presentazione di un singolo stimolo. L'apprendimento non associativo a sua volta può essere di due tipi: abituazione o sensibilizzazione (Bear et al., 2008).

• assuefazione: la presentazione ripetuta di uno stimolo produce una diminuzione nell'intensità della risposta ad esso (Bear et al., 2008).

Es .:Se vivessi in una casa con un solo telefono. Quando suona, corre a rispondere alla chiamata, tuttavia, ogni volta che lo fa, la chiamata è per un'altra persona. Poiché ciò accade ripetutamente, smetterai di reagire al telefono e potresti persino smettere di sentirlo(Bear et al., 2008).

• sensibilizzazione: la presentazione di uno stimolo nuovo o intenso produce una risposta di maggiore entità a tutti i seguenti stimoli.

Es .:Supponiamo che stiate camminando lungo un marciapiede in una strada ben illuminata di notte, e che improvvisamente ci sia un blackout. Qualsiasi nuovo o strano stimolo che appare, come udire i passi o vedere i fari di un'auto che si avvicina, lo altera. Lo stimolo sensoriale (blackout) ha dato origine a una sensibilizzazione, che intensifica la sua risposta a tutti i seguenti stimoli(Bear et al., 2008).

Apprendimento associativo

Questo tipo di apprendimento si basa sulla creazione di associazioni tra diversi stimoli o eventi. Nell'apprendimento associativo possiamo distinguere due sottotipi: condizionamento classico e condizionamento strumentale (Bear et al., 2008).

• Condizionamento classico: In questo tipo di apprendimento dell'associazione tra uno stimolo che provoca una risposta incondizionata (risposta incondizionata o risposta incondizionata, RNC / RI), o stimolo incondizionato (ENC / EI) e altro stimolo che provoca normalmente si verifica alcuna risposta, stimolo condizionato (EC) e richiederà addestramento. La presentazione accoppiata della CE e dell'EI coinvolgerà la presentazione della risposta appresa (risposta condizionata, RC) allo stimolo addestrato. Il condizionamento avverrà solo se gli stimoli sono presentati simultaneamente o se la CE precede l'ENC in un intervallo di tempo molto breve (Bear et al., 2008).

Es .:Uno stimolo ENC / CE, nel caso dei cani, può essere un pezzo di carne. Al momento della visualizzazione della carne i cani emetteranno una risposta di salivazione (RNC / RI).Tuttavia, se un cane viene presentato come uno stimolo, il suono di una campana non presenterà alcuna risposta in particolare. Se presentiamo entrambi gli stimoli contemporaneamente o prima il suono della campana (EC) e poi la carne, dopo un allenamento ripetuto. Il suono sarà in grado di provocare la risposta di salivazione, senza che la carne sia presente. C'è stata un'associazione tra cibo e carne. Il suono (EC) è in grado di provocare una risposta condizionata (RC), salivazione.

• Condizionamento strumentaleIn questo tipo di apprendimento, si impara ad associare una risposta (atto motorio) a uno stimolo significativo (una ricompensa). Perché il condizionamento strumentale si verifichi, è necessario che lo stimolo o la ricompensa avvengano dopo la risposta dell'individuo. Inoltre, la motivazione sarà anche un fattore importante. D'altra parte, si verificherà anche un condizionamento strumentale se, invece di una ricompensa, l'individuo ottenga la scomparsa di uno stimolo valente avversivo (Bear et al., 2008).

Es .: Se introduciamo un topo affamato in una scatola con una leva che gli fornirà del cibo, quando esploreremo la scatola il topo premerà la leva (agisce motore) e osserverà che il cibo appare (ricompensa). Dopo aver eseguito questa azione più volte, il ratto associerà la pressione della leva con l'ottenimento di cibo. Pertanto, premerai la leva finché non sarà sazio(Bear et al., 2008).

Neurochimica dell'apprendimento cerebrale

Potenziamento e depressione

Come accennato in precedenza, si ritiene che l'apprendimento e la memoria dipendano dai processi di plasticità sinaptica.

Pertanto, diversi studi hanno dimostrato che i processi di apprendimento (tra cui quelli descritti sopra) e la memoria, portano a cambiamenti nella connettività sinaptica che alterano la forza e la capacità di comunicazione tra i neuroni.

Questi cambiamenti nella connettività sarebbero il risultato di meccanismi molecolari e cellulari che regolano questa attività come conseguenza dell'eccitazione e dell'inibizione neuronale che regola la plasticità strutturale. Pertanto, una delle principali caratteristiche delle sinapsi eccitatorie e inibitorie è l'alto livello di variabilità nella loro morfologia e stabilità che si verifica a seguito della loro attività e del passare del tempo (Caroni et al., 2012).

Gli scienziati specializzati in quest'area sono specificamente interessati ai cambiamenti a lungo termine della forza sinaptica, come conseguenza dei processi di potenziamento a lungo termine (PLP) e della depressione a lungo termine (DLP).

• Empowerment a lungo termine: un aumento della forza sinaptica si verifica a seguito della stimolazione o dell'attivazione ripetuta della connessione sinaptica. Pertanto, una risposta consistente apparirà in presenza dello stimolo, come nel caso della sensibilizzazione.
• Depressione a lungo termine (DLP): un aumento della forza sinaptica si verifica in conseguenza dell'assenza di ripetuta attivazione della connessione sinaptica. Pertanto, l'entità della risposta allo stimolo sarà inferiore o addirittura nulla. Potremmo dire che si verifica un processo di assuefazione.

Abituazione e consapevolezza

I primi studi sperimentali interessati all'identificazione dei cambiamenti neuronali che stanno alla base dell'apprendimento e della memoria, hanno usato semplici forme di apprendimento come l'assuefazione, la sensibilizzazione o il condizionamento classico.

In questo panorama, lo scienziato americano Eric Kandel ha focalizzato i suoi studi sul riflesso di retrazione branchiale dell'Aplysia Califórnica, partendo dal presupposto che le strutture neuronali sono analoghe tra questi e i sistemi superiori.

Questi studi hanno fornito prove iniziali del fatto che la memoria e l'apprendimento sono mediati dalla plasticità delle connessioni sinaptiche tra i neuroni coinvolti nel comportamento, rivelando che l'apprendimento porta a profondi cambiamenti strutturali che accompagnano la memoria (Mayford et al. al., 2012).

Kandel, come Ramón y Cajal, conclude che le connessioni sinaptiche non sono immutabili e che i cambiamenti strutturali e / o anatomici sono alla base della conservazione della memoria (Mayford et al., 2012).

Nel contesto dei meccanismi neurochimici dell'apprendimento, si verificheranno eventi diversi sia per l'abitudine che per la sensibilizzazione.

assuefazione

Come accennato in precedenza, l'assuefazione consiste nella diminuzione dell'intensità della risposta, come conseguenza della ripetuta presentazione di uno stimolo. Quando uno stimolo viene percepito dal neurone sensibile, viene generato un potenziale eccitatorio che consente una risposta efficace.

Quando lo stimolo viene ripetuto, il potenziale eccitatorio diminuisce progressivamente, fino a quando non riesce a superare la soglia minima di scarica necessaria per generare un potenziale di azione postsinaptico, che rende possibile la contrazione del muscolo.

Il motivo per cui questo potenziale eccitatorio diminuisce è dovuto al fatto che, quando lo stimolo viene ripetuto continuamente, viene prodotta una produzione crescente di ioni di potassio (K⁺), che a sua volta provoca la chiusura dei canali del calcio (Ca²⁺), che impedisce l'ingresso di ioni di calcio. Pertanto, questo processo è prodotto da una diminuzione del rilascio di glutammato (Mayford et al, 2012).

sensibilizzazione

La sensibilizzazione è un assuefazione apprendimento più complesso, in cui uno stimolo intenso produce una risposta esagerata a tutti i seguenti stimoli, compresi coloro che in precedenza ha causato poca o nessuna risposta, anche può essere visto nel riflesso di ritiro della branchia aplysia, prodotta da un eccesso nel rilascio di glutammato in presenza di un nuovo stimolo (Mayford et al, 2012).

Nonostante sia una forma base di apprendimento, ha fasi diverse, sia a breve che a lungo termine. Mentre la sensibilizzazione a breve termine comporterebbe cambiamenti sinaptici rapidi e dinamici, la sensibilizzazione a lungo termine porterebbe a cambiamenti duraturi e stabili derivanti da profondi cambiamenti strutturali.

A questo proposito, in presenza dello stimolo sensibilizzatore (intenso o nuovo) ci sarà un rilascio di glutammato, quando la quantità rilasciata dal terminale presinaptico è eccessiva, attivare i recettori AMPA postsinaptici.

Ciò permetterà l'ingresso di Na2 + nel neurone postsinaptico permettendo la sua depolarizzazione e il rilascio dei recettori NMDA, che finora sono stati bloccati da ioni Mg2 +, entrambi gli eventi consentono un massiccio afflusso di Ca2 + nel neurone postsinaptico.

Se lo stimolo sensibilizzante viene presentato continuamente, causerà un aumento persistente dell'ingresso di Ca2 +, che attiverà diverse chinasi, portando all'inizio della prima espressione di fattori genetici e sintesi proteica. Tutto ciò porterà a modifiche strutturali a lungo termine.

Pertanto, la differenza fondamentale tra entrambi i processi è nella sintesi delle proteine. Nella prima, nella raccolta di azione a breve termine non è necessario che si verifichi, mentre sensibilizzazione lungo termine è essenziale per la sintesi delle proteine ​​si verifica per duraturo e cambiamenti stabili che si verificano come obiettivo la formazione e il mantenimento di nuovi apprendimenti.

Consolidamento dell'apprendimento nel cervello

L'apprendimento e la memoria sono il risultato di cambiamenti strutturali che si verificano a causa della plasticità sinaptica.

Affinché questi cambiamenti strutturali abbiano luogo, è necessario mantenere il processo di potenziamento a lungo termine o consolidamento della forza sinaptica.

Come nell'induzione della sensibilizzazione a lungo termine, è necessaria sia la sintesi delle proteine ​​che l'espressione di fattori genetici che porteranno a cambiamenti strutturali. Affinché questi eventi si verifichino, deve essere realizzata una serie di fattori molecolari:

• Il persistente aumento di Ca2 + entrata nel terminale attiverà diverse chinasi, causando l'attuazione di espressione precoce dei fattori genetici e sintesi proteica che si tradurrà nell'induzione di nuovi recettori AMPA da inserire nel membrana e manterrà il PLP.

Questi eventi molecolari determineranno l'alterazione delle dimensioni e della forma dendritica, potendo dare aumenti o diminuzioni nel numero di spine dendritiche di certe zone.

Oltre a questi cambiamenti localizzati, la ricerca attuale ha dimostrato che i cambiamenti avvengono anche a livello globale, dal momento che il cervello agisce come un sistema unificato. Pertanto, questi cambiamenti strutturali sono la base dell'apprendimento, inoltre, quando questi cambiamenti tendono a persistere nel tempo, parleremo dalla memoria.

riferimenti

1. (2008). In B. N. associazione, & BNA, Neuroscienze. La scienza del cervello. Un'introduzione per i giovani studenti. Liverpool.
2. Bear, M., Connors, B., & Paradiso, M. (2008). Neuroscienze: esplorare il cervello. Filadelfia: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F., & Muller, D. (2012). Plasticità strutturale all'apprendimento: regolazione e fuctions. Natura, 13, 478-490.
4. Fondamenti di fisiologia del comportamento. (2010). In N. Carlson. Madrid: Pearson.
5. Mayford, M., Siegelbaum, S.A., & Kandel, E. R. (s.f.). Synapses e memoria.
6. Morgado, L. (2005). Psicobiologia dell'apprendimento e memoria: fondamenti e recenti progressi. Rev Neurol, 40 anni(5), 258-297.