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Sistema
Nervioso y
Aprendizaje
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Los miles de millones de
neuronas situadas en la capa
externa de cada hemisferio
forman la corteza cerebral
que se aloja en el cráneo a
base de constituirse en
pliegues múltiples (cada
pliegue se llama
circunvolución que está
delimitada por hendiduras o
surcos). En la corteza es
donde el cerebro procesa
toda la información que le
llega a través de los órganos
de los sentidos (vista, oído,
olfato, gusto y tacto) desde el
mundo exterior, controla los
movimientos voluntarios y
regula el pensamiento
consciente y la actividad
mental.
Figura tomada de W. J. Hendelman. Atlas of functional
neuroanatomy. CRC, London 2000, p.37. Las manos de un
médico anatomista toman entre sí los hemisferios cerebrales.
Los dos pulgares tratan de separar el gran surco
interhemisférico dejando a la vista el cuerpo calloso. Las
circunvoluciones y los surcos de la corteza no se notan mucho
porque no se han retirado las membranas meníngeas que
los recubren.
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Las neuronas necesitan mucho
combustible porque su trabajo consume
mucha energía.
Se llama metabolismo al proceso
celular de transformación de las
moléculas que reciben de la sangre para
generar energía y formar nuevas
estructuras, como son las proteínas, que
fluyen dentro de ellas.
Para que el metabolismo de las
neuronas se realice con normalidad es
necesario que reciban mucha sangre con
oxígeno y glucosa.
La glucosa es habitualmente la única
fuente de energía que tiene el cerebro.
Si a las neuronas les falta oxígeno o
glucosa suficientes, inevitablemente se
mueren.
Cuando un grupo de neuronas está
cumpliendo una función (hablar mucho,
pensar en profundidad, recordar con
intensidad, leer largo tiempo, caminar
mucho rato, etc.), su metabolismo
aumenta notablemente. Dicho de otra
manera, las neuronas estimuladas tienen
un mayor metabolismo, necesitan más
oxígeno y más glucosa para funcionar
normalmente. Todo esto puede verse con
técnicas de neuroimagen.
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Una de las técnicas de
neuroimagen más prometedoras se
llama tomografía con emisión de
positrones o PET. Permite medir la
cantidad de sangre y el consumo de
glucosa por parte de las neuronas en
las distintas partes del cerebro
Cuando una región del cerebro se ha
de activar para realizar una función
tan simple como mover repetidamente
el dedo pulgar varias veces, sus
neuronas necesitan más sangre, más
oxígeno y más glucosa. Estas mayores
necesidades energéticas se ven en la
PET en color rojo o amarillo. Cuando
aparecen imágenes en color azul o
negro son indicativas de que las
neuronas de esa zona están
hipoactivas o inactivas.
Se inyecta en la vena una sustancia
química marcada con un trazador
que reluce en el PET. Estos
trazadores pueden desvelar en las
imágenes de PET los
neurotransmisores del cerebro.
En esencia, un PET es un auténtico
mapa de lo que en el cerebro está
activo, hipoactivo o inactivo.
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De izquierda a derecha, zonas del hemisferio cerebral
izquierdo vistas lateralmente que se activan tras
escuchar palabras, decirlas, verlas escritas o pensar
sobre ellas. Los colores rojos y amarillos indican las
áreas que consumen más glucosa durante cada una de
estas actividades.
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Siempre que una neurona recibe mensajes de las células vecinas genera una
carga eléctrica o impulso nervioso. Este potencial eléctrico se propaga a
través del axón hasta el final del mismo. Allí contacta con el cuerpo neuronal
de otra neurona (recuadro de la izquierda). A la derecha de la figura, se dibuja
en detalle lo que es ese contacto sináptico entre el final de un axón y el cuerpo
de la neurona vecina.
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Al llegar el potencial eléctrico al final del axón, origina la liberación
de los neurotransmisores o mensajeros químicos que atraviesan el
espacio intersináptico y se acoplan a los receptores del cuerpo
celular o las dendritas de la neurona vecina (neurona postsináptica).
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El neurotransmisor activa a los receptores específicos de la neurona vecina al
unirse a ellos. Esta activación consigue abrir unos poros o canales en la
membrana de esta neurona receptora de la señal con lo que se ponen en marcha
los mecanismos para que esta neurona postsináptica cumpla la misión que le
corresponde en la transmisión del impulso nervioso. Y así sucesivamente en todo
el circuito neuronal implicado en la función concreta de que se trate.
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Una neurona aislada de las otras no puede sobrevivir. Si pierde
la comunicación o la conexión con las neuronas vecinas, sucumbe
irremediablemente porque deja de recibir los factores tróficos
(alimentación=Glucosa) imprescindibles para mantenerse viva.
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Ilustración esquemática de la
conectividad entre las neuronas.
En el cuadro superior se representan neuronas
de la corteza cerebral (puntos y triángulos
azules). Una de ellas se pinta con más detalle
mostrando el núcleo y se dibujan sus
prolongaciones dendríticas que van a hacer
sinapsis con otras neuronas de la corteza.
Esta neurona envía su axón (trazo grueso
morado) rodeado de mielina para, una vez
ramificado, contactar con otras dos neuronas
de la corteza.
Este axón atraviesa la sustancia blanca (//) y
establece sinapsis con una neurona de un
núcleo gris subcortical (cuadro inferior). Esta
sinapsis se muestra agrandada y coloreada en
el recuadro insertado.
(tomada de T. A. Woolsey, J. Hanaway, M. H. Gado. The brain atlas. A
visual guide to the human central nervous system. Second edition.
Wiley, New Jersey 2003, pp.248).
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Si tenemos en cuenta la cantidad de neuronas existentes podemos afirmar que
en verdad cada neurona sólo tiene contacto con un número reducido
de otras neuronas cercanas dentro de circuitos relativamente locales de
las regiones corticales y de los núcleos, lo que trae como consecuencia:
Lo que hagan las neuronas depende del conjunto inmediato de
neuronas al que pertenecen.
Lo que hagan los sistemas depende de la manera en que los
conjuntos influyen sobre otros conjuntos interconectados.
La manera en que cada conjunto contribuye a la función del sistema
al que pertenece depende de su lugar en dicho sistema.
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¿cuál es la unidad funcional básica del
sistema nervioso?
Gerald Edelman considera que el
desarrollo evolutivo, la funcionalidad
cerebral y en general la adaptación del
organismo al medio depende del grupo
de neuronas.
Gerald M. Edelman fue premio Nobel de medicina en 1972
y actualmente es el director del Instituto de Neurociencia y
presidente del Neurosciences Research Foundation.
En su obra Bright Air, Brilliant Fire. On the Matter of the
Mind ha sistematizado su trilogía consistente en Neural
Darwinism, 1987; Topobiology, 1988 y The Remembered
Present, 1989.
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Edelman concibe el
cerebro como un sistema
selectivo, en el que la
selección opera durante el
tiempo de vida del
sistema.
Para sobrevivir, un organismo debe o heredar o crear criterios
que le permitan clasificar el mundo en categorías
perceptuales de acuerdo con sus necesidades adaptativas.
Además el mundo, incluso para el tiempo de vida de un
organismo, está lleno de novedad, lo que exige que estos
procesos de categorización puedan reestructurarse, renovarse
y reiniciarse continuamente.
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Durante la producción del sistema
nervioso se van creando neuronas y
agrupaciones de células que
permanecerán o no dependiendo del
refuerzo que otorgue la experiencia.
La adhesión y migración son gobernadas
por unas series de moléculas
morforeguladoras llamadas CAM's moléculas de adhesión de células- y SAM's
-moléculas de adhesión de sustratos-.
Esto lleva a la formación de
repertorios primarios dentro de
regiones anatómicas dadas que
contienen un gran número de grupos
de neuronas o circuitos locales.
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Después de que la mayoría de las conexiones anatómicas de los
repertorios primarios se han establecido, las actividades de los grupos de
neuronas que funcionan particularmente continúan siendo dinámicamente
seleccionadas por mecanismos de cambios sinápticos subsiguientes
dirigidos por la conducta y la experiencia.
Será la experiencia del organismo la que tenderá a reforzar algunos de los
circuitos que se han establecido en la fase anterior dentro del grupo y
entre grupos, otros tenderán a desaparecer si el organismo no los
requiere con la frecuencia que indicará su utilidad.
De esta manera la maraña de conexiones que encontramos en un
individuo de dos años se irá simplificando para consolidar las conexiones
útiles dependiendo del tipo de experiencia que realice el organismo.
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La selección en la experiencia conlleva correlaciones de señales entre
grupos de neuronas pre y postsinápticas, mejor que la transmisión de
mensajes codificados de una neurona a otra.
Si estas señales han de ser adaptativas tendrán que reflejar las señales que
surjan en el mundo real. Esto se realiza señalando reentradas en y entre
mapas neuronales.
Una reentrada puede definirse como una señalización paralela continua
entre grupos de neuronas separadas que ocurre a lo largo de conexiones
anatómicas ordenadas de manera bidireccional y recursiva.
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La coordinación selectiva de patrones complejos de interconexiones
entre grupos de neuronas por medio de reentradas es la base de la
conducta.
Para la teoría de Edelman, la reentrada es la base principal para poder
trazar el puente entre la fisiología y la psicología.
Este puente comienza a realizarse cuando múltiples mapas que están
conectados entre sí por doble entrada a la conducta sensomotor del
organismo comienzan a emparejar sus outputs creando un mapa global
que da lugar a respuestas categoriales perceptivas.
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La discriminación selectiva de un objeto o evento de otros objetos o eventos
con propósitos adaptativos se produce con lo que Edelman denomina Pareja
de Clasificación.
Pareja de Clasificación: Es una unidad mínima que consiste en dos mapas
funcionales diferentes conectados por doble entrada. Si, durante cierto
periodo de tiempo, reentradas específicas conectan ciertas combinaciones de
grupos de neuronas de un mapa con otras combinaciones en el otro, las
funciones y actividades en un mapa se conectan y correlacionan con las del
otro mapa.
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Este mapa global asegura
la creación de un bucle
dinámico que
continuamente coteja los
gestos y posturas del
organismo con el
muestreo independiente
obtenido de varias clases
de señales sensoriales.
Los procesos que producen estos mapas globales (con sus patrones asociados
de selección del grupo de neuronas y de cambio sináptico) crean una
representación espaciotemporal continua de objetos o de eventos.
Dentro de estos procesos globales, los cambios de gran alcance en la fuerza
sináptica tienden a favorecer la actividad mutua de reentradas de aquellos
grupos cuya actividad ha sido correlacionada a través de diferentes mapas
durante la conducta pasada. Tales cambios sinápticos proveen la base para la
memoria.
Con esto, categorización y memoria, obtenemos la condición necesaria para el
aprendizaje.
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1. El cerebro en su fase embrionaria produce muchas neuronas, más de
las que necesitará posteriormente.
2. La neuronas que se vean reforzadas por la experiencia y conducta del
individuo empezarán a establecer conexiones entre sí.
3. Un mecanismo de refuerzo opera igualmente entre las conexiones
establecidas. Así unas se consolidarán y otras se debilitarán hasta
desaparecer. Este refuerzo viene igualmente determinado por la
experiencia del organismo.
4. Un mecanismo de reentrada se establecerá entre los grupos de
neuronas conexionados entre sí que permitirán la construcción de
mapas locales y después globales, que constituyen la base para la
formación de imágenes mentales en el cerebro
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El cerebro es un órgano que se
crea en la ontogénesis del
individuo, es decir que crece
conforme crece y se desarrolla el
organismo.
Su crecimiento depende de los
encuentros del individuo con el
medio que reforzaran unas
conexiones y podarán otras. Esta
plasticidad es lo que nos permite el
aprendizaje.
Visto así no hay dos cerebros
iguales, sino que cada individuo
dependiendo de su experiencia
desarrollará más unas habilidades
que otras. Esto provoca la gran
diversidad de personas respecto a
su inteligencia, personalidad,
carácter, etc.
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