Neurociencia es considerada como el estudio del Sistema Nervioso Central (SNC) mediante un conjunto disciplinas asociadas a la neurología, tiene como principal finalidad la investigación de la estructura, el desarrollo, la fisiología, farmacología, la química y patología del SNC, cómo interaccionan a nivel cortical y subcortical y dan origen a la conducta, al aprendizaje, la memoria, las emociones y el lenguaje. La investigación del SNC se aboca a resolver interrogantes mediantes explicaciones basadas en evidencia empírica, entre estas interrogantes tenemos: ¿Cómo funciona el SNC?, ¿Cómo se produce el aprendizaje?, ¿Cómo se relaciona el SNC y la conducta? ¿Cómo procesa la información entrante? Kandel (2001) sostiene que el propósito de la Neurociencia es: “Comprender la mente: cómo percibimos, nos movemos, pensamos y recordamos”.
El cerebro humano es el ordenador de mayor capacidad de almacenamiento de información del universo (280 trillones de bytes aproximadamente); es considerada la máquina más maravillosa y compleja que existe hoy en día. Cada día hay mayor avance en la comprensión de sus complicados mecanismos. Las investigaciones actuales se dedican a descubrir la interacción de sus intrincados mecanismos moleculares, la integración cortical de los aportes sensoriales, la plataforma neuronal del funcionamiento cognitivo, afectivo y volitivo, la capacidad de recuperación funcional entre sus dos hemisferios, los procesos evolutivos y degenerativos, entre otros. Kandel (2001) manifiesta que la neurociencia “representa la unión de grandes ciencias como la anatomía, embriología, neurofisiología, la psicología cognitiva, biología celular, biología molecular y la psicología, que tiene como una de las grandes metas más desafiantes explicar la relación entre el cerebro y las conductas (social, cognitiva, emocional)”
Neurociencia y Educación
Los grandes avances en la neurociencia, en especial en la década de los noventa, denominada década del cerebro, han permitido develar los mecanismos cerebrales que hacen posible el aprendizaje, tal como almacenar la información de manera permanente en el cerebro; algunos de estos descubrimientos pueden ayudarnos a comprender con mayor profundidad el proceso de aprendizaje de nuestros discentes, es decir, comprender el aprendizaje como un proceso que genere alegría, agrado y satisfacción por lo que realiza como trabajo escolar. Así lo recuerda Wolfe (2001) cuando señala: “El descubrimiento más novedoso en educación es la neurociencia o la investigación del cerebro, un campo que hasta hace poco era extraño a los educadores”. Una obligación del educador contemporáneo en la presente etapa histórica, caracterizada por el intenso cambio en el conocimiento y el avance científico y tecnológico, es tomar conciencia de la necesidad de conocer mucho más sobre el cerebro y manejar información adecuada de su funcionamiento y como sucede el proceso de aprendizaje, cómo se procesa la información obtenida, cómo controla los estados del comportamiento, cómo regula las emociones. Comprendiendo este complejo proceso el educador puede desarrollar de manera óptima un planeamiento, ejecución y evaluación curricular y un ambiente escolar mucho más compatible con el proceso del aprendizaje.
Los procesos del aprendizaje se hayan interrelacionados con el medio social y sus formas de interactuar en el sujeto, por ejemplo debido a descubrimientos neuro-científicos, sabemos que proporcionar brinda mayor placer que receptar y que la desigualdad es mucho más nociva que la pobreza. La desigualdad causa estrés y éste, a su vez, origina una superproducción de sustancias nocivas (toxinas) que atrofian funciones básicas en el SNC.
En los países más equitativos, las personas son más longevas. Los costarricenses y los cubanos son más longevos que los norteamericanos, ellos buscan solucionar necesidades básicas, pero viven más porque son más igualitarios.
En la actualidad es necesario desarrollar nuevos modelos educativos que inserten los aportes de la neurociencia al campo educativo. Lawson (2001) indica que la teoría del aprendizaje es compatible con el estudio del cerebro, se pueden derivar sus conclusiones partiendo de los estudios fisiológicos para comprender cómo el cerebro aprende mejor. Jensen (2000) reafirma esta propuesta al señalar que: “El aprendizaje basado en el cerebro, es un proceso cimentado en la información del uso de un grupo de estrategias prácticas que son dirigidas por principios sólidos derivados de la investigación del cerebro”. Sobre la interacción del SNC con las funciones del aprendizaje Bunge (2009) sostiene que: “Si uno deja de aprender, el cerebro deja de funcionar”.
Un educador es señalado como el agente educativo necesario en el proceso de enseñanza-aprendizaje, debe emplear los últimos aportes de la neurociencia durante su práctica educativa en aula, conociendo los elementos que activan el SNC, para un aprendizaje eficiente en el discente debe activar el proceso de adquisición de nuevos conocimientos mediante las emociones positivas, generando fascinación y alegría.
La aplicabilidad de conocimientos neurocientíficos y espacios de interacción en el aula, exige el compromiso en los educadores y la comunidad, de informarse y obtener información básica sobre el funcionamiento del SNC. De la misma manera, es importante que el educador comprenda cómo el cerebro desempeña múltiples funciones, cómo se organiza en sistemas y cómo estos sistemas permiten que sea posible el aprendizaje, la memoria, el lenguaje, las emociones, la atención, el pensamiento, la conducta y tantas otras funciones más.
El conocimiento adecuado de la estructura y funcionamiento del SNC provee al educador del soporte teórico para emprender nuevas formas para conducir el proceso de enseñanza-aprendizaje, generando nuevas oportunidades para el desarrollo integral del discente. Como seres humanos, tenemos enorme potencial para el aprendizaje, nacemos con el deseo innato por aprender y poseemos sistemas naturales de aprendizaje (motivación, acción, desarrollo, fortalecimiento, estructuración, refinamiento y dominio). Genéticamente el cerebro está programado para aprender, procesar, consolidar y recordar un aprendizaje. Tiene capacidad para adaptarse a los cambios. Cuanto más aprende, más se desarrolla. Es el único órgano del cuerpo que puede auto enseñarse; puede captar, percibir o comprender un aprendizaje de diferentes maneras (visual, auditiva, lógica, lingüística, reflexiva, analítica, conceptual, perceptiva, motora, emocional, intrapersonal, interpersonal.). El cerebro es altamente influenciado por el entorno, las emociones y los estados de ánimo (pueden afectar la capacidad de pensar, razonar las acciones, actitudes y el aprendizaje).
El cerebro es la parte más grande del encéfalo, formado por dos hemisferios cerebrales y está contenido en el cráneo. Los hemisferios se mantienen unidos a través de un enorme haz de sustancia blanca recubierta por la corteza cerebral denominado cuerpo calloso, el mismo que hace posible la función integrada de ambos hemisferios. Estamos formados por dos hemisferios complementarios y eso es lo que hace que caminemos hacia la integración y la total activación del cerebro. La relación inter-hemisférica que se establece a través del cuerpo calloso interviene en el desarrollo del lenguaje, de la conciencia diferenciada del “yo” y en el aumento de la capacidad de aprendizaje codificado que experimenta el niño y niña. Se considera que los dos hemisferios difieren no tanto en lo que se enfocan, sino en cómo procesan la información de entrada. El hemisferio izquierdo parece centrarse en los detalles (por ejemplo, reconocer una cara particular en una multitud). El hemisferio derecho se centra en generalidades (por ejemplo, comprender la posición relativa de objetos en el espacio).
El hemisferio izquierdo dirige el control motor del lado derecho del cuerpo humano, es especializado o dominante para la comprensión y expresión del lenguaje, la matemática, las funciones analíticas; busca explicación del porqué de los eventos, se especializa en reconocer palabras y números. El hemisferio derecho dirige el control motor del lado izquierdo del cuerpo humano, procesa información en forma holística y abstracta, es sensible al espacio, interpreta el lenguaje a través de gestos, movimientos faciales, emociones y el lenguaje corporal.
Roeders (1996) sostiene que la persona con predominio del hemisferio izquierdo toma las partes separadas, las une, las compone en una relación lógica; de manera que está trabajando desde una parte hacia un total. La persona con predominio del hemisferio derecho, al contrario, piensa en totales; ella primero observa el total y luego ve las partes de las cuales está compuesto y así es capaz de descubrir coherencias y soluciones no convencionales. Aquellos niños con predominancia del hemisferio izquierdo piensan y trabajan con símbolos; mientras que los niños con predominancia del hemisferio derecho interactúan mejor con los objetos concretos. Niños y niñas aprenden eficientemente a través de sus experiencias directas y multisensoriales, lo que les permite emplear los instrumentos conceptuales del conocimiento (nociones, ideas, categorías, hipótesis y saberes) y activamos el potencial de aprendizaje estimulando plenamente el cerebro en las diversas funciones de ambos hemisferios.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que no todo lo que se conoce en el campo neurocientífico es aplicable al ámbito educativo. El cerebro funciona mediante dos factores importantes: los determinantes genéticos (influencias bioquímicas) y los ambientales (las experiencias individuales) existen muchos factores culturales que influyen de manera directa y positiva en el SNC y que deben ser consideradas por el educador, puesto que éstas podrán determinar en la forma de planificar, desarrollar y evaluar el proceso del aprendizaje. Así tenemos que las emociones son críticas para la elaboración de normas, por ejemplo, lo que aprendemos está organizado por procesos mentales que implican expectativas, inclinaciones, prejuicios personales, autoestima y la necesidad de interacción social. Las emociones y los pensamientos se moldean unos a otros y no pueden separarse.
Elementos del SNC que determinan el aprendizaje
Los elementos fundamentales que determinan el aprendizaje y la fijación de la memoria en el cerebro son:
Las neuronas, actores principales; es la unidad anatómica y funcional del cerebro; es la célula más importante en el sistema nervioso y trascendente desde el punto de vista del procesamiento de la información. Sólo se da el aprendizaje cuando se comunica una neurona con otra vía la transmisión sináptica. Snell (2007), indica que las neuronas son células excitables especializadas en la recepción de estímulos y en la conducción del impulso nervioso. Se estima que existen alrededor de 100 mil millones de neuronas en el cerebro humano. Snell (id.) sostiene que la mayoría de las neuronas pueden establecer conexiones sinápticas con otras mil neuronas o más y pueden recibir hasta diez mil conexiones desde otras neuronas. Es imposible estudiar en forma directa lo que está sucediendo en cien mil millones de neuronas que se encuentran en el cerebro humano, y que sólo pueden verse por medio de un microscopio de alta resolución; sin embargo, los neurocientíficos han encontrado alternativas para hacer inferencias acerca de lo que está ocurriendo a nivel neuronal. Por ejemplo: observando acciones masivas en regiones de células, vía la neuroimagenología o neuroimagen; utilizando las técnicas de escáner como la tomografía axial computarizada (TAC); Resonancia nuclear magnética (RNM), tomografía de emisión de positrones (TEP) mediante su aplicación se determina qué áreas del cerebro se activan más en una experiencia o actividad ejecutada. La tecnología MRI (de imágenes por resonancia magnética) y la tomografía computarizada de emisión de fotón (SPECT), son técnicas no invasivas que permiten estudiar cómo un producto marcado radioactivamente se distribuye por el cerebro. Usualmente en las investigaciones sobre el cerebro se utilizan animales menores a los cuales se les insertan electrodos para registrar lo que está ocurriendo en células neurales específicas. También es frecuente la extirpación selectiva de determinadas áreas del cerebro. Por ejemplo, se ha aprendido mucho sobre la función del hipocampo en relación con la memoria, al estudiar organismos a los que se les había extirpado dicho área neuronal.
inapsis y transmisión sináptica, cambios estructurales y funcionales. Los axones (parte efectora de la célula) se ponen en contacto con otras neuronas por medio de arborizaciones, las dendritas, situadas en sus extremos; aunque no se tocan, hay un espacio de quizá entre diez a cincuenta nanómetros (millonésima parte de un metro). Este punto de contacto próximo es llamada sinapsis. El proceso de transferencia de la información en la sinapsis se llama transmisión sináptica, como resultado de una serie de procesos eléctricos (iones) y químicos (neurotransmisores). El axón de una neurona se comunica con otras neuronas al liberar neurotransmisores. La sinapsis es una zona en la que la transmisión de un impulso nervioso se bloquea con mucha facilidad, porque las neuronas se comunican entre sí mediante conexiones sinápticas donde una neurona puede inhibir o excitar la actividad nerviosa de otra neurona. Si una información se considera importante, beneficiosa y motivada, pasa a la amígdala cerebral (filtro afectivo) quien decide quién pasa al cerebro central con ayuda de la dopamina, (neurotransmisor que controla los niveles de atención) activándose cuando la información que acaba de ingresar está asociada al placer, agrado y/o satisfacción. Por el contrario, la amígdala cerebral puede bloquear la información nueva si se encuentra bajo presión, cuando haya presencia de estrés, que el ambiente sea poco acogedor, el clima emocional desagradable entre otras muchas cusas. El aprendizaje también implica un cambio en el comportamiento y por tanto se debe suponer alguna modificación en la forma en que se comunican las neuronas. En la actualidad, se conjetura que los cambios en tal comunicación entrañan cambios en las conexiones sinápticas entre neuronas, es decir, cuanto más entradas se usan para obtener una información, más amplia resulta la red de asociaciones, así como la red de conexiones entre las células cerebrales. Redes grandes pueden ser rencontradas más fácilmente que las pequeñas; así retenemos y recordamos mejor la información de una red más grande. El aprendizaje tiene lugar al aumentar la eficacia de las conexiones sinápticas existentes; lo cual es resaltado por Roeders (1996) cuando afirma que la mayoría de las conexiones se forman al usarse el cerebro, cuando más son estimuladas, más conexiones se construyen y más grandes son las capacidades del hombre para pensar.
Las redes o circuitos neuronales que trabajan en equipo, permiten el aprendizaje, almacenamiento y evocación (memoria). Todo aprendizaje de cualquier información tiene lugar en el SNC. El cerebro necesita una intrincada red de circuitos neuronales conectando sus principales áreas sensoriales y motoras, es decir, grandes concentraciones de neuronas capaces de almacenar, interpretar y emitir respuestas eficientes a cualquier estímulo; teniendo también la capacidad en todo momento, en correspondencia con nuevas informaciones, de reajustar sus conexiones sinápticas y nuevos aprendizajes. Para llevar a cabo la transmisión y el procesamiento de información, cada neurona establece comunicación con muchas otras, formando redes neuronales, tanto más intrincadas sea, mayor es su capacidad de procesamiento.
Las redes neuronales a pesar de estar constituidas por elementos celulares similares comunicados en base a patrones comunes, se comportan de maneras diferentes. Los contactos interneuronales o sinapsis que permiten tal comunicación, más que contactos físicos entre membranas, funcionan modulando el paso de señales de una célula a otra. Cada neurona se comporta como una pequeña pero eficaz sumadora biológica de respuestas eléctricas; cada célula neuronal en interconexión con otras se constituye en una unidad de procesamiento.
Los neurotransmisores son segregados a través de unos sáculos muy pequeños (vesículas sinápticas). Éstos emigran a través de la grieta sináptica (espacio entre las neuronas), llegan a la célula receptora atravesando la membrana a través de un canal y estimulan su despolarización. Así se genera un impulso nervioso. De esta forma, la transmisión química es la que comunica un impulso nervioso de una neurona a otra. Cuando ya se ha producido la transmisión, los neurotransmisores son metabolizados por las enzimas. Los neurotransmisores trabajan excitando las neuronas, provocando su disparo (transmisión de un impulso eléctrico a lo largo de su axón). Sin embargo, en algunos casos los neurotransmisores pueden provocar lo contrario, inhibiendo el disparo de las neuronas. La inhibición se produce cuando el canal de la membrana celular no es sensible al sodio, sino a los iones de cloro (Cl) o a los de potasio (K). Este efecto, o permite a los iones cloruro negativos el paso a través de la célula diana, o permite que los iones de potasio positivos escapen de ella. En ambos casos, la carga eléctrica dentro de la célula diana se mantiene negativa y la neurona no se "dispara".
Tanto la excitación como la inhibición son importantes para el funcionamiento del sistema nervioso, como controlador y coordinador. Se cree que en el sistema nervioso central hay alrededor de sesenta neurotransmisores. Forman parte del lenguaje del sistema nervioso, y regulan muchos estados y actividades del cuerpo como las emociones, estados de ánimo, el sueño, el aprendizaje, la memoria. Neuro-trasmisores como glutamato, dopamina, serotonina, noradrenalina y acetilcolina excitan las neuronas. Tanto dopamina como acetilcolina incrementan el aprendizaje, refuerzan la concentración y proporcionan satisfacción y agrado. La serotonina es un neurotransmisor que ayuda a combatir la depresión (abatimiento, decaimiento, desánimo) y puede producir una sensación general de bienestar, comodidad y confort.
Neuromoduladores, elementos químicos que influyen en el aprendizaje, la memoria y transforman la conducta.
Las estructuras cerebrales, es toda la base de cómo archivar la información y generar los tipos de memoria (memoria de trabajo, memoria sensorial, memoria transitoria, memoria a corto plazo y memoria de largo plazo), sustentan los procesos de la memoria, diferenciadas según la información, codificación y evocación.
El desarrollo neurológico del infante
El desarrollo humano está bajo influencias genéticas y ambientales. Las investigaciones en neurociencia sobre el desarrollo infantil y sus alteraciones tienen en cuenta el concepto de neurodesarrollo; entendido éste como un proceso dinámico de interacción entre el organismo y el medio o contexto que da como resultado la maduración orgánica y funcional del SNC. El desarrollo de las funciones psíquicas y la estructuración de la personalidad expresa que un alto porcentaje de las alteraciones son originadas en la etapa prenatal, en especial en el período embrionario (desde la concepción a la octava semana). El sistema nervioso humano se empieza a formar en la tercera semana del desarrollo, en la cuarta semana, se inicia la diferenciación del cerebro, los ojos, los oídos, el hígado, el intestino y un primer tipo de riñón. En las siguientes cuatro semanas concluye el período embrionario, caracterizado por el predominio de la diferenciación sobre el crecimiento, en la cual se forman los esbozos de todos los órganos, como los miembros, el sistema reproductor, el riñón definitivo, las costillas y el cráneo. Al finalizar la octava semana, el corazón está bien constituido desde el punto de vista morfológico. El período fetal abarca de la novena semana al nacimiento (38 a 40 semanas). Esta etapa se caracteriza por el predominio del crecimiento de los órganos sobre la diferenciación.
En el período embrionario es importante tomar las precauciones sobre los factores o agentes denominados teratógenos, que alteran el normal desarrollo del sistema nervioso. Estos factores se clasifican en biológicos, físicos y químicos.
Entre los factores biológicos se encuentran características maternas como: estado de nutrición, deficiencia de vitaminas, ácido fólico (su carencia produce anencefalia), edad (predisposición reproductiva), forma de la pelvis, infecciones y enfermedades que padece (diabetes, hipotiroidismo), estatura, peso, presencia de tensión emocional. Entre los agentes físicos que alteran el adecuado desarrollo del SNC están las radiaciones ionizantes, uso de rayos X, los traumatismos maternos y la hipertermia.
Los agentes químicos que alteran el desarrollo del SNC en el infante son muy numerosos; se calcula que por lo menos un 2% de las anomalías congénitas son provocadas por exposición del feto ante teratógenos químicos. Otros factores que causan trastornos en la formación del SNC son el uso por parte de la madre de medicamentos anticonvulsionantes, antipalúdicos, anticoagulantes, tranquilizantes, ansiolíticos, analgésicos, hipo e hipervitaminosis. Se ha comprobado que antibióticos como la estreptomicina lesionan el oído y provocan sordera.
A esto se asocian el consumo y exposición a sustancias nocivas como cocaína, heroína, marihuana, tabaquismo y alcoholismo. La ingesta excesiva de cafeína, exposición al thinner; exposición a contaminantes ambientales como mercurio, plomo y pesticidas. Todos estos agentes alteran el desarrollo normal en la formación del SNC, ocasionan retraso en el desarrollo del sistema nervioso del feto, anomalías cardiacas, retraso mental, microcefalia, defectos del tubo neural, nacimiento prematuro.
Secuencia que sigue el cerebro para llegar a un aprendizaje esperado
Comprender cómo aprende globalmente un sujeto, implica conocer las secuencias que sigue el SNC para lograr un aprendizaje esperado. Algunas ideas que propongo son las siguientes:
a) Al aprender el SNC necesita percibir y codificar la información de entrada (Input) y para ello utiliza todos los recursos multisensoriales, el cuerpo, el movimiento y todos los conocimientos previos almacenados en la memoria de trabajo, sensorial, transitoria, a corto mediano y largo plazo). Luego del input sensorial se desencadenan una serie de acontecimientos a nivel neurológico, como por ejemplo:
b) La activación del mecanismo de atención (sin atención no hay aprendizaje ni memoria). La atención es una condición energética y global de todo el organismo que permite la percepción y procesamiento de la información ambiental y el mantenimiento de pautas complejas de comportamiento durante períodos prolongados de tiempo. Al hablar de atención y los procesos atencionales, nos referimos también de forma genérica al carácter selectivo del comportamiento. El desarrollo de nuestras actividades (proceso de enseñanza-aprendizaje) exige el concentrarse en un número limitado de estímulos y dejar a otros al margen, es decir, permitir que el niño o niña procese la información más relevante ignorando otros estímulos (externo o interno) y empieza a adquirir de manera directa o indirecta el aprendizaje.
c) Los recursos manipulativos, los materiales concretos diversos, las estrategias, métodos, procedimientos y actividades variadas que van a permitir a los discentes emplear los instrumentos del conocimiento y activar las operaciones mentales, entre ellos; observar, describir, identificar, ordenar, relacionar, clasificar, seleccionar, diferenciar, memorizar, analizar, sintetizar, elaborar conceptos, inferir, realizar procesos lógicos, comparar. Todos ellos indican causa y efecto, resuelven problemas, hacen abstracción, generalizan, emiten juicios, hasta alcanzar meta cognición (reflexión, pensar lo que pensó), y permitir que el nuevo aprendizaje sea adquirido activando ambos hemisferios cerebrales desarrollando nuevas conexiones sinápticas y nuevas capacidades.
d) La retroalimentación, es un excelente recurso para afianzar el aprendizaje (autocorrección), por ejemplo, escuchar a los discentes de manera libre sobre un tema determinado, realizar pequeños ejercicios sin nombrarlos como evaluación o hacer otra actividad que le permita saber qué entendieron.
e) En ese instante el educador asume el papel básico de mediador, orientador, guía, marcando, así, la diferencia importante entre los procesos de enseñanza y aprendizaje.
f) En ese momento, el cerebro está preparado para archivar en la memoria lo que aprendió; sin embargo, es necesario fundamentar el aprendizaje, repasando y ejercitando lo aprendido en diferentes momentos, aplicando FIDO (frecuencia, intensidad, duración y oportunidad), para consolidar el aprendizaje en el sistema de memoria que corresponda. El tipo de información que fue retenida, la manera que fue codificada, archivada y luego evocada, va a permitir que el aprendizaje se haga real, agradable, significativo y funcional.
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