Jak uczysz się ludzkiego mózgu?



Nasz mózg się uczy z doświadczeń: zmierzenie się z naszym środowiskiem zmienia nasze zachowanie poprzez modyfikację naszego układu nerwowego (Carlson, 2010). Chociaż wciąż nie wiemy dokładnie i na wszystkich poziomach, każdy z neurochemicznych i fizycznych mechanizmów zaangażowanych w ten proces, różne dowody eksperymentalne zgromadziły dość szeroką wiedzę na temat mechanizmów zaangażowanych w proces uczenia się.

Mózg zmienia się przez całe nasze życie. Neurony, które go tworzą, mogą być modyfikowane w wyniku różnych przyczyn: rozwoju, cierpienia z powodu pewnego rodzaju uszkodzenia mózgu, narażenia na stymulację środowiskową i zasadniczo w wyniku uczenia się (BNA, 2003).

Indeks

  • 1 Podstawowe cechy uczenia się mózgu
  • 2 Rodzaje uczenia się mózgu
    • 2.1 - Uczenie się nie skojarzone
    • 2.2 - Uczenie asocjacyjne
  • 3 Neurochemia uczenia się mózgu
    • 3.1 Wzmocnienie pozycji i depresja
  • 4 Przyzwyczajenie i świadomość
    • 4.1 Habituation
    • 4.2 Uczulenie
  • 5 Konsolidacja uczenia się w mózgu
  • 6 referencji

Podstawowe cechy uczenia się mózgu

Uczenie się jest niezbędnym procesem, który wraz z pamięcią jest głównym sposobem, w jaki żywe istoty muszą dostosować się do powtarzających się zmian w naszym środowisku.

Używamy terminu „uczenie się”, aby odnieść się do faktu, że doświadczenie wywołuje zmiany w naszym układzie nerwowym (SN), co może być długotrwałe i wymagać modyfikacji na poziomie behawioralnym (Morgado, 2005).

Same doświadczenia zmieniają sposób, w jaki nasz organizm postrzega, działa, myśli lub planuje, poprzez modyfikację SN, zmieniając obwody uczestniczące w tych procesach (Carlson, 2010).

W ten sposób, w tym samym czasie, gdy nasz organizm wchodzi w interakcję ze środowiskiem, synaptyczne połączenia naszego mózgu ulegną zmianom, zostaną ustanowione nowe połączenia, te, które są użyteczne w naszym repertuarze behawioralnym, zostaną wzmocnione lub inne, które nie będą użyteczne lub wydajne znikną 2003).

Dlatego, jeśli uczenie się ma związek ze zmianami zachodzącymi w naszym układzie nerwowym w wyniku naszych doświadczeń, kiedy te zmiany zostaną skonsolidowane, możemy mówić o wspomnieniach. (Carlson, 2010). Pamięć jest zjawiskiem wywodzącym się z tych zmian, które zachodzą w SN i daje poczucie ciągłości naszego życia (Morgado, 2005).

Ze względu na wielorakie formy uczenia się i systemy pamięci, obecnie uważa się, że proces uczenia się i tworzenie nowych wspomnień zależy od plastyczności synaptycznej, zjawiska, poprzez które neurony zmieniają swoją zdolność komunikowania się ze sobą (BNA, 2003). ).

Rodzaje uczenia się mózgu

Przed opisaniem mechanizmów mózgowych zaangażowanych w proces uczenia się konieczne będzie scharakteryzowanie różnych form uczenia się, w ramach których możemy rozróżnić co najmniej dwa podstawowe typy uczenia się: uczenie się niesocjacyjne i uczenie się asocjacyjne.

-Uczenie się niesocjacyjne

Uczenie się niesocjacyjne odnosi się do zmiany odpowiedzi funkcjonalnej, która występuje w odpowiedzi na przedstawienie pojedynczego bodźca. Uczenie się niezwiązane z kolei może być dwojakiego rodzaju: przyzwyczajenie lub uwrażliwienie (Bear i in., 2008).

Habituation

Powtarzana prezentacja bodźca powoduje spadek intensywności odpowiedzi na niego (Bear i in., 2008).

Przykład: sMieszkałem w domu z jednym telefonem. Gdy dzwoni, uruchamia się, aby odebrać połączenie, jednak za każdym razem połączenie jest wykonywane dla innej osoby. Ponieważ dzieje się to wielokrotnie, przestaniesz reagować na telefon, a nawet przestać go słyszeć (Bear i in., 2008).

Uczulenie

Prezentacja nowego lub intensywnego bodźca wytwarza odpowiedź o zwiększonej wielkości dla wszystkich następujących bodźców.

Przykład: suponga, który idzie chodnikiem ulicy dobrze oświetlonej w nocy i nagle pojawia się blackout. Wszelkie nowe lub dziwne bodźce, które się pojawią, takie jak słyszenie kroków lub widzenie świateł zbliżającego się samochodu, zmienią go. Bodziec zmysłowy (zaciemnienie) spowodował uczulenie, które intensyfikuje jego reakcję na wszystkie następujące bodźce (Bear i in., 2008).

-Uczenie asocjacyjne

Ten typ uczenia się opiera się na ustaleniu powiązań między różnymi bodźcami lub zdarzeniami. W ramach uczenia się asocjacyjnego możemy wyróżnić dwa podtypy: warunkowanie klasyczne i uwarunkowania instrumentalne (Bear i in., 2008).

Klasyczne warunkowanie

W tego typu uczeniu występuje związek między bodźcem wywołującym odpowiedź (odpowiedź bezwarunkowa lub bezwarunkowa, RNC / RI), bodźcem bezwarunkowym lub bezwarunkowym (ENC / EI) i innym bodźcem, który normalnie nie wywołuje odpowiedzi. bodziec warunkowy (EC), który będzie wymagał szkolenia.

Sparowana prezentacja EC i EI obejmie prezentację wyuczonej odpowiedzi (warunkowej odpowiedzi, RC) wyszkolonemu bodźcowi. Kondycjonowanie nastąpi tylko wtedy, gdy bodźce będą prezentowane jednocześnie lub jeśli EC poprzedzi ENC w bardzo krótkim przedziale czasu (Bear i in., 2008).

Przykład: a Bodziec ENC / EC, w przypadku psów, może być kawałkiem mięsa. Po wizualizacji mięsa psy wyemitują odpowiedź ślinienia (RNC / RI). Jeśli jednak pies jest przedstawiany jako bodziec, dźwięk dzwonu nie da żadnej odpowiedzi. Jeśli przedstawimy oba bodźce jednocześnie lub najpierw dźwięk dzwonka (EC), a następnie mięso, po wielokrotnym treningu. Dźwięk będzie w stanie wywołać reakcję wydzielania śliny, bez prezentowania mięsa. Istnieje związek między jedzeniem a mięsem. Dźwięk (EC) jest w stanie wywołać uwarunkowaną odpowiedź (RC), ślinienie.

Kondycjonowanie instrumentalne

W tym typie uczenia się uczymy się kojarzyć odpowiedź (akt ruchowy) ze znaczącym bodźcem (nagrodą). Aby nastąpiło uwarunkowanie instrumentalne, konieczne jest, aby bodziec lub nagroda pojawiły się po odpowiedzi jednostki.

Ponadto motywacja będzie również ważnym czynnikiem. Z drugiej strony, uwarunkowanie instrumentalne wystąpi również wtedy, gdy zamiast nagrody jednostka uzyska zanik biernego bodźca walencyjnego (Bear i in., 2008).

Przykład: sprzedstawiam głodnego szczura w pudełku z dźwignią, która zapewni jedzenie, podczas eksploracji pudełka szczur naciska dźwignię (działa silnik) i obserwuje, że pojawia się jedzenie (nagroda). Po wykonaniu tej czynności więcej razy szczur skojarzy nacisk dźwigni z uzyskaniem pokarmu. Dlatego naciskasz dźwignię, aż zostanie nasycona (Bear i in., 2008).

Neurochemia uczenia się mózgu

Upodmiotowienie i depresja

Jak wspomnieliśmy wcześniej, uważa się, że nauka i pamięć zależą od procesów plastyczności synaptycznej.

W związku z tym różne badania wykazały, że procesy uczenia się (w tym opisane powyżej) i pamięć prowadzą do zmian w łączności synaptycznej, które zmieniają siłę i zdolność komunikacji między neuronami.

Te zmiany w łączności byłyby wynikiem mechanizmów molekularnych i komórkowych, które regulują tę aktywność w wyniku pobudzenia i hamowania neuronów, które regulują plastyczność strukturalną.

Zatem jedną z głównych cech synaps pobudzających i hamujących jest wysoki poziom zmienności ich morfologii i stabilności, który występuje w wyniku ich aktywności i upływu czasu (Caroni i in., 2012).

Naukowcy specjalizujący się w tej dziedzinie są szczególnie zainteresowani długofalowymi zmianami siły synaptycznej, będącymi konsekwencją procesów upodmiotowienia długoterminowego (PLP) - i długotrwałej depresji (DLP).

  • Długoterminowe wzmocnienie: wzrost siły synaptycznej następuje w wyniku stymulacji lub powtarzanej aktywacji połączenia synaptycznego. Dlatego też w obecności bodźca pojawi się spójna odpowiedź, jak w przypadku uczulenia.
  • Długotrwała depresja (DLP): wzrost siły synaptycznej występuje w wyniku braku powtarzanej aktywacji połączenia synaptycznego. Dlatego wielkość odpowiedzi na bodziec będzie mniejsza lub nawet zerowa. Można powiedzieć, że zachodzi proces habituacji.

Przyzwyczajenie i świadomość

Pierwsze badania eksperymentalne zainteresowane identyfikacją zmian neuronalnych leżących u podstaw uczenia się i pamięci wykorzystywały proste formy uczenia się, takie jak przyzwyczajenie, uwrażliwienie lub warunkowanie klasyczne..

W tej panoramie amerykański naukowiec Eric Kandel skoncentrował swoje badania na odruchu cofania się gałęzi Aplysia Califórnica, wychodząc z założenia, że ​​struktury neuronalne są analogiczne między tymi a systemami nadrzędnymi.

Badania te dostarczyły wczesnych dowodów, że pamięć i uczenie się są mediowane plastycznością połączeń synaptycznych między neuronami, które uczestniczą w zachowaniu, ujawniając, że uczenie się prowadzi do głębokich zmian strukturalnych, które towarzyszą przechowywaniu pamięci (Mayford i in. al., 2012).

Kandel, podobnie jak Ramón y Cajal, stwierdza, że ​​połączenia synaptyczne nie są niezmienne, a zmiany strukturalne i / lub anatomiczne są podstawą przechowywania pamięci (Mayford i in., 2012).

W kontekście neurochemicznych mechanizmów uczenia się, różne zdarzenia będą miały miejsce zarówno dla przyzwyczajenia, jak i uczulenia.

Habituation

Jak wspomnieliśmy wcześniej, przyzwyczajenie polega na zmniejszeniu intensywności odpowiedzi, konsekwencji powtórnego przedstawienia bodźca. Gdy bodziec jest postrzegany przez wrażliwy neuron, generowany jest potencjał pobudzający, który umożliwia skuteczną odpowiedź.

Gdy bodziec się powtarza, potencjał pobudzający zmniejsza się stopniowo, aż w końcu nie udaje mu się przekroczyć minimalnego progu rozładowania niezbędnego do wygenerowania potencjału działania postsynaptycznego, który umożliwia skurcz mięśnia.

Powodem, dla którego ten potencjał pobudzenia maleje, jest fakt, że gdy bodziec jest ciągle powtarzany, wytwarzana jest coraz większa ilość jonów potasu (K+), co z kolei powoduje zamknięcie kanałów wapniowych (Ca2+), który zapobiega przedostawaniu się jonów wapnia. Dlatego ten proces jest wytwarzany przez zmniejszenie uwalniania glutaminianu (Mayford i in., 2012).

Uczulenie

Uczulenie jest bardziej złożoną formą uczenia się niż przyzwyczajenie, w którym intensywny bodziec wywołuje przesadną reakcję na wszystkie następujące bodźce, nawet te, które wcześniej powodowały niewielką lub żadną odpowiedź.

Mimo że jest podstawową formą uczenia się, ma różne etapy, w krótkim i długim okresie. Podczas gdy krótkoterminowe uwrażliwienie wymagałoby szybkich i dynamicznych zmian synaptycznych, długotrwałe uwrażliwienie prowadziłoby do długotrwałych i stabilnych zmian wynikających z głębokich zmian strukturalnych.

W tym sensie, w obecności bodźca uczulającego (intensywnego lub nowego), nastąpi uwalnianie glutaminianu, gdy ilość uwolniona przez terminal presynaptyczny jest nadmierna, aktywuje postsynaptyczne receptory AMPA.

Fakt ten pozwoli na wejście Na2 + do neuronu postsynaptycznego, umożliwiając jego depolaryzację, jak również uwolnienie receptorów NMDA, które do tej pory były blokowane przez jony Mg2 +, oba zdarzenia pozwolą na masowy napływ Ca2 + do neuronu postsynaptycznego.

Jeśli bodziec uczulający jest prezentowany w sposób ciągły, spowoduje to stały wzrost wejścia Ca2 +, który aktywuje różne kinazy, prowadząc do rozpoczęcia wczesnej ekspresji czynników genetycznych i syntezy białek. Wszystko to doprowadzi do długotrwałych zmian strukturalnych.

Dlatego podstawowa różnica między oboma procesami polega na syntezie białek. W pierwszym z nich, w świadomości krótkoterminowej, jego działanie nie jest konieczne, aby nastąpiło.

Ze swej strony długofalowa świadomość jest niezbędna do wytworzenia syntezy białek w celu uzyskania trwałych i stabilnych zmian, których celem jest tworzenie i utrzymywanie nowych doświadczeń.

Konsolidacja uczenia się w mózgu

Uczenie się i pamięć są wynikiem zmian strukturalnych, które zachodzą w wyniku plastyczności synaptycznej. Aby te zmiany strukturalne miały miejsce, konieczne jest utrzymanie procesu długotrwałego wzmocnienia lub konsolidacji siły synaptycznej..

Podobnie jak w przypadku indukcji długotrwałego uczulenia, konieczna jest zarówno synteza białek, jak i ekspresja czynników genetycznych, które doprowadzą do zmian strukturalnych. Aby te zdarzenia miały miejsce, musi nastąpić szereg czynników molekularnych:

  • Utrzymujący się wzrost wejścia Ca2 + w terminalu aktywuje różne kinazy, dając początek wczesnej ekspresji czynników genetycznych i syntezie białek, które doprowadzą do indukcji nowych receptorów AMPA, które zostaną wprowadzone do membrana i utrzyma PLP.

Te zdarzenia molekularne spowodują zmianę wielkości i kształtu dendrytycznego, będąc w stanie zwiększyć lub zmniejszyć liczbę kolców dendrytycznych niektórych stref.

Oprócz tych zlokalizowanych zmian, obecne badania wykazały, że zmiany zachodzą również globalnie, ponieważ mózg działa jako jednolity system.

Dlatego te zmiany strukturalne są podstawą uczenia się, a ponadto, gdy te zmiany mają tendencję do przetrwania w czasie, będziemy mówić z pamięci.

Referencje

  1. (2008). W B. N. Association i BNA, Neuronauki Nauka o mózgu. Wprowadzenie dla młodych studentów. Liverpool.
  2. Bear, M., Connors, B. i Paradiso, M. (2008). Neuroscience: odkrywanie mózgu. Filadelfia: Lippincott Wiliams & Wilkings.
  3. Caroni, P., Donato, F. i Muller, D. (2012). Plastyczność strukturalna po nauce: regulacja i funkcje. Natura, 13, 478-490.
  4. Podstawy fizjologii zachowania. (2010). W N. Carlson. Madryt: Pearson.
  5. Mayford, M., Siegelbaum, S.A., & Kandel, E. R. (s.f.). Synapsy i pamięć.
  6. Morgado, L. (2005). Psychobiologia uczenia się i pamięci: podstawy i najnowsze osiągnięcia. Rev Neurol, 40(5), 258-297.