¿Qué puede aportar la investigación del cerebro al aprendizaje?

Revista Noticias

El ser humano es sinergia total de órganos y procesos. Estamos escritos en lenguaje biológico, pero no estamos determinados por lo biológico y definitivamente podemos escribir nuestro lugar en el mundo y nuestra vida. Una buena manera de ayudar a que esta difícil empresa sea posible es que la educación sea de excelencia. Por eso la comunidad educativa debe mirar al cerebro, para encontrar más y mejores maneras de enseñar a pensar. Sin embargo, durante mucho tiempo el campo de la educación se ha negado a utilizar los conocimientos que hay sobre el cerebro. Las neurociencias cognitivas podrían en lo teórico y deberían en la práctica, informar sobre nuestras concepciones sobre el aprendizaje. Vemos esto como la suma de un nivel de entendimiento del discurso educacional, hacia la creación holística de un marco de trabajo multidisciplinario bio-psicosocial y no como una regresión a la concepción biodeterminante.
La investigación sobre el funcionamiento del cerebro humano ha incrementado el entendimiento de algunos de los procesos cognitivos fundamentales para la educación tales como: aprendizaje, memoria, lectoescritura, inteligencia, toma de decisiones y emoción. Por tal motivo, es necesario que reflexionemos acerca de cómo estos descubrimientos de la investigación en neurociencias cognitivas pueden tener implicancia en las prácticas educacionales. La intersección de la biología y las ciencias cognitivas con la pedagogía se ha convertido en un nuevo foco de interés para la educación.
Algunos de los más recientes hallazgos experimentales de las neurociencias cognitivas pueden ser interpretados o generalizados para sugerir posibles consecuencias para el aprendizaje, el desarrollo cognitivo y la pedagogía en escenarios educativos formales. De hecho, la metodología utilizada en el campo de las neurociencias cognitivas nos ofrece grandes posibilidades para desarrollar estrategias a implementar en el área de educación como por ejemplo el monitoreo y la comparación de distintas modalidades de enseñanza en el aprendizaje.
Una contribución importante de las neurociencias a la comprensión del desarrollo humano ha sido demostrar que la biología no es destino, y que es notable el papel que la experiencia tiene sobre la formación de la mente. La neuroeducación, es un área interdisciplinaria embrionaria que combina las neurociencias, la psicología y la educación para intentar crear mejores métodos de enseñanza y programas de estudio. Este nuevo campo va tomando mayor relevancia debido a que la neurociencia está obteniendo una comprensión más sofisticada sobre cómo la mente de los jóvenes se desarrolla y aprende.
Las neurociencias están trabajando en condiciones específicas del desarrollo –tales como la dislexia o el autismo– que pueden causar problemas de aprendizaje. Aunque este tipo de investigación está orientada hacia el entendimiento de estas condiciones, los resultados suelen tener consecuencias en el aprendizaje. Detectar problemas cognitivos al inicio de su manifestación clínica podría ayudar a una intervención temprana. Trabajos recientes han encontrado que los niños con dislexia sufren de dos problemas específicos: dificultad para analizar y procesar el sonido, y para nombrar objetos en forma veloz. Abordar estos problemas en forma específica y temprana en el desarrollo parece más eficaz que hacerlo más tarde, con tratamientos más generales y menos individualizados. La intervención fonológica (modo en que los sonidos funcionan en un nivel abstracto o mental) en los niños, antes de que tengan problemas en la escuela, minimizaría el efecto de la dislexia en aquellos que potencialmente podrían desarrollarla. Un claro ejemplo de este tipo de intervención temprana que demuestra la intersección biología-educación es el caso de niños con problemas severos en el entorno familiar, quienes muestran anormalidades en los niveles de cortisol (una hormona asociada al estrés), mientras están en el nivel preescolar. Esto sugiere que se podría alentar a que estos niños pasen más tiempo en el preescolar, dentro de un entorno más seguro.
El factor nutrición. Claro está, el entendimiento de las bases neurales que subyacen a estos procesos relacionadas a la educación no puede ignorar un factor esencial: la imperiosa necesidad de una alimentación saludable para el desarrollo normal del sistema nervioso central. Tanto es así, que la asociación que existe entre la malnutrición en las edades tempranas y su impacto en el intelecto a lo largo de la vida ha sido reconocida ya por décadas. Gran parte de las investigaciones en este campo fueron llevadas a cabo en modelos animales, permitiendo así generar sólidas conclusiones gracias al estricto control de variables que permite la experimentación con animales. Ya en los años ’60, Widdowson y McCance demostraron que ratas nacidas en una camada de crías menos numerosa exploraban más el ambiente que aquellas que nacían en camadas más numerosas. El hallazgo no era casual: menos cría implicaba más disponibilidad de leche materna, y por lo tanto, un desarrollo potenciado del cerebro de estos animales. Sucesivos experimentos mostraron luego que ratas que habían sufrido desnutrición en sus primeros días de vida tenían una peor performance en pruebas de destreza espacial y cognitiva que no sorprendentemente, estaba asociada a una disminución del número de células en el cerebro.
El efecto deletéreo de la desnutrición parecería ser máximo cuando la carencia nutritiva se da principalmente por una ingesta paupérrima de proteínas. Además de una descripción exhaustiva de problemas conductuales y cognitivos tanto en animales como en humanos, se ha hallado un número disminuido de neuronas en los cerebros de niños que habían muerto por desnutrición. Más aún, se han descripto cambios a nivel químico en animales con una deficiencia de ingesta de proteínas, en los cuales aumentaba el estado oxidativo de los lípidos y proteínas del cerebro, asociado al envejecimiento y destrucción de células por alteración de la mielina, una vaina de grasa que envuelve a los axones que comunican una neurona con otra y que son esenciales para su función normal. Del mismo modo, ratas que no recibieron suficientes elementos nutritivos, como hierro, presentaron cambios químicos como aumento de la oxidación de lípidos en el cerebro y alteraciones en la mielina, cambios biológicos como tamaños cerebrales reducidos por disminución del número de neuronas, y cambios cognitivos como déficits en pruebas de memoria y conducta. Asimismo, la desnutrición y la malnutrición han sido asociadas a alteraciones en la actividad de neurotransmisores, las sustancias químicas que median la comunicación entre una neurona y otra.
Además de evaluar el efecto de la desnutrición en la educación, no debemos olvidar la relación opuesta: el impacto de la educación en la nutrición. Un bajo nivel de educación tiene efectos negativos sobre la salud. Es posible encontrar una estrecha correlación entre el grado de alfabetización de las madres y la tasa de mortalidad materna, hecho independiente del grado de cobertura sanitaria. Como contrapartida, el Banco Mundial y la comisión sobre macroeconomía y salud de la OMS han advertido acerca del beneficio que la instrucción escolar tiene sobre las mortalidades materna e infantil; resultados similares se han obtenido al investigar las relaciones entre cáncer de mama y alfabetización de las mujeres. Las personas mejor educadas son más sanas, viven más y padecen menor número de enfermedades. La falta de educación se asocia por sí misma a más enfermedad, independientemente de la relación positiva entre “expectativa de vida al nacer” y poder adquisitivo per capita. Es evidente que la vida más sana de las personas con mayor nivel de educación está estrechamente ligada, entre otros, a sus hábitos nutritivos.
Sólo en el contexto de niños bien alimentados, y por lo tanto, con un desarrollo acorde de su sistema nervioso, es que podemos esbozar una estrategia de varios puntos para la incorporación de la neurociencia y los principios generales de la psicología en las escuelas para fomentar el aprendizaje. Dichas estrategias incluyen la conexión emocional de los niños, la creación de entornos de aprendizaje enriquecidos, la enseñanza de cómo aplicar los conocimientos y evaluar periódicamente los resultados del aprendizaje. Michael Posner, un profesor de psicología en la Universidad de Oregón, sugiere que el estudio de las artes puede ser un medio eficaz para mejorar la atención, que a su vez sería capaz de producir un impacto en la inteligencia general. Un estudio de neuroimágenes que comparó niños jóvenes que tuvieron instrucción musical con otros que no la tuvieron, demostró “profundas diferencias” en conexiones cerebrales especificas. La investigación en neurociencias ha hecho importantes contribuciones a nuestra comprensión del desarrollo cognitivo, demostrando que el cerebro es mucho más plástico en todas las edades, y que la experiencia y el comportamiento pueden modular al cerebro. En otras palabras, en lugar de mostrar que la biología es el destino, la investigación en neurociencias ha estado a la vanguardia en demostrar el rol crítico de la experiencia en nuestra identidad.
Aportes recientes. Los estudios más recientes de las neurociencias que podrían contribuir al desarrollo del área educativa son:
– Lenguaje. Las conexiones entre lenguaje y educación son incuestionables. Las neurociencias están descifrando la manera en que los humanos desarrollamos y utilizamos el habla. Hay investigaciones que toman como base a la genética que compartimos con los chimpancés: aún cuando el 98,5% de nuestros genomas (todo el material genético contenido en las células de un organismo en particular) son idénticos, lo cierto es que los humanos podemos hablar, a diferencia de los chimpancés: parecería ser que nuestra capacidad lingüística se debe, en parte, a genes (segmento corto de ADN, que le dice al cuerpo cómo producir una proteína específica) expresados específicamente en el cerebro. Uno de estos genes es el FOXP2, que está involucrado en la expresión de un severo desorden del desarrollo del habla y el lenguaje debido a una falta de control de movimientos faciales y de la boca. Las neurociencias también han demostrado la relación entre la afectación del input lingüístico (en pacientes sordos, por ejemplo) y la consecuente afectación del lenguaje. Desde una visión más anatómico-funcional, una gran cantidad de trabajos científicos han contribuido a localizar elementos básicos del lenguaje en nuestro cerebro, tales como el procesamiento gramático en las regiones más frontales del hemisferio izquierdo, o el procesamiento semántico y el aprendizaje activo de vocabulario en las áreas más posteriores y laterales. Algunos estudios han investigado, incluso, el efecto de la exposición tardía a idiomas de sintáctica irregular en la organización de redes lingüísticas en el cerebro, así como la eficacia de procesamiento de lenguaje en pacientes ciegos. De este modo, las neurociencias nos permitirán diseñar programas de aprendizaje de idiomas, tanto de primeras como segundas lenguas, basadas en las propiedades funcionales de las áreas cerebrales involucradas. Así, podremos maximizar la calidad y la eficiencia de los programas de enseñanza de idiomas.
– Lectura. La lectura es la habilidad que hace posible el proceso escolar. Las neurociencias han contribuido a comprender la importancia de una exposición temprana a la enseñanza de la lectoescritura, demostrando incluso las grandes diferencias que existen en la organización cerebral de personas adultas alfabetizadas y analfabetas. Dichas conclusiones se extraen de estudios de neuroimágenes que miden las respuestas cerebrales ante la exposición de palabras, tanto en adultos como niños. Dichos sondeos sugieren que los principales sistemas de lectura de textos alfabéticos están lateralizados al hemisferio izquierdo. Además, los especialistas han localizado otras áreas cerebrales que se relacionan con el aprendizaje, como la zona occipito-parietal inferior para el procesamiento de propiedades visuales, forma de letras y ortografía, y la zona temporo-occipital, que se asocia a habilidades de lectura, un área que usualmente tiene activación disminuida en niños con dislexia. El campo de las neurociencias ha contribuido también al entendimiento del procesamiento fonológico, lo cual resulta de gran importancia en el área de la educación, especialmente en el tratamiento de niños disléxicos.
– Matemáticas. Desde el campo de las neurociencias también se logró delinear cuáles son las estructuras que deben ser estimuladas para lograr una mejor incorporación de estrategias para resolver problemas, no sólo en el contexto del aula, sino en la vida diaria. Esto se logró porque las neurociencias cognitivas comenzaron a investigar más allá de los modelos cognitivos clásicos, argumentando que hay más de un sistema neural para la representación de números. Varios estudios afirman que las mismas áreas cerebrales están involucradas en la comparación de cantidades, sin importar si se tratan de cifras numéricas, cantidad de objetos, etc. También se ha identificado un sistema numérico de almacenamiento verbal, probablemente asociado al almacenamiento de poesía y secuencias verbales, tales como los meses del año. Esto se debe a que, matemáticamente requiere de un sistema de contabilidad para monitorear las secuencias, y se cree que este sistema almacena “hechos numéricos” más que realizar cálculos. Las neurociencias han explicado también el proceso por el cual los problemas aritméticos simples que son aprendidos una y otra vez (por ejemplo, las tablas de multiplicación) logran almacenarse como memoria declarativa, mientras que los cálculos más complejos requieren de las áreas visuo-espaciales para su correcta ejecución. En un futuro habrá nuevas técnicas de aprendizaje del cálculo, basadas en los conocimientos de la fisiología neural.
– Efectos directos de la experiencia. La estimulación temprana es una de las cuestiones más debatidas en el ámbito de la educación. Aunque suele asumirse que las experiencias específicas tienen un efecto en los niños, las neuroimágenes ofrecen formas de investigar esta asunción de manera directa. La predicción obvia es que experiencias específicas tendrán efectos específicos, aumentando la representación neural en áreas directamente relevantes a las habilidades involucradas en dichas experiencias. Los neurocientíficos han estudiado a pianistas adultos profesionales con resonancia magnética funcional, demostrando que tienen una corteza auditiva incrementada, específicamente para tonos del piano. Más interesante aún, el agrandamiento del área se correlacionaba con la edad de inicio del aprendizaje de los pianistas. Estos procesos de reorganización neural como resultado de la exposición aumentada a tareas determinadas también se ha observado en pacientes ciegos entrenados para leer Braille. En estos pacientes, se observó mayor sensibilidad a la información táctil en los dedos índices comparado a controles. Así, nuestro entendimiento sobre plasticidad cerebral puede ayudar a desarrollar estrategias de enseñanza en el campo de la educación.
– Sueño y cognición. Una vieja pregunta es si podemos aprender algo mientras dormimos. La idea de que el sueño cumpla un rol como función cognitiva propiamente dicha data de muchos años. Estudios recientes explican que un estadio del sueño, el período de movimiento ocular rápido (REM, por su sigla en inglés), no está simplemente asociado a la expresión de los sueños, como ya se ha demostrado, sino que es importante en el aprendizaje y la consolidación de la memoria. Algunas áreas del cerebro, específicamente la región occipital y la corteza premotora, parecerían reactivarse durante el sueño, lo cual puede implicar una consolidación de las conexiones neuronales establecidas durante el día en esta fase del ciclo del sueño. Si bien mucho queda aún por recorrer para conocer en profundidad lo que sucede con nuestra cognición mientras dormimos, las neurociencias podrían fomentar estrategias de consolidación del aprendizaje a través del sueño.
– Emoción y cognición. Hace ya tiempo que las neurociencias han establecido que un aprendizaje eficiente no se logra bajo situación de estrés o miedo. El estrés puede ser tanto benigno como dañino para el cuerpo, ya que las respuestas al estrés pueden proveer una motivación y atención extra, necesarias para lidiar con una situación de emergencia; por el contrario, pero, al mismo tiempo, el estrés crónico o exagerado puede tener un efecto significativo sobre el funcionamiento fisiológico y cognitivo. El principal sistema emocional del cerebro es un grupo de estructuras que están conectadas masivamente con la corteza frontal (dedicada, entre otras funciones, a la resolución de problemas). Cuando un alumno se encuentra estresado, las conexiones entre los centros emocionales y el lóbulo frontal, que es crítico para la toma de decisiones y la planificación, pueden verse afectadas, lo que impacta de manera negativa en el aprendizaje y afecta el juicio social, incluyendo la respuesta a la recompensa y el riesgo. El bienestar físico y emocional está estrechamente vinculado con la capacidad de pensar y de aprender de manera eficaz. Aunque las escuelas no pueden controlar todas las influencias que inciden en los jóvenes, es innegable que un ambiente de seguridad y bienestar influye positivamente en el aprendizaje. Dejar hablar a los estudiantes sobre sus sentimientos puede ayudarlos a hacer frente a las situaciones de ira, miedo, y tensión que surgen en la vida cotidiana.
– Formación de Sinapsis. La sinapsis son uniones especializadas mediante las cuales las células del sistema nervioso se envían señales entre sí, y también a células no neuronales. En la infancia el cerebro forma más cantidad de sinapsis, comparada con la edad adulta; además, el número de sinapsis por unidad volumen de tejido (la densidad sináptica) en la capa cortical exterior del cerebro cambia a lo largo de la vida, tanto en los monos como en las personas. Los seres humanos recién nacidos tienen menor densidad sináptica que los adultos. Sin embargo, durante los meses que siguen al nacimiento, el cerebro del bebé comienza a formar sinapsis en exceso respecto de los niveles del adulto: ya a los cuatro años de edad, las densidades sinápticas llegan a su pico en todas las áreas cerebrales, y están al menos un 50% por encima de los niveles adultos. Durante la infancia, las densidades sinápticas son superiores a las de los adultos, y hacia la pubertad ocurre un proceso de eliminación sináptica (también llamado poda sináptica) que reduce el número de sinapsis.
El tiempo de este proceso varía en las distintas áreas del cerebro humano. En el área visual, la densidad sináptica aumenta rápidamente a los 2 meses, alcanza su pico de los 8 a los 10 meses, y luego disminuye a los niveles adultos alrededor de los 10 años. Sin embargo, en la corteza frontal humana –involucrada en la atención, memoria de trabajo y planificación– este proceso se inicia más tarde y dura más tiempo. En la corteza frontal, la densidad sináptica no se estabiliza en los niveles de madurez hasta los 16 años. Por lo tanto, podemos pensar en densidades sináptica en las primeras 2 décadas de vida como una U-invertida: baja al nacimiento, pico en la infancia, y más baja en la adultez.
Más allá de lo que los educadores creen, las neurociencias saben poco aún sobre los beneficios de este patrón. Esto se debe a que suelen citarse pocos ejemplos basados en aprendizaje de animales cuyos resultados se extrapolan al comportamiento humano. Sobre la base de los cambios motores, visuales, y mnésicos observados, los neurocientíficos concuerdan en que los movimientos básicos, la visión, y las habilidades de memoria aparecen en su forma más primitiva cuando las densidades sinápticas inician su rápido crecimiento. Por ejemplo, a los 8 meses, cuando las sinapsis comienzan a crecer velozmente en las áreas frontales, los bebés primero muestran habilidades para la memoria de trabajo de lugares y objetos. El rendimiento en estas tareas mejora de manera constante durante los siguientes cuatro meses. Sin embargo, el rendimiento en estas tareas de memoria no alcanza su pico sino hasta la pubertad, cuando las densidades sinápticas han disminuido al nivel del adulto.
La neurociencia sugiere que no hay relación directa entre las densidades sinápticas y la inteligencia. Los aumentos en las densidades sinápticas se asocian con el desarrollo inicial de habilidades y capacidades, pero estas continúan desarrollándose luego de que la densidad sináptica disminuye a niveles adultos. Aunque temprano en la infancia tenemos la mayor cantidad de sinapsis, la mayor parte del aprendizaje ocurre más tarde en la vida. Dada la existencia del patrón de U-invertida y lo que observamos respecto de nuestro aprendizaje e inteligencia a través de la vida, no tenemos razón para creer que cuantas más sinapsis tenemos, más inteligentes somos. En resumen: ningún estudio científico apoya hasta la fecha la idea de que cuanto más aprendizaje hay en la infancia, más sinapsis van a ser “salvadas”.
La educación se relaciona estrechamente a los tiempos del crecimiento. En ese desarrollo hay momentos ideales para aprehender ciertas cosas. Un periodo crítico es un tiempo durante la vida de un organismo en el que este es más sensible a influencias del ambiente o a la estimulación, y por eso los períodos críticos podrían ser ventanas de oportunidad de aprendizaje. Los neurocientíficos están comenzando a comprender por qué los períodos críticos existen y por qué tienen un valor adaptativo para el organismo. Se cree que como resultado de procesos evolutivos, algunos sistemas neurales muy sensibles, como la visión, dependen de la presencia de estímulos del ambiente para sintonizar los circuitos neurales. Los períodos críticos contribuirían al desarrollo de habilidades como la visión, la audición, y el lenguaje.
Los ambientes enriquecidos aumentan las conexiones sinápticas. Ratas jóvenes criadas en ambientes complejos presentan un 25% más de sinapsis por neurona en las áreas visuales que las ratas que se criaron estando aisladas. Años atrás, investigadores establecieron que el cerebro de ratas adultas también forma nuevas sinapsis en respuesta a ambientes complejos. Investigaciones acerca de ambientes complejos nos dicen que el cerebro se puede reorganizar para aprender a lo largo de la vida.
Interrogantes a responder. Hay preguntas sobre la política educacional que probablemente podría ser bueno realizarlas: por ejemplo: ¿cuál es la mejor edad para iniciar la educación formal? Y sus corolarios: ¿cuál es la mejor edad para la educación temprana? ¿Cuáles son las cosas que los padres pueden hacer en sus casas antes de que los niños ingresen a la escuela? ¿Existe un orden natural para el desarrollo del razonamiento verbal y no-verbal? ¿Existe una edad crítica más allá de la cual no se puede alcanzar el alfabetismo y los conocimientos básicos de aritmética? Estas preguntas son críticas para construir políticas educacionales. Después de todo, las edades para comenzar la educación formal varían ampliamente en los países occidentales, de los 3 a los 6 años. Otro interés importante para aquellos que se ocupan del financiamiento de la educación (y obviamente, para los padres y profesores involucrados), es la efectividad del alto costo de las intervenciones de rehabilitación o terapéuticas. Para aquellos niños que sufren desventajas educacionales de algún tipo, por ejemplo, socio-económicas y/o genéticas ¿qué tipo de intervenciones serían más efectivas? La psicología cognitiva está repleta de modelos cognitivos y una tarea pendiente es decidir sobre la competencia de los modelos y su veracidad en escenarios educacionales.
Algunas preguntas son eternas, y también cotidianas: ¿Por qué algunos niños aprenden más fácilmente que otros? ¿Hay algún componente genético para la inteligencia? ¿Por qué parecería que varones y mujeres piensan diferente? Las neurociencias cognitivas pueden contribuir en la búsqueda de respuestas y los profesores no deben temer a los descubrimientos de las neurociencias, ya que muchos de estos podrían respaldar la práctica de una enseñanza intuitiva de alto nivel. Esta postura se respalda por un creciente interés público en los descubrimientos de las neurociencias cognitivas. Por lo tanto urge que la comunidad educativa se una a la comunidad neurocientífica en un dialogo.
En conclusión, la educación se podría beneficiar al adoptar las neurociencias cognitivas en vez de ignorarlas. Es más, los pedagogos deberían contribuir activamente a la agenda de exploraciones de futuras investigaciones sobre el cerebro. Por ejemplo, es prometedora la nueva tecnología de neuroimágenes para examinar el procesamiento cerebral de matemática, lectura, y otras tareas específicas al aprendizaje. La investigación en ciencias biomédicas y conductuales debería enfatizar entre los psicólogos la necesidad de colaborar más cercanamente con los educadores para estructurar estudios del cerebro que permitan aplicar los nuevos conocimientos a la educación. Es en el encuentro entre disciplinas donde surge la interacción que produce mejoras sensibles en nuestra capacidad de entender. Los neurólogos y psicólogos cognitivos estamos listos para participar del debate de ideas y trabajar con nuestros pares de otras disciplinas