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Educación y neurociencia: los desafíos de una convergencia necesaria

Magisterio
25/05/2017 - 09:00
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Foto de UGR Media. Tomada de Flickr

Desde hace varias décadas las ciencias de la educación y la neurociencia han buscado acercarse para contestar las preguntas relacionadas con los mecanismos biológicos que subyacen al aprendizaje y cómo estos mecanismos pueden ayudar a diseñar mejores metodologías educativas. A pesar de este largo acercamiento, existe una distancia considerable entre las prácticas educativas y la actividad científica de esta área. En el presente artículo, exploramos algunos de los aportes que la neurociencia ha hecho al conocimiento en el ámbito educativo y discutimos algunas de las razones por las cuales, a pesar de estos avances, aún hay tareas pendientes entre las comunidades educativa y científica.

 

 

Palabras clave: Neurociencia, educación, mecanismos biológicos, metodologías educativas.

 

 

Aportes de la neurociencia al conocimiento en el ámbito educativo 

Es indudable que la neurociencia ha tenido un notable avance durante las últimas décadas. Un importante porcentaje de ese conocimiento tiene relación directa con el ámbito educativo. En primer lugar, se comprenden mucho mejor todos los procesos de desarrollo del sistema nervioso que se relacionan con el aprendizaje. Se sabe por ejemplo que el cerebro madura a diferentes velocidades en distintas regiones corticales. Las redes neuronales sensoriales tienen un desarrollo más temprano que las redes cognitivas. Una evidencia importante de este fenómeno tiene que ver con la contabilización de sinapsis en diferentes partes del cerebro, a distintas edades. Huttenlocher y Dabholkar (2007), han demostrado que a la edad conceptual de 600 días hay una máxima cantidad de de sinapsis en las cortezas cerebrales sensoriales, que luego van decreciendo con el tiempo. Esta disminución progresiva del número de sinapsis en las cortezas sensoriales se debe principalmente a un refinamiento de los circuitos asociados al enriquecimiento del procesamiento sensorial. En contraposición, el número de sinapsis en las redes cognitivas, es decir en corteza cerebral frontal y prefrontal, aumenta progresivamente con la edad, alcanzando su mayor valor alrededor de los 1.500 días para luego, igual que como ocurre en las cortezas sensoriales, disminuir en número.

 

+Lea: Neurociencias en la educación de futuro

 

Es interesante notar que el número máximo de sinapsis de un ser humano es alcanzado antes de los 5 años de vida. Esto implica que las capacidades cognitivas no necesariamente tienen una relación directa con el número de sinapsis, sino que -aunque el índice es también importante- el número también depende del refinamiento de los circuitos involucrados. Esto es justamente lo que ocurre durante el desarrollo donde, a pesar de la constante reducción en el número de neuronas y en el número de sinapsis (ocurre por el resto de nuestras vidas), es más importante la modificación y especialización de los circuitos neuronales en nuestro cerebro.

 

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Las modificaciones morfológicas que se observan a través del desarrollo de niños y adolescentes no son las únicas conocidas. También se ha observado que la manera en que estos circuitos funcionan y se comunican entre sí, varía con la edad. Una medida funcional utilizada en los últimos años hace referencia a la sincronía neuronal. Esta sincronía es el reflejo de la cooperación funcional de diferentes circuitos y puede ser medida a través de la actividad electroencefalógrafica. Se ha observado que con la edad se acompaña un aumento en la sincronía neuronal (Uhlhaas y Singer, 2010). Este momento de la sincronía neuronal reflejaría un incremento de la competencia del cerebro para trabajar como una red coherente. Es interesante notar que esta sincronía sufre una reducción importante durante la adolescencia tardía, que luego se recupera luego de los 18 años. Se sabe que personas que sufren esquizofrenia exhiben un patrón de sincronía disminuido que se mantiene durante su adultez (Uhlhaas y Singer, 2011). 

 

Otro concepto relacionado con el desarrollo se refiere el fenómeno de plasticidad neuronal. Nuestro cerebro está físicamente en constante modificación. Estos cambios son ciertamente intensos durante el desarrollo, pero el cerebro se transforma durante toda la vida. Prácticamente todos estos cambios ocurren a través de la modificación de las conexiones (sinapsis) que existen entre las neuronas, tanto en el número como en la fuerza de estas conexiones. Es importante señalar que la plasticidad neuronal se basa principalmente en la modificación de sinapsis existentes y no en la generación de nuevas neuronas, fenómeno conocido como neurogénesis. Sólo existen dos pequeñas regiones en el cerebro: el hipocampo y la zona subventricular, donde se generan nuevas neuronas. Hasta hoy no se ha encontrado evidencia de neurogénesis en la corteza cerebral, ni en otras regiones del cerebro que las ya señaladas, por tanto, a través del desarrollo y la vida adulta, el número de neuronas de nuestros cerebros decrece con el tiempo y son más bien las modificaciones de las conexiones las que caracterizan los cambios que ocurren durante el aprendizaje.

 

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+Lea: Cerebro y aprendizaje. Hacia una propuesta educativa

 

La plasticidad neuronal que ocurre durante nuestras vidas es mucho más intensa en etapas tempranas, durante el desarrollo, y decrece en forma progresiva a medida que envejecemos. Durante el desarrollo cerebral, los cambios plásticos pueden ser de gran magnitud si es que existe una modificación dramática de los procesamientos cerebrales. Esto puede ocurrir, por ejemplo, en personas que han perdido alguna modalidad sensorial temprano durante sus vidas, como ocurre en ciegos y sordos congénitos. En ellas, los cambios plásticos son de tal intensidad que las redes neuronales asociadas a estas modalidades sensoriales sufren modificaciones funcionales dramáticas. Personas sordas de nacimiento modifican las cortezas cerebrales auditivas a cortezas cerebrales que procesan estímulos visuales. Similarmente, personas que han perdido tempranamente su visión exhiben una enorme actividad cerebral en las cortezas visuales, pero que están asociadas a procesamiento táctil, con frecuencia en relación a la lectura braille.

 

Independiente de estos cambios tempranos que ocurren durante el desarrollo, la plasticidad se observa durante toda la vida. La clave del proceso de plasticidad neuronal tiene relación con que la modificación de las conexiones neuronales está basada principalmente en el nivel de actividad de estas conexiones. De esta manera, una conexión sináptica que muestra una gran actividad, tenderá a reforzarse, en contraste con otra conexión que disminuye o muestra una actividad muy reducida, que tenderá a perder fuerza. Así, las conexiones sinápticas se incrementarán o reducirán dependiendo de la magnitud de la actividad de cada circuito. Esto ha podido verse directamente en los mapas funcionales de la corteza somatosensorial. 

 

+Lea: 5 consejos para estimular los dos hemisferios cerebrales a la luz de la neurociencia

 

En estudios con animales se ha podido comprobar que el uso aumentado de una parte del cuerpo, por ejemplo de la punta de los dedos, resulta en un aumento de la representación de esa área de la mano en la corteza cerebral correspondiente, a costa de la representación de áreas de la mano adyacente (Recanzone, et al., 1992). Por lo tanto, la corteza cerebral tiende a repartir sus recursos con una mayor representación de aquellos circuitos que despliegan una mayor actividad. Estos mecanismos neuronales tienen mucho sentido cuando observamos que la práctica de una actividad mejora el rendimiento. El sustrato neurobiológico de esta observación estaría dado por el hecho de que la práctica constante activa un circuito particular con el consecuente cambio de representación en los circuitos cerebrales.

 

Otro de los avances importantes en la neurociencia tiene relación con el entendimiento de los procesos que ocurren durante la percepción. En general, se ha considerado que la percepción ocurre tal cual la etimología de la palabra lo sugiere, el término surge del concepto de captura, donde nuestra experiencia sensorial ocurre por la aprehensión sensorial del mundo físico que nos rodea. Nuestra impresión sensorial es que el mundo que experimentamos y que compartimos resulta de esta captura objetiva. Al mismo tiempo, nuestra experiencia compartida no es exactamente idéntica y continuamente estamos contrastando nuestra propia experiencia con la experiencia de otros, constatando que no siempre coincide. 

 

La neurociencia hoy ha mostrado que la experiencia sensorial no es sólo una captura de parámetros físicos del mundo que nos rodea, sino la combinación de esta captura con la actividad intrínseca que ocurre nuestros cerebros. Dado que esta actividad intrínseca difiere, también puede diferir substancialmente entre personas el resultado final perceptual. Una misma escena visual, un mismo estímulo auditivo, una misma palabra u objeto puede desatar estados perceptuales muy diferentes en distintas personas. Sin embargo, típicamente nos comportamos con la suposición de que lo que nosotros como individuos vemos, escuchamos y sentimos, es común con las personas que nos rodean. Muchas veces, especialmente en un ambiente de aprendizaje, creemos que lo que decimos a los alumnos es exactamente lo que ellos escuchan o que lo que les mostramos, es exactamente lo que ven. Claramente, la neurociencia pone en duda esta convicción. 

 

 

+Lea: Cerebro total: estrategias para estimular el aprendizaje en los dos hemisferios

 

La “realidad” de distintas personas se parece porque tenemos cerebros parecidos, pero también difiere porque la actividad en curso del cerebro depende de la experiencia. Asi, la “realidad” como la experimentamos es una CONSTRUCCION realizada por el cerebro, que combina la interacción con el medio físico y la actividad EN CURSO del cerebro. Las consecuencias de este concepto de percepción, como una experiencia individual, no son menores. Esto implica una especial reflexión sobre la interacción entre personas que pueden percibir diferentes realidades en un contexto de aprendizaje.

 

Un ámbito donde la neurociencia ha podido lograr un buen entendimiento de los mecanismos es justamente el pilar fenomenológico que ocurre durante los procesos educativos, es decir, los fenómenos que ocurren en aprendizaje y memoria. Si bien es muy difícil resumir en pocas líneas los avances que han ocurrido en esta área, es importante señalar algunos rasgos centrales. En primer lugar, constatar algo que aunque aparentemente trivial, refuerza la idea de los cambios en el cerebro: todo aprendizaje requiere de un cambio físico del cerebro, y estos cambios ocurren a través de los mecanismos de plasticidad neuronal. Un segundo concepto importante es que aunque los aprendizajes implican modificaciones del cerebro, ocurren en distintos lugares según la naturaleza del aprendizaje. Es decir, no hay un centro del aprendizaje en el cerebro, sino que muchas de sus regiones son modificadas específicamente para distintos tipos de aprendizaje. Una caracterización común de los tipos de aprendizaje clasifica al aprendizaje según el mecanismo que opera, es decir de la memoria. 

 

Por ejemplo, en la memoria declarativa, que hace referencias a eventos o hechos personales, los cambios plásticos ocurren principalmente en el lóbulo temporal medial, hipocampo y neocorteza. Mientras que otros tipos de aprendizaje como la memoria procedural, es decir la memoria asociada a las habilidades motoras, tienen relación con cambios importantes que ocurren en los ganglios de la base y cerebelo. La memoria de trabajo, que requiere de la manutención de información durante la ejecución de una tarea, está relacionada con la actividad de la corteza prefrontal. La relevancia de este conocimiento tiene relación con entender que distintos tipos de aprendizaje utilizan circuitos cerebrales diferentes. Consecuentemente, parece claro que distintos tipos de aproximaciones educativas pueden ser más eficientes en relación con un tipo de aprendizaje u otro.

 

Otras áreas de desarrollo menos evidentes en la neurociencia han tenido también un impacto importante en el ámbito educativo. La neurobiología del sueño ahora entiende mucho de los mecanismos relacionados durante la transición entre el estado de vigilia y el sueño. Entre los conceptos más interesantes de la neurobiología del sueño está la relación entre la actividad que ocurre durante el sueño y el aprendizaje. Hoy está muy establecido que existe una relación directa entre la actividad cerebral que ocurre durante el sueño y el rendimiento del aprendizaje. 

 

Estos conceptos se pueden resumir en que durante el sueño, que no es un solo estado, sino una colección de distintos estados cerebrales, se presenta una actividad importante en la corteza cerebral que se asemeja a la actividad que ocurre durante la vigilia. Una parte importante de esta actividad se asemeja mucho a la que ha ocurrido recientemente durante la vigilia, lo que ha dado pie a la idea de que durante el sueño hay una reconstitución por reactivación de los circuitos cerebrales que ocurren durante una tarea. Esta reactivación provocaría cambios plásticos en los circuitos involucrados en esa tarea con el consecuente mejoramiento en el rendimiento. Dicho fenómeno recibe el nombre de consolidación, y estaría detrás de la relación entre sueño y aprendizaje. Como ejemplo, el aprendizaje de una textura es reforzado cuando los sujetos duermen una siesta de 60 minutos luego de esa tarea (Mednick, 2003). Este conocimiento sugiere una importancia primordial de la higiene del sueño en el aprendizaje, algo que claramente no es algo frecuente en nuestros jóvenes, que tienden a mostrar una reducción del número de horas de sueño recomendadas. 

 

Los avances de la neurociencia que han sido descritos y que tienen un impacto en el ámbito educativo son relativamente recientes y aún incompletos. Esta situación ha promovido la aparición de una serie de mitos asociados a la actividad del cerebro, que de alguna manera han sido trasladados al ambiente educativo. Si bien hay un largo camino por recorrer para entender mucho de los mecanismos cerebrales que ocurren durante el aprendizaje, existe una serie de mitos que es necesario subrayar para evitarles. Hay varias publicaciones que los discuten, entre ellas, una publicación de la OECD (2002) que además se remite al tema de este articulo, lo que la hace una buena referencia previa. 

 

Entre estos mitos (también llamados neuromitos) está la afirmación de que "no hay tiempo que perder porque todo lo más importante en el aprendizaje pasa antes de los tres años". La neurociencia de hoy ha establecido que el aprendizaje es un proceso continuo y que, por lo tanto, no existe una única ventana de tiempo donde ocurran los cambios neurobiológicos asociados a este fenómeno. Se puede aprender a cualquier edad y, si bien la dificultad asociada no es la misma para una persona joven que para otras de mayor edad, los mecanismos neurobiológicos que permiten el aprendizaje están siempre presentes. 

 

Relacionado con este mito aparece también la idea de los períodos críticos, que hace referencia a períodos de tiempo donde ciertos conceptos o ideas pueden ser aprendidos y que si esto no ocurre en esta ventana temporal, no pueden ser adquiridos. Los períodos críticos en neurociencia hacen referencia a hitos que ocurren durante el desarrollo y suceden en ventanas permisivas para el progreso de ciertos circuitos, pero no son ventanas para aprendizaje de ciertas tareas o habilidades cognitivas. 

 

Otro de los mitos más conocidos se refiere al uso de un pequeño porcentaje del cerebro, típicamente un 10 por ciento. Este mito atribuido a Albert Einstein o Karl Lashley, sugiere que una parte importante del cerebro tiene una muy baja actividad que podría ser eventualmente utilizada para complementar o realizar nuevas tareas cognitivas. Sin embargo, técnicas de imagenología muestran que prácticamente todo el cerebro participa en algún grado en la mayoría de las tareas que se realizan a diario. Si uno observa imágenes de actividad cerebral durante la ejecución de diferentes tareas como escuchar o pensar, se verifica una enorme superposición de las áreas cerebrales involucradas, con evidentes diferencias, pero mayoritariamente similitudes. Esto indica que en la mayoría de las tareas cotidianas ocupamos todo el cerebro con ligeras variaciones de actividades entre una tarea y otra. No hay áreas silenciosas del cerebro que estén esperando un día despertar para ejecutar una tarea asombrosa. Al contrario, como hemos ya discutido, áreas del cerebro que muestran una muy baja actividad tenderán a disminuir la fuerza de sus conexiones y a perder sinapsis.

 

 

Problemas de la convergencia entre educación y neurociencia 

En los párrafos precedentes se ha descrito una serie de avances en el conocimiento de la neurobiología que ayuda a entender mejor el proceso educativo y, en principio, podríamos sugerir estrategias educativas que utilicen este conocimiento de una manera aplicada en el aula. Sin embargo, como sugiere la larga historia de interacción entre neurociencia y educación, la implementación inmediata de este conocimiento es más complicada de lo que uno quisiera. Existen varias razones por las cuales ha habido una demora sustancial en el traslado de este conocimiento directamente al ámbito educativo. Uno de los factores que dificulta esta interacción tiene que ver con que la neurociencia y la educación tienen en principio propósitos diferentes. 

 

Por un lado, la neurociencia busca entender los mecanismos neuronales que subyacen a la conducta, es decir, busca entender los circuitos las neuronas y sus conexiones, aquellas que están detrás de una conducta en particular. Más aún, busca entender la conducta de, a lo máximo, un solo individuo. Al contrario, la educación busca comprender los mecanismos de la conducta. Existen muchas definiciones de lo que busca la educación, pero encontramos propuestas desde la de Alfred North Whitehead (1967) donde manifiesta que “La educación es la adquisición de la técnica de la utilización de conocimientos”, hasta la definición de Paulo Freire (1998), que dice: “Educar es esencialmente, formar”. Si bien no hay espacio aquí para una discusión más fina sobre los propósitos de la educación, claramente hay una baja coincidencia entre estos propósitos y los de la neurociencia.

 

Estas diferencias de propósitos presentan un reto no menor para la convergencia entre la educación y la neurociencia. Willingham (2009) propone dos grandes desafíos para una exitosa interacción entre estos dos ámbitos. En primer lugar, sugiere que los educadores necesitan aprender contenidos en neurociencia. Ciertamente la frecuencia y profundidad de contenidos de neurociencia no es algo común en los currículos de las carreras asociadas a la educación. Por otra parte, este autor sugiere que la neurociencia necesita también investigar el proceso educativo. 

 

En el fondo, se sugiere que el actual nivel explicativo de la neurociencia y de la educación no se intersectan. La neurociencia busca hacer explicaciones fenomenológicas a nivel de la conducta, mirando el sistema nervioso de un individuo a través de sus redes de neuronas, o la actividad de neuronas únicas, o más aún, a nivel de la expresión genética celular de estos fenómenos. Por su parte, la educación comienza con el nivel explicativo de un individuo, preocupándose principalmente de la conducta de una persona, su relación con el medio físico, el ambiente familiar y la escuela, su rol en la sociedad y los conceptos de educación a nivel país. Es evidente que estos niveles explicativos no coinciden y, por lo tanto, la explicaciones que puede hacer la neurociencia a nivel de un organismo, o sea de un sistema nervioso, y de cómo este sistema nervioso opera frente una conducta particular, no es trasladable a un conjunto de personas diversas.

 

Consecuentemente, Willingham sugiere que cualquier convergencia va tener más éxito cuando cada socio tenga expectativas realistas sobre el otro. Por un lado, los educadores deben esperar que la neurociencia no sea prescriptiva. Esto ciertamente choca con su entendible expectativa y deseo de utilizar el conocimiento actual de la neurociencia para hacer modificaciones en metodologías o políticas educativas. Sin embargo, como mencionamos recién, los resultados que la neurociencia comunica han sido validados en condiciones de laboratorio con un número pequeño de sujetos, en condiciones experimentales restrictivas, por lo que hay desconocimiento y poca certeza de que estos mecanismos operan de forma idéntica en condiciones de aula. 

Consideremos el ejemplo del conocimiento que ha surgido entre sueño y aprendizaje. Sabemos que el dormir inmediatamente luego de una tarea, refuerza el aprendizaje de esta actividad. Sin embargo, no parece práctico que luego de cada clase hagamos dormir a nuestros alumnos en el aula. Por lo tanto, la neurociencia no entrega sugerencias directas dirigidas a satisfacer objetivos educativos en niveles de análisis que van más arriba de un individuo. Más bien, entrega evidencia sobre mecanismos finos de la conducta individual, tales como cómo entender la forma en que la gente lee, aprende o atiende, pero estos datos sólo serán útiles en el contexto de teorías educativas bien desarrolladas.

Es tentador tomar el actual conocimiento de la neurociencia y hacer una propuesta específica para un grupo de personas, pero parece al mismo tiempo irresponsable exponer a nuestros alumnos a una nueva propuesta sin un acabado conocimiento de las consecuencias de estas actividades. Este es el gran desafío de la neurociencia y la educación. El desafío del trabajo conjunto para entender cómo el conocimiento actual se extiende en el ámbito real de la interacción que ocurre en la sala de clases. Este desafío requiere definitivamente de una fuerte interacción entre grupos de trabajo con distintas experiencias.

 

Bibliografía 
Freire, P. (1998). Pedagogy of Freedom: Ethics, Democracy, and Civic Courage. Marykland: Rowman & Littlefield.
Huttenlocher, P. R., y Dabholkar, A. S. (1997). Regional differences in synaptogenesis in human cerebral cortex. J Comp Neurol, 387, 167-78.
Mednick, S., Nakayama, K., y Stickgold, R. (2003). Sleep-dependent learning: a nap is as good as a night. Nat Neurosci, 6, 697-8.
OECD. (2002). Understanding the Brain Towards a New Learning Science. OECD Publishing.
Recanzone, G. H., Merzenich, M. M., Jenkins, W. M., Grajski, K. A., y Dinse, H. R. (1992). Topographic reorganization of the hand representation in cortical area 3b owl monkeys trained in a frequency-discrimination task. J Neurophysiol, 67, 1031-56.
Uhlhaas, P. J., y Singer, W. (2010). Abnormal neural oscillations and synchrony in schizophrenia. Nat Rev Neurosci, 11, 100-13.
Uhlhaas, P.J., y Singer, W. (2011). The development of neural synchrony and large-scale cortical networks during adolescence: relevance for the pathophysiology of schizophrenia and neurodevelopmental hypothesis. Schizophr Bull, 37, 514-23.
Whitehead, A. N. (1967). The Aims of Education and Other Essays. New York: Simon and Schuster.
Willingham, D. T. (2009). Three problems in the marriage of neuroscience and education. Cortex, 45, 544–545.

 

Tomado de Revista Internacional Magisterio No. 68

 

Foto de UGR Media. Tomada de Flickr