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Neuronanociencia y educación: un enfoque integrador para el aula

Magisterio
01/06/2017 - 15:00
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Foto de Pixabay

La nanoneurociencia es la aplicación de la nanociencia y la nanotecnología al estudio del cerebro, su funcionamiento y sus patologías. Las células cerebrales tienen en su interior y su membrana componentes nanométricos que generan una rica fenomenología responsable de la cognición y del comportamiento, sobre la cual no sabemos todavía mayor cosa. El estudio de esa fenomenología, con la perspectiva de entender no solo el funcionamiento del cerebro, sino también los procesos mentales que en él ocurren, es el comienzo de la neuronanociencia, cuyas potencialidades examinaremos a continuación.

La Revista Internacional Magisterio No. 37, publicada hace un lustro (Febrero-Marzo de 2009), se subtituló: Cerebro, Corazón y Mente. El fascículo abre con una entrevista a la M.Sc. Lynn Sumida, del Instituto William Glasser (USA), y contiene un artículo de Iliana Aljure que da nombre al volumen. Al comentar entonces ese título con mi colega matemático Carlos Eduardo Vasco, reconocido educador colombiano, también físico, filósofo y teólogo, concluíamos que habría sido más acertado utilizar mano a cambio de mente, si se quisiera que el título correspondiera a una idea científica.

La formación de la nueva generación de maestros tendrá que incorporar en una u otra forma ese nuevo conocimiento para que sus actividades no solo sean más intencionadas, sino también más efectivas. Nuestros niños, niñas, adolescentes y jóvenes en formación están ansiosos por recibir esa formación integral que la nueva concepción del cerebro les permite.

Más allá de las interpretaciones que pueda tener la idea cartesiana de separar el cerebro de la mente y/o de la conciencia, hoy en día podemos argüir desde la neurociencia que el cerebro triuno es una imagen quizá más útil para que el maestro entienda que las emociones y los sentimientos no están separados de la parte cognitiva, pero podemos agregar que esta noción no deja de ser pseudocientífica en varios aspectos. Esta contribución no es una crítica a ese enfoque; Sumida habla en la entrevista de 3 y 4 cerebros, pero la conclusión es la misma que más adelante esbozamos: todos esos “cerebros”, si es que puede hablarse de cerebros diferentes, están estrechamente relacionados.

Howard Gardner ha escrito durante más de tres décadas sobre inteligencias múltiples, sin embargo aclara que éstas pueden llamarse mentes diferentes, un título que utilizó Mel Levine para su primer libro. A mi modo de ver, Gardner comete un error al tratar de localizar cada una de sus estructuras mentales diferentes (ocho o más inteligencias) en algunas partes específicas del cerebro, aunque su análisis es esencialmente correcto. No son estos y aquellos los asuntos centrales de esta nota. Nuestro interés aquí va dirigido al interior mismo de las células que componen nuestro cerebro, neuronas y glías, y también a su estrecha interconexión: el sistema (la inteligencia como un todo, más exactamente el cerebro) se extiende a todo el organismo.

Son demasiados los temas que me propongo abordar en este breve ensayo; algunos resultarán novedosos para la mayoría de mis potenciales lectores, al menos eso espero, aunque debo advertir que no lograré desarrollarlos ni siquiera mínimamente. Por simplicidad, no haré referencia a la literatura científica, salvo mención a recientes textos que el lector encuentra en el mercado. Al quien desee explorar el campo específico le recomiendo el texto de Woolf et al (2009) y por supuesto el de Kandel (2013).

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Mi modesta pretensión es motivar la generación de mejores ambientes de aprendizaje desde un punto de partida que puede parecer disparatado para algunos: la conexión estrecha entre dos tópicos que hasta ahora se habían supuesto diametralmente opuestos, a saber, lo nano y lo neuro. Si logro que el maestro habitual entienda que una tarea esencial de la educación, particularmente la inicial y la básica en el preescolar y la primaria, es la promoción o potenciación de las varias inteligencias o mentes interconectadas (a eso le llamo conocimiento integrado e incluye también formación en valores) y, de alguna manera, la identificación y el desarrollo, mediante estrategias adecuadas, de uno o varios de esos potenciales talentos, seguramente el que más represente la estructura de esa mente o cerebro, habré cumplido mi cometido. No es necesario que el docente entienda a cabalidad las implicaciones de esa nueva inter o transdisciplina que usualmente denominan nanoneurociencia, esto constituye solo un pretexto para advertirle que la estructura nanométrica del cerebro determina en gran medida su funcionalidad.

Lo nano, dicho escuetamente, se refiere a estructuras compuestas generalmente de un número significativo de átomos o moléculas, no necesariamente astronómico, desde algunas decenas hasta trillones o cuatrillones, en las cuales al menos en una de sus 3 dimensiones, la longitud (espesor o diámetro según el caso), es de unidades, decenas o centenas de nanómetro, pero también a la fenomenología, generalmente no clásica, que rige el comportamiento de la materia en dicha escala.

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Allí, los denominados efectos cuánticos, tan contrapuestos a la fenomenología clásica, generalmente son importantes, si no decisivos. La mayor parte de los componentes celulares que no pueden clasificarse como moléculas simples (H2O, CO2, NH3, etc.), desde los aminoácidos hasta los ácidos nucleicos, pasando por las enzimas y proteínas, son de tamaño nanométrico en al menos una de sus dimensiones. El paradigma de lo nano, como algunos le denominan, ha intentado resumirse en una palabra con características para muchos mágico-misteriosas, a la postre reduccionista y consumista: nanotecnología. A quienes conocen la nomenclatura científica, para darles una idea del tamaño de lo que estamos hablando, bastará con decirles que el nanómetro (nm), un submúltiplo del metro (m), se define operacionalmente como 10-9 m. En palabras, para hacerlo más sencillo, 1 nm es la milésima de la milésima de la milésima de metro, o si prefieren expresarlo con un sola palabra, la milmillonésima.

Lo neuro hace referencia a lo cognitivo, lo cual se asocia generalmente con un cerebro de primate tan grande y evolucionado como el nuestro: no tendría aparentemente nada que ver con lo nano, ni con el humilde origen de la vida (¡y de la vida inteligente!, si es que hay alguna forma de vida que de algún modo no lo sea, salvo el cáncer) en procariotas y eucariotas. Las ciencias de la cognición y de la conducta, nombre genérico de la(s) disciplina(s) que se preocupa(n) por estos asuntos, indudablemente tienen asociada la presencia de unas células especiales denominadas neuronas, o mejor, de nervios o colonias de neuronas interconectadas en una especie de circuito bastante complejo denominado conectoma.

Así como el átomo es el “ladrillo básico” a nivel químico (hay poco más de 100 átomos diferentes), la neurona es el componente básico en la estructuración del sistema nervioso; en el ser humano hay más de 100 clases diferentes de neuronas. El átomo, etimológicamente indivisible, tiene sus componentes, los electrones y un núcleo con una estructura interna muy compleja; aunque el interior de la neurona es más o menos conocido, ignoramos mucho de su dinámica; al igual que el entorno que le sirve de interconexión, el interior es altamente complejo y caótico; estoy tentado a decir que es un milagro el orden que puede surgir de esa tormenta desbocada. “Una sola neurona no es inteligente”, suele decirse, y eso es rigurosamente cierto. Lo cierto es que el solo conectoma tampoco dice mucho sobre la inteligencia o capacidad cognitiva de un ser vivo provisto de sistema neuronal. El C. Elegans (Caenorhabditis Elegans), en el lenguaje común más conocido como nematodo, un diminuto gusano de laboratorio del cual puede afirmarse que se conoce más o menos bien su conectoma, dispone solamente de 302 neuronas, pero tiene más de 70,000 conexiones entre unas y otras.

La neurociencia, referida escuetamente al funcionamiento del sistema nervioso (sin involucrar las partes clínica y quirúrgica o la farmacológica, a las que no nos referiremos en este ensayo), es concebida por el lego como la disciplina que se interesa por los estudios e investigaciones sobre el cerebro, en particular el humano. Este último es quizá concebido como una masa más o menos continua de materia gris y blanca (más bien rosácea, la mayor parte agua y grasa) en la que habrán inmersos enormes grupos de células especiales, principalmente las neuronas, y algunas glándulas sui generis, entre otras la glándula pituitaria, o núcleos de neuronas más específicos como la amígdala.

Para otros no expertos, mejor informados, hay 3 cerebros más o menos diferenciados: el reptiliano, el mamífero y el denominado neocortex; cada uno daría lugar grosso modo a las emociones, sentimientos y raciocinios. Muy seguramente el lector habrá oído hablar de los cuatro lóbulos (frontal, parietal, occipital y temporal) y los dos hemisferios (derecho e izquierdo) del cerebro. Todo esto le será de utilidad para lo que sigue, mas no es indispensable. Pero es claro que lo que caracteriza el cerebro humano no es ni siquiera el conjunto de cerca de cien mil millones de neuronas que lo componen, en notación científica 1011. El número total de conexiones puede ser superior a 1015, un número más que astronómico.

¿Qué es lo que caracteriza entonces nuestro cerebro? Asumo que el producto más maravilloso de la evolución es una mente conciente, y si aceptamos la premisa einsteniana de que “lo más incomprensible (léase maravilloso) del universo es que sea comprensible”, no estamos haciendo alusión a un cerebro cualquiera, es más, no solamente a un cerebro que dispone de una mente y cuyo propietario tiene conciencia, sino más específicamente a un cerebro con capacidad para razonar sobre sí mismo y sobre lo que le rodea, más allá de sentir y de reaccionar a estímulos externos de todo tipo. Uno de los rasgos característicos de ese cerebro, aspecto sobre el cual quiero poner el énfasis desde ya, es la plasticidad cerebral: una descripción muy simple que envuelve todavía muchos misterios, los mayores misterios asociados con nuestros cerebros. A pesar del velo que los cubre, nadie niega el poder de la educación en la transformación del ser humano, y con ella la transformación de su entorno, no solamente cultural, y de la sociedad en que esté inmerso. Evolución es adaptación, y adaptación transformadora es conocimiento innovador y creativo.

La parte cognitiva del cerebro es indudablemente prodigiosa, por decir lo menos. Nos lleva a lo que denominamos o quisiéramos denominar conocimiento objetivo. ¿Se podrá tener la misma sensación de grandiosidad sobre las partes afectiva y emocional? Ellas corresponderían sin mayor rigor a lo que denominamos conocimiento subjetivo. Hoy no cabe duda alguna sobre su trascendental importancia para poder desempeñar adecuadamente las funciones cognitivas. A la pregunta sobre cómo llevar una vida a la vez placentera y productiva en el siglo XXI, mi respuesta espontánea e inmediata sería: estar apasionado con lo que se piensa y se hace, lo cual conlleva a otra conclusión normal, que aquello en lo que se cree con convicción guía nuestras acciones más trascendentes. Hoy sabemos que los 3 cerebros de que nos hablaba Paul McLean hacia mediados del siglo pasado, están estrechamente interconectados, que no se puede aprender sin emociones y sentimientos, que interesar al alumno por el tema que se va a tratar es la premisa con la que debe partir un maestro de verdad. Si la premisa no se cumple, no es de esperar resultados fiables. Ese, no sensibilizar al estudiante por el conocimiento, es uno de los primeros síntomas del fracaso de la educación.

Subrayemos otros aspectos del mismo asunto resaltados por algunos de los más autorizados expertos. Nos dice Antonio Damasio (2011), uno de los neurocientíficos destacados que más se ha interesado por la relación cerebro-mente:

“Sin conciencia, es decir, sin una mente dotada de subjetividad, no tendríamos modo de conocer que existimos y mucho menos sabríamos quiénes somos y qué pensamos. Si la subjetividad no se hubiera originado, de manera muy modesta al principio, en criaturas vivas mucho más sencillas que los seres humanos, la memoria y el razonamiento probablemente no se habrían desarrollado de la manera prodigiosa en que lo hicieron, ni se habría allanado el camino evolutivo hacia el lenguaje y la versión compleja de la conciencia que hoy poseemos los seres humanos. Sin la subjetividad, la creatividad no habría florecido y no tendríamos canciones, ni pintura ni literatura. El amor no sería amor, solo sexo. La amistad habría quedado en mera conveniencia cooperativa. El dolor nunca se habría convertido en sufrimiento, no se hubiera considerado algo malo, sino solo una dudosa ventaja, dado que el placer tampoco se habría convertido en dicha o en gozo. Si la subjetividad no hubiera hecho su radical aparición, ni existiría el conocimiento ni tampoco nadie que se fijara en las cosas y dejara constancia de ellas; es decir, no habría cultura ni historia de lo que las criaturas hicieron a lo largo de las épocas”.

Y Rodolfo Llinás (2003), el neurofisiólogo colombiano más destacado en el panorama universal afirma:

“El cerebro es una máquina para soñar. Es el órgano maestro que en realidad revela la verdad de las cosas… En el mundo no existen los colores… ¿Pero es que fuera de mi cuerpo existe el dolor? No: es una invención de mi cuerpo para ponerme en guardia contra el dolor que él mismo ordena y puede reproducir durante el sueño y casi con la misma claridad”.

La llamada objetividad tiene su origen en la subjetividad, querámoslo o no.

Para caracterizar la naturaleza de la mente, Llinás nos habla de estados mentales. Estos son “el producto de los procesos evolutivos que han tenido lugar en el cerebro de los organismos dotados de movimiento”. Yo prefiero referirme a procesos mentales, producto del cerebro. Y el cerebro creó al hombre, es el título en español del libro de Damasio de donde tomé la cita anterior. De él me quedó claro que mente y conciencia son productos diferentes. Otro texto que quiero traer a colación es el del holandés Dick Swaab (2014) titulado Somos nuestro cerebro. No es el cuerpo el que transporta un cerebro, es el cerebro el que regula toda la actividad del organismo. Citando a Llinás nuevamente, sin ese cerebro de que disponemos no podríamos ir ni a la esquina, y mucho menos regresar exitosamente. ¿Y qué es el cerebro? En el sapiens sapiens es el resultado de un largo proceso evolutivo de varios miles de millones de años. Llinás (2003) señala que solo los organismos vivientes con movimiento activo y dirigido necesitan cerebro; y tal vez para destacar la importancia de las tormentas eléctricas que en él ocurren, en gran medida caóticas, a las que nos referiremos más adelante desde la perspectiva de la nano, su libro originalmente publicado en inglés se denominó I of the vortex.

¿Pero qué tiene que ver todo esto con el título del presente ensayo?, podrían preguntarse con escepticismo un alto número de lectores. Demasiado, como procuraré sugerir en las páginas restantes. Extrañamente el premio Nobel de Medicina de 1932 Charles Sherrington, quien extendió al nivel celular los descubrimientos de Broca y Wernicke, nos prevenía sobre el peligro de que el hombre se enfrentase cara a cara con la verdadera naturaleza de su mente (la biológica): “este conocimiento podría desencadenar la caída de la civilización”, afirmaba en una de sus conferencias en 1937. Permítaseme terciar en la polémica con otra cita, esta vez del premio Nobel de fisiología del año 2000 Eric R. Kandel, tomada de la frase con que inicia la 5ª edición (2013) de su muy bien documentado texto Principles of Neural Sciences: “El último territorio por conquistar de las ciencias biológicas –el último desafío– es entender la base biológica de la conciencia y los procesos cerebrales mediante los cuales sentimos, actuamos, entendemos y recordamos”. Estamos en el camino que nos lleva a afrontar ese reto, el de la unificación de las ciencias de la conducta, o de la mente, con el de las neurociencias, o del cerebro, concluye.

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Hacia esa unificación podemos avanzar confiadamente, seguros de que traerá los mayores beneficios para la humanidad, a pesar de los temores que abrigan algunos, si al conocimiento resultante le infundimos sabiduría. Como lo afirma Llinás: “si algún día llegáramos a comprender en su totalidad la portentosa naturaleza de la mente, de hecho, el respeto y la admiración por nuestros congéneres se verían notablemente enriquecidos.” Pues bien, la frontera a ese territorio está siendo traspasada. Un ejército de científicos de variadas disciplinas, de las ciencias básicas y de las aplicadas, incluidas las ciencias físicas o naturales y las de la computación y la información, las de la salud, por supuesto, como también las humanas y sociales, acompaña a los neurocientíficos y a todos los que tienen que ver más directamente con el cerebro, sus funciones y sus más encarnizados enemigos, las enfermedades neurodegenerativas.

A la vanguardia va una transdisciplina que han dado en denominar nanoneurociencia. La neuronanociencia, preocupada más por la formación integral del ser humano, esa es la diferencia que reclamo respecto a la anterior, contribuirá a que se cumpla el deseo de nuestro Nobel, Gabriel García Márquez, expresado en el prólogo de la traducción al español de la obra didáctica de Llinás atrás citada: “que el ser humano aprenda por fin a entenderse a sí mismo, que es un tema científico eminente cuya belleza se confunde con la poesía”.

¿Qué es nanociencia y qué se entiende por neurociencia hoy?; ¿qué tiene que ver la neurociencia con la pedagogía y con la educación? Una vez respondidas así sea parcial o escuetamente estas preguntas, será más fácil entender el término tricompuesto neuronanociencia, así como la sutil diferencia que pueda existir entre los dos términos.

Decíamos atrás que la quintaesencia de la neurociencia es explicar cómo opera el sistema nervioso, pero igualmente advertíamos que muchos de los componentes de las neuronas, también de las glías, son de tamaño nanométrico o constan de verdaderas nanoestructuras. Un buen ejemplo son los microfilamentos, ingredientes del citoesqueleto con diámetro interior y exterior de unos 15 y 25 nm respectivamente, con estructura cilíndrica helicoidal compuesta de 13 protofilamentos, cada uno de 5 nm de diámetro.

Más delgados aún son los neurofilamentos y microfilamentos, pero también son de tamaño nanométrico las delgadas membranas celulares que se extienden en el axón y se ramifican en las dendritas; las polarizaciones eléctricas que allí ocurren y la transmisión desde neuronas que terminan en ocasiones en cientos de miles de dendritas que se comunican con sus vecinas en similar número de sinapsis, complejas transmisiones y recepciones electromagnéticas y electroquímicas deben examinarse en esa escala. Entender la dinámica entre estas nanoestructuras y las proteínas asociadas, su interrelación con el resto de la célula, la mielina, los axones, las dendritas y las conexiones sinápticas, en pocas palabras, el estudio de toda esa fenomenología nanométrica que hasta ahora se ha detectado solo en gruesas imágenes de RMNf, PET, EEG, EMG, etc., está apenas en su infancia.

Ni qué decir de lo que ocurre cuando se disparan los potenciales de acción y de los otros picos de voltaje que se generan en la dinámica cerebral y se producen los diferentes tipos de ondas cerebrales, delta, theta, alfa, beta, gama, gama ultra-rápidas, en orden ascendente en su frecuencia característica, desde 1 hasta 150 mH (milihertzios), para generar, transmitir e interpretar, en una palabra procesar la información que se recibe a través de nuestros sentidos desde cada una de las partes de nuestro cuerpo y del mundo exterior. Los potenciales de acción son las señales por medio de las cuales el cerebro recibe, analiza y transporta la información. Las que informan sobre la visión son idénticas a las que llevan información sobre los olores, siendo esa una de sus características más sorprendentes. Toda la información se procesa mediante procesos de sincronización entre distintos conglomerados, de coherencia y sintonía en frecuencia, en amplitud y en fase y entre las diferentes frecuencias, en complejos procesos no lineales que, a la luz de los nuevos utensilios provistos por la nanociencia y la nanotecnología, podemos empezar a examinar minuciosamente.

Vale la pena reproducir la primera gráfica como función del tiempo que se elaboró (1939) de la variación del potencial de acción en el axón gigante de un calamar, medido por Hodgkin y Huxley con ayuda del microscopio electrónico, para entonces recién diseñado. A partir de allí elaboraron el modelo que les hizo acreedores al premio Nobel en 1963. Hoy se habla de la coherencia a nivel neuronal en el procesamiento de la información multi-nivel en la corteza cerebral. Uno de los pioneros en estos estudios ha sido Llinás. Antes de terminar este prólogo al más apasionante campo de estudio interdisciplinario, que apenas se inicia, resumiremos el estado del arte a continuación.

Las diversas neuronas están dotadas de propiedades eléctricas particulares. Esas diferencias y las variaciones eléctricas diminutas que se dan en las membranas cargadas, a pesar del carácter caótico individual ya mencionado, le confieren al sistema las características más prominentes. Las oscilaciones neuronales son generadas por mecanismos intrínsecos de neuronas individuales, gracias a corrientes iónicas auto-generadas y propiedades resonantes de potenciales de membrana. Del principio de organización biológica surge la actividad sincrónica de conjuntos de neuronas específicas, de la que emergen las funciones cognitivas y del comportamiento, incluido el movimiento. Téngase en cuenta que el pensamiento es la interiorización del movimiento, y que también nuestros más elementales movimientos, con mayor razón los más complejos, dependen de esa interiorización.

Para terminar, a modo de conclusión intentemos ver la relación que puede establecerse entre la neuronanociencia, la educación y la formación integral. Los avances que se están dando, resultantes del acercamiento entre las neurociencias y la nanociencia, nos permitirán entender mejor, a nivel microscópico, el funcionamiento del cerebro y la interrelación entre sus distintas funciones. Distintos modelos que han surgido de una aproximación más o menos empírica a la educación podrán tener un sustento teórico más profundo en esos avances. La formación de la nueva generación de maestros tendrá que incorporar en una u otra forma ese nuevo conocimiento para que sus actividades no solo sean más intencionadas, sino también más efectivas. Nuestros niños, niñas, adolescentes y jóvenes en formación están ansiosos por recibir esa formación integral que la nueva concepción del cerebro les permite.

Referencias

Aljure, I. (2009). Cerebro, corazón y mente: una mirada holística al aula de clase. Revista Editorial Magisterio. No. 37, p. 42.

Carminati de Limongelli, M., y Waipan, L. (2012). Integrando la neuroeducación al aula. Buenos Aires: Editorial Bonum.

Damasio, A. (2011). Y el cerebro creó al hombre. Bogotá: Planeta.

Gardner, H. (2009). Estructuras de la mente. La teoría de las inteligencias múltiples. México: Fondo de Cultura Económica.

Kandel, E., et al. (2013). Principles of neural sciences. New York: McGraw-Hill.

Levine, M. (2003). Mentes diferentes, aprendizajes diferentes. Barcelona: Paidós.

Llinás, R. (2003). El cerebro y el mito del yo. Bogotá: Editorial Norma.

Ortiz, T. (2009). Neurociencia y educación. Madrid: Alianza Editorial.

Swaab, D. (2014). Somos nuestro cerebro. Barcelona: Plataforma Editorial.

Woolf, N. (2009). Nanoneuroscience. Heidelberg: Springer.

El autor

Jairo Giraldo Gallo hizo su doctorado en Física teórica en la Universidad de Gotenburgo (Suecia). Desde hace más de 4 décadas ha estado vinculado como docente a la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional, donde se desempeña actualmente como profesor titular de dedicación exclusiva. Es fundador y presidente de la Corporación Buinaima, institución sin ánimo de lucro que tiene como objetivo central el desarrollo del talento en niños y jóvenes, particularmente de escolares pertenecientes a poblaciones vulnerables, y miembro correspondiente de la Academia Colombiana de Pedagogía y Educación. jjgiraldog@unal.edu.co, ethos.buinaima@gmail.com, www.ethosbuinaima.org

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