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Laboratorio de Neurobiología del
Desarrollo Departamento de Fisiología y Farmacología Facultad de Medicina,
Universidad de Cantabria, Santander
El
aprendizaje es la piedra angular del desarrollo. Exige que el sistema nervioso
sea modificado de forma estable por los estímulos ambientales que recibe, lo
cual se consigue merced a la propiedad de la plasticidad. Las formas de
aprendizaje son muy variadas y en ellas participan estructuras muy diversas del
sistema nervioso central. En la especie humana cobra particular relevancia el
desarrollo del neocórtex y de las áreas corticales de asociación, especialmente
de la corteza prefrontal; participan también de forma muy importante en
determinadas formas de memoria el hipocampo, los núcleos basales telencefálicos
y el cerebelo. Los procesos de atención y de memoria –a corto y largo plazo,
declarativa y no declarativa- constituyen la base fundamental del aprendizaje y
de la actividad cognitiva. Pero el conocimiento es modulado intensamente
también por la actividad emocional.
Las
modernas técnicas de neuroimagen utilizadas durante la realización de tareas
con buenos planteamientos neuropsicológicos han implementado ampliamente
nuestro conocimiento sobre la actividad integrada del cerebro. Asimismo, se ha
avanzado notablemente en el análisis de los mecanismos moleculares que forman
la base del aprendizaje, tales como la potenciación sináptica a largo plazo y
la función de los genes de activación inmediata y de activación tardía.
I.-
LAS BASES ESTRUCTURALES
La
vida de un ser humano se desarrolla merced a su capacidad de incorporar
actividades aprendidas, sobre una base fundamental de actividades innatas. Unas
y otras dependen del funcionamiento del sistema nervioso. El aprendizaje se
convierte, pues, en la piedra angular del desarrollo. El aprendizaje exige que
el sistema nervioso pueda ser modificado en función de los estímulos que
recibe, y no menos importante, que las modificaciones permanezcan de forma
estable. Es evidente que hay formas diferentes de aprendizaje y todos somos
conscientes de que no es lo mismo aprender una tarea manual que elaborar o
comprender un razonamiento matemático, o predecir con garantía la evolución de
un proyecto. Por consiguiente, las diversas formas de aprendizaje se adquieren
mediante la puesta en acción de distintos procesos cognitivos que tienen su
base en el sistema nervioso y que utilizarán, también, áreas y estructuras
diferentes del cerebro y cerebelo.
1.- El ejemplo de una actividad
cognitiva elemental
A
título de ejemplo, resulta útil analizar mediante monitorización funcional con
la técnica de tomografía por emisión de positrones (PET) las áreas cerebrales
que entran en actividad cuando se ejecutan acciones aparentemente tan sencillas
como reconocer una palabra escrita u oída, o al producir otra palabra
relacionada con la anterior (Posner y Raichle, 1994)(fig. 1).
Supongamos
que una persona está mirando una señal sencilla situada en el centro de la
pantalla de un ordenador, por ejemplo una pequeña cruz. Está en una situación
basal, de reposo, de mínima vigilancia. A continuación se le pide que ejecute
cuatro tareas diferentes. En las dos primeras se le presentan palabras de forma
pasiva, bien visual (en pantalla), bien auditiva (por auricular), pero el
sujeto sólo tiene que procesarlas y reconocerlas sin mencionarlas: tareas
sensoriales. En la segunda tarea el sujeto tiene que repetir verbalmente la
palabra que ve u oye: tarea de ejecución. Y en la cuarta tiene que pensar y
nombrar un verbo que se refiera a la palabra vista u oída: si ve “galleta” dice “comer”: tarea
asociativa. Veamos ahora como responde y actúa el cerebro durante la
realización de estas tareas.
Figura 1. Imágenes
de cerebro tomadas por tomografía por emisión de positrones (PET), a personas
que realizaban tareas de ver la palabra (primer panel), oírla (segundo panel),
vocalizarla (tercer panel), emitir un verbo relacionado con ella (cuarto
panel). La imagen de la izquierda en cada panel muestra la superficie del
hemisferio cerebral izquierdo, y las líneas horizontales indican el plano de
sección tomográfica horizontal en el que se toma la imagen: Z = 40, 20, -12 y –20.
Para cada sección horizontal, la parte anterior del cerebro es la superior y la
parte posterior es la inferior.
Para
comprender el significado de las imágenes, léase el texto.
En
las dos primeras tareas sensoriales, las áreas que entran en activación son las
visuales primarias y secundarias para el estímulo visual, y las auditivas
primarias y secundarias para el estímulo auditivo (fig. 1a y 1b). Ahora bien,
si en lugar de presentar una palabra pronunciable (p. Ej., “tabla”) se presenta
otra impronunciable (p. Ej.,”blta”), las áreas activadas son distintas: loa
pronunciable activa, además, una región en la superficie interna de la corteza
occipital izquierda que no lo hace cuando la palabra resulta impronunciable.
Esto quiere decir que el cerebro maneja la información visual que tiene aspecto
de lenguaje de forma distinta a como lo hace cuando no la tiene. Pero para ello
el cerebro habrá tenido que aprender a discernir entre lo que es y lo que no es
lenguaje, y adscribir a determinadas áreas aquello que es reconocible como
lenguaje. Lo mismo sucede con la información auditiva: la audición de palabras
reales activa áreas cerebrales (p. Ej., la de Wernicke) que no son activadas
por sonidos o tonos puros sin contenido lingüístico.
En
la tercera tarea (ejecutiva) en la que el sujeta menciona en voz alta la
palabra que ve en la pantalla, además de las áreas activadas por la visión se
estimulan las que están implicadas en funciones motoras (fig. 1c): la corteza
motora primaria de ambos hemisferios, la corteza motora suplementaria, la
porción media del cerebelo, y la corteza insular. Pero no se activan áreas relacionadas con el lenguaje(broca,
Wernicke).
En
la cuarta tarea (de asociación) en la que el sujeto tiene que acceder al
significado de la palabra y encontrar un verbo relacionado con ella, es decir,
una tarea eminentemente mental, se activan varias estructuras que se
distribuyen ampliamente desde el polo frontal hasta el polo más posterior del
lóbulo temporal, e incluso el hemisferio derecho del cerebelo (fig. 1d) . En la
corteza prefrontal izquierda se activa una extensa área que incluye la de
Broca; realmente, la corteza frontal queda implicada cuando hay que hacer uso
del conocimiento que uno tiene para guiar la conducta. También se activa la
corteza cingulada anterior , que interviene ampliamente en los procesos de
atención en su función ejecutiva, como más adelante se verá. En el lóbulo
temporal posterior izquierdo también se activa una zona distinta a la de
Wernicke.. Por último, participa el hemisferio derecho del cerebelo; el
cerebelo regula la actividad motora pero en este caso da la impresión de que
dirige la selección consciente del verbo apropiado, una función eminentemente
cognitiva.
Este
ejemplo muestra, en primer lugar, en qué grado se han especializado diversas
áreas y núcleos del sistema nervioso según las tareas que deben ejecutar; pero sobre todo resalta cómo,
para determinadas tareas cognitivas, han de intervenir áreas distintas y
distantes, cada una de las cuales aporta su particular especialización para la
ejecución final.
Pero
el experimento que acabo de presentar aún nos proporciona mayor información.
Cuando el sujeto es entrenado durante varios minutos para producir verbos
relacionados con las palabras que se les muestran, la áreas que inicialmente se
activaban, antes descritas, dejan de hacerlo y sólo se activa la corteza
insular. Si de pronto se le cambian las palabras para las que estaba entrenado
y se ponen otras nuevas, vuelven a activarse las mismas áreas que al principio.
Esto indica que la práctica puede hacer cambiar la utilización de las diversas
áreas cerebrales para determinadas funciones, lo que significa que unas se
utilizan durante el proceso de aprendizaje y dejan de hacerlo( quedan
inhibidas) cuando la tarea ya está aprendida, pasando la actividad entonces a
depender de otras regiones cerebrales.
2.-
Áreas asociativas de la corteza cerebral
2.1
La corteza parietal
Para
que el cerebro pueda elaborar una conducta, es preciso que previamente sea
capaz de analizar toda la información sensorial que le llega, y que lo haga de
modos diversos y contrastados. Esto forma parte de lo que denominamos
conocimiento. Pues bien, buena parte del análisis de la información se realiza
en la corteza parietal, concretamente en su porción posterior, porque es allí
donde convergen las aferencias sensoriales en sus diversas modalidades
somatosensorial general, visual y auditiva(fig. 2).
2.1.1
Estructura y función
La
corteza parietal posterior recibe aferencias múltiples de las áreas primarias y
secundarias correspondientes a las diversas modalidades
sensoriales(somatosensorial, auditiva, visual), así como los núcleos pulvinares
del tálamo. A su vez, emite conexiones abundantes a la corteza prefrontal (el
gran centro asociativo terciario motor), a la corteza temporal, al hipocampo y
a otras estructuras subcorticales (estriado, mesencéfalo, médula espinal). Es
importante destacar que la información sensorial que recibe el lóbulo frontal
pasa por el filtro y la integración del lóbulo parietal.
Lo
primero que debe hacer la corteza parietal es contrastar y combinar la
información que le llega, cada una con su modalidad característica. De ahí
surgirá una determinada percepción en la que quedan combinadas, estructuradas
y, por así decir, jerarquizadas las distintas modalidades. En segundo lugar, es
preciso construir para la información un sistema coordinado especial, en donde
se sient5an representados el mundo visual y el mundo somático espacial. Esta
localización espacial que realiza la corteza parietal es importante, porque no
basta con identificar los objetos; es preciso ubicarlos en el espacio y en
relación con la propia persona. Igualmente, es función suya valorar los cambios
de posición que constituyen el movimiento. La corteza parietal interviene
también en el reconocimiento y, quizás, en la producción de estímulos
abstractos, por todo lo cual es posible que participe en la manipulación de las
coordenadas espaciales con que se suelen enmarcar los estímulos abstractos.
La
actividad de las áreas parietales es asimétrica. Y así, la del hemisferio
izquierdo está especializada en el procesamiento de la información simbólica y
analítica –p.ej., la comprensión del lenguaje y la comprensión aritmética o del
cálculo-. La del hemisferio derecho está relacionada con la apreciación
espacial de la información visual, auditiva y somatosensorial, de forma que a
partir de esa información alcanza la apreciación espacial y es capaz de
recrearla desde diversas perspectivas.
Las
áreas parietales no están sólo implicadas en el procesamiento de la información
sensorial y espacial, sino que contribuyen también a modular la ejecución, es
decir, el movimiento y la posición en el espacio. De ahí que la lesión de estas
áreas produzca también dificultades para el dibujo, para la composición o
ensamblaje de piezas, y para la organización de un plano.
Por
último, la memoria a corto plazo, como se verá más adelante, depende en alto
grado de cómo funcione el procesamiento inicial de la información en sus diversas
modalidades. En tanto en cuanto las áreas parietales posteriores integran esta
información inicialmente, contribuyen decisivamente a la retención primaria de
esa información, paso inicial de los procesos de memoria. La memoria a corto
plazo, por tanto, depende en gran medida del funcionamiento de los grandes
centros de asociación ubicados en la corteza parietal.
Es
evidente que la función integradora de la corteza parietal posterior representa
una forma compleja de análisis sensorial, en el cual intervienen algunos
elementos propios dl pensamiento o del conocimiento. No es sorprendente, por
tanto, que las lesiones del área parietal posterior se acompañen de serias
perturbaciones de la capacidad intelectual de una persona, especialmente si ha
perdido su capacidad de comprender los conceptos abstractos.
2.2. La corteza prefrontal
Todos
los animales demuestran tener memoria y capacidad para aprender. Pero ambas
destrezas adquieren en el ser humano un valor supremo y distinto. De ahí que, aceptando
las homologías propias de todos los animales, debamos analizar en especial
aquellas estructuras que son más responsables de la actividad mental
propiamente humana. El cerebro humano es, ciertamente, el escalón final de un
proceso evolutivo, pero contiene y ensambla estructuras que permiten realizar
funciones que suponen un salto cualitativo casi infinito::la ideación, el
conocimiento, la capacidad creadora, la autoconciencia, el juicio, la capacidad
de elegir, el sentimiento íntimo de libertad personal (aun a sabiendas de su
condicionamiento). Ello requiere un sustrato suficientemente desarrollado, y
éste es, sin duda la corteza cerebral (fig.2).
Dentro
de la corteza cerebral, se puede afirmar que la región que más se ha
desarrollado de la especie humana,
proporcionalmente hablando, es la corteza del polo rostral o más anterior del
cerebro (fig.3). Llega en el hombre a constituir casi la tercera parte de todo
el neocórtex, cuando sólo es el 17% en el chimpancé, el 11% en el macao y el 7%
en el perro. Es la corteza prefrontal.
Figura 3. Proporción
de la corteza frontal en relación con el resto del cerebro, en cinco especies
animales diferentes.
2.2.1
Estructura y función
En términos sencillos se puede dividir
la corteza asociativa prefrontal en dos regiones principales: la corteza
prefrontal propiamente dicha localizada en la superficie dorsolateral de los
lóbulos frontales, y la corteza orbitofrontal que está localizada en la
superficie medial y ventral del cerebro, y forma parte de la corteza límbica de
asociación y conecta directamente con algunas estructuras límbicas como es el
caso de la amígdala. (Roberts
et al., 1998).
La región
asociativa dorsolateral interviene de manera decisiva en los procesos de
memoria a corto plazo u operativa, que será explicada más adelante. Mantiene
estrecha relación con la corteza asociativa parietal posterior implicada en la
identificación del espacio y en la memoria de la posición y del espacio.
La
corteza prefrontal recibe fibras aferentes que provienen de estructuras muy
diversas. En primer lugar, del tálamo y, dentro de él, el núcleo mediodorsal;
algunas de las proyecciones talámicas transportan indudablemente hasta la
corteza prefrontal las influencias que nacen en niveles más inferiores del
tronco cerebral y del sistema límbico. Pero además la corteza prefrontal recibe
conexiones directas que se inician en el hipotálamo,mesencéfalo, amígdala y
corteza límbica. Por último, todas las áreas corticales que están implicadas en
funciones sensoriales como son las parientales y temporales, convergen mediante
sus correspondientes eferencias, en la corteza prefrontal. Se comprende
fácilmente que este patrón de convergencia multimodal convierta a la corteza
prefrontal en una estructura marcada por su carácter eminentemente asociativo.
Pero,
a su vez, todas las conexiones prefrontales son prácticamente recíprocas en el
sentido de que todas las que proyectan a la corteza reciben de ellas
conexiones: las áreas corticales motoras y sensoriales, el diencéfalo, el
mesencéfalo, el sistema límbico. Excepcionalmente, también los ganglios de la
base reciben proyecciones de estas áreas corticales a pesar de que ellos no
envían aferencias a la corteza.
La
citoarquitectura de la corteza prefrontal alcanza pleno desarrollo en el ser
humano al tiempo del nacimiento; sin embargo, las prolongaciones dendríticas y
las sinapsis de la neuronas prefrontales continúan creciendo después del
nacimiento, de forma que su número y densidad sólo se estabilizan en el período
de la adolescencia. Algo parecido ocurre con el proceso de la mielinización,
que sólo se completa largo tiempo después del nacimiento.
La
naturaleza eminentemente asociativa de la corteza prefrontal, demostrada por la
riqueza de inervación aferente y eferente, y su destacado desarrollo conforme
avanza la escala filogenética, permiten suponer que desempeña un papel
principal en la elaboración de un gran número de conductas, incluidas las más
específicamente cognitivas. En primer lugar, la corteza prefrontal interviene
en la memoria a corto plazo u operativa y en la atención ejecutiva que serán
descritas más adelante. En efecto, la corteza prefrontal tiene capacidad para
recibir la información múltiple de todo tipo, externa e interna –sensorial,
propioceptiva, afectiva-, para procesarla y organizarla, y para ofrecer una
respuesta plenamente categorizada y orientada hacia objetivos claros. Esta
respuesta puede tener una expresión motora, incluido el lenguaje, o puede no
exteriorizarse, permaneciendo simplemente como pensamiento o como deseo. En
cualquier caso, la corteza prefrontal opera como vértice jerárquico mediante
operaciones bien estructuradas. Para conseguirlo,
debe saber y ordenar los actos
individuales en función del programa o esquema que el organismo debe ejecutar;
sólo así la conducta obedece a un fin, tiene un objetivo. De hecho, la
manifestación más típica de la lesión prefrontal es la limitación en la
capacidad de organizar actos cognitivos y conductas que exijan o incorporen la
perspectiva del “tiempo”. Es decir, la incapacidad para iniciar y desarrollar
patrones de conducta que sean nuevos y que vayan dirigidos hacia un nuevo
objetivo determinado. No hay problemas en ejecutar conductas rutinarias
antiguas y en las que ha habido suficiente entrenamiento, incluso si son
largas; el problema surge cuando hay que diseñar una forma nueva de conducta
que esté basada en la deliberación y en la elección, especialmente si la
conducta exige una organización programada de una nueva secuencia de actos.
La
corteza prefrontal interviene en dos grandes tipos de procesos: cognitivos y
ejecutivos. La función ejecutiva consiste en realizar una óptima programación
de todas aquellas operaciones que tienen varios componentes de tareas
complejas, las cuales han de ser después realizadas por mecanismos más
ajustados o modulares(normalmente mediados por estructuras corticales más
posteriores). Dentro de estas acciones operativas se incluyen desde la generación
y planificación de estrategias y resolución de problemas, a funciones más
directamente relacionadas con los procesos de atención ( como pueden ser los
mecanismos de inhibición necesarios para saltar de una tarea a otra), o a
funciones relacionadas con la memoria a largo plazo (como puede ser la decisión
de recuperar una determinada información).
Junto
a estos fundamentales procesos, la corteza prefrontal interviene también de
forma característica para suprimir o inhibir las tendencias a realizar respuestas
de conducta que sean inapropiadas, incluidas la conducta social y emocional y
la regida por fuertes influencias motivadoras. Todos estos procesos son muy
heterogéneos y en ellos, por tanto, han de participar zonas diversas y
selectivas de la corteza prefrontal, en conexión con otras estructuras
cerebrales.
Como
es lógico, según la localización y el grado de la lesión de la corteza
prefrontal, se afectarán determinada funciones cognitivas, de memoria, de
planificación ejecutiva, de inhibición y selección de conductas, e incluso el
lenguaje que es sin duda, la forma más exquisita de ejercitar la integración
temporal y la función cognitiva. Las lesiones frontales pueden alterar el
lenguaje de modos muy diversos, según la naturaleza, localización y gravedad de
la lesión. En todo caso, en cualquier tipo de lesión prefrontal altera la
capacidad de construir un lenguaje original, improvisado y mantenido. Sin duda,
la alteración mejor conocida es la
afasia que se deriva de la lesión de la corteza de transición ubicada en la
circunvalación frontal inferior o área de Broca (44 de Brodmann, fig.4).
En
cuanto a las anomalías afectivas y emocionales, se suelen distinguir dos
síndromes distintos; el de la apatía e hipocinesia, y el de la euforia e
hipercinesia, que con frecuencia va acompañada de una pérdida del control de la
conducta instintiva, como es la relacionada con la comida y el sexo.
Figura 4. Numeración
de las áreas de Brodmann en la corteza cerebral humana.
Visión
lateral (a) y de la línea media (b)
2.3
La corteza temporal
Las
estructuras que residen en el lóbulo temporal (fig. 2) abastecen un buen número
de funciones de alto calado. Por una parte, amplios segmentos de su corteza
(lóbulo temporal superior) recogen información sensorial polimodal muy
integrada: visual, auditiva, gustativa, y somatosensorial. Por otra parte, en
su porción media se encuentra el hipocampo y la corteza limítrofe ( uncus,
subículo, corteza entorrinal y perirrinal) y la circunvolución piriforme,
estructuras ampliamente implicadas en el procesamiento de los elementos
informativos, en su almacenamiento y en su recuperación o evolución. El lóbulo
temporal inferior recibe una gran parte de la información visual recogida
primeramente por la corteza visual occipital, y la procesa para conseguir el
reconocimiento visual de los objetos.
La
función del lóbulo temporal, pues, dista de ser unitaria: en primer lugar,
puesto que alberga a la corteza auditiva primaria en el lóbulo temporal
superior, se encarga de procesar toda la información de carácter auditivo; en
segundo lugar, se comporta como una estructura capaz de asociar en alto grado la
información visual, hasta tal punto que en el lóbulo temporal inferior reside
la capacidad para reconocer los objetos y, muy especialmente, las caras; y en
tercer lugar, está implicada en el almacenamiento a largo plazo de la
información sensorial, es decir, de la memoria a largo plazo (hipocampo). Si
además incluimos a la amígdala, habría que añadir también el tono afectivo y
emocional de la información sensorial
y de la memoria.
En
el lóbulo temporal reside la capacidad para integrar toda la información
sensorial con la que después el sujeto ha de trabajar y decidir. Por eso hay
una gran relación bidireccional entre lóbulo temporal y corteza prefrontal. Por
una parte, es la información ya integrada la que se ofrece a la corteza
prefrontal para iniciar la acción ejecutiva que la caracteriza, arriba
señalada, y por otra, la corteza prefrontal ha de usar constantemente la
información almacenada en las estructuras del lóbulo temporal.
Existe
una asimetría de funciones de los lóbulos temporales derecho e izquierdo en la
especie humana. El izquierdo está más asociado con la memoria verbal y el
procesamiento de los sonidos, mientras que el derecho, lo está más con la
memoria no verbal (p. ej. el procesamiento de caras o el procesamiento de la
música). Pero en cualquier caso existe una superposición de funciones, de forma
que la lesión en un lado puede ser compensada en parte por la función del otro
lado.
De
acuerdo con lo expuesto, cuando existen alteraciones en la estructura o función
de los lóbulos temporales pueden aparecer en mayor o menor grado, trastornos,
de la sensación y percepción auditivas, trastornos en la atención selectiva a
la información auditiva y visual, trastornos de la percepción visual,
trastornos en la organización y categorización del material verbal, trastornos
de la comprensión del lenguaje, alteraciones de la memoria a largo plazo y
alteraciones de la personalidad y de la conducta afectiva.
El
aprendizaje exige la existencia de mecanismos cerebrales que: a) recojan la
información, b) la retengan durante períodos prolongados de tiempo, c) tengan
acceso a ella y la evoque cuando resulte necesaria, d) la procesen de tal
manera que pueda ser relacionada con informaciones anteriores, simultáneas o
posteriores. En definitiva, el aprendizaje es el proceso por el que adquirimos
los conocimientos sobre el mundo en que vivimos, entendidos en su más amplio
sentido, y los guardamos en nuestra memoria. Para que exista aprendizaje, por
elemental que sea, tiene que haber un mínimo de captación de información y de
retención o persistencia de esa información.
Para
que ello se cumpla han de ponerse en marcha dos importantes funciones: la
atención y la memoria. Cada una de ellas, a su vez, requiere la organización y
secuencia de complejos procesos que van a depender de múltiples sistemas
cerebrales que habrán de actuar coordinada e integradamente, bien de forma
simultánea o de forma sucesiva. Es
preciso analizarlas aunque sea de manera esquemática.
1. La
Atención
Se ha definido la atención como la
capacidad de dirigir la corriente de
nuestra conciencia; como una actitud cuidadosa que se dirige en
respuesta hacia la situación que nos evoca, nos llama, nos seduce. Inicialmente
es el objeto el que evoca o atrae la atención del sujeto. Después es el sujeto
el que se hace con el control: presta atención al objeto. Si la relación entre
objeto y sujeto es empática, el sujeto claudica ante el objeto: se enfrasca en
él (Marina, 1993).
No siempre
el proceso es así porque la atención puede iniciarse desde el propio sujeto,
determinada por un área de interés. En función de ese interés, el sujeto
filtra, discrimina y elige los elementos informativos que encajan con ese
interés. Es una atención, que decidida por el sujeto, lo mantiene informado
hacia una parcela informativa de manera específica y concreta.
La
atención, pues, se acompaña de un primer proceso que es el de la orientación,
expresada en su mayor amplio sentido. Puede ser una orientación física, por lo
que los ojos, cabeza y cuerpo enteros, van dirigidos hacia la fuente de un
estímulo externo; puede ser orientación mental, sin necesidad de mover un solo
músculo, pero con una ocupación centrada en el tema de interés.
De
lo expuesto se desprende que la atención es un fenómeno complejo ya que en ella
intervienen, como mínimo, la penetración de los estímulos, la respuesta a
dichos estímulos que pueden ser de carácter motor, como se ha dicho, la
captación y valoración de la información, la evaluación motivacional e
intelectual, la decisión de mantener la atención en un sentido determinado
(focalización) y de filtrar, rechazar y prescindir de otros elementos
informativos, la ejecución de tareas motoras o mentales (seguir escuchando la
información, tomar notas, decidir, etc.). Otras veces la atención no es
suscitada por una información sensorial sino que surge desde dentro. Se decide
centrar la actividad intelectual o la actividad física, acotarla, en una
dirección determinada; ello supone, de nuevo, restringir o prescindir de
elementos que operan distrayendo mediante adecuados sistemas de inhibición.
Por
consiguiente, en la atención convergen componentes perceptivos, motores y
motivacionales, razón por la cual la neuroanatomía y la neurofisiología de la
atención se asientan en numerosas y complejas estructuras del cerebro: sistema
reticular activador, tálamo, sistema límbico, ganglios basales, corteza
parietal posterior, corteza prefrontal y, dentro de ésta y de modo prominente, la
porción que se encuentra en la parte medial y que se denomina corteza cingulada
(Aston – Jones et al.,1999;Passingham,1998).
Actualmente
se acepta que en la atención participan, al menos, tres procesos fundamentales:
a)
El estado de alerta o de vigilia, merced el cual el sujeta se encuentra en
una situación vigilante que le permite ser sensible a los estímulos o
mantenerse atento.
b)
La actividad de orientación del sujeto, con o sin movimiento explícito del
cuerpo, que le permite responder de forma automática a un acontecimiento
sensorial o mantenerse de acuerdo con un control voluntario.
c)La
atención ejecutiva: es la atención deliberada, consciente,
seleccionadora y filtradora de la información, que impulsa y hace tomar las decisiones
sobre la actividad física o mental.
El
primer sistema o sistema de alerta depende de la integridad del sistema
reticular activador y de sus influencias reguladoras talámicas, límbicas,
frontales, y de los ganglios basales del telencéfalo. Es un sistema que
suministra actividad tónica, difusa, primaria, indispensable para que haya
conciencia de los acontecimientos informativos. Es indispensable un mínimo de
estado de vigilia para poder atender a la información.
El
segundo sistema es el de orientación. Permite situar al sujeto hacia los
estímulos para localizarlos, con lo cual inicia ya una selección. Para
conseguirlo tiene que desengancharse previamente de los objetivos anteriores a
los que estaba atendiendo, y concentrarse en estímulos particulares de carácter
visual, auditivo, táctil, etc. Eso requerirá en ocasiones girar los ojos, la
cabeza o el tronco (orientación abierta o evidente) pero con frecuencia la
orientación se dirige hacia uno de estos estímulos sin necesidad de realizar
movimiento alguno (orientación secreta, disimulada);en este último caso puede
ser una respuesta automática a un acontecimiento sensorial (orientación
exógena), o surgir desde el propio control voluntario (orientación
endógena)(Eichenbaum et al., 1999; Passingham, 1998; Parasuraman, 1998).
Con
la orientación abierta tratamos de hacer una selección espacial. Con la
orientación secreta, sin perder la dimensión espacial, tratamos de elegir un
objeto determinado, individual. Lógicamente se dan fenómenos de competencia entre
unos objetos y otros, para poder discriminarlos. Este tipo de atención exige un
buen funcionamiento de las correspondientes vías sensoriales, de los
respectivos campos perceptivos, con capacidad para individualizar objetos,
formas, colores, sonidos, etc.
Según
cual sea la modalidad sensorial que requiere atención, así será la vía nerviosa
y área o áreas sensoriales cerebrales que entren en acción. En el caso de la
atención a los estímulos visuales, que ha sido la más analizada, es muy
importante la corteza asociativa parietal posterior que permite mantener la que
se denomina atención de desplazamiento o intercambio entre los dos hemicampos
visuales; la corteza parietal posterior derecha controla ambos hemicampos
visuales mientras que la izquierda sólo controla el derecho. Además hay que
considerar el colículo superior (fig. 2), que facilita el cambio de atención y
la orientación hacia el objeto, y el núcleo pulvinar lateral que filtra y
discrimina la información que es relevante de la que no lo es.
El
tercer sistema de la atención se caracteriza por centrarse en el control
ejecutivo de la conducta. Regula la dirección y los objetivos de la atención
dentro de los espacios de la conducta más idóneos. Es la atención para la
acción, para la ejecución; es una atención intencionada, desarrollada para
alcanzar los objetivos que se propone. El nivel máximo del sistema de atención
ejecutiva se da en los procesos que requieren una planificación cuidadosa, o
decidir en una situación conflictiva, o manejar situaciones novedosas. Por eso
es llamada también el sistema atencional supervisor. De este tercer sistema
atencional dependería nuestra sensación subjetiva de esfuerzo mental de la
atención cuando debemos comparar, diferenciar, discriminar, elegir, planificar,
corregir errores, superar situaciones poco habituales.
Las
áreas del cerebro más implicadas en esta función atencional son las que se
encuentran en las áreas cerebrales más anteriores, de ahí que sea denominado a
veces el sistema atencional anterior. Destacan la corteza cingulada anterior
dentro de la corteza prefrontal, las áreas prefrontales dorsolaterales, sobre
todo si queda implicado el reconocimiento y uso del lenguaje, áreas
prefrontales orbitofrontales, y los ganglios basales telencefálicos. En las tareas
que requieren alguna forma de pensamiento, el cingulado anterior es el que
primero toma el control y actúa en concordancia con otras áreas, según cuál sea
la actividad que se ha de
realizar. Pero conforme la tarea se hace rutinaria y se automatiza, la actividad
del cingulado desaparece, como si ya no hiciera falta esta forma de atención.
Como
más adelante se verá, este estado de atención ejecutiva guarda estrecha
relación con los procesos de memoria operativa o a corto plazo (Roberts et al.
1998).
2. LA MEMORIA
La memoria
forma parte esencial de todo proceso de aprendizaje. Es un proceso
neurocognitivo que nos permite registrar, codificar, consolidar, almacenar,
acceder y recuperar la información. El
aprendizaje exige que la información que se recibe pueda quedar
almacenada y, sobre todo, pueda ser utilizada cuando se requiera. Todo el mundo
acepta que existen formas diferentes de memoria; cumplen funciones distintas e
incluso pueden perderse de manera independiente: podemos olvidar los nombres de
las personas (falta de una forma de memoria) pero recordamos sus rostros (
permanencia de otra forma de memoria); olvidamos lo que nos dijeron ayer, pero
recordamos como se fríe un huevo. Estas múltiples formas de memoria demandan
múltiples sistemas neurales de memoria en nuestro cerebro. Lejos, pues, de ser
un proceso focalmente localizado o cerebralmente difuso, implica numerosas
estructuras y sistemas cerebrales que sustentan los distintos procesos mnésicos
(fig. 5).
Si
atendemos a un parámetro temporal, podemos hacer una primera distinción entre
memoria de duración muy breve, frecuentemente llamadas memorias a corto plazo,
y otras de duración más prolongada o memorias a largo plazo (fig. 5). No
extraña si proponemos que los mecanismos neuronales responsables de estas dos
formas tienen que ser muy diferentes. Los de larga duración requerirán cambios
sustanciales en las estructuras nerviosas y, sobre todo, mantenidos (Estévez et
al. 1997; Tulving, 1998; Beggs et al. 1999).
2.1
Memoria a corto plazo (inmediata operacional)
La memoria
a corto plazo o inmediata nos permite mantener y manejar la información durante
un máximo de unos 30 segundos, aproximadamente. Se utiliza, pues, para retener
la información según nos va llegando, con el fin de poder realizar con ellas
actividades cognitivas básicas e inmediatas como son: la comprensión de lo que
vemos u oímos y, en general, sentimos, el razonamiento, la resolución de
problemas. Pero, además, el sistema de memoria a corto plazo es utilizado para
evocar, para recuperar o poner de manifiesto, la información que estaba
almacenada en forma de memoria a largo plazo.
Para
poder ejecutar estas funciones, la memoria a corto plazo posee las siguientes
características (Eichenbaum et al. 1999):
a)
Requiere unos pocos cientos de milisegundos para codificar
un nuevo elemento informativo.
b)
Tiene una capacidad limitada de almacenamiento que se ha
estimado en 7+- 2 elementos (ítems).
c)
Pierde la información en cuestión de segundos.
d)
Necesita unos 50 a 100 milisegundos para evocar cada
elemento.
El
sistema, por tanto, se encuentra bien dotado para retener brevemente una
cantidad limitada de material informativo que ha de ser rápidamente accesible;
justo el tiempo del sistema que se necesita para hacer fluido el razonamiento y
el pensamiento.
El
desarrollo de la memoria a corto plazo en el ser humano está íntimamente
asociado al funcionamiento del lóbulo frontal del cerebro: Pero además de
realizar estas funciones mnésicas, la corteza prefrontal participa, como
acabamos de ver, en una diversidad de funciones ejecutivas (incluida la función
ejecutiva), implicadas en la organización de la conducta. Es inevitable que
estas funciones ejecutivas encuentren su expresión tanto en la memoria, como en
otros aspectos del funcionamiento cognitivo (Roberts et al., 1998).
Anteriormente
se ha explicado que partes específicas de la corteza prefrontal reciben conexiones
de las áreas corticales de asociación auditiva y visual (temporal) y de la
corteza parietal posterior. La mayoría de estas conexiones son recíprocas, lo
que significa que la corteza prefrontal tiene la propiedad de influir sobre, y
de ser influida por, áreas corticales posteriores que intervienen en el
procesamiento de la información visual, auditiva y somatosensorial, y muy
especialmente las de carácter asociativo como es la corteza parietal posterior.
Además, la corteza prefrontal se encuentra estrechamente relacionada con
regiones del lóbulo temporal medial que son críticas para el procesamiento
mnemónico, mediante dos vías: un primer sistema que proyecta desde la corteza
frontal dorsolateral y dorsomedial y desde la corteza cingulada al presubículo del complejo
hipocámpico, y un segundo sistema que asocia la corteza caudal orbitofrontal
con la corteza entorrinal y perirrinal. Tales conexiones suscitan lógicamente
la pregunta de qué papel desempeñan las diversas partes de la corteza frontal
en el procesamiento de la memoria.
Es de destacar la participación de la corteza cingulada tanto en el proceso de atención ejecutiva como en los procesos de memoria operacional, como no podía ser de otro modo; ya que la retención inmediata de la información y la reacción decisoria de la atención son dos actividades intrínseca y estrechamente relacionadas. Los trastornos de la atención, como veremos, son la principal fuente de alteración de la memoria a corto plazo.
Hemos
visto que la memoria a corto plazo nos permite razonar, solucionar problemas,
efectuar cálculos mentales, comprender el lenguaje, realizar funciones
ejecutivas. Se considera que el
proceso de esta forma de memoria no es único sino que está integrado por un
sistema maestro de procesamiento, el ejecutivo central, y unos subsistemas o
bucles que atienden a diversas formas de acción: el verbal o fonológico, el
articulatorio, el visoespacial y el visoperceptivo. El sistema ejecutivo
central se asienta en la zona frontal dorsolateral. La puesta en marcha del
bucle verbal, activa además la zona parietal inferior del hemisferio izquierdo
con el área de Wernicke si el material es fonológico, o con el área de Broca si
el material es articulatorio.
Cuando la información es no verbal, para el bucle visoespacial sería necesaria
la activación adicional de la corteza parietal posterior derecha y zonas
dorsolaterales de la corteza frontal (vía visoespacial, “¿dónde?”). Para el
bucle visoperceptivo es necesario la activación de la corteza temporal inferior
del hemisferio izquierdo y zonas dorsolaterales de la corteza prefrontal
correspondientes a las proximidades inferiores del surco principal frontal.
(vía visoperceptiva, “¿ qué objeto ?”)(Baddeley y Della Salla, 1998).
2.2
Memoria a largo plazo o de larga duración
En contraposición con la
memoria a corto plazo, que nos es esencial para el reconocimiento de los
hechos, imágenes o estímulos de diverso contenido y para su inmediata
evaluación, está la memoria a largo plazo, capaz de recoger, almacenar y poner
a disposición del individuo, cuando lo necesite, los múltiples elementos
informativos a los que ha tenido acceso
previamente. Es la memoria que le va a permitir recordar experiencias
personales, aprender y retener lo aprendido, avanzar en el conocimiento de conceptos,
adquirir habilidades, competencias y hábitos de todo tipo.
Se acepta
de manera prácticamente unánime la existencia de, al menos, dos grandes tipos
de memoria a largo plazo: la memoria declarativa o explícita, y la memoria no declarativa, implícita o
instrumental (fig. 5). La explícita o declarativa recuerda el “qué”:
Las experiencias previas, la
escenas y objetos, los nombres, las caras; hace referencia a lo que más solemos
entender por “memoria”. La no declarativa o implícita tiene que ver más bien
con el “cómo”: los actos que el sujeto ejecuta, lo que le gusta y no le gusta,
las habilidades y competencias; es la que en realidad más se aproxima al
concepto de aprendizaje, puede incluso no requerir intención o clara
consciencia cuando se ejecuta lo
aprendido de forma automática.
2.2.1
Memoria declarativa o explícita
Intervienen
en su constitución numerosas estructuras del cerebro que pertenecen al sistema
límbico, al diencéfalo, al telencéfalo basal y la corteza cerebral. Ocupa un
lugar central el lóbulo temporal medio dentro del cual se ubica la formación
hipocámpica que comprende al hipocampo propiamente dicho, el giro dentado, el
subículo y la corteza entorrinal. En cuanto al diencéfalo, destacan los cuerpos
mamilares y ciertos núcleos talámicos. El cerebro anterior o telecéfalo basal
incluye los ganglios de la base(núcleo basal de Meynert, septum). Las
estructuras corticales incluyen a la corteza prefrontal, la corteza cingulada y
zonas corticales asociativas posteriores. Son precisamente estas últimas las
que constituyen el depósito final y principal de almacenamiento a largo plazo
(engrama), después de que la información haya sido codificada y consolidada en
las estructuras subcorticales del circuito antes citadas. La corteza
prefrontral va a ser necesaria para recuperar la información (el “esfuerzo de
la meoria”), cuando se requiere hacer emerger un recuerdo.
¿Cómo
se relacionan todas estas estructuras para que se asiente la memoria declarativa?
Se acepta que el proceso tiene varias fases hasta que la información se asienta
de manera definitiva (fig. 6).
Figura 6. Esquema
que ilustra las fases sucesivas del flujo de la información para convertirse en
memoria a largo plazo de tipo declarativo. La información penetra y es
procesada en la corteza sensorial (1); de ahí es transferida a las estructuras
mediales del lóbulo temporal y modulada en el hipocampo (2) y estructuras
diencefálicas (3). Simultáneamente todas estas estructuras intercambian
información con núcleos basales del telencéfalo (4), los cuales, a su vez, se
relacionan con la corteza prefrontal.
La
información ya consolidada retorna a la corteza (5).
a)
En una primera fase – y siempre que los procesos de atención
lo permitan – la información es recibida en la corteza cerebral, en las áreas
asociativas correspondientes, de donde es transferida a las estructuras del
lóbulo temporal medial en donde es codificada y se inicia su consolidación.
Para ello, la información penetra por la corteza parahipocámpica y perirrinal
de donde es transportada a la formación hipocámpica cuya puerta de entrada es a
través de la corteza entorrinal; esta corteza no sólo recibe aferencias de
las áreas corticales uni y
polimodales sino también de la corteza orbitofrontal y de la ínsula.
b)
En una segunda fase, la información es consolidada en el
hipocampo para su posterior almacenamiento a largo plazo. Esto significa que
hay una modificación gradual del sustrato neural del engrama, que se irá
haciendo progresivamente resistente para que se consolide el trazo de memoria.
Inicialmente la información dentro del hipocampo fluye a través del subículo,
giro dentado y campos CA1 – CA3 del hipocampo para ser enviada al diencéfalo.
Simultáneamente, la corteza prefrontal modula recíprocamente la actividad de
los núcleos basales del telencéfalo quienes, a su vez, modulan la actividad de
las estructuras del lóbulo temporal medial mediante aferencias que llegan
través del fórnix – fimbria e interconexiones con la corteza entorrina. De este
modo, los núcleos basales telencefálicos modulan la actividad que tiene lugar
en el hipocampo.
c) Por
último, la información ya consolidada puede retornar para su almacenamiento
definitivo en diversas áreas de la corteza tras fluir por los núcleos
mamilares, núcleos talámicos y núcleos basales. El resultado final es que el
flujo informativo iniciado en la corteza sensorial uni y polimodal es profundamente
modificado mediante su paso por las estructuras del lóbulo temporal, las
límbico-diencefálicas y de los núcleos básales telencefálicos, para quedar
depositado finalmente de nuevo en la corteza (fig. 6). La
consolidación y almacenamiento exigen un tiempo, y es posible que la información
pueda ser recuperada desde el propio hipocampo durante meses y años, si aún no
ha vuelto a la corteza.
Algunos autores distinguen en la memoria
declarativa a largo plazo dos momentos temporales: la memoria reciente, a medio plazo o secundaria y la memoria remota. La reciente mantiene la
información entre minutos y días e incluye el aprendizaje de nueva información
declarativa; depende principalmente de la actividad del circuito sistema
límbico - diencéfalo - telencéfalo. La remota
dura meses y años, y queda implicada la corteza cerebral, tanto la prefrontal
dorsolateral e inferolateral como la asociativa. Es en esta memoria remota en
la que se establecen las dos formas bien diferenciadas de memoria explícita:
la semántica y la episódica. La memoria semántica se
refiere a ese conocimiento general de los hechos y conceptos que no está asociado
a un sitio o momento determinados. Es, por así decir, una memoria cultural que
nos permite tener conocimiento del mundo en que vivimos: conocimientos
integrados, conceptos. Es la memoria más implícita de las memorias
declarativas.
La memoria episódica, en
cambio, es autobiográfica y personal, la memoria de los hechos personales
vividos y de las fechas y sitios en donde tales hechos ocurrieron. Pertenece a
la intimidad de la persona. Es la memoria que nos permite viajar hacia atrás
en el tiempo y revivir nuestro pasado.
Ambos tipos de memoria
parecen estar sustentados por sistemas neuroanatómicos diferentes. En las
tareas de memoria episódica interviene de manera importante la corteza
prefrontal; la corteza izquierda (áreas 10, 45, 46 y 47, véase
fig. 4) parece ser necesaria para la fase de codificación,
mientras que la prefrontal derecha (áreas 9, 10, 45,
46 y 47)
interviene en la fase de recuperación o evocación. En ambas situaciones, sin
embargo, interviene también el hipocampo. El córtex dorsolateral prefrontal
derecho formaría parte del circuito neuronal de la memoria episódica que
implicaría también al cingulado izquierdo, zonas parietales bilaterales (áreas 7, 39 y 40),
temporales derechas (mediales y laterales) y cerebelosas. En la realización de
la memoria semántica interviene la corteza prefrontal izquierda, tanto en la
codificación como en la recuperación.
Así, pues, se puede
afirmar que las regiones prefrontales anterolaterales y las temporales son
esenciales para el recuerdo-información declarativo y explícito de la memoria a
largo plazo. La corteza prefrontal proveería el esfuerzo para iniciar un
recuerdo, al tiempo que la corteza temporal intervendría en la secuenciación y
organización de la información, además de proporcionar conexión a centros
corticales posteriores, como lugar de mayor almacenamiento de engramas. Ambas
regiones, prefrontal y temporal, estarían conexionadas a través del componente
ventral del fascículo uncinado, de forma que llevaría la información de delante
hacia atrás, hacia la corteza temporal, para el acto final de la representación.
Aportación de las técnicas de neuroimagen. La tomografía de
emisión de positrones y la resonancia magnética funcional han aportado
interesantes datos sobre las áreas cerebrales que actúan en los diversos
procesos de memoria (fig. 5) (Rosenzweig et al., 1999).
En la formación de
nuevas memorias declarativas a largo plazo intervienen los sistemas de la
circunvolución temporal medial y del diencéfalo, tanto en los procesos de
codificación como de la recuperación de la información, si bien los sitios
exactos para cada proceso son distintos: la codificación tiene lugar en
porciones más rostrales (subículo), y la recuperación en porciones más caudales
(parahipocampo). Si bien el hipocampo es necesario durante el procesamiento
de la información para su almacenamiento a largo plazo, es después el
neocórtex el que almacena finalmente la información; pero en este caso, puede
haber un alto grado de especificidad según la naturaleza de los objetos que se
desea recordar (p. ej., instrumentos vs. animales vs. conceptos). Como afirma
Gabrieli (1998): "En primer lugar, el conocimiento de cualquier ámbito de
acción (p. ej., imágenes o palabras, objetos vivientes o manufacturados) se
distribuye a lo largo de una extensa y específica red nerviosa que a menudo
abarca varios lóbulos. La lesión de cualquier componente de esta red puede
afectar el funcionamiento de ese particular ámbito de acción. En segundo lugar,
ciertas localizaciones parecen ser consecuencia del modo en que las diversas
clases de conocimiento interactúan con los diversos sistemas perceptivos y
motores". Por ejemplo, nombrar herramientas de trabajo provoca activación
de las regiones prefrontales izquierdas, cerca, precisamente, de la corteza
motora.
Durante la codificación
de la información, parece haber una activación relativamente mayor del
hemisferio izquierdo, mientras que el hemisferio derecho resulta más activado
durante el proceso de recuperación de la información, lo que indica la
presencia de una asimetría relativa, en el sentido de que, si bien durante la
codificación y la recuperación se activan las regiones frontal y temporal de
los dos hemisferios, existe una cierta diferencia en el predominio de acción
según sea la operación que se realiza. La recuperación de la información exige
un esfuerzo complementario, el intento de recordar la información almacenada,
y ello corresponde a la corteza prefrontal derecha.
En cuanto a la
participación cortical en la memoria semántica frente a la autobiográfica, se
ha comprobado que el escuchar pasajes autobiográficos activa en mayor grado las
regiones temporales y corticales derechas que cuando se escuchan episodios
pertenecientes a otras personas.
2.2.2. Memoria no declarativa, implícita o instrumental
Como ya se ha indicado, la
memoria no declarativa tiene que ver principalmente con el cómo se realizan
las cosas. La inmensa mayoría de los procesos de memoria de los animales y
buena parte de la memoria humana pertenece a esta categoría. Para manifestarla
no hay que declarar, hay que obrar. Dentro de ella se encuentra todo el
aprendizaje de hábitos y habilidades, el aprendizaje de tipo asociativo en el que el
condicionamiento es el elemento esencial, el aprendizaje no asociativo en el que la respuesta aprendida tras la aplicación
de un estímulo es refleja, y, por último, la memoria incidental o de
reconocimiento inmediato de algo de lo que se ha tenido experiencia previa, a
veces llamada sensorial (priming}.
a) Aprendizaje asociativo. Es responsable de
muchos de nuestros aprendizajes: aprendemos a tener miedo de algo, a hablar, a
tocar el piano, una lengua extranjera. En esencia, el aprendizaje asociativo
implica la formación de asociaciones entre estímulos y respuestas. Se divide
en dos clases: aprendizaje o condicionamiento clásico pauloviano, y
condicionamiento operante o instrumental. En el condicionamiento clásico, un
estímulo no condicionado (pero condicionante) capaz de provocar una respuesta
no condicionada se empareja o simultanea con otro estímulo inicialmente de
carácter neutro que es el que va a ser condicionado por el anterior; una vez
que ocurre el condicionamiento, el estímulo condicionado provoca la respuesta
propia del no condicionado o condicionante: se ha creado una respuesta
condicionada. Existen condicionamientos clásicos positivos o gratificantes,
conseguidos mediante la asociación del estímulo con un premio, y
condicionamientos aversivos en el caso de que el estímulo condicionante provoque
respuestas desagradables. En el aprendizaje condicionado pauloviano el sujeto
es incapaz de controlar por sí mismo la aparición de los estímulos
condicionados, porque están determinados desde fuera.
En el
aprendizaje instrumental o condicionamiento operante, el sujeto ha de realizar
alguna respuesta si quiere alcanzar el premio o evitar el castigo. La respuesta
suscita la repetición de la conducta. Por tanto es el sujeto, mediante su
conducta, el que controla la aparición del estímulo condicionante.
Es evidente
que el condicionamiento implica el aprendizaje sobre las relaciones que
habitualmente existen entre los diversos acontecimientos que ocurren en el
entorno o ambiente de un individuo. El factor clave en la organización de este
entorno es la contingencia, es decir, la probabilidad de que el estímulo no
condicionado coincida y resulte previsto por el estímulo condicionado.
En todos
estos tipos de aprendizaje intervienen lógicamente las estructuras cerebrales
y cerebelosas responsables de la recepción de los diversos estímulos y de la
instauración de las respuestas, tanto motrices como vegetativas. Pero puesto
que en los mecanismos intervienen factores como el premio, castigo,
satisfacción y motivación, han de intervenir también los sistemas que
fundamentan estas conductas: sistemas mesencefálicos de premio y aversión,
cuya descripción rebasa los objetivos de este artículo (Flórez, 1997).
b) Aprendizaje no asociativo. Es una de las formas
más elementales de aprendizaje: el estímulo o experiencia a la que sometemos a
un individuo no se acompaña de ningún otro suceso y origina una respuesta que
el organismo incorpora y graba. Tras un estímulo que activa a una neurona o a
un circuito de neuronas surge una respuesta. Pero dependiendo de la intensidad
de los estímulos, de la frecuencia con que se repiten y de la posibilidad de
que concurran simultáneamente otros estímulos, la intensidad de la respuesta
puede ser modificada de tres maneras: habituación, deshabituación y sensibilización.
La habituación es el proceso por el que la respuesta
disminuye cuando el estímulo es repetido varias veces, siempre que no se deba
a una adaptación sensorial o a fatiga motora. Cuando ha aparecido la
habituación de la respuesta al estímulo, el incremento fuerte de éste puede
provocar una recuperación de la respuesta, incluso en intensidad superior a la
inicial: es la deshabituación. En
ocasiones, sin embargo, un estímulo inicial puede conseguir que el siguiente
provoque una respuesta ampliada: es la sensibilización
(Rosenzweig et al., 1999).
Se considera
a la habituación como una de las formas más sencillas y frecuentes de
aprendizaje. Los primeros estímulos provocan respuestas, pero cuando se
repiten, la intensidad de las respuestas disminuye hasta desaparecer porque
han quedado ya incorporadas. La eficiencia de un sistema de computación
aumenta con la repetición y, como consecuencia, disminuye el conjunto de la
actividad necesaria para mantener el sistema. La idea de que la repetición de
sucesos termina por convertirlos en automáticos es vieja en psicología. Este
principio es analizable también en el nivel de los sistemas neurales. Tanto
en los estudios de potenciales eléctricos evocados por acontecimientos como en
los estudios realizados con técnicas de autoimagen se comprueba que determinados
sistemas que son fuertemente activados inicialmente por estímulos o por información
de cualquier tipo, dejan de hacerlo cuando estos estímulos se repiten y la
tarea ha sido consolidada, pasando a depender de otros sistemas que ejecutan
tareas más sencillas o automatizadas. Es posible que este principio sea
aplicable a la acción cognitiva en general.
La
habituación tiene una base neural que se expresa en la sinapsis o en todo un
sistema o circuito de redes neurales. En el primer caso, se trata de mecanismos
moleculares que intervienen en la transmisión sináptica (depresión sináptica), mientras que en el segundo hay que pensar
en la incorporación activa de la función de sistemas inhibidores específicos que ejercen una influencia
moduladora sobre el funcionamiento del sistema inicialmente activado.
Es
importante tener presente que el aprendizaje no asociativo o reflejo puede
complicarse o ampliarse por la concurrencia de otros estímulos. Para que exista
aprendizaje asociativo tienen que existir previamente respuestas de carácter
no asociativo, lo que antes he denominado estímulos no condicionados que
originan respuestas no condicionadas. Esto quiere decir que hay formas de
aprendizaje que se establecen por la confluencia de fenómenos de condicionamiento
sobre la base previa de fenómenos estrictamente reflejos. En términos
mecanísticos: la información que proviene de una red neuronal actúa como señal
de instrucción (estímulo no condicionado) para influir sobre el patrón de
conexiones de la otra red neuronal (la que es fundamento del estímulo
condicionado). Como resultado del período de entrenamiento (aprendizaje) se
establecen fuertes conexiones entre ambas redes de forma que se acoplan
funcionalmente, y de este modo el estímulo condicionado llega a poner en
marcha respuestas aprendidas que antes sólo aparecían cuando actuaba el
estímulo no condicionado.
De acuerdo
con la complejidad de los mecanismos que intervienen en los procesos de
estímulos y respuestas que constituyen el aprendizaje asociativo y no
asociativo, así será la implicación de las estructuras cerebrales y cerebelosas.
Algunos han sido analizados con enorme detalle. Un reflejo tan aparentemente
sencillo como es el parpadeo provocado por la aplicación de un soplo a la
córnea puede convertirse en una respuesta condicionada a estímulos
variadísimos: sonidos, luces, etc. En este aprendizaje asociativo interviene un
complejo conjunto de estructuras nerviosas: corteza cerebral, hipocampo,
ganglios básales, tronco cerebral y núcleos profundos y corteza del cerebelo.
A partir de
este y otros datos, ha aumentado la importancia que se otorga al cerebelo como
centro nervioso que participa en el aprendizaje, retención y expresión de
respuestas condicionadas de diverso tipo. Incluso se piensa que el cerebelo
puede ser el lugar en donde se mantienen ciertos rastros de la memoria,
necesarios para que exista una retención duradera de la información; el
sustrato neurofisio-lógico de este proceso parece ser la depresión a largo
plazo que se comentará más adelante. El cerebelo puede participar en otras
muchas Tormas de aprendizaje y memoria: el aprendizaje de evitación mediante
respuestas instrumentales, el aprendizaje en sistemas de laberintos, el
aprendizaje espacial, y quizá también en proceso cognitivos más complejos.
c) Aprendizaje de hábitos, habilidades,
competencias.
Abarca una buena parte de lo que hemos denominado memoria instrumental o
procedimen-tal. Gracias a ella desarrollamos y ejecutamos actividades
múltiples que terminan siendo automáticas. Exigen inicialmente la
participación de las estructuras implicadas en la atención ejecutiva,
anteriormente comentadas, y la función de amplias áreas de la corteza motora y
premotora, núcleos de la base especialmente el estriado, y el cerebelo.
Posteriormente la actividad, una vez automatizado, queda restringida a
estructuras cerebrales más limitadas.
d) Memoria incidental o de reconocimiento
(priming). Es
una memoria sin intención, sin esfuerzo. Se trata de la facilidad que se posee
para identificar, detectar y procesar información incluida en experiencias
previas. Estas experiencias previas dejan un rastro o pista que es fácilmente
reconocible cuando vuelven a aparecer como tales, aun cuando no lo hagan de un
modo completo: a través del perfil de una sombra llegamos a reconocer e
identificar una figura completa de un objeto. Se distinguen dos formas de
priming: la perceptiva y la conceptual. La perceptiva refleja el procesamiento
primario de las formas del estímulo, mientras que la conceptual refleja el
significado de los estímulos.
Se considera
que esta función es propia de la actividad del neocórtex. La perceptiva tiene
lugar en la corteza occipitotemporal derecha, mientras que la conceptual lo
hace en la corteza frontal izquierda.
2.3.
Modulación emocional de la memoria
Existen
formas de memoria y de aprendizaje en las que juegan un papel destacado los
estímulos o acontecimientos cargados de componentes afectivos. Ya hemos visto
cómo buena parte de la conducta que aprendemos y ejecutamos es consecuencia de
la influencia de estímulos condicionantes de carácter gratificante o aversivo.
Los estudios sobre aprendizaje condicionado por situaciones que generan miedo
o ansiedad han servido para profundizar en la memoria emocional y para desvelar
la importancia que tiene una estructura cerebral denominada amígdala tanto
para su adquisición como para su expresión.
Para que la
amígdala intervenga y participe en el procesamiento de la memoria debe primero
recibir los estímulos sensoriales, bien directamente desde el tálamo o desde
áreas corticales de asociación unimodal o polimodal. Esta información llega al
núcleo lateral de la amígdala desde donde pasa intraamigdalarmente al núcleo
central de la amígdala; desde aquí sale para activar los variados sistemas
efec-tores implicados en la expresión de las respuestas emocionales: las áreas
corticales relacionadas con la vigilia y la atención, los núcleos
hipotalámicos relacionados con la activación hormonal y neurovegetativa, los
núcleos y las áreas de carácter motor que dan expresión a la conducta emocional
(Eichenbaum et al., 1.999).
Pero además
del papel que desempeña en el aprendizaje emocional per se, la amígdala
controla la liberación de hormonas y mediadores que modulan intensamente la memoria
de los acontecimientos que despiertan un sentimiento emocional, dentro de
cualquiera otra de las formas de memoria analizadas en este capítulo. La
experiencia nos dice que los recuerdos de los sucesos que despiertan emoción
resultan más vividos, más precisos y perduran más que los recuerdos de sucesos
más o menos neutros. Es bueno que el cerebro haya evolucionado en el sentido
de almacenar mejor la información que más vale la pena recordar, pero este
hecho tiene también su contrapartida porque acontecimientos intensamente
desagradables perduran largo tiempo en nuestra memoria e incluso pueden
desencadenar reacciones patológicas que se mantienen durante largo tiempo (p.
ej., el estrés postraumático).
La amígdala
desempeña esta función moduladora de la memoria a través de su núcleo
basolateral, el cual se encuentra conectado recíprocamente con otros núcleos
implicados en la formación y evocación de la memoria, como son el hipocampo, el
neocórtex incluida la corteza prefrontal, o el estriado. La amígdala, pues, es
la estructura por la que los componentes emocionales asociados a un determinado
acontecimiento consiguen reforzar su memoria y retención.
Ahora bien,
existen también situaciones emocionales que alteran o dificultan la retención
de hechos y datos y, en definitiva, el aprendizaje. Y es que algunas de las
hormonas y de los mediadores químicos liberados como consecuencia de la
activación de la amígdala tienen la capacidad de alterar los procesos por lo
que se forma la memoria. Uno de estos productos, por ejemplo, son los
glucocorticoides producidos y liberados en la corteza de las glándulas
suprarrenales. Si pasan al cerebro en cantidad moderada facilitan la actividad
neuronal del hipocampo y la formación de memoria, mientras que si llegan en
exceso o actúan de forma muy prolongada terminan por deprimir la memoria. Lo
mismo puede suceder con otra sustancia como la (3-endorfina que es liberada
junto a la ACTH en la hipófisis. Especial importancia en la consolidación de
ciertos acontecimientos relacionados con el estrés cobran algunos sistemas
neurales, entre los que destaca el sistema Beta-noradrenérgico.
3. RAZONAR Y RESOLVER PROBLEMAS
El cálculo
mental, el razonamiento, la resolución de problemas, la comprensión del
lenguaje son algunos de los procesos mentales que consideramos superiores;
todos ellos requieren la utilización de una información que se encuentra ya
almacenada en el cerebro, y que es preciso extraer con destreza y, en muchas
ocasiones, con rapidez. No se puede resolver un problema aritmético si no se
tiene acceso a las reglas aritméticas que uno almacena como parte de su
conocimiento en forma de memoria a largo plazo, ni comprende una metáfora si no
accede al conocimiento previo establecido y retenido de los objetos sobre los
cuales se establece relación analógica (Dehaene et al.,, 1999).
Ahora bien,
aquí hay algo más que memoria a largo plazo, porque a la hora de aplicar las
reglas para resolver una operación de cálculo mental es preciso ir reteniendo
de manera instantánea los números que van apareciendo para proceder al
cálculo siguiente: es una retención de información muy breve que da paso a
otra y a otra; se trata de un proceso claro de memoria a corto plazo o memoria
operativa. Lo mismo sucede con la comprensión del lenguaje. Hay que reconocer
las palabras y frases: para ello es preciso saberlas y conocerlas, pero según
se lee y se oye, cada palabra es retenida el mínimo de tiempo necesario para
identificarla y comprenderla, y soltarla porque inmediatamente llega otra.
Por lo que
vamos sabiendo, no existe sólo una forma de memoria operativa, como si
existiese un único sistema de almacenamiento de la información
independientemente de los contenidos que haya de mantener; por el contrario,
hay neuronas que responden cuando la información que hay que retener es de
tipo espacial, y otras para la información visual de objetos, y otras para la
información verbal, etc. De la misma manera, según sea el tipo de información
que llega, cambia la combinación de áreas cerebrales que se activan.
En el caso
de la memoria operativa para la información verbal, resulta especialmente
llamativo que se active la corteza parietal posterior del hemisferio izquierdo
y, además, regiones que son responsables de la planificación y producción del
lenguaje como son el área de Broca, el área promotora y el área motora
suplementaria. Es decir, el reconocimiento
verbal utiliza áreas implicadas en la expresión
verbal, como si se tratara de una verbalización encubierta. Esto ha inducido a
pensar que en la memoria operativa verbal intervienen dos tipos de mecanismos:
los de almacenamiento, en la corteza parietal posterior, y los de ensayo en el
cerebro anterior.
Pero pensar es
algo más que recibir información y reconocerla; hay que comprenderla y, con
frecuencia, responder a ella, bien con razonamiento bien con la realización de
una tarea que se ordena, tarea que puede ser complicada porque exige seguir una
serie de condiciones que se le ha impuesto en el paquete informativo. En este
caso no basta la memoria a corto plazo sino que intervienen los sistemas que se
han denominado anteriormente como control ejecutivo. Por eso se activan la
corteza parietal posterior, la corteza cingulada, y las áreas implicadas en el
lenguaje, tanto frontales como temporales. Cuando se trata de realizar un
cálculo mental aritmético, han de activarse la corteza parietal inferior del
hemisferio izquierdo que está asociada con el procesamiento numérico, y las
regiones pre-frontales dorsolaterales asociadas con la memoria operativa.
Es decir, la
memoria operativa es pieza importante de cualquier tarea cognitiva pero es sólo
uno de los componentes de todo el sistema neural que ha de intervenir en la
ejecución de la tarea. Da la impresión de que, junto a la memoria operativa, el
pensamiento de orden superior utiliza las mismas áreas nerviosas que se
utilizan para las computaciones sensoriales específicas. Cuando se usan
voluntariamente para pensar, estas áreas son recolectadas a partir de las áreas
superiores. Y así, cuando se imaginan letras o palabras se activan las áreas
relacionadas con su reconocimiento, y cuando se imagina una cara se activan
también neuronas que estuvieron implicadas cuando se vio esa cara. Por tanto,
junto a la activación de las áreas relacionadas con la memoria operativa y con
el control ejecutivo, se activan también las áreas que intervienen en el
procesamiento de la información sensorial. Esto significa que el procesamiento
de la información no es unidireccional, desde las áreas sensoriales a las
áreas interpretativas, sino que es bidireccional: la información va y vuelve,
de forma que cuando es preciso utilizarla y recuperarla actúa no sólo el
sistema de control ejecutivo sino el área sensorial correspondiente.
lll. MECANISMOS
NEURONALES RESPONSABLES DE QUE LA INFORMACIÓN PERMANEZCA PERSISTENTEMENTE
1. EL ENSAMBLAJE
SINÁPTICO
Para que el
sistema nervioso pueda codificar, consolidar y recuperar la información debe disponer
de precisos mecanismos neuronales que son modificados por la llegada de dicha
información.
El elemento
clave de todo proceso de aprendizaje es la sinapsis.
En ella se efectúa la transmisión de la información. El aprendizaje significa
la utilización beneficiada, ventajosa y preferente de un determinado número
de sinapsis, como consecuencia de ciertas modificaciones moleculares que en
ellas han tenido lugar. Llámense sensibilización, habituación, condicionamiento,
el resultado final es que se establece una vía o una red de vías por las que
determinada información fluye de modo favorable. Para que esto ocurra, han de
producirse modificaciones sinápticas que se generan como respuestas
adaptativas ante determinados estímulos o influjos informativos, y que
constituyen la base fundamental de la propiedad denominada plasticidad. La clave está en que, cuando una neurona
insistentemente actúa sobre otra, termina por establecerse un mecanismo de reforzamiento sinóptico entre ellas que hace
más fácil y probable su subsiguiente interacción. Lo que se afirma para un
pareja de neuronas puede generalizarse a todo un conjunto o red de neuronas.
Más aún, si dos neuronas o sistemas neuronales desarrollan su actividad
conjuntamente de forma repetida y persistente, terminarán por estar asociadas
de tal forma que la actividad de una sistema fácil' tara la actividad del otro.
En definitiva, las neuronas que descargan de forma conjunta terminan por
relacionarse.
Las
modificaciones sinápticas que explican los fenómenos de facilitación son
múltiples. Unas son de carácter neuroquímico; por ejemplo, incremento de la
liberación de mediadores en la terminación presináptica, o cambios en la
actividad de neuronas intercalares que influyen sobre la liberación presináptica,
aumento del número de receptores postsinápticos, cambios en la velocidad de
inactivación del mediador, cambios en las cascadas de mensajeros
intracelulares. Otras modificaciones pueden ser más estables e incluso adoptan
un cambio estructural permanente; por ejemplo, incremento de la superficie
sináptica, formación de nuevas sinapsis y, por tanto, incremento de unidades
presinápticas (brotes axonales) o postsinápticas (espinas dendríticas),
traslocación de contactos sinápticos. Naturalmente, por tratarse de un proceso
eminentemente dinámico, los cambios pueden seguir un mecanismo gradual de forma
que la memoria implique primero un proceso pasajero y breve, incluso
reversible; pero si la experiencia de aprendizaje continúa persistentemente,
los cambios se van reforzando y haciéndose más consistentes hasta alcanzar
plena estabilidad y permanencia. El mejor modo de conseguir una conexión
sináptica fija y firme es haberla hecho trabajar a fondo.
En
conclusión, el aprendizaje implica el establecimiento de redes o sistemas de
comunicación preferente que operan simultánea o secuencialmente, que se han
constituido en respuesta a modificaciones ambientales concretas que llamamos
estímulos. Es evidente que el desarrollo de tales sistemas no ocurre al azar,
sino que se ejecuta dentro de los límites impuestos por la organización
general del sistema nervioso, y por la organización particular que la dotación
genética de un determinado individuo condiciona. La dotación genética
individual establece un marco de desarrollo. Serán después las condiciones
ambientales y el aprovechamiento de las circunstancias quienes habrán de
cubrir en un porcentaje determinado (ojalá todos llegáramos a nuestro
100%) el espacio
limitado por ese marco (Flórez, 1999).
2. MECANISMOS
MOLECULARES
Las formas
más elementales de memoria y aprendizaje tienen lugar en los organismos más
sencillos. Lógicamente, en el mamífero los mecanismos sinápticos implicados en
los procesos de aprendizaje han de ser mucho más complejos. El modelo que mayor
influencia ha tenido para explicar los cambios que acontecen y son base de la
plasticidad sináptica propia de algunos procesos de memoria es el de la potenciación a largo plazo o de larga
duración (LTP: Long-Term Potentia-tion), inicialmente descubierto por Bliss
y Lomo en 1973 trabajando en hipocampo de conejo. La LTP
consiste en el aumento estable y duradero de la magnitud de respuesta de las
neuronas, cuando las células aferentes (que normalmente las estimulan) son
activadas por trenes de estímulos eléctricos de frecuencia moderadamente alta
(ver Flórez, 1999). La larga duración de este fenómeno es probablemente su nota más característica
porque significa que, cualquiera que sean los mecanismos moleculares
responsables, se mantienen durante un período prolongado. No se pueden ocultar
en el fenómeno de la LTP, un fenómeno eminentemente sináptico, ciertos rasgos
similares a los que son característicos de la memoria: la rapidez de la inducción
(segundos), la duración del efecto (días o semanas), la presencia de un período
lábil de consolidación que puede durar varios minutos. Tiene la ventaja de que
puede ser analizado en animales anestesiados o despiertos, inmóviles o libres,
e incluso "in vitro" en preparaciones aisladas (rodajas de tejido
cerebral). Aunque observado inicialmente en hipocampo (con mucho, la estructura
más utilizada) también se aprecia en otras áreas cerebrales.
Los datos
neuroquímicos de la LTP en el hipocampo implican de manera decisiva la
transmisión de naturaleza glutamatérgica (fig. 7). La activación normal de
una vía aferente libera ácido glutámico en cantidad moderada, capaz de
estimular exclusivamente el receptor glutamatérgico AMPA asociado a un canal de
Na+, originando así una breve despolarización. En cambio, el
receptor glutamatérgico NMDA no contribuye a la respuesta porque el canal a él
asociado permanece cerrado al estar bloqueado por iones Mg2+. Sin
embargo, cuando el estímulo es muy intenso como es el que se aplica para
generar la LTP, el número de receptores AMPA activados aumenta, la
despolarización es mucho más intensa y alcanza el valor necesario para vencer
el bloqueo de Mg2+ al desplazar a estos iones de su asociación al
receptor-canal NMDA: el canal queda tibre para que fluya un gran número de
iones Ca2+. Es
decir, los receptores NMDA son plenamente activos sólo cuando se ensambla la
combinación de un determinado voltaje y de un determinado mediador. Además,
activa también los receptores glutamatérgicos de naturaleza metabotropa asociados
a fosfolipasa C, la cual hidroliza fosfoinosítidos para generar
inositol-trifosfato y movilizar más Ca2+ y diaciiglicerol del
que provendrá el ácido araquidónico para formar eicosanoides.
Figura 7 Mecanismos implicados en la potenciación a
largo plazo (LTP), a partir de la activación de receptores glutamato (AMPA,
NMDA, metabotropos). El Ca2^ moviliza diversas cinasas que mantienen
funcionantes a los receptores glutamato y activan genes de acción inmediata. Se
forman mensajeros con posible acción retrógrada (óxido nítrico y ácido
araquidónico) sobre la terminación presináptica. Tomada de Flórez, 1999.
Esta
irrupción de Ca2+ en la estructura postsináptica
va a desencadenar una cascada de reacciones neuroquimi-cas de gran
trascendencia que acompañan a la LTP. Pues bien, algunos de estos pasos
acompañan también a la génesis de ciertas formas de memoria. El aumento de Ca2+ inducido por la activación de receptores NMDA activa
diversas cinasas: la proteincinasa A (PKA), la proteincinasa C (PKC), una de
las cinasas dependientes de Ca/calmo-dulina (CaMKII), y tirosín-cinasas (fig. 7). La
CaMKII es particularmente importante porque, una vez activada por el Ca2+, permanece en este estado aun cuando el nivel del ion
disminuya. La inhibición de estas cinasas mediante diversas sustancias,
particularmente de la PKC y de la CaMKII, perturba en el animal de
experimentación la formación y/o consolidación de memoria, como ha sido
demostrado en múltiples modelos y muy particularmente en la memoria de tipo
espacial.
Las cinasas
mencionadas van a fosforilar proteínas; parte de los procesos de fosforilación
van a tener lugar en el núcleo donde directa o indirectamente fosforilan
residuos de treonina, serina o tirosina en proteínas que se encuentran en la
región promotora de los genes que van a codificar las proteínas denominadas factores de transcripción. En una
segunda fase, los factores de transcripción penetran de nuevo en el núcleo para
activar los genes de acción tardía,
de inicio más lento y duración mayor, capaces de codificar proteínas diversas:
receptores, enzimas relacionadas con la síntesis de mediadores o con vías de
señalización de mediadores, etc. (fig. 8).
Los genes
inducidos por ligandos que inicialmente activan la vía del AMPc poseen una
secuencia de DNA denominada elemento de respuesta al AMPc (CRE: cAMP responso element). Los ligandos que
inducen la formación de AMPc activan la PKA; la subunidad catalítica de esta
cinasa puede penetrar en el núcleo en donde fosforila la serina 133 de
una proteína nuclear denominada CREB (CRE
binding) porque, al ser fosforilada, se fija a la secuencia CRE de un
particular gen, y estimula el proceso de transcripción. Pero esta proteína
CREB es también activada por otras cinasas que forman parte de otras vías de
transducción de señales; por ejemplo, la cinasa estimulada por Ca/M, la PKC,
etc. Por consiguiente, la proteína CREB es un factor de transcripción que sirve
a diversas vías de transducción de señales. Muchos de los genes activados por
CREB son IEG que codifican factores de transcripción, los cuales influirán
posteriormente para inducir los genes de acción tardía. En efecto, CREB y otros
factores de transcripción inducen un grupo de IEG entre los que se encuentran c-fos. fos-B, c-jun. jun-B, zif-268, etc. Los productos de
estos genes son asimismo factores de transcripción. En el caso de c-fos y c-jun codifican las proteínas Fos y Jun rápidamente en respuesta a
la activación celular; se asocian ambas en un heterodímero que se fija a una
secuencia reguladora de DNA conocida como AP-1, y de este modo regula la
transcripción del gen en el que dicha secuencia se encuentra: un gen de acción
tardía.
Figura 8. Etapas de la cascada neuroquimica que puede
desarrollarse durante la inducción de LTP (p. ej-, en la región CA1 del
hipocampo.
Tomada de Flórez, 1999.
Es preciso,
pues, diferenciar dos grandes clases de factores de transcripción. A la
primera pertenecen aquellos factores que se encuentran ya preformados (factores
hormonales, factores de la familia CREB/CREM, factor nf-kb, etc.) y que, por tanto, sólo necesitan que llegue la
señal extracelular para transducirla y transformarla en actividad
transcriptora de un gen; la respuesta transcripcional es rápida. A la segunda
clase pertenecen los factores de transcripción que tienen que ser sintetizados
tras la llegada de una señal, lo cual supone una demora en la respuesta. Es el
caso de la familia AP-1. Así, pues, se puede hablar también de cascada de
factores de transcripción: uno de ellos (p. ej., CREB, NF-kB) es activado por
la señal y favorece la transcripción de diversos sistemas (enzimas, etc.), o
bien la transcripción de un segundo factor de transcripción (p. ej., tos, jun)
que será quien, finalmente, induzca la activación de la síntesis de enzimas,
receptores u otros elementos diana. En definitiva, las respuestas celulares a
modificaciones ambientales están mediadas frecuentemente por los factores de
transcripción inducibles, los cuales sirven para coordinar tanto la activación
como la represión de otros genes que se encuentran en un puesto inferior dentro
de la sucesión de influencias y que van a provocar una alteración adapta-tiva
en la conducta de la célula.
Las
consecuencias finales de esta actividad ejercida a nivel nuclear son múltiples
y de gran transcendencia biológica. Pueden ser modificaciones en la síntesis de
enzimas sintetizadoras o metabolizadoras que provoquen cambios en la producción
y velocidad de recambio de diversas moléculas mediadoras (neuro-transmisores,
citocinas, neuropéptidos, NO, etc.). Pueden verse modificadas enzimas de
carácter cinásico, con su consiguiente repercusión sobre las vías que
transmiten diversas señales (PKA, PKC, Ca/M, etc.). El resultado final ha de
ser un cambio estable y permanente en el nivel de comunicación, lo que permite
que señales críticas sean capaces de inducir respuestas de gran calado en la
organización funcional de las redes y circuitos intraneuronales.
Dentro de
estas respuestas, reciben particular atención las modificaciones a largo plazo
de la actividad neuronal que se aprecian en los procesos de aprendizaje y
memoria, como base fundamental de la capacidad cognitiva.
Es evidente
que la inducción de LTP exige la síntesis de unas proteínas y la inhibición de
otras; es así como se instauran procesos de largo alcance que van a permitir
la modificación estable y permanente de
diversos elementos de la sinapsis situados tanto pre como postsinápticamente.
Como uno de estos procesos es el incremento pertinaz de liberación de
glutamato, deben existir mecanismos que, iniciados en el compartimiento
postsináptico, terminen por actuar retrógradamente en la terminación
presináptica facilitando dicha liberación.
Se ha
postulado que uno de estos mecanismos sea la producción de NO. La activación de
la CaMKII induce la activación de la NO sintasa neurona!, y la síntesis de NO;
este mediador difunde al espacio sináptico y penetra en la terminación
presináptica en donde opera para facilitar la liberación de glutamato. Otro
mecanismo puede ser la activación de la fosfolipasa A2, la hidrólisis de
fosfolípidos con generación de ácido araquidónico y producción de eicosanoides
que son liberados y actúan también retrógradamente a nivel presináptico.
Pero,
además, la activación de genes de acción inmediata y tardía pueden originar
otros elementos que contribuyen a incrementar la actividad plástica de la
sinapsis. Por ejemplo, la síntesis de compuestos con acción neurotrófica que
actúen localmente facilitando el brote y establecimiento de nuevas sinapsis; el
aumento de receptores y canales que incrementen la sensibilidad de la neurona a
la acción de los diversos mediadores, etc. En este sentido, se ha demostrado
que la LTP no es un fenómeno único sino que se expresa en varias formas cuyos
cursos temporales son distintos y en las que participan mecanismos bioquímicos
diferentes. Se ha diferenciado una LTP inmediata,
que se disipa en 1 o 2 horas post-inducción y
es sensible a los mecanismos dependientes de la activación de receptores NMDA,
y una LTP tardía, que dura mucho más
(>7 horas) y que parece depender más directamente de la activación de
cinasas y el sistema CREB, de la inducción de factores de transcripción y de
la síntesis de proteínas.
Se ha
descrito también otro fenómeno sináptico exactamente opuesto al de la LTP. Se
trata de la depresión o inhibición a
largo plazo (LTD: Long-Term Depression), estudiada especialmente en el
cerebelo. Consiste en una reducción mantenida de la magnitud de respuesta de
las neuronas, después de que las células aferentes hayan sido estimuladas con
estímulos eléctricos de relativamente baja frecuencia. También aquí parece
estar implicado el receptor NMDA y la entrada de Ca2+ pero en este
caso la concentración de Ca2+ alcanzada estimularía en mayor proporción
las fosfatasas que las cinasas, reduciendo así el grado de fosforilación de las
proteínas sinápticas. El efecto resultante sería, pues, el inverso.
3. CONCLUSIÓN
El modelo
aquí descrito tiene el mérito de asociar fenómenos sinápticos de diversa
naturaleza (bioeléctricos como es la expresión de la LTP y la LTD,
neuroquímicos como es la activación de cinasas y de genes de acción inmediata),
con fenómenos estrictamente conductuales como son determinadas formas de
memoria (por ejemplo, la de naturaleza espacial analizable en el animal de
experimentación). El concepto crítico es que la sinapsis y, por tanto, la
comunicación interneuronal por ella mediada, es modificada por estímulos
externos; es decir, la manipulación del ambiente tiene capacidad para instaurar
en ella modificaciones sustanciales y duraderas que facilitan su función. Esa
propiedad es la plasticidad y ella es la que conforma la base esencial del
aprendizaje.
La presencia
de genes capaces de sustanciar las modificaciones plásticas de la sinapsis es
absolutamente necesaria. Pero no basta con tener genes; hay que saberlos
activar porque algunos no actuarán si no son adecuadamente estimulados. Es la
modificación ambienta! la que "tira" de la capacidad génica hasta
hacerla expresarse en su plenitud dinámica, es decir, hasta conseguir que una
persona alcance el máximo de su potencialidad.
Agradecimiento. El presente trabajo ha sido elaborado en el
marco del Proyecto "Desarrollo y envejecimiento: biología, conducta,
educación", financiado por la Fundación "Marcelino Botín".
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