Como o cérebro humano aprende?

Nosso cérebro aprende a partir de experiências: enfrentar nosso ambiente altera nosso comportamento através da modificação de nosso sistema nervoso (Carlson, 2010).

Apesar de estarmos longe de saber exatamente e em todos os níveis cada um dos mecanismos neuroquímicos e físicos envolvidos neste processo, a evidência experimental diferente tem acumulado um bastante amplo conhecimento dos mecanismos envolvidos no processo de aprendizagem ainda.

O cérebro muda ao longo da nossa vida. Os neurônios que a compõem podem ser modificados como consequência de diferentes causas: desenvolvimento; a condição de algum tipo de lesão cerebral; exposição à estimulação ambiental e, fundamentalmente, como consequência da aprendizagem (BNA, 2003).

Características básicas da aprendizagem do cérebro

A aprendizagem é um processo essencial que, juntamente com a memória, é o principal meio que os seres vivos têm para se adaptar às mudanças recorrentes em nosso ambiente.

Aprender uso o termo para se referir ao fato de que a experiência provoca alterações no nosso sistema nervoso (SN) que pode ser duradoura e envolvem uma mudança no nível comportamental (Morgado, 2005).

As experiências-se mudar a maneira como nosso corpo percebe, age, pensa ou planos, através da modificação do SN, alterando os circuitos envolvidos nestes processos (Carlson, 2010).

Assim, enquanto o nosso corpo interage com o ambiente, as conexões sinápticas no nosso cérebro sofrer alterações, pode estabelecer novas conexões, reforçou aquelas que são úteis em nosso repertório comportamental ou desaparecer outros que não são úteis ou eficiente (BNA, 2003).

Portanto, se a aprendizagem tem a ver com as mudanças que ocorrem no nosso sistema nervoso como resultado de nossas experiências, quando essas mudanças se consolidam, podemos falar de memórias. (Carlson, 2010). A memória é um fenômeno inferido dessas mudanças que ocorrem no SN e dá uma sensação de continuidade às nossas vidas (Morgado, 2005).

Por causa das múltiplas formas de sistemas de aprendizagem e memória, atualmente pensados ​​para o processo de aprendizagem e à formação de novas memórias depende de plasticidade sináptica, um fenômeno através do qual os neurônios alterar sua capacidade de se comunicar entre eles (BNA de 2003 ).

Tipos de aprendizagem cerebral

Antes de descrever os mecanismos cerebrais envolvidos no processo de aprendizagem, será necessário caracterizar as diferentes formas de aprendizagem, no qual podemos distinguir, pelo menos, dois tipos básicos de aprendizagem: aprendizagem não associativo e aprendizagem associativa.

Aprendizagem não associativa

A aprendizagem não-associativa refere-se à mudança na resposta funcional que ocorre em resposta à apresentação de um único estímulo. A aprendizagem não-associativa, por sua vez, pode ser de dois tipos: habituação ou sensibilização (Bear et al., 2008).

• Habituação: a apresentação repetida de um estímulo produz uma diminuição na intensidade da resposta a ele (Bear et al., 2008).

Ex .:Se eu morasse em uma casa com apenas um telefone. Quando ele toca, ele funciona para atender a chamada, no entanto, toda vez que isso acontece, a chamada é para outra pessoa. Como isso acontece repetidamente, você vai parar de reagir ao telefone e pode até parar de ouvi-lo(Bear et al., 2008).

• Sensibilização: a apresentação de um estímulo novo ou intenso produz uma resposta de maior magnitude a todos os estímulos seguintes.

Ex .:Suponha que você esteja caminhando pela calçada em uma rua bem iluminada à noite e que, de repente, haja um apagão. Qualquer estímulo novo ou estranho que apareça, como ouvir passos ou ver os faróis de um carro se aproximando, irá alterá-lo. O estímulo sensorial (blackout) deu origem a uma sensibilização, que intensifica sua resposta a todos os seguintes estímulos(Bear et al., 2008).

Aprendizagem associativa

Este tipo de aprendizagem é baseado em parcerias entre diferentes estímulos ou eventos. Dentro da aprendizagem associativa podemos distinguir dois subtipos: condicionamento clássico e condicionamento instrumental (Bear et al., 2008).

• Condicionamento clássico: Neste tipo de aprendizagem a associação entre um estímulo que induz uma resposta não-condicionada (resposta não condicionada ou resposta não condicionada, RNC / RI), ou estímulo não condicionado (ENC / EI) e outro estímulo que normalmente não provoca resposta irá ocorrer, estímulo condicionado (CE), e exigirá treinamento. A apresentação pareada do CE e do EI envolverá a apresentação da resposta aprendida (resposta condicionada, RC) ao estímulo treinado. ocorrer somente se os estímulos condicionadores são apresentados simultaneamente ou se a CE precede ENC um intervalo de tempo muito curto (Urso et ai., 2008).

Ex .:Um estímulo ENC / EC, no caso de cães, pode ser um pedaço de carne. Após a visualização da carne, os cães emitirão uma resposta de salivação (RNC / RI).No entanto, se um cão é apresentado como um estímulo, o som de um sino não apresentará qualquer resposta em particular. Se apresentamos simultaneamente os dois estímulos ou primeiro o som do sino (EC) e depois a carne, após repetidos treinamentos. O som será capaz de provocar a resposta de salivação, sem a carne estar presente. Houve uma associação entre comida e carne. O som (EC) é capaz de provocar uma resposta condicionada (RC), salivação.

• Condicionamento instrumentalNesse tipo de aprendizado, você aprende a associar uma resposta (ato motor) a um estímulo significativo (uma recompensa). Para que o condicionamento instrumental ocorra, é necessário que o estímulo ou recompensa ocorra após a resposta do indivíduo. Além disso, a motivação também será um fator importante. Por outro lado, um condicionamento instrumental também ocorrerá se, em vez de uma recompensa, o indivíduo obtiver o desaparecimento de um estímulo de valência aversiva (Bear et al., 2008).

Ex .: Se introduzirmos um rato faminto em uma caixa com uma alavanca que lhe fornecerá comida, quando explorarmos a caixa, o rato pressionará a alavanca (agir motor) e observará que a comida aparece (recompensa). Depois de realizar esta ação mais vezes, o rato associará a pressão da alavanca com a obtenção de comida. Portanto, você vai pressionar a alavanca até que esteja saciada(Bear et al., 2008).

Neuroquímica da aprendizagem cerebral

Potenciação e depressão

Como mencionamos anteriormente, acredita-se que o aprendizado e a memória dependem de processos de plasticidade sináptica.

Assim, diferentes estudos mostraram que os processos de aprendizagem (entre os quais os descritos acima) e a memória levam a mudanças na conectividade sináptica que alteram a força e a capacidade de comunicação entre os neurônios.

Essas mudanças na conectividade seriam o resultado de mecanismos moleculares e celulares que regulam essa atividade como conseqüência da excitação e da inibição neuronal que regula a plasticidade estrutural. Assim, uma das principais características das sinapses excitatórias e inibitórias é o alto nível de variabilidade em sua morfologia e estabilidade que ocorre como resultado de sua atividade e da passagem do tempo (Caroni et al., 2012).

Os cientistas especializados nesta área estão especificamente interessados ​​nas mudanças a longo prazo na força sináptica, como consequência dos processos de potenciação a longo prazo (PLP) e depressão a longo prazo (DLP).

• Empoderamento a longo prazo: um aumento na força sináptica ocorre como resultado da estimulação ou ativação repetida da conexão sináptica. Portanto, uma resposta consistente aparecerá na presença do estímulo, como no caso da sensibilização.
• Depressão a longo prazo (DLP): um aumento na força sináptica ocorre como conseqüência da ausência de ativação repetida da conexão sináptica. Portanto, a magnitude da resposta ao estímulo será menor ou igual a zero. Poderíamos dizer que ocorre um processo de habituação.

Habituação e conscientização

Os primeiros estudos experimentais interessados ​​em identificar as mudanças neuronais subjacentes à aprendizagem e à memória, utilizaram formas simples de aprendizagem, como a habituação, a sensibilização ou o condicionamento clássico.

Nesse panorama, o cientista americano Eric Kandel focou seus estudos no reflexo de retração branquial da Aplysia Califórnica, partindo da premissa de que as estruturas neuronais são análogas entre estas e os sistemas superiores.

Esses estudos forneceram evidências precoces de que a memória e a aprendizagem são mediadas pela plasticidade das conexões sinápticas entre os neurônios envolvidos no comportamento, revelando que a aprendizagem leva a profundas mudanças estruturais que acompanham o armazenamento da memória (Mayford et al. al., 2012).

Kandel, como Ramón y Cajal, conclui que as conexões sinápticas não são imutáveis ​​e que mudanças estruturais e / ou anatômicas são a base do armazenamento da memória (Mayford et al., 2012).

No contexto dos mecanismos neuroquímicos de aprendizagem, diferentes eventos ocorrerão tanto para a habituação quanto para a sensibilização.

Habituação

Como mencionamos anteriormente, a habituação consiste na diminuição da intensidade da resposta, como consequência da apresentação repetida de um estímulo. Quando um estímulo é percebido pelo neurônio sensível, é gerado um potencial excitatório que permite uma resposta efetiva.

À medida que o estímulo se repete, o potencial excitatório diminui progressivamente, até que finalmente não consegue ultrapassar o limiar mínimo de descarga necessário para gerar um potencial de ação pós-sináptica, o que possibilita a contração do músculo.

A razão pela qual esse potencial excitatório diminui deve-se ao fato de que, quando o estímulo é repetido continuamente, produz-se um aumento na produção de íons potássio (K⁺), que por sua vez causa o fechamento de canais de cálcio (Ca²⁺), que impede a entrada de iões de cálcio. Portanto, esse processo é produzido por uma diminuição na liberação de glutamato (Mayford et al, 2012).

Sensibilização

A sensibilização é uma habituação aprendizagem mais complexa, em que um estímulo intenso produz uma resposta exagerada a todos os seguintes estímulos, incluindo aqueles que já causou pouca ou nenhuma resposta, também pode ser visto no reflexo de retirada da brânquia de aplysia, produzida por um excesso na liberação de glutamato na presença de um novo estímulo (Mayford et al, 2012).

Apesar de ser uma forma básica de aprendizado, possui diferentes estágios, tanto a curto quanto a longo prazo. Embora a sensibilização de curto prazo envolva mudanças sinápticas rápidas e dinâmicas, a sensibilização a longo prazo levaria a mudanças duradouras e estáveis, resultantes de mudanças estruturais profundas.

A este respeito, na presença do estímulo sensibilizador (intenso ou novo), haverá uma libertação de glutamato, quando a quantidade libertada pelo terminal pré-sináptico é excessiva, activar os receptores de AMPA pós-sinápticos.

Isto irá permitir a entrada de Na2 + no neurónio pós-sináptico permitindo a sua despolarização e a libertação dos receptores NMDA, que até agora foram bloqueadas por iões Mg2 +, ambos os eventos permitir um influxo massivo de Ca2 + no neurónio pós-sináptico.

Se o sensibilizador estímulo é apresentada continuamente vai causar um aumento persistente de Ca2 + entrada, que activam diferentes cinases, que conduz à implementação de express precoce de factores genéticos e a síntese de proteínas. Tudo isso levará a modificações estruturais de longo prazo.

Portanto, a diferença fundamental entre os dois processos está na síntese de proteínas. No primeiro, no aumento da acção de curta duração, não é necessário para que ela ocorra, ao passo que a sensibilização a longo prazo é essencial para a síntese de proteínas ocorre por mudanças duradouras e estáveis ​​que ocorrem como objetivo a formação e manutenção de novas aprendizagens.

Consolidação da aprendizagem no cérebro

Aprendizado e memória são o resultado de mudanças estruturais que ocorrem como resultado da plasticidade sináptica.

Para que essas mudanças estruturais ocorram, é necessário manter o processo de potenciação de longo prazo ou consolidação da força sináptica.

Como na indução da sensibilização a longo prazo, é necessário tanto a síntese de proteínas quanto a expressão de fatores genéticos que levarão a mudanças estruturais. Para que esses eventos ocorram, uma série de fatores moleculares deve ocorrer:

• O aumento persistente entrada de Ca2 + no terminal vai activar diferentes quinases, o que resulta na aplicação de express precoce de factores genéticos e a síntese de proteínas que irão resultar na indução de novos receptores de AMPA para ser inserido no membrana e manterá o PLP.

Estes eventos moleculares resultarão na alteração do tamanho e da forma dendrítica, podendo dar aumentos ou diminuições no número de espinhas dendríticas de certas zonas.

Além dessas mudanças localizadas, pesquisas atuais mostraram que mudanças também ocorrem globalmente, já que o cérebro age como um sistema unificado. Portanto, essas mudanças estruturais são a base do aprendizado, além disso, quando essas mudanças tendem a perdurar com o tempo, estaremos falando de memória.

Referências

1. (2008). Na associação B. N., & BNA, Neurociências A ciência do cérebro. Uma introdução para jovens estudantes. Liverpool
2. Bear, M., Connors, B., & Paradiso, M. (2008). Neurociência: explorando o cérebro. Filadélfia: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F., & Muller, D. (2012). Plasticidade estrutural na aprendizagem: regulação e funções. Natureza, 13, 478-490.
4. Fundamentos da fisiologia do comportamento. (2010). Em N. Carlson. Madri: Pearson.
5. Mayford, M., Siegelbaum, S. A., & Kandel, E. R. (s.f.). Sinapses e Armazenamento de Memória.
6. Morgado, L. (2005). Psicobiologia da aprendizagem e memória: fundamentos e avanços recentes. Rev Neurol, 40(5), 258-297.