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Departamento de Biología Ambiental y Salud Pública Francisco Córdoba García, 2005 La plasticidad cerebral: bases neurobiológicas del aprendizaje y la memoria. Determinantes genéticos. Experiencia y plasticidad cerebral. La plasticidad neural. Sinapsis, aprendizaje y memoria. Mecanismos neuronales del aprendizaje no asociativo. Mecanismos neuronales del aprendizaje asociativo. Las bases neurobiológicas de la memoria. Consecuencias para la educación.
FUNDAMENTOS BIOL FUNDAMENTOS BIOLÓÓGICOSGICOS
DEL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA DEL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA
FASES DEL DESARROLLO NEURONAL
- NEUROGÉNESIS: Comienza 7 semanas después de la concepción y finaliza unas 20 semanas después del nacimiento.
- MIGRACIÓN: Se inicia con la neurogénesis y finaliza unas 6 semanas después del final de la neurogénesis.
- DIFERENCIACIÓN: Se inicia después de la neurogénesis, dado lugar a distintos tipos de neuronas.
- MADURACIÓN: Dura toda la vida. Afecta a las ramificaciones de las neuonas y a las sinapsis.
- FORMACIÓN DE SINAPSIS: En el ser humano ya existen sinapsis simples en el 5º mes después de la concepción. Después del nacimiento, el número de sinapsis aumenta drásticamente.
- MUERTE CELULAR: Normalmente se producen más neuronas y sinapsis de las necesarias; persistirán aquéllas que tenga uso.
- MIELINIZACIÓN: Desde el nacimiento hasta los 18 años de promedio.
SINAPTOGÉNESIS: UN EJEMPLO
Como ejemplo se muestra el desarrollo de las sinapsis en la corteza visual. Obsérvese el extraordinario incremento en el primer año de vida, y la lenta disminución a medida que cumplimos años.
LA INFLUENCIA DEL AMBIENTE
Las ratas que crecen en ambientes “enriquecidos” tienen en su corteza más ramificaciones neuronales, más sinapsis, más irrigación sanguínea, mayor metabolismo, etc. Además tienen mejor capacidad de aprendizaje que las que crecen en ambientes “empobrecidos”.
LA PLASTICIDAD CEREBRAL Y LA SINAPSIS
La experiencia sensorial y el aprendizaje modifican las propiedades de las sinapsis, provocando:
- Cambios funcionales (reducción del umbral de excitación, mayor liberación de neurotransmisores, mayor persistencia del contacto entre neurotransmisores y receptores, etc.), y
- Cambios estructurales de las sinapsis (aumenta el número de sinapsis, cambian los contactos sinápticos preexistentes, etc.)
KANDEL Y LOS EXPERIMENTOS EN APLYSIA
Eric Kandel (Premio Nobel, año 2000) Aplysia californica : un caracol marino
1. Siguiendo la habituación cada toque activa completamente las neuronas sensoriales; no hay reducción en el número de potenciales de acción 2. Sin embargo, entra menos calcio en el botón sináptico, en respuesta a cada potencial de acción 3. Como resultado, se liberan menos neurotransmisores en la sinapsis tras cada potencial de acción 4. En consecuencia, cada toque genera menos potenciales de **acción en las neuronas motoras
- Por último, disminuye el número de contracciones del músculo retractor de la branquia, tras cada estímulo del sifón**
HABITUACIÓN EN APLYSIA
Cuando se estimula repetidamente el sifón, disminuye progresivamente el reflejo de retracción de la branquia. Es un mecanismo de habituación que se explica por la variación de niveles de calcio en el botón presináptico de la neurona sensorial.
SENSIBILIZACIÓN EN APLYSIA (1)
Red neuronal implicada en el aprendizaje por sensibilización de Aplysia Cola Neurona motora Neurona sensorial Sifón Interneurona moduladora Neurona sensorial Branquia
Estimulación del sifón (EC-)
1. Un golpe en la cola excita una neurona facilitadora **Golpe en la cola (EI) Estimulación del manto (EC+)
- La actividad de la interneurona desencadenada por el golpe, causa un cambio en las neuronas sensoriales que son activadas por el EC-. Como resultado de este cambio, se liberan más neurotransmisores de las neuronas sensoriales tras cada EC-. Esta es la base de la sensibilización
- La actividad de la interneurona causada por el golpe tiene un gran efecto sobre los botones de las neuronas sensoriales que se comunican con el manto, debido a que fueron estimuladas inmediatamente antes que llegara la señal de la interneurona. Como resultado, el siguiente EC+**^ provoca la liberación de muchos más neurotransmisores de cada neurona sensorial del manto. Esta es la base del condicionamiento de Paulov. Músculo de retracción de la branquia Neurona motora
CONDICIONAMIENTO CLÁSICO EN APLYSIA
CONDICIONAMIENTO CLÁSICO EN APLYSIA:
PROCESOS A NIVEL MOLECULAR: ¡ASOMBROSO!
- La activación de la sinapsis por el EC poco antes de la activación de la neurona sensorial por el EI provoca un aumento en el influjo de los iones Ca 2+ .
- El Ca2+^ activa la calmodulina que aumenta la actividad adenilciclasa lo que incrementa el nivel de AMPc
- El AMPc activa una proteinquinasa que fosforila los canales de K+ y los cierra.
- Al cerrar los canales de K+ se abren más los de Ca2+
- Con más Ca2+^ habrá más vesículas sinápticas dispuestas a descargar sus neurotransmisores.
LA POTENCIACIÓN A LARGO PLAZO (LPT)
Los experimentos de Kandel sugieren un mecanismo para explicar el aprendizaje. Este mecanismo se ha demostrado con neuronas del hipocampo, y se denomina “potenciación a largo plazo”. Bajo ciertos estímulos son activados receptores de la membrana postsináptica. Esto permite la entrada de calcio, el cual actúa como segundo mensajero y activa diversas enzimas intracelulares, que pueden dar lugar a la activación permanente de la sinapsis y a la creación de nuevas sinapsis. N úmero de sinapsis por neurona sensorial Control Habituada Sensibilizada Control Habituación Sensibilización Neurona sensorial Neurona^ motora 1000 2000 3000 A LARGO PLAZO… www.acaedu.edu.ar/espanol/ paginas/novedades/pastoriza.doc
LA FORMACIÓN DE MEMORIA
LAS BASES NEUROBIOLÓGICAS DE LA MEMORIA
Hipocampo: Ayuda a seleccionar el lugar en el cual los hechos o las informaciones relevantes deberán ser almacenados. También parece estar asociado con el reconocimiento de la novedad de una situación o la modulación de la atención. Si se lesiona no se pueden almacenar nuevas experiencias (amnesia anterógrada) Amígdala: Está íntimamente conectada con el hipocampo. Está involucrada en cariz emocional con el cual es matizada toda la información percibida. Explica la relación entre aprendizaje y emociones. Corteza prefrontal: Responsable de nuestra personalidad (que define nuestras respuestas ante una determinada situación) y la voluntad (o tomas de decisiones). Si se lesiona, afecta a nuestro comportamiento, disminuye la capacidad de resolución de problemas, no mantenemos una atención selectiva, etc.
¿CEREBRO COGNITIVO Y CEREBRO EMOCIONAL?
y Amígdala El sistema límbico representa el “cerebro emocional” y la neocorteza el “cerebro cognitivo”. Hoy se conoce que ambos están íntimamente relacionados: no es posible explicar el aprendizaje sin la componente emocional en el que se realiza.
