Fisiología del Aprendizaje y la Memoria

El aprendizaje y el desarrollo de la memoria son procesos que no pueden separarse de la psicología y la sociología. Este artículo trata de la fisiología del aprendizaje y la memoria. Los temas incluyen la comprensión de la relación entre la experiencia y el almacenamiento de los conocimientos adquiridos, cómo el cerebro se ocupa de los conocimientos "inútiles" y cómo los lactantes empiezan a comprender su entorno.

Última actualización: Ago 24, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

¿Qué es el Aprendizaje?

El aprendizaje es el proceso de adquirir nuevos conocimientos o habilidades mediante el estudio, la instrucción o la experiencia. El aprendizaje es la condición previa para que el cerebro almacene experiencias y las utilice en nuestras acciones para obtener beneficios y prevenir daños.

Los seres humanos se adaptan a su entorno mediante el aprendizaje. Cuando un individuo aprende a esperar y prepararse para un acontecimiento importante, como la llegada de comida o dolor, se denomina aprendizaje por condicionamiento clásico. Cuando una persona aprende a repetir un comportamiento que le brinda una recompensa y entiende cómo evitar hacer algo que le brinda resultados no deseados, el proceso se denomina aprendizaje por condicionamiento operante. Cuando una persona aprende sobre cosas que no ha experimentado ni observado simplemente basándose en la observación y a través del lenguaje, el proceso se denomina aprendizaje cognitivo. En este capítulo se analizará cómo aprende una persona.

Formación de sinapsis

Los procesos de aprendizaje durante los primeros 6 meses de vida del lactante tienen una gran importancia en el desarrollo del sistema nervioso. Los estímulos y las experiencias del entorno también desempeñan un papel, ya que conducen a la formación de nuevas sinapsis y a la mejora de las conexiones sinápticas ya existentes. La capacidad del cerebro para formar y mejorar estas conexiones se conoce como neuroplasticidad, que se basa en condiciones fisiológicas o neuroanatómicas.

Limbic lobe
Imagen: “1511 The Limbic Lobe” por OpenStax College. Licencia: CC BY 3.0

¿Cómo aprenden los lactantes?

La mayoría de las células del cerebro ya están formadas en el útero. Las 1eras neuronas y sinapsis comienzan a desarrollarse en la médula espinal aproximadamente 7 semanas después de la concepción. Sin embargo, la mayoría de las células nerviosas de los lactantes son incapaces de comunicarse en el momento del nacimiento, ya que aún no están conectadas. Estas conexiones se desarrollan durante los 3 primeros años de vida mediante la formación de dendritas, que permiten a las células absorber información. Además, se forman conexiones sinápticas, que son las encargadas de transmitir la información. La extensión de estas conexiones es muy superior a la necesaria, lo que facilita su ajuste posterior en caso de necesidad.

Capacidad de aprendizaje de los lactantes

Los bebés reaccionan fuertemente a los estímulos, lo cual es un importante indicio de que se está llevando a cabo el proceso de aprendizaje. Además, estos estímulos son necesarios para que el cerebro se desarrolle. Así, un entorno con pocos estímulos dificulta el desarrollo de los lactantes.

Los bebés pueden reconocer caras y sonidos vocales durante su etapa de desarrollo, lo que les permite diferenciar entre caras familiares y extrañas. Después de fijar su entorno personal, los lactantes pierden cierta flexibilidad relacionada con sus capacidades mentales. Sin embargo, los procesos de aprendizaje se vuelven más específicos. Este desarrollo se produce durante los primeros 6 meses de vida.

¿Cómo Funciona el Cerebro?

El cerebro utiliza neuronas para comunicarse y, en gran medida, gestionarse a sí mismo. Sin embargo, el desarrollo de las neuronas y las capacidades cerebrales resultantes dependen de los estímulos ambientales y sensoriales. El cerebro trabaja conjuntamente con la médula espinal para enviar y recibir información a través de las neuronas. El cerebro procesa las percepciones, que también están conectadas; en consecuencia, utiliza las experiencias que ya están almacenadas. Sin embargo, la mayoría de las percepciones se suprimen. El cerebro diferencia las percepciones que deben ser procesadas durante el proceso de aprendizaje en función de los siguientes aspectos:

  • Relevancia
  • Valor de los nuevos conocimientos
  • Significancia
  • Significado
Parts of a neuron

Partes de una neurona

Imagen: “The major parts of the neuron” por OpenStax College. Licencia: CC BY 4.0

Importancia de las Emociones Durante el Proceso de Aprendizaje

La cognición y las emociones desempeñan un papel importante en el proceso de aprendizaje. Las sensaciones se utilizan como marcadores somáticos, que influyen en el procesamiento, el almacenamiento y la memoria. El aprendizaje también incluye el refuerzo de las vías neuronales más utilizadas para que puedan usarse durante más tiempo y, sobre todo, más rápidamente

Aprendizaje como Formación y Deformación en el Cerebro

El proceso de aprendizaje comienza con el procesamiento de las influencias externas. El aprendizaje provoca cambios en el cerebro, que pueden clasificarse en 4 categorías: expansión, sintonización, reconstrucción y poda.

La expansión se refiere a mejorar el número y la fuerza de las conexiones neuronales desarrollando una red de información ya existente. La sintonización describe el proceso de creación de nuevas conexiones. El reaprendizaje se produce durante el proceso de reconstrucción. En este proceso, que requiere mucho tiempo y es exhaustivo, los logros de aprendizaje preexistentes (patrones motores y procesos rutinarios) se sustituyen por otros nuevos que se adaptan mejor a las tareas respectivas. La poda se refiere a la regresión de las vías neuronales que se utilizan poco o nunca. Durante este proceso, las conexiones pueden modificarse de forma que ya no puedan activarse.

El aprendizaje se puede clasificar de la siguiente manera:

  • Aprendizaje intencional
  • Aprendizaje individual
  • Aprendizaje colectivo
  • Aprendizaje físico
  • Aprendizaje social

Importancia de la interacción social y la actividad física

Los seres humanos necesitan interacciones sociales, y esto también se aplica al cerebro. Las neuronas espejo del cerebro son las responsables del desarrollo de los patrones de orientación cognitiva necesarios. Una neurona espejo es un tipo de célula sensorial-motora situada en el cerebro que se activa cuando un individuo realiza una acción u observa a otro individuo realizando la misma acción. Así, la neurona «refleja» las acciones de los demás. La actividad física también es importante para el rendimiento del cerebro, y esto se aplica especialmente en los 1eros años de vida.

Localización de los Procesos de Aprendizaje y la Memoria

Las neuronas del cerebelo y los ganglios basales son responsables del aprendizaje motor. La memoria declarativa se localiza en el lóbulo temporal medial. Las lesiones del hipocampo provocan amnesia anterógrada, una condición en la que no se puede almacenar nueva información.

Sistemas de Memoria

El estriado está asociado a la memoria procedimental y utiliza la vía del neocórtex. El aprendizaje asociativo para los procesos emocionales y motores se produce en la amígdala y el cerebelo, respectivamente. El aprendizaje no asociativo se produce en forma de habituación y sensibilización (ambos a través de circuitos reflejos).

Teoría Hebbiana

La teoría Hebbiana explica cómo se pueden reforzar las conexiones entre determinadas neuronas. Esta teoría afirma que «las neuronas que disparan juntas, se conectan juntas», lo que significa que cuando la actividad de una célula provoca repetidamente potenciales de acción en una 2da célula, la fuerza sináptica se potencia.

Si un axón de la neurona A está situado lo suficientemente cerca de la neurona B como para que esta pueda ser estimulada por la neurona A de forma repetida o continua, la eficiencia de la neurona A para la estimulación por parte de la neurona B se ve incrementada por procesos de crecimiento o cambios en el metabolismo de una o ambas neuronas. Esto sugiere que los cambios relacionados con la experiencia en los sistemas nerviosos dependen de ciertas condiciones.

Desarrollo de la Memoria y el Circuito de Papez

El circuito de Papez existe en todos los mamíferos y es importante para el desarrollo de la memoria. Está situado en el centro del sistema límbico, que está presente por encima del tallo cerebral. El circuito de Papez desempeña un papel vital en el comportamiento social, la preocupación, el amor, el miedo y el aprendizaje por imitación.

Limbic system

Sistema límbico

Imagen: “Brain limbic system” por Pixelsquid. Licencia: Dominio público, editado por Lecturio.

Circuito de Papez

El circuito de Papez es una cadena de neuronas que lleva el nombre de su descubridor, James Papez. Investigaciones sobre las tareas del circuito de Papez para el rendimiento de la memoria están aún en curso. Sin embargo, la suposición de que el circuito controla la ira y el enfado ya ha quedado obsoleta, ya que se ha descubierto que el circuito es aún más complejo de lo que Papez había pensado.

Actualmente se cree que el circuito de Papez desempeña un papel en el almacenamiento de la memoria al transferir información de la memoria primaria (memoria a corto plazo) a la memoria secundaria (memoria a largo plazo) o terciaria (un componente independiente de la memoria a largo plazo).

El circuito de Papez procede de la siguiente manera: hipocampo → fórnix → cuerpo mamilar en el hipotálamo (corpora mammillaria) → corteza cingulada → hipocampo

Papez circuit

Circuito Papez

Imagen: “Papez Circuit” por مستخدم:NotMySecondOpinion. Licencia: Dominio público

Diferentes Tipos de Memoria

El término especializado para la mente y la memoria se llama función mnésica. Algunas cosas son más fáciles de recordar que otras. Por ejemplo, los acontecimientos importantes son más fáciles de recordar que los que no tienen significado, y las experiencias positivas son más fáciles de recordar que las neutras. Además, el proceso de recordar es más fácil en un estado de ánimo positivo predominante, lo que también significa que recordar cosas es más difícil en un estado de fatiga o pena.

Proceso de codificación de la información

Nota: La codificación es el proceso de transferir la información sensorial a un constructo, que luego se almacena en nuestro sistema de memoria. La memoria de trabajo almacena información para su uso inmediato como parte de la actividad mental (i.e., el aprendizaje o la resolución de problemas).

Schematic of the encoding decoding model of communication

Esquema del modelo de codificación/decodificación de la comunicación en el que el emisor o «codificador» utiliza símbolos verbales y no verbales para transmitir un mensaje. El decodificador o receptor interpreta el mensaje.

Imagen por Lecturio.
  • Se cree que incluye un bucle fonológico (i.e., un componente del modelo de la memoria de trabajo que se ocupa del material hablado y escrito), una agenda visoespacial, un ejecutivo central y un buffer episódico.
  • Permite manipular y organizar la información, a diferencia de la memoria a corto plazo.

El efecto primario es un sesgo cognitivo que hace que el sujeto recuerde los 1eros elementos de una lista.

  • Los elementos que han sido codificados durante más tiempo se transfieren a la memoria a largo plazo.

El efecto de recencia es un sesgo cognitivo que hace que un sujeto recuerde los últimos elementos de una lista.

  •  Los elementos del bucle fonológico son muy accesibles.
Recency effect
Imagen por Lecturio.

Los seres humanos tienen memoria declarativa (memoria explícita) y memoria procedimental (memoria implícita). La memoria declarativa almacena información que puede reproducirse porque el ser humano es consciente de la experiencia. En cambio, la memoria procedimental almacena experiencias de las que no se tiene un recuerdo directo del proceso de aprendizaje. Sin embargo, este tipo de memoria influye en nuestro comportamiento. Un ejemplo clásico de memoria procedimental es el aprendizaje de un nuevo idioma.

Memoria sensorial (ultra corto plazo)

La memoria a ultra corto plazo recibe estímulos de los órganos sensoriales en forma de excitación neuronal. Este proceso tiene una duración de < 1 segundo, y la percepción es a través de los ojos o los oídos. La memoria a ultra corto plazo a través de los ojos se denomina memoria icónica, mientras que la que llega a través de los oídos se conoce como memoria ecoica (perece con la misma rapidez). Solo los estímulos que llegan a la memoria a corto plazo permanecen, ya que la memoria a ultra corto plazo no tiene capacidad de almacenamiento.

Memoria a corto plazo/de trabajo (memoria primaria)

Los recuerdos de la memoria primaria (a corto plazo/de trabajo) están disponibles mientras nos ocupemos de ellos. Si ese proceso se interrumpe, el recuerdo también se pierde. Los recuerdos que comienzan en la memoria primaria pueden estar disponibles de forma permanente, pero solo si se transfieren a la memoria a largo plazo. La memoria a corto plazo es el camino transitorio habitual para que las experiencias pasen a la memoria a largo plazo; sin embargo, en ocasiones se produce un cortocircuito para que la información pueda pasar directamente de la memoria sensorial a la memoria a largo plazo.

El hipocampo, situado en la corteza cerebral, participa en la transmisión de la información de la memoria primaria a la memoria a largo plazo. Se cree que el hipocampo está implicado en este proceso porque cuando aparecen lesiones en el hipocampo, solo la memoria a corto plazo permanece intacta. Otro término para la memoria primaria es el de memoria lábil, ya que es muy inestable. Una sola distracción es suficiente para olvidar la información que se ha percibido o escuchado. El calcio desempeña un papel importante en estos procesos.

Memoria a largo plazo

La repetición es especialmente importante para almacenar recuerdos en la memoria a largo plazo. Este concepto es fácilmente comprensible cuando se considera la gran cantidad de repeticiones necesarias para aprender nuevos patrones de movimiento, e.g., cuando se aprende un nuevo deporte.

Redes semánticas y redes de difusión

  • La información se almacena en nuestra memoria a largo plazo como una red organizada.
  • Las ideas o los núcleos individuales se denominan nodos (e.g., las ciudades en un mapa).
  • Los nodos están conectados por enlaces o asociaciones (e.g., carreteras entre ciudades).
  • La fuerza de la asociación depende de la frecuencia y profundidad de la conexión.
  • Procesar el material de diferentes maneras lleva a establecer múltiples conexiones.
  • Los nodos se activan solo cuando alcanzan un umbral de respuesta.
  • El umbral de respuesta se alcanza con la suma de las señales de entrada de varios nodos.
  • La activación de un nodo conduce a la estimulación de los nodos de conexión vecinos.
  • La activación de unos pocos nodos puede dar lugar a un patrón de activación dentro de la red que se extiende hacia el interior (activación de propagación).
  • Explica las pistas contextuales, el priming o preparación y las asociaciones.
Example of a semantic network

Ejemplo de red semántica como enfoque para almacenar información representando las relaciones semánticas entre conceptos

Imagen por Lecturio.

Procesos que ayudan a codificar los recuerdos

  • Una mnemotecnia es una técnica para mejorar la retención y la recuperación de la memoria.
  • El ensayo implica el uso de un bucle fonológico.
  • La fragmentación es una estrategia que organiza la información en grupos discretos de datos.
  • Las jerarquías organizan las palabras o la información en categorías.
  • Profundidad de procesamiento: a un nivel más profundo, el contenido semántico conduce a un mejor recuerdo
  • Uso de acrónimos (i.e., SIDA, CD-ROM, FAQ)

La hipótesis de la doble codificación indica que es más fácil recordar palabras con imágenes asociadas.

  • Se realizan más conexiones para formar la memoria.
  • Contenidos más profundos

El método de loci consiste en imaginar que nos movemos por un lugar conocido y tenemos paradas o loci.

  • Los elementos que se recuerdan se asocian mentalmente a estos lugares físicos o loci.
  • Proporciona una representación más profunda
  • También conocido como el «método del viaje»
Schematic example of the method of loci

Ejemplo esquemático del método de loci, también llamado palacio de la memoria, que es una estrategia de refuerzo de la memoria basada en imágenes visuales que mejora el recuerdo de la información

Imagen por Lecturio.

El efecto de autorreferencia implica hacer que la nueva información sea personalmente relevante, e.g., «Vivo en la avenida Beatrice…»

Proceso de Aprendizaje en el Cerebro

El hipocampo desempeña un papel importante en el aprendizaje. El sustrato fisiológico del aprendizaje consiste en continuos cambios electrofisiológicos, morfológicos y moleculares en las células nerviosas. La potenciación a largo plazo es necesaria para la disponibilidad de información a largo plazo. Facilita la estimulación de los axones aferentes a lo largo de un periodo de semanas y también provoca una mayor afluencia de calcio.

Los pensamientos almacenados en la memoria a largo plazo están disponibles durante toda la vida de ese individuo. El proceso de creación de recuerdos a largo plazo está mediado por neurotransmisores como el glutamato (ácido glutámico).

Patología del Rendimiento de la Memoria

El complejísimo sistema de aprendizaje y memoria es susceptible de sufrir disfunciones. Si se producen anomalías, el diagnóstico diferencial debe hacerse con el mayor cuidado, porque incluso los cambios en el equilibrio mineral del organismo pueden dar lugar a trastornos que dan la impresión de ser una enfermedad (e.g., la deficiencia de calcio). Además, los casos de demencia están aumentando, lo que se debe en parte al aumento de la esperanza de vida.

Amnesia

La amnesia es un trastorno de la memoria en el que un individuo pierde el acceso a la información almacenada. «Amnesia» deriva de las palabras griegas a (sin) y mnémē (memoria). La amnesia no es una enfermedad independiente, sino el síntoma de una enfermedad o la consecuencia de una influencia en el cerebro. La influencia puede ser interna o externa.

Las personas con amnesia no pueden recordar experiencias o conocimientos anteriores; esto puede afectar a todas las partes y tipos de información o solo a algunos. Por ejemplo, los pacientes pueden perder el acceso a los recuerdos de ciertas etapas de su vida. En la mayoría de los casos, pueden recordar acontecimientos que ocurrieron hace mucho tiempo y no acontecimientos que ocurrieron recientemente. No se pueden diferenciar varias formas de amnesia entre sí; sin embargo, las siguientes variantes son importantes:

  • Amnesia retrógrada: tipo de amnesia en la que una persona no puede recordar los recuerdos que se formaron antes del acontecimiento que causó la amnesia. Solo se ven afectados los recuerdos almacenados recientemente y no los de años anteriores.
  • Amnesia global transitoria: síndrome clínico autolimitado que dura < 24 horas y se caracteriza por la aparición aguda de amnesia anterógrada. Los individuos afectados están desorientados y hacen preguntas repetitivas. Puede haber una incapacidad para recordar información general o personal (amnesia retrógrada) mientras dura el episodio.
  • Amnesia anterógrada: incapacidad para formar nuevos recuerdos/adquirir nuevos conocimientos
  • Amnesia psicógena: se refiere a los casos de pérdida de memoria que se presume que tienen una causa psicológica y no neurológica

Enfermedad de Alzheimer (EA)

La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por grados variables de atrofia cortical, que se manifiesta en forma de estrechamiento de circunvoluciones y ensanchamiento de surcos, principalmente en los lóbulos frontal, temporal y parietal. Si hay una atrofia marcada, habrá un agrandamiento ventricular compensatorio (hidrocefalia ex vacuo) secundario a la reducción del volumen cerebral. El resultado es el deterioro de la transmisión de la información. Además, la EA puede hacer casi imposible el procesamiento de la información o el aprendizaje. La anomalía básica en la EA es la acumulación de proteínas Aβ y tau en regiones específicas del cerebro debido a una producción excesiva y una eliminación defectuosa. Las placas amiloides y los ovillos neurofibrilares son las dos características patológicas de la EA.

Las regiones del cerebro implicadas en el procesamiento de la información y el rendimiento de la memoria se ven especialmente afectadas por la EA.

Alzheimer brain comparison

Izquierda: cerebro sano
Derecha: cerebro afectado por la enfermedad de Alzheimer

Imagen: “Alzheimer’s disease brain comparison” por Garrondo. Licencia: Dominio público

Referencias

  1. Carlson NR, Birkett MA. (2017). Physiology of Behavior.
  2. Hall, J.E., Hall, M.E. (2021). Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 14th ed., pp. 727-752.
  3. Martinez JL, Kesner RP. (1998). Neurobiology of Learning and Memory. San Diego: Academic Press.
  4. Squire LR, Schacter DL. (2002). Neuropsychology of Memory. New York: Guilford Press.
  5. Myers, D.G., Dewall, C.N. (2022). Psychology, 13th ed., Memory, Chapter 8, pp. 1213-1347. (Kindle edition).

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