Como o cérebro humano aprende?

Nosso cérebro aprende com as experiências: enfrentar o ambiente altera nosso comportamento através da modificação do sistema nervoso (Carlson, 2010).Embora ainda estamos longe de conhecer exatamente e em todos os níveis cada um dos mecanismos neuroquímicos e físicos envolvidos nesse processo, as diferentes evidências experimentais acumularam um conhecimento bastante amplo sobre os mecanismos envolvidos no processo de aprendizagem.

O cérebro muda ao longo de nossas vidas. Os neurônios que o compõem podem ser modificados como resultado de diferentes causas: desenvolvimento, sofrendo de algum tipo de lesão cerebral , exposição à estimulação ambiental e, fundamentalmente, como resultado da aprendizagem (BNA, 2003).

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Características básicas da aprendizagem cerebral

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

Utilizamos o termo aprendizado para nos referir ao fato de que a experiência produz mudanças em nosso sistema nervoso (SN), que podem durar e envolver uma modificação no nível comportamental (Morgado, 2005).

As próprias experiências mudam a maneira pela qual nosso organismo percebe, age, pensa ou planeja, através da modificação do SN, alterando os circuitos que participam desses processos (Carlson, 2010).

Dessa forma, ao mesmo tempo em que nosso organismo interage com o meio ambiente, as conexões sinápticas do cérebro sofrerão alterações, novas conexões poderão ser estabelecidas, aquelas que são úteis em nosso repertório comportamental podem ser fortalecidas ou outras que não forem úteis ou eficientes desaparecerão (BNA, 2003).

Portanto, se o aprendizado tem a ver com as mudanças que ocorrem em nosso sistema nervoso como resultado de nossas experiências, quando essas mudanças são consolidadas, podemos falar de lembranças. (Carlson, 2010). A memória é um fenômeno inferida a partir das mudanças que ocorrem no SN e dá um sentido de continuidade para nossas vidas (Morgado, 2005).

Devido às múltiplas formas de aprendizagem e sistemas de memória, atualmente se pensa que o processo de aprendizagem e a formação de novas memórias dependem da plasticidade sináptica , um fenômeno através do qual os neurônios alteram sua capacidade de se comunicar (BNA, 2003 )

Tipos de aprendizagem cerebral

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Antes de descrever os mecanismos cerebrais envolvidos no processo de aprendizado , será necessário caracterizar as diferentes formas de aprendizado, dentro das quais podemos diferenciar pelo menos dois tipos básicos de aprendizado: aprendizado não associativo e aprendizado associativo.

-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).

Quarto

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

Exemplo: se eu morasse em uma casa com apenas um telefone. Quando toca, é executado para atender a chamada; no entanto, toda vez que toca, a chamada é para outra pessoa. Como isso ocorre repetidamente, ele pára de reagir ao telefone e pode até parar de ouvi-lo (Bear et al., 2008).

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Sensibilização

A apresentação de um estímulo novo ou intenso produz uma resposta com uma magnitude aumentada para todos os estímulos seguintes.

Exemplo: s uponga que está andando na calçada de uma rua bem iluminada à noite e que de repente há um apagão. Qualquer estímulo novo ou estranho que apareça, como ouvir passos ou ver os faróis de um carro se aproximando, o alterará. O estímulo sensorial (apagão) resultou em sensibilização, o que intensifica sua resposta a todos os estímulos subsequentes (Bear et al., 2008).

-Aprendizagem associativa

Esse tipo de aprendizado é baseado no estabelecimento de associações entre diferentes estímulos ou eventos. No aprendizado associativo, podemos distinguir dois subtipos: condicionamento clássico e condicionamento instrumental (Bear et al., 2008).

Condicionamento clássico

Nesse tipo de aprendizado, haverá uma associação entre um estímulo que provoca uma resposta (resposta incondicional ou resposta incondicional, RNC / RI), estímulo não condicionado ou não condicionado (ENC / EI) e outro estímulo que normalmente não causa a resposta, estímulo condicionado (CE), e isso exigirá treinamento.

A apresentação emparelhada da CE e da IE implicará a apresentação da resposta aprendida (resposta condicionada, RC) ao estímulo treinado. O condicionamento só ocorrerá se os estímulos forem apresentados simultaneamente ou se a CE preceder a ENC em um intervalo de tempo muito curto (Bear et al., 2008).

Exemplo: um estímulo ENC / EC, no caso de cães, pode ser um pedaço de carne. Ao visualizar a carne, os cães emitem uma resposta de salivação (RNC / RI). No entanto, se um cão é apresentado como um estímulo, o som de um sino não apresentará nenhuma resposta específica. Se apresentarmos os dois estímulos simultaneamente ou primeiro o som do sino (CE) e depois a carne, após treinamento repetido. O som poderá provocar a resposta de salivação, sem a presença de carne. Houve uma associação entre comida e carne. O som (EC) é capaz de provocar uma resposta condicionada (RC), salivação.

Condicionamento instrumental

Nesse 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 seja produzido após a resposta do indivíduo.

Além disso, a motivação também será um fator importante. Por outro lado, o 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).

Exemplo: Se introduzirmos um rato faminto em uma caixa com uma alavanca que fornecerá comida, ao explorar a caixa, o rato pressionará a alavanca (ação motora) e observará que a comida aparece (recompensa). Depois de executar esta ação mais vezes, o rato associa a pressão da alavanca à obtenção de alimentos. Portanto, pressione a alavanca até que esteja cheia (Bear et al., 2008).

Neuroquímica da aprendizagem do cérebro

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Empoderamento e depressão

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

Assim, diferentes estudos têm demonstrado que os processos de aprendizado (dentre os descritos acima) e a memória provocam alterações na conectividade sináptica que alteram a força e a capacidade de comunicação entre os neurônios.

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Essas mudanças na conectividade seriam o resultado de mecanismos moleculares e celulares que regulam essa atividade como consequência da excitação e 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 da força sináptica, como consequência dos processos de potenciação a longo prazo (PLP) – e depressão a longo prazo (DLP).

  • Potenciação a longo prazo : um aumento na força sináptica ocorre como resultado de estímulos repetidos ou ativação da conexão sináptica. Portanto, uma resposta consistente aparecerá na presença do estímulo, como no caso de sensibilização.
  • Depressão a longo prazo (DLP) : um aumento na força sináptica ocorre como resultado 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.

Quarto e conscientização

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Os primeiros estudos experimentais interessados ​​em identificar as alterações neuronais subjacentes ao aprendizado e à memória empregaram formas simples de aprendizado, como habituação, sensibilização ou condicionamento clássico.

Nesse cenário, o cientista americano Eric Kandel concentrou seus estudos na reflexão da retração branquial da Aplysia Callysoric, com base na premissa de que as estruturas neuronais são análogas entre estes e os sistemas superiores.

Esses estudos forneceram primeiras evidências de que a memória e a aprendizagem são mediadas pela plasticidade das conexões sinápticas entre os neurônios que participam do comportamento, revelando que a aprendizagem leva a profundas mudanças estruturais que acompanham o armazenamento da memória (Mayford et al. al., 2012).

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

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

Quarto

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

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

A razão pela qual esse potencial excitatório diminui é porque, quando o estímulo é repetido continuamente, ocorre uma produção crescente de íons potássio (K + ), que por sua vez faz com que os canais de cálcio se fechem ( Ca 2+ ), que impede a entrada de íons cálcio. Portanto, esse processo é produzido por uma diminuição na liberação de glutamato (Mayford et al, 2012).

Sensibilização

A sensibilização é uma forma mais complexa de aprendizado do que a habituação, na qual um estímulo intenso produz uma resposta exagerada a todos os estímulos subsequentes, mesmo aqueles que anteriormente causavam pouca ou nenhuma resposta.

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Apesar de ser uma forma básica de aprendizado, apresenta diferentes estágios, no curto e no longo prazo. Enquanto a sensibilização a curto prazo envolveria mudanças sinápticas rápidas e dinâmicas, a sensibilização a longo prazo levaria a mudanças duradouras e estáveis, uma consequência de profundas mudanças estruturais.

Nesse sentido, na presença do estímulo sensibilizante (intenso ou novo) ocorrerá uma liberação de glutamato , quando a quantidade liberada pelo terminal pré-sináptico for excessiva, ativará os receptores pós-sinápticos de AMPA.

Esse fato permitirá a entrada de Na2 + no neurônio pós-sináptico, permitindo sua despolarização e a liberação de receptores NMDA, que até agora estavam bloqueados pelos íons Mg2 +, ambos os eventos permitirão uma entrada maciça de Ca2 + no neurônio pós-sináptico.

Se o estímulo sensibilizante ocorrer continuamente, causará um aumento persistente na entrada de Ca2 +, que ativará diferentes cinases, levando ao início da expressão precoce de fatores genéticos e síntese de proteínas. Tudo isso levará a modificações estruturais de longo prazo.

Portanto, a diferença fundamental entre os dois processos é encontrada na síntese de proteínas. No primeiro deles, na sensibilização a curto prazo, sua ação não é necessária para que ocorra.

Por outro lado, na sensibilização a longo prazo, é essencial que uma síntese protéica seja produzida para que ocorram mudanças duradouras e estáveis ​​que visem à formação e manutenção de novas aprendizagens.

Aprendendo a consolidação no cérebro

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Aprendizado e memória são o resultado de mudanças estruturais que ocorrem como resultado da plasticidade sináptica.Para que essas mudanças estruturais ocorram, é necessário que seja mantida a manutenção do processo de potencialização a longo prazo, ou a consolidação da força sináptica.

Como na indução da sensibilização a longo prazo, são necessárias a síntese protéica e a expressão de fatores genéticos que levarão a mudanças estruturais. Para que esses eventos ocorram, vários fatores moleculares devem ocorrer:

  • O aumento persistente da entrada de Ca2 + no terminal ativará diferentes cinases, levando ao início da expressão precoce de fatores genéticos e à síntese de proteínas que levarão à indução de novos receptores AMPA que serão inseridos no membrana e manterá o PLP.

Esses eventos moleculares resultarão na alteração do tamanho e da forma dendrítica, com aumentos ou diminuições no número de espinhas dendríticas em determinadas áreas.

Além dessas mudanças localizadas, a pesquisa atual mostrou que as mudanças também ocorrem globalmente, uma vez que o cérebro age como um sistema unificado.

Portanto, essas mudanças estruturais são a base do aprendizado; além disso, quando essas mudanças tendem a durar ao longo do tempo, estaremos falando sobre memória.

Referências

  1. (2008). Na associação BN, & BNA, Neurociências. A ciência do cérebro. Uma introdução para jovens estudantes. Liverpool
  2. Bear, M., Connors, B. e 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. Nature, 13 , 478-490.
  4. Fundamentos da fisiologia comportamental. (2010). Em N. Carlson. Madri: Pearson.
  5. Mayford, M., Siegelbaum, SA e Kandel, ER (sf). Sinapses e armazenamento de memória.
  6. Morgado, L. (2005). Psicobiologia da aprendizagem e da memória: fundamentos e avanços recentes. Rev Neurol, 40 (5), 258-297.

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