Desarrollo Cerebral: Neurociencia del Aprendizaje y Etapas Clave

Hasta ahora, esta lección se ha centrado en el funcionamiento del SNC maduro. Sin embargo, muchos educadores trabajan con niños en edad preescolar, niños y adolescentes. El tema del desarrollo cerebral es de interés no solo por sí mismo, sino también porque las implicaciones educativas para la enseñanza y el aprendizaje varían según el nivel de desarrollo cerebral. En el escenario inicial, Bryan destaca la importancia de que los educadores comprendan el desarrollo cerebral. Esta sección analiza los factores influyentes en el desarrollo, el curso del desarrollo, los períodos críticos en el desarrollo y el papel del desarrollo en la adquisición y el uso del lenguaje.

Aunque los cerebros humanos son estructuralmente similares, existen diferencias entre los individuos. Cinco influencias en el desarrollo cerebral son la genética, la estimulación ambiental, la nutrición, los esteroides y los teratógenos (Byrnes, 2001).

Genética

El cerebro humano difiere en tamaño y composición de los de otros animales. Aunque la diferencia entre el genoma humano y el de nuestro pariente animal más cercano (el chimpancé) es solo del 1.23% (Lemonick & Dorfman, 2006), esa diferencia y otras variaciones genéticas producen una especie que puede diseñar y construir puentes, componer música, escribir novelas, resolver ecuaciones complejas, y así sucesivamente.

Los cerebros humanos tienen una estructura genética similar, pero no obstante difieren en tamaño y estructura. Estudios de gemelos monocigóticos (de un solo óvulo) muestran que a veces desarrollan cerebros que son estructuralmente diferentes (Byrnes, 2001). Las instrucciones genéticas determinan el tamaño, la estructura y la conectividad neuronal del cerebro. La mayoría de las veces estas diferencias producen cerebros que funcionan normalmente, pero la investigación cerebral continúa identificando cómo ciertas diferencias genéticas producen anomalías.

Factores que afectan el desarrollo cerebral:

• Genética
• Estimulación ambiental
• Nutrición
• Esteroides
• Teratógenos

Estimulación Ambiental

El desarrollo cerebral requiere estimulación del entorno. El desarrollo prenatal sienta las bases para el aprendizaje mediante el desarrollo de un circuito neuronal que puede recibir y procesar estímulos y experiencias. Esas experiencias dan forma aún más al circuito agregando y reorganizando sinapsis. Por ejemplo, las mujeres embarazadas que hablan y cantan a sus bebés pueden, a través de su habla y canto, ayudar a establecer conexiones neuronales en los bebés (Wolfe, 2001). El desarrollo cerebral se retrasa cuando faltan experiencias o son mínimas. Aunque existen ciertos períodos críticos en los que la estimulación puede tener efectos profundos (Jensen, 2005), la investigación sugiere que la estimulación es importante durante toda la vida para garantizar el desarrollo cerebral continuo.

Nutrición

La falta de buena nutrición puede tener efectos importantes en el desarrollo cerebral, y los efectos particulares dependen de cuándo ocurre la mala nutrición (Byrnes, 2001). La desnutrición prenatal, por ejemplo, ralentiza la producción y el crecimiento de las neuronas y las células gliales. Un período crítico es entre el cuarto y séptimo mes de gestación, cuando se producen la mayoría de las células cerebrales (Jensen, 2005). La desnutrición posterior ralentiza la rapidez con que las células crecen en tamaño y adquieren una vaina de mielina. Aunque este último problema se puede corregir con una dieta adecuada, el primero no, porque se han desarrollado muy pocas células. Esta es la razón por la que se aconseja a las mujeres embarazadas que eviten las drogas, el alcohol y el tabaco; mantener una buena dieta; y evitar el estrés (el estrés también causa problemas para un feto en desarrollo).

Esteroides

Los esteroides se refieren a una clase de hormonas que afectan varias funciones, incluido el desarrollo sexual y las reacciones al estrés (Byrnes, 2001). Los esteroides pueden afectar el desarrollo cerebral de varias maneras. El cerebro tiene receptores para hormonas. Hormonas como el estrógeno y el cortisol se absorberán y potencialmente cambiarán la estructura del cerebro durante el desarrollo prenatal. El exceso de hormonas del estrés puede producir la muerte de las neuronas. Los investigadores también han explorado si las diferencias de género y preferencia sexual surgen en parte debido a diferencias en los esteroides. Aunque la evidencia sobre el papel de los esteroides en el desarrollo cerebral es menos concluyente que la de la nutrición, los esteroides tienen el potencial de afectar el cerebro.

Teratógenos

Los teratógenos son sustancias extrañas (por ejemplo, alcohol, virus) que pueden causar anomalías en un embrión o feto en desarrollo (Byrnes, 2001). Se considera que una sustancia es un teratógeno solo si la investigación muestra que un nivel no irrealmente alto puede afectar el desarrollo cerebral. Por ejemplo, la cafeína en pequeñas cantidades puede no ser un teratógeno, pero puede convertirse en uno cuando la ingesta es mayor. Los teratógenos pueden tener efectos en el desarrollo y las interconexiones de las neuronas y las células gliales. En casos extremos (por ejemplo, el virus de la rubéola), pueden causar defectos de nacimiento.

Durante el desarrollo prenatal, el cerebro crece en tamaño y estructura, así como en número de neuronas, células gliales y conexiones neuronales (sinapsis). El desarrollo prenatal del cerebro es rápido, porque ocurre en nueve meses y la mayoría de las células se producen entre los meses 4 y 7 (Jensen, 2005). Las células viajan por el tubo neural, migran a varias partes del cerebro y forman conexiones. Se estima que, en su punto máximo, el embrión genera un cuarto de millón de células cerebrales por minuto.

Al nacer, el cerebro tiene más de un millón de conexiones, lo que representa aproximadamente el 60% del número máximo de sinapsis que se desarrollarán a lo largo de la vida (Jensen, 2005). Dados estos números, no es de extrañar que el desarrollo prenatal sea tan importante. Los cambios que ocurren entonces pueden tener efectos de gran alcance y permanentes.

El desarrollo del cerebro también ocurre rápidamente en los bebés. A la edad de 2 años, un niño tendrá tantas sinapsis como un adulto, y a la edad de 3 años el niño tendrá miles de millones más que un adulto. Los cerebros de los niños pequeños son densos y tienen muchas conexiones neuronales complejas y más que en cualquier otro momento de la vida (Trawick-Smith, 2003).

De hecho, los niños pequeños tienen demasiadas sinapsis. Alrededor del 60% de la energía de los bebés es utilizada por sus cerebros; en comparación, los cerebros de los adultos requieren sólo el 20-25% (Brunton, 2007). Con el desarrollo, los niños y adolescentes pierden muchas más sinapsis cerebrales de las que ganan. Cuando los adolescentes cumplen 18 años, han perdido aproximadamente la mitad de sus sinapsis infantiles. Las conexiones cerebrales que no se utilizan o no se necesitan simplemente desaparecen. Esta estrategia de “úsalo o piérdelo” es deseable porque las conexiones que se utilizan se reforzarán y consolidarán, mientras que las que no se utilicen se perderán permanentemente.

A la edad de 5 años, el cerebro del niño ha adquirido un lenguaje y ha desarrollado habilidades sensoriomotoras y otras competencias. Los rápidos cambios de los primeros años se han ralentizado, pero el cerebro sigue añadiendo sinapsis. Las redes neuronales se están volviendo más complejas en sus conexiones. Este proceso continúa a lo largo del desarrollo.

Como señaló Bryan en la viñeta inicial, se producen cambios importantes durante la adolescencia, cuando el cerebro sufre alteraciones estructurales (Jensen, 2005). Los lóbulos frontales, que se encargan del razonamiento abstracto y la resolución de problemas, están madurando, y los lóbulos parietales aumentan de tamaño. La corteza prefrontal, que controla los juicios y los impulsos, madura lentamente (Shute, 2009). También hay cambios en los neurotransmisores —especialmente la dopamina—que pueden dejar el cerebro más sensible a los efectos placenteros de las drogas y el alcohol. Se produce un engrosamiento de las células cerebrales y reorganizaciones masivas de las sinapsis, lo que hace que este sea un momento clave para el aprendizaje. La estrategia de “úsalo o piérdelo” da como resultado que las regiones del cerebro se fortalezcan a través de la práctica (por ejemplo, practicar el piano engrosa las neuronas en la región del cerebro que controla los dedos) (Wallis, 2004).

Dados estos cambios generalizados en sus cerebros, no es sorprendente que los adolescentes a menudo tomen malas decisiones y participen en conductas de alto riesgo que involucran drogas, alcohol y sexo. Las estrategias de instrucción deben tener en cuenta estos cambios.

Muchos libros sobre crianza infantil enfatizan que los dos primeros años de vida representan un período crítico, de tal manera que si ciertas experiencias no ocurren, el desarrollo del niño se verá afectado permanentemente. Hay algo de verdad en esta afirmación, aunque la aseveración es exagerada. Cinco aspectos del desarrollo cerebral para los cuales parece haber períodos críticos son el lenguaje, las emociones, el desarrollo sensoriomotor, el desarrollo auditivo y la visión. El lenguaje y las emociones se discuten en otra parte de este capítulo; los tres restantes se tratan a continuación.

Desarrollo Sensoriomotor

Los sistemas asociados con la visión, la audición y los movimientos motores se desarrollan ampliamente a través de experiencias durante los dos primeros años de vida. El sistema vestibular en el oído interno influye en los sentidos del movimiento y el equilibrio y afecta a otros sistemas sensoriales. Existe evidencia de que la estimulación vestibular inadecuada entre bebés y niños pequeños puede conducir a problemas de aprendizaje más adelante (Jensen, 2005).

Aspectos del desarrollo cerebral que tienen períodos críticos.

• Sensoriomotor
• Auditivo
• Visual
• Emocional
• Lenguaje

Con demasiada frecuencia, sin embargo, los bebés y los niños pequeños no se encuentran en entornos estimulantes, especialmente aquellos niños que pasan mucho tiempo en guarderías que brindan principalmente cuidados. Muchos niños tampoco reciben suficiente estimulación fuera de esos entornos, porque pasan demasiado tiempo en asientos de automóvil, andadores o frente a televisores. Permitir el movimiento de los jóvenes e incluso mecerlos proporciona estimulación. Alrededor del 60% de los bebés y niños pequeños pasan un promedio de una a dos horas por día mirando televisión o videos (Courage & Setliff, 2009). Aunque los niños pequeños pueden aprender de estos medios, no lo hacen fácilmente. La comprensión y el aprendizaje de los niños mejoran cuando los padres miran con ellos y brindan descripciones y explicaciones (Courage & Setliff, 2009).

Desarrollo Auditivo

Los dos primeros años del niño son críticos para el desarrollo auditivo. A la edad de 6 meses, los bebés pueden discriminar la mayoría de los sonidos en sus entornos (Jensen, 2005). En los primeros dos años, los sistemas auditivos de los niños maduran en términos de rango de sonidos escuchados y capacidad para discriminar entre sonidos. Los problemas en el desarrollo auditivo pueden conducir a problemas en el aprendizaje del lenguaje, porque gran parte de la adquisición del lenguaje depende de que los niños escuchen el habla de otros en sus entornos.

Visión

La visión se desarrolla en gran medida durante el primer año de vida y especialmente después del cuarto mes. La densidad sináptica en el sistema visual aumenta drásticamente, incluidas las conexiones neuronales que regulan la percepción del color, la profundidad, el movimiento y el matiz. El desarrollo visual adecuado requiere un entorno visualmente rico donde los bebés puedan explorar objetos y movimientos. La televisión y las películas son malos sustitutos. Aunque proporcionan color y movimiento, son bidimensionales y el cerebro en desarrollo necesita profundidad. La acción que se muestra en la televisión y en las películas a menudo ocurre demasiado rápido para que los bebés se concentren adecuadamente (Jensen, 2005).

En resumen, los dos primeros años de vida son críticos para el desarrollo adecuado de los sistemas sensoriomotor, visual y auditivo, y el desarrollo de estos sistemas se ve favorecido cuando los bebés se encuentran en un entorno rico que les permite experimentar movimientos, vistas y sonidos. Al mismo tiempo, el desarrollo del cerebro es un proceso de por vida; los cerebros necesitan estimulación después de los 2 años. El cerebro continuamente está agregando, eliminando y reorganizando conexiones sinápticas y cambiando estructuralmente. Aunque los investigadores han demostrado que ciertos aspectos del desarrollo del cerebro ocurren más rápidamente en ciertos momentos, las personas de todas las edades se benefician de entornos estimulantes.

Anteriormente vimos cómo ciertas funciones asociadas con el lenguaje operan en el cerebro. Aunque los investigadores han explorado los procesos cerebrales con diferentes tipos de contenido que involucran diversas habilidades mentales, se ha llevado a cabo una gran cantidad de investigación sobre la adquisición y el uso del lenguaje. Este es un aspecto clave del desarrollo cognitivo y uno que tiene profundas implicaciones para el aprendizaje.

Como se señaló anteriormente, gran parte de la investigación cerebral sobre el lenguaje se ha realizado en personas que han sufrido lesiones cerebrales y han experimentado algún grado de pérdida del lenguaje. Dicha investigación es informativa sobre qué funciones se ven afectadas por lesiones en áreas cerebrales particulares, pero estas investigaciones no abordan la adquisición y el uso del lenguaje en los cerebros en desarrollo de los niños.

Los estudios cerebrales de niños en desarrollo, aunque menos comunes, han ofrecido importantes conocimientos sobre el desarrollo de las funciones del lenguaje. Los estudios a menudo han comparado a niños con desarrollo normal con aquellos que tienen dificultades para aprender en la escuela. En lugar de las técnicas quirúrgicas que a menudo se utilizan en pacientes con lesiones cerebrales o fallecidos, estos estudios emplean técnicas menos invasivas como las descritas anteriormente en este capítulo. Los investigadores a menudo miden los potenciales relacionados con eventos (o potenciales evocados), que son cambios en las ondas cerebrales que ocurren cuando los individuos anticipan o participan en diversas tareas (Halliday, 1998).

Las diferencias en los potenciales relacionados con eventos diferencian de manera confiable entre niños con rendimiento por debajo del promedio, promedio y por encima del promedio (Molfese et al., 2006). Los niños con desarrollo normal muestran una extensa activación cortical bilateral y anterior (frontal) y activaciones acentuadas del lado izquierdo en las áreas del lenguaje y el habla. En contraste con el mantenimiento de la lectura, parece que el desarrollo de la lectura también depende de la activación anterior, quizás en ambos lados del cerebro (Vellutino & Denckla, 1996). Otra investigación muestra que los niños en desarrollo que experimentan disfunción del lado izquierdo aparentemente compensan en cierta medida aprendiendo a leer usando el hemisferio derecho. El hemisferio derecho puede ser capaz de apoyar y mantener un nivel adecuado de lectura, pero parece crítico que esta transición ocurra antes del desarrollo de la competencia lingüística. Tal asunción de funciones del lenguaje por parte del hemisferio derecho puede no ocurrir entre individuos que han sufrido daño en el hemisferio izquierdo como adultos. Un período crítico en el desarrollo del lenguaje parece estar entre el nacimiento y los 5 años. Durante este tiempo, los cerebros de los niños desarrollan la mayoría de sus capacidades lingüísticas. Hay un rápido aumento en el vocabulario entre las edades de 19 y 31 meses (Jensen, 2005). El desarrollo de estas capacidades lingüísticas se mejora cuando los niños están en entornos ricos en lenguaje donde los padres y otros hablan con los niños. Este período crítico para el desarrollo del lenguaje se superpone al período crítico del desarrollo auditivo entre el nacimiento y los 2 años.

Además de este período crítico, el desarrollo del lenguaje también parece ser parte de un proceso natural con un calendario. Hemos visto cómo los sistemas auditivo y visual desarrollan capacidades para proporcionar la entrada para el desarrollo del lenguaje. Un proceso paralelo puede ocurrir en el desarrollo del lenguaje para la capacidad de percibir fonemas, que son las unidades más pequeñas de sonidos del habla (por ejemplo, los sonidos “b” y “p” en “bet” y “pet”). Los niños aprenden o adquieren fonemas cuando están expuestos a ellos en sus entornos; si los fonemas están ausentes en sus entornos, entonces los niños no los adquieren. Por lo tanto, puede haber un período crítico en el que las conexiones sinápticas se forman adecuadamente, pero solo si el entorno proporciona las entradas. En resumen, los cerebros de los niños pueden estar “listos” (“cableados previamente”) para aprender varios aspectos del lenguaje en diferentes momentos en línea con sus niveles de desarrollo cerebral (National Research Council, 2000).

Es importante para la educación que la instrucción pueda ayudar a facilitar el desarrollo del lenguaje. Diferentes áreas del cerebro deben trabajar juntas para aprender el lenguaje, como las áreas involucradas en ver, oír, hablar y pensar (Byrnes, 2001; National Research Council, 2000). Adquirir y usar el lenguaje es una actividad coordinada. Las personas escuchan el habla y leen texto, piensan en lo que se dijo o lo que leyeron y componen oraciones para escribir o hablar. Esta actividad coordinada implica que el desarrollo del lenguaje debería beneficiarse de la instrucción que coordina estas funciones, es decir, experiencias que requieren visión, audición, habla y pensamiento.

En resumen, diferentes áreas del cerebro participan en el desarrollo del lenguaje en niños con desarrollo normal, aunque las contribuciones del hemisferio izquierdo suelen ser más prominentes que las del hemisferio derecho. Con el tiempo, las funciones del lenguaje son fuertemente subsumidas por el hemisferio izquierdo. En particular, la habilidad de lectura parece requerir el control del hemisferio izquierdo. Pero se necesita más investigación antes de que comprendamos completamente las relaciones entre las funciones cerebrales y el desarrollo del lenguaje y las competencias de lectura.

Al igual que otros aspectos del desarrollo cerebral, la adquisición del lenguaje refleja la interacción entre la herencia y el entorno. Las experiencias culturales de los bebés y los niños determinarán en gran medida qué sinapsis cerebrales retienen. Si la cultura enfatiza las funciones motoras, entonces estas deben fortalecerse; mientras que si la cultura enfatiza los procesos cognitivos, entonces estos ascenderán. Si los niños pequeños están expuestos a un entorno lingüístico rico que enfatiza el lenguaje oral y escrito, entonces su adquisición del lenguaje se desarrollará más rápidamente que las capacidades lingüísticas de los niños en entornos empobrecidos.

La implicación para facilitar el desarrollo cerebral temprano es proporcionar experiencias ricas para bebés y niños pequeños, enfatizando las funciones perceptuales, motoras y lingüísticas. Esto es especialmente crítico en los primeros años de vida. Estas experiencias deben mejorar la formación de conexiones y redes sinápticas. También hay evidencia de que los bebés que han sufrido en el útero (por ejemplo, por el abuso de drogas o alcohol de las madres), así como aquellos con discapacidades del desarrollo (por ejemplo, retraso mental, autismo), se benefician de la intervención temprana en los primeros tres años (Shore, 1997).

Facilitar el Desarrollo del Lenguaje

Aunque el período desde el nacimiento hasta los 5 años representa un período crítico para el desarrollo del lenguaje, la adquisición y el uso del lenguaje son actividades de por vida. Los maestros pueden trabajar con estudiantes de todas las edades para ayudar a desarrollar sus habilidades lingüísticas. Es importante que la instrucción coordine las funciones componentes del lenguaje de ver, oír, pensar y hablar.

Una maestra de jardín de infancia trabaja regularmente con sus alumnos en el aprendizaje de fonemas. Para ayudar a desarrollar el reconocimiento de fonemas en palabras “__at” (por ejemplo, mat, hat, pat, cat, sat), tiene cada una de estas palabras impresas en un trozo grande de cartón. El fonema está impreso en rojo y el “at” aparece en negro. Ella da a los estudiantes práctica sosteniendo una tarjeta, pidiéndoles que digan la palabra y luego pidiendo a estudiantes individuales que usen la palabra en una oración.

Kathy Stone enseña a sus alumnos nombres y ortografía de animales. Ella tiene una imagen de cada animal y su nombre impreso en un tablero de exhibición, junto con dos o tres datos interesantes sobre el animal (por ejemplo, dónde vive, qué come). Ella hace que los niños pronuncien el nombre del animal varias veces y lo deletreen en voz alta, luego escriban una oración corta usando la palabra. Esto es especialmente útil para los nombres de animales que son difíciles de pronunciar o deletrear (por ejemplo, jirafa, hipopótamo).

Una maestra de matemáticas de grado medio está trabajando con sus alumnos en el valor posicional. Algunos estudiantes están teniendo mucha dificultad y no pueden ordenar correctamente los números de menor a mayor (por ejemplo, .007, 7/100, siete décimas, 7). La maestra tiene tres grandes rectas numéricas magnéticas, cada una que va de 0 a 1 y dividida en unidades de décimas, centésimas y milésimas. Ella pidió a los estudiantes que pusieran una barra magnética en la recta numérica apropiada (por ejemplo, poner la barra en el 7 de la línea de centésimas para 7/100). Luego dividió a los estudiantes en pequeños grupos y les dio problemas, y les pidió que usaran rectas numéricas o gráficos circulares para mostrar dónde caían los números para que pudieran ordenarlos correctamente. Luego trabajó con ellos para convertir todos los números a un denominador común (por ejemplo, 7/10 = 70/100) y para colocar los marcadores en el mismo tablero (por ejemplo, milésimas) para que pudieran ver el orden correcto.

Los estudiantes en la clase de Jim Marshall aprenden sobre documentos históricos clave en la historia de los Estados Unidos (por ejemplo, Declaración de Independencia, Constitución, Carta de Derechos). Para apelar a múltiples sentidos, Jim trajo copias facsímiles de estos documentos a clase. Luego hizo que los estudiantes participaran en juegos de roles donde leían selecciones de los documentos. A los estudiantes se les enseñó cómo poner énfasis en los lugares apropiados mientras leían para que estos pasajes fueran especialmente distintivos.

Muchos estudiantes en la clase de psicología educativa de Gina Brown tienen dificultades para comprender y usar correctamente los términos psicológicos (por ejemplo, asimilación, saciedad, zona de desarrollo próximo). Donde es posible, ella obtiene películas que demuestran estos conceptos (por ejemplo, un niño al que se le administran tareas piagetianas). Para otros, ella usa sitios web con estudios de caso que los estudiantes leen y responden, después de lo cual discuten en clase cómo entra en juego ese concepto. Por ejemplo, en un estudio de caso, un estudiante es repetidamente elogiado por un maestro. Finalmente, el estudiante se sacia de elogios y le dice al maestro que no siempre tiene que decirle que lo hizo tan bien.