Neurociencia del Aprendizaje: Aplicaciones Instruccionales | Optimizado

Cuestiones educativas relevantes para la investigación cerebral.

En los últimos años ha surgido un gran interés en la investigación neurofisiológica que explora el desarrollo y el funcionamiento del cerebro. Muchos educadores ven la investigación cerebral con interés, porque creen que podría sugerir formas de hacer que los materiales educativos y la instrucción sean compatibles con la forma en que los niños procesan la información y aprenden.

Desafortunadamente, la historia de la ciencia del comportamiento refleja una desconexión entre la investigación cerebral y las teorías del aprendizaje. La investigación sobre el cerebro y el comportamiento no es nueva; recuerde la teoría neurofisiológica de Hebb (1949) discutida anteriormente en este capítulo. Los teóricos del aprendizaje en diversas tradiciones, aunque reconocen la importancia de la investigación cerebral, han tendido a formular y probar teorías independientemente de los hallazgos de la investigación cerebral.

Esta situación claramente está cambiando. Los investigadores educativos creen cada vez más que la comprensión de los procesos cerebrales proporciona información adicional sobre la naturaleza del aprendizaje y el desarrollo (Byrnes & Fox, 1998). De hecho, algunas explicaciones cognitivas para el aprendizaje (por ejemplo, la activación de la información en la memoria, la transferencia de información de la MT a la MLP) involucran procesos del SNC, y la psicología cerebral ha comenzado a explicar las operaciones involucradas en el aprendizaje y la memoria. Los hallazgos de la investigación cerebral en realidad respaldan muchos resultados obtenidos en estudios de investigación sobre el aprendizaje y la memoria (Byrnes, 2001; Byrnes & Fox, 1998).

Es lamentable que algunos educadores hayan generalizado en exceso los resultados de la investigación cerebral para hacer recomendaciones de instrucción injustificadas. Aunque las funciones cerebrales están localizadas hasta cierto punto, existe mucha evidencia de que las tareas requieren la actividad de ambos hemisferios y que sus diferencias son más relativas que absolutas (Byrnes & Fox, 1998). La identificación de estudiantes “cerebro derecho” y “cerebro izquierdo” generalmente se basa en observaciones informales en lugar de medidas e instrumentos científicamente válidos y confiables. El resultado es que algunos métodos educativos se están utilizando con los estudiantes no por los efectos probados en el aprendizaje, sino más bien porque presumiblemente utilizan las supuestas preferencias cerebrales de los estudiantes.

• Papel de la educación temprana
• Complejidad de los procesos cognitivos
• Diagnóstico de dificultades específicas
• Naturaleza multifacética del aprendizaje

La investigación del cerebro, y la investigación del SNC en general, plantea muchas cuestiones relevantes para la educación. Con respecto a los cambios en el desarrollo, una cuestión implica el papel fundamental de la educación temprana. El hecho de que los cerebros de los niños sean superdensos implica que más neuronas no son necesariamente mejores. Es probable que exista un estado óptimo de funcionamiento en el que los cerebros tengan el número “correcto” de neuronas y sinapsis, ni demasiadas ni muy pocas. El desarrollo físico, emocional y cognitivo implica que el cerebro se acerca a su estado óptimo. El desarrollo atípico, que resulta en discapacidades del desarrollo, puede ocurrir porque este proceso de reducción no se desarrolla normalmente.

Este proceso de moldeado y configuración en el cerebro sugiere que la educación en la primera infancia es de importancia crítica. Los períodos de desarrollo de la infancia y la edad preescolar pueden preparar el escenario para la adquisición de competencias necesarias para tener éxito en la escuela (Byrnes & Fox, 1998). Se ha demostrado que los programas de intervención temprana (por ejemplo, Head Start) mejoran la preparación escolar y el aprendizaje de los niños, y muchos estados han implementado programas de educación preescolar. La investigación del cerebro justifica este énfasis en la educación temprana.

Una segunda cuestión se refiere a la idea de que la instrucción y las experiencias de aprendizaje deben planificarse teniendo en cuenta las complejidades de los procesos cognitivos, como la atención y la memoria. La investigación en neurociencia ha demostrado que la atención no es un proceso unitario, sino que incluye muchos componentes (por ejemplo, alertar sobre un cambio en el estado actual, localizar la fuente del cambio). La memoria se diferencia de manera similar en tipos, como la declarativa y la procedimental. La implicación es que los educadores no pueden asumir que una técnica de instrucción particular “gana la atención de los estudiantes” o “les ayuda a recordar”. Más bien, debemos ser más específicos sobre a qué aspectos de la atención apelará la instrucción y qué tipo específico de memoria se está abordando.

Una tercera cuestión implica la remediación de las dificultades de aprendizaje de los estudiantes. La investigación del cerebro sugiere que la clave para corregir las deficiencias en una materia específica es determinar con qué aspectos de la materia el alumno tiene dificultades y luego abordar específicamente esos aspectos. Las matemáticas, por ejemplo, incluyen muchos subcomponentes, como la comprensión de números y símbolos escritos, la recuperación de datos y la capacidad de escribir números. La lectura comprende procesos ortográficos, fonológicos, semánticos y sintácticos. Decir que uno es un mal lector no diagnostica dónde radica la dificultad. Solo las evaluaciones afinadas pueden hacer esa identificación, y luego se puede implementar un procedimiento correctivo que aborde la deficiencia específica. Un programa general de lectura que aborda todos los aspectos de la lectura (por ejemplo, la identificación de palabras, los significados de las palabras) es análogo a un antibiótico general administrado a alguien que está enfermo; puede que no sea la mejor terapia. Parece ventajoso desde el punto de vista educativo ofrecer instrucción correctiva en aquellas áreas que más necesitan corrección. Por ejemplo, la instrucción de estrategias cognitivas en las debilidades de los niños se puede combinar con la instrucción de lectura tradicional (Katzir & Paré-Blagoev, 2006).

La cuestión final se refiere a la complejidad de las teorías del aprendizaje. La investigación del cerebro ha demostrado que las teorías multifacéticas del aprendizaje parecen capturar mejor el estado real de las cosas que los modelos parsimoniosos. Existe mucha redundancia en las funciones cerebrales, lo que explica el hallazgo común de que cuando un área del cerebro conocida por estar asociada con una función dada está traumatizada, la función puede no desaparecer por completo (otra razón por la que las distinciones entre el “erebro derecho” y el “erebro izquierdo” no tienen mucha credibilidad). Con el tiempo, las teorías del aprendizaje se han vuelto más complejas. Las teorías del condicionamiento clásico y operante son mucho más simples que la teoría social cognitiva, la teoría del procesamiento de la información cognitiva y la teoría constructivista. Estas últimas teorías reflejan mejor la realidad del cerebro. Esto sugiere que los educadores deben aceptar la complejidad de los entornos de aprendizaje escolar e investigar formas de coordinar los muchos aspectos de los entornos para mejorar el aprendizaje de los estudiantes.

Este capítulo sugiere algunas prácticas educativas específicas que facilitan el aprendizaje y que están respaldadas por la investigación cerebral. Byrnes (2001) sostuvo que la investigación cerebral es relevante para la psicología y la educación en la medida en que ayuda a los psicólogos y educadores a desarrollar una comprensión más clara del aprendizaje, el desarrollo y la motivación; es decir, es relevante cuando ayuda a corroborar las predicciones existentes de las teorías del aprendizaje.

Aprendizaje Basado en Problemas

El aprendizaje basado en problemas es un método de aprendizaje eficaz. El aprendizaje basado en problemas involucra a los estudiantes en el aprendizaje y ayuda a motivarlos. Cuando los estudiantes trabajan en grupo, también pueden mejorar sus habilidades de aprendizaje cooperativo. El aprendizaje basado en problemas requiere que los estudiantes piensen creativamente y aporten sus conocimientos de manera única. Es especialmente útil para proyectos que no tienen una única solución correcta.

Prácticas educativas sustentadas por la investigación cerebral.

• Aprendizaje basado en problemas
• Simulaciones y juegos de roles
• Discusiones activas
• Gráficos
• Clima positivo

La efectividad del aprendizaje basado en problemas está respaldada por la investigación cerebral. Con sus múltiples conexiones, el cerebro humano está diseñado para resolver problemas (Jensen, 2005). Los estudiantes que colaboran para resolver problemas se dan cuenta de nuevas formas en que se puede usar y combinar el conocimiento, lo que forma nuevas conexiones sinápticas. Además, el aprendizaje basado en problemas es apto para apelar a la motivación de los estudiantes y generar participación emocional, lo que también puede crear redes neuronales más extensas.

Simulaciones y Juegos de Roles

Las simulaciones y los juegos de roles tienen muchos de los mismos beneficios que el aprendizaje basado en problemas. Las simulaciones pueden ocurrir a través de computadoras, en la clase regular o en entornos especiales (por ejemplo, museos). El juego de roles es una forma de modelado donde los estudiantes observan a otros. Tanto las simulaciones como los juegos de roles brindan a los estudiantes oportunidades de aprendizaje que normalmente no están disponibles. Estos métodos tienen beneficios motivacionales y captan la atención de los estudiantes. Permiten a los estudiantes interactuar con el material activamente e invertir emocionalmente. Colectivamente, estos beneficios ayudan a fomentar el aprendizaje.

Discusiones Activas

Muchos temas se prestan bien a las discusiones de los estudiantes. Los estudiantes que forman parte de una discusión se ven obligados a participar; no pueden ser observadores pasivos. Este mayor nivel de participación cognitiva y emocional conduce a un mejor aprendizaje. Además, al participar en las discusiones, los estudiantes están expuestos a nuevas ideas y las integran con sus concepciones actuales. Esta actividad cognitiva ayuda a construir conexiones sinápticas y nuevas formas de usar la información.

Gráficos

El cuerpo humano está estructurado de tal manera que recibimos más información visualmente que a través de todos los demás sentidos (Wolfe, 2001). Las pantallas visuales ayudan a fomentar la atención, el aprendizaje y la retención. Los hallazgos colectivos del aprendizaje y la investigación cerebral respaldan los beneficios de los gráficos. Los maestros que usan gráficos en su enseñanza y hacen que los estudiantes empleen gráficos (por ejemplo, transparencias, presentaciones de PowerPoint©, demostraciones, dibujos, mapas conceptuales, organizadores gráficos) aprovechan el procesamiento de información visual y es probable que mejoren el aprendizaje.

Clima Positivo

Vimos en la sección sobre emociones que el aprendizaje avanza mejor cuando los estudiantes tienen una actitud positiva y se sienten emocionalmente seguros. Por el contrario, el aprendizaje no se facilita cuando los estudiantes están estresados o ansiosos, como cuando temen ofrecer respuestas voluntariamente porque el maestro se enoja si sus respuestas son incorrectas. La investigación cerebral corrobora el efecto positivo que la participación emocional puede tener en el aprendizaje y la construcción de conexiones sinápticas. Los maestros que crean un clima positivo en el aula encontrarán que los problemas de conducta se minimizan y que los estudiantes se involucran más en el aprendizaje.

La neurociencia del aprendizaje es la ciencia de la relación del sistema nervioso con el aprendizaje y el comportamiento. Aunque la investigación en neurociencia se ha llevado a cabo durante varios años en medicina y ciencias, recientemente se ha vuelto de interés para los educadores debido a las implicaciones instruccionales de los resultados de la investigación. La investigación en neurociencia aborda el sistema nervioso central (SNC), que comprende el cerebro y la médula espinal y regula el comportamiento voluntario, y el sistema nervioso autónomo (SNA), que regula las acciones involuntarias.

El SNC está compuesto por miles de millones de células en el cerebro y la médula espinal. Hay dos tipos principales de células: neuronas y células gliales. Las neuronas envían y reciben información a través de los músculos y órganos. Cada neurona se compone de un cuerpo celular, miles de dendritas cortas y un axón. Las dendritas reciben información de otras células; los axones envían mensajes a las células. La vaina de mielina rodea los axones y facilita el viaje de las señales. Los axones terminan en estructuras ramificadas (sinapsis) que se conectan con los extremos de las dendritas. Los neurotransmisores químicos en los extremos de los axones activan o inhiben las reacciones en las dendritas contraídas. Este proceso permite que las señales se envíen rápidamente a través de las estructuras neuronales y corporales. Las células gliales apoyan el trabajo de las neuronas eliminando productos químicos innecesarios y células cerebrales muertas. Las células gliales también establecen la vaina de mielina.

El cerebro humano adulto (cerebro) pesa alrededor de tres libras y tiene aproximadamente el tamaño de un melón cantaloupe. Su textura exterior es arrugada. Cubriendo el cerebro está la corteza cerebral, una capa delgada que es la materia gris arrugada del cerebro. Las arrugas permiten que la corteza tenga más neuronas y conexiones neuronales. La corteza tiene dos hemisferios (izquierdo y derecho), cada uno de los cuales tiene cuatro lóbulos (occipital, parietal, temporal, frontal). Con algunas excepciones, la estructura del cerebro es aproximadamente simétrica. La corteza es el área principal involucrada en el aprendizaje, la memoria y el procesamiento de la información sensorial. Algunas otras áreas clave del cerebro son el tronco encefálico, la formación reticular, el cerebelo, el tálamo, el hipotálamo, la amígdala, el hipocampo, el cuerpo calloso, el área de Broca y el área de Wernicke.

El hemisferio izquierdo del cerebro generalmente gobierna el campo visual derecho, y viceversa. Muchas funciones cerebrales están localizadas hasta cierto punto. El pensamiento analítico parece estar centrado en el hemisferio izquierdo, mientras que el procesamiento espacial, auditivo, emocional y artístico ocurre principalmente en el hemisferio derecho. Al mismo tiempo, muchas áreas del cerebro trabajan juntas para procesar información y regular acciones. Hay mucho cruce entre los dos hemisferios, ya que están unidos por haces de fibras, el más grande de los cuales es el cuerpo calloso.

El trabajo conjunto de múltiples áreas del cerebro se ve claramente en la adquisición y el uso del lenguaje. El lado izquierdo de la corteza cerebral del cerebro es fundamental para la lectura. Regiones cerebrales específicas están asociadas con el procesamiento ortográfico, fonológico, semántico y sintáctico requerido en la lectura. El área de Wernicke en el hemisferio izquierdo controla la comprensión del habla y el uso de la sintaxis adecuada al hablar. El área de Wernicke trabaja en estrecha colaboración con el área de Broca en el lóbulo frontal izquierdo, que es necesaria para hablar. Sin embargo, el hemisferio derecho es fundamental para interpretar el contexto y, por lo tanto, el significado de gran parte del habla.

Se utilizan diversas tecnologías para llevar a cabo la investigación cerebral. Estos incluyen rayos X, tomografías computarizadas, EEG, tomografías PET, resonancias magnéticas y resonancias magnéticas funcionales (fMRI). El campo de la investigación cerebral está cambiando rápidamente y se seguirán desarrollando nuevas tecnologías de mayor sofisticación.

Desde una perspectiva neurocientífica, el aprendizaje es el proceso de construir y modificar conexiones y redes neuronales (sinápticas). Las entradas sensoriales se procesan en las porciones de memorias sensoriales del cerebro; aquellas que se retienen se transfieren a la MT, que parece residir en múltiples partes del cerebro, pero principalmente en la corteza prefrontal del lóbulo frontal. La información luego puede ser transferida a la MLP. Diferentes partes del cerebro están involucradas en la MLP dependiendo del tipo de información (por ejemplo, declarativa, procedimental). Con presentaciones repetidas de estímulos o información, las redes neuronales se fortalecen de tal manera que las respuestas neuronales ocurren rápidamente. El proceso de estabilizar y fortalecer las conexiones sinápticas se conoce como consolidación, y a través de la consolidación se cambia la estructura física y la organización funcional del cerebro.

Los factores influyentes en el desarrollo del cerebro son la genética, la estimulación ambiental, la nutrición, los esteroides y los teratógenos. Durante el desarrollo prenatal, el cerebro crece en tamaño, estructura y número de neuronas, células gliales y sinapsis. El cerebro se desarrolla rápidamente en los bebés; los niños pequeños tienen conexiones neuronales complejas. A medida que los niños pierden sinapsis cerebrales, las que retienen dependen en parte de las actividades en las que participan. Parece haber períodos críticos durante los primeros años de vida para el desarrollo del lenguaje, las emociones, las funciones sensoriomotoras, las capacidades auditivas y la visión. El desarrollo cerebral temprano se beneficia de ricas experiencias ambientales y lazos emocionales con los padres y cuidadores. También se producen cambios importantes en los cerebros de los adolescentes en tamaño, estructura y número y organización de las neuronas.

Dos contrapartes neuronales de la motivación involucran recompensas y estados motivacionales. El cerebro parece tener un sistema para procesar recompensas y produce sus propias recompensas en forma de opiáceos que resultan en un subidón natural. El cerebro puede estar predispuesto a experimentar y mantener resultados placenteros, y la red de placer puede activarse por la expectativa de recompensa. Los estados motivacionales son conexiones neuronales complejas que incluyen emociones, cogniciones y comportamientos. La clave de la educación es mantener la motivación para el aprendizaje dentro de un rango óptimo.

El funcionamiento de las emociones en el SNC es complejo. Las reacciones emocionales constan de etapas, como orientarse al evento, integrar el evento, seleccionar una respuesta y mantener el contexto emocional. La actividad emocional ligada al cerebro puede diferir para las emociones primarias y las basadas en la cultura. Las emociones pueden facilitar el aprendizaje porque dirigen la atención e influyen en el aprendizaje y la memoria. La participación emocional es deseable para el aprendizaje; pero cuando las emociones se vuelven demasiado grandes, el aprendizaje cognitivo se ve impedido.

Los hallazgos de la investigación cerebral respaldan muchos resultados obtenidos en estudios de investigación cognitiva sobre el aprendizaje y la memoria. Pero es importante no generalizar demasiado los hallazgos de la investigación cerebral a través de tal etiquetado de los estudiantes como cerebros derechos o izquierdos. La mayoría de las tareas de aprendizaje requieren la actividad de ambos hemisferios, y las diferencias entre las funciones cerebrales son más relativas que absolutas.

La investigación cerebral sugiere que la educación temprana es fundamental, la instrucción debe tener en cuenta las complejidades cognitivas de los niños, la evaluación de problemas específicos es necesaria para planificar las intervenciones adecuadas y las teorías complejas del aprendizaje capturan mejor el funcionamiento del cerebro que las teorías más simples. Algunas prácticas educativas eficaces basadas en el cerebro son el aprendizaje basado en problemas, las simulaciones y los juegos de roles, las discusiones activas, los gráficos y un clima positivo.