Organización y Estructuras Neuronales (Neurociencia del Aprendizaje)

El sistema nervioso central (SNC) se compone del cerebro y la médula espinal y es el mecanismo central del cuerpo para el control de la conducta voluntaria (p. ej., pensar, actuar). El sistema nervioso autónomo (SNA) regula las actividades involuntarias, como las implicadas en la digestión, la respiración y la circulación sanguínea. Estos sistemas no son totalmente independientes. Las personas pueden, por ejemplo, aprender a controlar su ritmo cardíaco, lo que significa que están controlando voluntariamente una actividad involuntaria.

La médula espinal mide aproximadamente 45 centímetros de largo y el ancho de un dedo índice. Se extiende desde la base del cerebro hasta la mitad de la espalda. Es esencialmente una extensión del cerebro. Su función principal es transportar señales hacia y desde el cerebro, lo que la convierte en el mensajero central entre el cerebro y el resto del cuerpo. Su vía ascendente transporta señales desde las ubicaciones del cuerpo hasta el cerebro, y su vía descendente transporta mensajes desde el cerebro hasta la estructura corporal apropiada (p. ej., para causar movimiento). La médula espinal también participa en algunas reacciones independientemente del cerebro (p. ej., el reflejo rotuliano). El daño a la médula espinal, como el causado por un accidente, puede provocar síntomas que van desde el entumecimiento hasta la parálisis total (Jensen, 2005; Wolfe, 2001).

El SNC está compuesto por miles de millones de células en el cerebro y la médula espinal. Existen dos tipos principales de células: neuronas y células gliales. A continuación, se muestra una representación de la organización neuronal:

Neuronas

El cerebro y la médula espinal contienen alrededor de 100 mil millones de neuronas que envían y reciben información a través de músculos y órganos (Wolfe, 2001). La mayoría de las neuronas del cuerpo se encuentran en el SNC. Las neuronas son diferentes de otras células del cuerpo (por ejemplo, piel, sangre) en dos aspectos importantes. En primer lugar, la mayoría de las células del cuerpo se regeneran regularmente. Esta renovación continua es deseable; por ejemplo, cuando nos cortamos, nuevas células se regeneran para reemplazar a las que fueron dañadas. Pero las neuronas no se regeneran de la misma manera. Las células del cerebro y la médula espinal destruidas por un derrame cerebral, una enfermedad o un accidente pueden perderse permanentemente. Sin embargo, en una nota positiva, existe evidencia de que las neuronas pueden mostrar cierta regeneración (Kempermann & Gage, 1999), aunque no se comprende bien el alcance de esto ni el proceso por el cual ocurre.

Las neuronas también son diferentes de otras células del cuerpo porque se comunican entre sí, por medio de señales eléctricas y reacciones químicas. Por lo tanto, están organizadas de manera diferente a otras células del cuerpo. Esta organización se analiza más adelante en esta sección.

Células Gliales

El segundo tipo de célula en el SNC es la célula glial. Las células gliales son mucho más numerosas que las neuronas. Se puede pensar en ellas como células de soporte, ya que apoyan el trabajo de las neuronas. No transmiten señales como las neuronas, pero ayudan en el proceso.

Las células gliales realizan muchas funciones. Una clave es asegurar que las neuronas operen en un buen ambiente. Las células gliales ayudan a eliminar químicos que pueden interferir con el funcionamiento de las neuronas. Las células gliales también eliminan las células cerebrales muertas. Otra función importante es que las células gliales depositan mielina, una envoltura similar a una vaina alrededor de los axones que ayuda a transmitir las señales cerebrales (se discute en la siguiente sección). Las células gliales también parecen desempeñar funciones clave en el desarrollo del cerebro fetal (Wolfe, 2001). Por lo tanto, las células gliales trabajan en conjunto con las neuronas para asegurar el funcionamiento eficaz del SNC.

Sinapsis

Cada neurona se compone de un cuerpo celular, miles de dendritas cortas y un axón. Una dendrita es un tejido alargado que recibe información de otras células. Un axón es un hilo largo de tejido que envía mensajes a otras células. La vaina de mielina rodea el axón y facilita el viaje de las señales.

Cada axón termina en una estructura ramificada. Los extremos de estas estructuras ramificadas se conectan con los extremos de las dendritas. Esta conexión se conoce como sinapsis. La estructura interconectada es la clave de cómo se comunican las neuronas, porque los mensajes se transmiten entre las neuronas en las sinapsis.

El proceso por el cual se comunican las neuronas es complejo. Al final de cada axón hay neurotransmisores químicos. No tocan del todo las dendritas de otra célula. El espacio se llama hendidura sináptica. Cuando las señales eléctricas y químicas alcanzan un nivel suficientemente alto, los neurotransmisores se liberan en el espacio. Los neurotransmisores activan o inhibirán una reacción en la dendrita contactada. Por lo tanto, el proceso comienza como una reacción eléctrica en la neurona y el axón, cambia a una reacción química en el espacio y luego se reconvierte en una respuesta eléctrica en la dendrita. Este proceso continúa de neurona a neurona a la velocidad del rayo. Como se discute más adelante en este capítulo, el papel de los neurotransmisores en el espacio sináptico es crítico para el aprendizaje. Desde una perspectiva de neurociencia, el aprendizaje es un cambio en la receptividad de las células provocado por conexiones neuronales formadas, fortalecidas y conectadas con otras a través del uso (Jensen, 2005; Wolfe, 2001).

El cerebro humano adulto (cerebro) pesa aproximadamente tres libras y tiene aproximadamente el tamaño de un melón o un pomelo grande (Tolson, 2006; Wolfe, 2001). Su textura externa tiene una serie de pliegues y es arrugada en apariencia, pareciéndose a una coliflor. Su composición es mayormente agua (78%), con el resto de grasa y proteína. Su textura es generalmente suave. Las principales estructuras cerebrales involucradas en el aprendizaje se muestran en la Figura 2.2 (Byrnes, 2001; Jensen, 2005; Wolfe, 2001) y se describen a continuación.

Corteza Cerebral

Cubriendo el cerebro está la corteza cerebral, que es una capa delgada de aproximadamente el grosor de la cáscara de una naranja (menos de 1/4 de pulgada). La corteza cerebral es la “sustancia gris” arrugada del cerebro. Las arrugas permiten que la corteza cerebral tenga más superficie, lo que permite más neuronas y conexiones neuronales. La corteza cerebral tiene dos hemisferios (derecho e izquierdo), cada uno de los cuales tiene cuatro lóbulos (occipital, parietal, temporal y frontal). La corteza es el área central involucrada en el aprendizaje, la memoria y el procesamiento de la información sensorial.

Tronco Encefálico y Formación Reticular

En la base del cerebro se encuentra el tronco encefálico. El tronco encefálico maneja las funciones del SNA (involuntarias) a través de su formación reticular, que es una red de neuronas y fibras que regula el control de funciones corporales básicas como la respiración, la frecuencia cardíaca, la presión arterial, el movimiento del globo ocular, la salivación y el gusto. La formación reticular también está involucrada en los niveles de conciencia (p. ej., sueño, vigilia). Por ejemplo, cuando entras en una habitación tranquila y oscura, la formación reticular disminuye la activación cerebral y te permite dormir. La formación reticular también ayuda a controlar las entradas sensoriales. Aunque constantemente estamos bombardeados por múltiples estímulos, la formación reticular nos permite centrarnos en los estímulos relevantes. Esto es fundamental para la atención y la percepción (Capítulo 5), que son componentes clave del sistema de procesamiento de información humana. Finalmente, la formación reticular produce muchos de los mensajeros químicos para el cerebro.

Cerebelo

El cerebelo en la parte posterior del cerebro regula el equilibrio corporal, el control muscular, el movimiento y la postura corporal. Aunque estas actividades están en gran medida bajo control consciente (y, por lo tanto, son dominio de la corteza), la corteza no tiene todo el equipo que necesita para regularlas. Trabaja en concierto con el cerebelo para coordinar los movimientos. El cerebelo es la clave para la adquisición de habilidades motoras. Con la práctica, muchas habilidades motoras se vuelven automáticas (p. ej., tocar el piano, conducir un automóvil). Esta automaticidad ocurre porque el cerebelo asume gran parte del control, lo que permite que la corteza se concentre en actividades que requieren conciencia (p. ej., pensar, resolver problemas).

Tálamo e Hipotálamo

Encima del tronco encefálico hay dos estructuras del tamaño de una nuez: el tálamo y el hipotálamo. El tálamo actúa como un puente enviando entradas de los órganos sensoriales (excepto el olfato) a la corteza. El hipotálamo es parte del SNA. Controla las funciones corporales necesarias para mantener la homeostasis, como la temperatura corporal, el sueño, el agua y la comida. El hipotálamo también es responsable del aumento de la frecuencia cardíaca y la respiración cuando nos asustamos o estresamos.

Amígdala

La amígdala está involucrada en el control de la emoción y la agresión. Las entradas sensoriales entrantes (excepto el olfato, que viaja directamente a la corteza) van al tálamo, que a su vez transmite la información al área apropiada de la corteza y a la amígdala. La función de la amígdala es evaluar la nocividad de las entradas sensoriales. Si reconoce un estímulo potencialmente dañino, le indica al hipotálamo, que crea los cambios emocionales mencionados anteriormente (p. ej., aumento de la frecuencia cardíaca y la presión arterial).

Hipocampo

El hipocampo es la estructura cerebral responsable de la memoria del pasado inmediato. ¿Cuánto tiempo es el pasado inmediato? Como veremos en el Capítulo 5, no existe un criterio objetivo para lo que constituye la memoria inmediata y a largo plazo (permanente). Aparentemente, el hipocampo ayuda a establecer información en la memoria a largo plazo (que reside en la corteza), pero mantiene su papel en la activación de esa información según sea necesario. Por lo tanto, el hipocampo puede estar involucrado en la memoria activa (de trabajo) actual. Una vez que la información está completamente codificada en la memoria a largo plazo, el hipocampo puede renunciar a su papel.

Cuerpo Calloso

A lo largo del cerebro (cerebro) de adelante hacia atrás hay una banda de fibras conocida como cuerpo calloso. Divide el cerebro en dos mitades, o hemisferios, y los conecta para el procesamiento neuronal. Esto es crítico, porque gran parte del procesamiento mental ocurre en más de una ubicación en el cerebro y a menudo involucra a ambos hemisferios.

Lóbulo Occipital

Los lóbulos occipitales del cerebro se ocupan principalmente del procesamiento de la información visual. El lóbulo occipital también se conoce como la corteza visual. Recuerde que los estímulos visuales son recibidos primero por el tálamo, que luego envía estas señales a los lóbulos occipitales. Aquí ocurren muchas funciones que implican determinar el movimiento, el color, la profundidad, la distancia y otras características visuales. Una vez que se han producido estas determinaciones, los estímulos visuales se comparan con lo que está almacenado en la memoria para determinar el reconocimiento (percepción). Por lo tanto, se reconoce un objeto que coincide con un patrón almacenado. Cuando no hay coincidencia, entonces se codifica un nuevo estímulo en la memoria. La corteza visual debe comunicarse con otros sistemas cerebrales para determinar si un estímulo visual coincide con un patrón almacenado (Gazzaniga, Ivry y Mangun, 1998). La importancia del procesamiento visual en el aprendizaje se destaca en la viñeta inicial de Joe.

Las personas pueden controlar fácilmente su percepción visual obligándose a prestar atención a ciertas características del entorno e ignorar otras. Por ejemplo, si estamos buscando a un amigo en una multitud, podemos ignorar miles de estímulos visuales y centrarnos solo en aquellos estímulos (p. ej., rasgos faciales) que nos ayudarán a determinar si nuestro amigo está presente. Los maestros usan esta idea pidiendo a los estudiantes que presten atención a las pantallas visuales e informándoles de los objetivos de la lección al comienzo de la lección.

Lóbulo Parietal

Los lóbulos parietales en la parte superior del cerebro en el cerebro son responsables del sentido del tacto, y ayudan a determinar la posición del cuerpo e integrar la información visual. Los lóbulos parietales tienen secciones anterior (frontal) y posterior (trasera). La parte anterior recibe información del cuerpo con respecto al tacto, la temperatura, la posición del cuerpo y las sensaciones de dolor y presión (Wolfe, 2001). Cada parte del cuerpo tiene ciertas áreas en la parte anterior que reciben su información y hacen que la identificación sea precisa.

La porción posterior integra la información táctil para proporcionar conciencia espacial del cuerpo, o saber dónde están las partes de su cuerpo en todo momento. Los lóbulos parietales también pueden aumentar o disminuir la atención a varias partes del cuerpo. Por ejemplo, un dolor en la pierna será recibido e identificado por el lóbulo parietal, pero si estás viendo una película agradable y estás prestando mucha atención a eso, puedes “olvidarte del” dolor en tu pierna.

Lóbulo Temporal

Los lóbulos temporales, ubicados en el lado del cerebro, son responsables de procesar la información auditiva. Cuando se recibe una entrada auditiva—como una voz u otro sonido—esa información se procesa y se transmite a la memoria auditiva para determinar el reconocimiento. Ese reconocimiento puede llevar a la acción. Por ejemplo, cuando un maestro les dice a los estudiantes que guarden sus libros y se formen en la puerta, esa información auditiva se procesa y se reconoce, y luego conduce a la acción apropiada.

Ubicada donde los lóbulos occipital, parietal y temporal se cruzan en el hemisferio izquierdo de la corteza se encuentra el área de Wernicke, que nos permite comprender el habla y usar la sintaxis adecuada al hablar. Esta área trabaja en estrecha colaboración con otra área en el lóbulo frontal del hemisferio izquierdo conocida como el área de Broca, que es necesaria para hablar. Aunque estas áreas clave de procesamiento del lenguaje están situadas en el hemisferio izquierdo (pero el área de Broca está en el hemisferio derecho para algunas personas, como se explica más adelante), muchas partes del cerebro trabajan juntas para comprender y producir el lenguaje. El lenguaje se discute con mayor profundidad más adelante en este capítulo.

Lóbulo Frontal

Como su nombre lo indica, los lóbulos frontales se encuentran en la parte delantera del cerebro. Los lóbulos frontales constituyen la parte más grande de la corteza. Sus funciones centrales son procesar información relacionada con la memoria, la planificación, la toma de decisiones, el establecimiento de objetivos y la creatividad. Los lóbulos frontales también contienen la corteza motora primaria que regula los movimientos musculares.

Se podría argumentar que los lóbulos frontales en el cerebro nos distinguen más claramente de los animales inferiores e incluso de nuestros antepasados de generaciones pasadas. Los lóbulos frontales han evolucionado para asumir funciones cada vez más complejas. Nos permiten planificar y tomar decisiones conscientes, resolver problemas y conversar con otros. Además, estos lóbulos nos proporcionan conciencia de nuestros procesos mentales, una forma de metacognición.

Corriendo desde la parte superior del cerebro hacia las orejas hay una franja de células conocida como la corteza motora primaria. Esta área es el área que controla los movimientos del cuerpo. Por lo tanto, si mientras bailas el “Hokey Pokey” piensas “mete tu pie derecho”, es la corteza motora la que te indica que metas tu pie derecho. Cada parte del cuerpo está mapeada a una ubicación particular en la corteza motora, de modo que una señal de una cierta parte de la corteza conduce a que se realice el movimiento adecuado.

Delante de la corteza motora está el área de Broca, que es la ubicación que rige la producción del habla. Esta área se encuentra en el hemisferio izquierdo para aproximadamente el 95% de las personas; para el otro 5% (30% de los zurdos) esta área está en el hemisferio derecho (Wolfe, 2001). No es sorprendente que esta área esté vinculada al área de Wernicke en el lóbulo temporal izquierdo con fibras nerviosas. El habla se forma en el área de Wernicke y luego se transfiere al área de Broca para ser producida (Wolfe, 2001).

La parte frontal del lóbulo frontal, o corteza prefrontal, es proporcionalmente más grande en los humanos que en otros animales. Es aquí donde ocurren las formas más elevadas de actividad mental (Ackerman, 1992). El Capítulo 5 analiza cómo se hacen las asociaciones de procesamiento de información cognitiva en el cerebro. La corteza prefrontal es el área clave para estas asociaciones, porque la información recibida de los sentidos está relacionada con la información almacenada en la memoria. En resumen, la sede del aprendizaje parece estar en la corteza prefrontal. También es el regulador de la conciencia, lo que nos permite ser conscientes de lo que estamos pensando, sintiendo y haciendo. Como se explica más adelante, la corteza prefrontal parece estar involucrada en la regulación de las emociones.

La tabla 'Funciones clave de las áreas del cerebro' resume las funciones clave de cada una de las principales áreas del cerebro (Byrnes, 2001; Jensen, 2005; Wolfe, 2001). Al revisar esta tabla, tenga en cuenta que ninguna parte del cerebro funciona de forma independiente. Más bien, la información (en forma de impulsos neuronales) se transfiere rápidamente entre las áreas del cerebro. Aunque muchas funciones cerebrales están localizadas, diferentes partes del cerebro están involucradas incluso en tareas simples. Por lo tanto, tiene poco sentido etiquetar cualquier función cerebral como residente en una sola área, como se destaca en la viñeta inicial de Emma.

Hoy conocemos mucho más sobre el funcionamiento del cerebro que nunca, pero el cerebro ha sido estudiado durante muchos años. Las funciones de los hemisferios izquierdo y derecho han sido objeto de continuo debate. Wolfe (2001) señaló que alrededor del 400 a.C. Hipócrates habló de la dualidad del cerebro. Cowey (1998) informó que en 1870 los investigadores estimularon eléctricamente diferentes partes del cerebro de animales y soldados con lesiones en la cabeza. Descubrieron que la estimulación de ciertas partes del cerebro causaba movimientos en diferentes partes del cuerpo. La idea de que el cerebro tiene un hemisferio principal se propuso ya en 1874 (Binney & Janson, 1990).

Se sabe desde hace muchos años que, en general, el hemisferio izquierdo gobierna el campo visual derecho y el lado del cuerpo, y el hemisferio derecho regula el campo visual izquierdo y el lado del cuerpo. Sin embargo, los dos hemisferios están unidos por haces de fibras, el mayor de los cuales es el cuerpo calloso. Gazzaniga, Bogen y Sperry (1962) demostraron que el lenguaje está controlado en gran medida por el hemisferio izquierdo. Estos investigadores descubrieron que cuando se seccionaba el cuerpo calloso, los pacientes que sostenían un objeto fuera de la vista en sus manos izquierdas afirmaban no estar sosteniendo nada. Aparentemente, sin el estímulo visual y debido a que la mano izquierda se comunica con el hemisferio derecho, cuando este hemisferio recibió la entrada, no pudo producir un nombre (porque el lenguaje está localizado en el hemisferio izquierdo) y, con un cuerpo calloso seccionado, la información no pudo ser transferida al hemisferio izquierdo.

La investigación del cerebro también ha identificado otras funciones localizadas. El pensamiento analítico parece estar centrado en el hemisferio izquierdo, mientras que el procesamiento espacial, auditivo, emocional y artístico se produce en el hemisferio derecho (pero el hemisferio derecho aparentemente procesa las emociones negativas y el hemisferio izquierdo procesa las emociones positivas; Ornstein, 1997). La música se procesa mejor en el hemisferio derecho; la direccionalidad, en el hemisferio derecho; y el reconocimiento facial, en el hemisferio izquierdo.

El hemisferio derecho también desempeña un papel fundamental en la interpretación de los contextos (Wolfe, 2001). Por ejemplo, supongamos que alguien escucha una noticia y dice: "¡Qué bien!". Esto podría significar que la persona piensa que la noticia es maravillosa u horrible. El contexto determina el significado correcto (p. ej., si el hablante está siendo sincero o sarcástico). El contexto puede obtenerse de la entonación, las expresiones faciales y los gestos de las personas, y el conocimiento de otros elementos de la situación. Parece que el hemisferio derecho es la ubicación principal para ensamblar la información contextual de modo que se pueda hacer una interpretación adecuada.

Debido a que las funciones están localizadas en las secciones del cerebro, ha sido tentador postular que las personas que son muy verbales están dominadas por su hemisferio izquierdo (cerebro izquierdo), mientras que aquellas que son más artísticas y emocionales están controladas por su hemisferio derecho (cerebro derecho). Pero esta es una conclusión simplista y engañosa, como ahora se dan cuenta los educadores en el escenario inicial. Aunque los hemisferios tienen funciones localizadas, también están conectados y hay mucho paso de información (impulsos neuronales) entre ellos. Es poco probable que muy poco procesamiento mental ocurra solo en un hemisferio (Ornstein, 1997). Además, podríamos preguntar qué hemisferio gobierna a las personas que son muy verbales y emocionales (p. ej., oradores apasionados).

Los hemisferios trabajan en concierto; la información está disponible para ambos en todo momento. El habla ofrece un buen ejemplo. Si está conversando con un amigo, es su hemisferio izquierdo el que le permite producir el habla, pero es su hemisferio derecho el que proporciona el contexto y le ayuda a comprender el significado.

Existe mucho debate entre los neurocientíficos cognitivos sobre el alcance de la lateralización. Algunos argumentan que las funciones cognitivas específicas están localizadas en regiones específicas del cerebro, mientras que otros creen que diferentes regiones tienen la capacidad de realizar diversas tareas (Byrnes & Fox, 1998). Este debate refleja el de la psicología cognitiva entre la visión tradicional de que el conocimiento está codificado localmente y la visión del procesamiento distribuido paralelo (véase el capítulo 5) de que el conocimiento no está codificado en una sola ubicación, sino en muchas redes de memoria (Bowers, 2009).

Hay evidencia de investigación que respalda ambas posiciones. Diferentes partes del cerebro tienen diferentes funciones, pero las funciones rara vez, si es que alguna vez, están completamente localizadas en una sección del cerebro. Esto es especialmente cierto para las operaciones mentales complejas, que dependen de varias operaciones mentales básicas cuyas funciones pueden estar distribuidas en varias áreas. Como sostuvieron Byrnes y Fox (1998), "Casi cualquier tarea requiere la participación de ambos hemisferios, pero los hemisferios parecen procesar ciertos tipos de información de manera más eficiente que otros" (p. 310). Desde el punto de vista educativo, por lo tanto, la práctica de enseñar a diferentes lados del cerebro (cerebro derecho, cerebro izquierdo) no está respaldada por la investigación empírica.

Una razón por la que hoy sabemos mucho más sobre el funcionamiento del SNC que nunca es que ha habido una convergencia de interés en la investigación cerebral entre personas de diferentes campos. Históricamente, las investigaciones del cerebro fueron realizadas principalmente por investigadores en medicina, ciencias biológicas y psicología. A lo largo de los años, personas de otros campos han mostrado un mayor interés en la investigación cerebral, creyendo que los hallazgos de la investigación tendrían implicaciones para los desarrollos en sus campos. Hoy encontramos educadores, sociólogos, trabajadores sociales, consejeros, trabajadores gubernamentales (especialmente aquellos en el sistema judicial) y otros interesados en la investigación cerebral. La financiación para la investigación cerebral también ha aumentado, incluso por agencias que financian principalmente investigaciones no relacionadas con el cerebro (por ejemplo, educación).

Otra razón para nuestro mayor conocimiento es que ha habido tremendos avances en la tecnología para llevar a cabo la investigación cerebral. Hace muchos años, la única forma de realizar investigación cerebral era realizar una autopsia. Aunque el examen de cerebros de personas que han muerto ha proporcionado información útil, este tipo de investigación no puede determinar cómo funciona el cerebro y procesa la información. Esta última información es necesaria para desarrollar la comprensión sobre cómo el cerebro cambia durante el aprendizaje y utiliza la información aprendida para producir acciones y nuevo aprendizaje.

Las técnicas que han proporcionado información útil se discuten a continuación y se resumen en la Tabla. Estos están ordenados aproximadamente de menor a más sofisticado.

Rayos X

Los rayos X son ondas electromagnéticas de alta frecuencia que pueden pasar a través de objetos no metálicos donde son absorbidos por las estructuras del cuerpo (Wolfe, 2001). Los rayos no absorbidos golpean una placa fotográfica. La interpretación se basa en áreas claras y oscuras (tonos de gris). Los rayos X son bidimensionales y son más útiles para estructuras sólidas, como determinar si te has roto un hueso. No funcionan particularmente bien en el cerebro porque está compuesto de tejido blando, aunque los rayos X pueden determinar daños en el cráneo (una estructura ósea).

TAC

Los TAC (tomografías axiales computarizadas) se desarrollaron a principios de la década de 1970 para aumentar las gradaciones en los tonos de gris producidos por los rayos X. Los TAC utilizan tecnología de rayos X pero mejoran las imágenes de dos a tres dimensiones. Los TAC son utilizados por los médicos para investigar tumores y otras anomalías, pero, al igual que los rayos X, no proporcionan información detallada sobre el funcionamiento del cerebro.

EEGs

El EEG (electroencefalograma) es un método de imagen que mide los patrones eléctricos creados por los movimientos de las neuronas (Wolfe, 2001). Los electrodos colocados en el cuero cabelludo detectan los impulsos neuronales que pasan a través del cráneo. La tecnología EEG magnifica las señales y las registra en un monitor o en un gráfico de papel (ondas cerebrales). La frecuencia de las ondas cerebrales (oscilaciones) aumenta durante la actividad mental y disminuye durante el sueño. Los EEGs han demostrado ser útiles para obtener imágenes de ciertos tipos de trastornos cerebrales (por ejemplo, epilepsia, lenguaje), así como para monitorear los trastornos del sueño (Wolfe, 2001). Los EEGs proporcionan información temporal valiosa a través de potenciales relacionados con eventos (ver la sección, Desarrollo del Lenguaje), pero no pueden detectar el tipo de información espacial (es decir, dónde ocurre la actividad) que se necesita para investigar el aprendizaje en profundidad.

PET

Las tomografías por emisión de positrones (PET) permiten investigar la actividad cerebral mientras un individuo realiza tareas. A la persona se le inyecta una pequeña dosis de glucosa radiactiva, que la sangre transporta al cerebro. Mientras está en el escáner PET, el individuo realiza tareas mentales. Aquellas áreas del cerebro que se involucran usan más glucosa y producen rayos gamma, que son detectados por el equipo. Esto lleva a la producción de imágenes (mapas) computarizadas a color que muestran áreas de actividad.

Aunque las tomografías PET representan un avance en la tecnología de imagen cerebral, su utilidad es limitada. Debido a que el procedimiento requiere la ingestión de material radiactivo, hay un límite en la cantidad de sesiones que se pueden hacer y la cantidad de imágenes que se pueden producir a la vez. Además, la producción de las imágenes es un proceso relativamente lento, por lo que la velocidad con la que ocurre la actividad neuronal no se puede capturar completamente. Aunque la tomografía PET da una buena idea de la actividad cerebral general, no muestra las áreas específicas de actividad con suficiente detalle (Wolfe, 2001).

MRIs y fMRIs

La resonancia magnética (MRI), y la más nueva resonancia magnética funcional (fMRI), son técnicas de imagen cerebral que abordan los problemas con las tomografías PET. En una MRI, un haz de ondas de radio se dispara al cerebro. El cerebro es principalmente agua, que contiene átomos de hidrógeno. Las ondas de radio hacen que los átomos de hidrógeno produzcan señales de radio, que son detectadas por sensores y mapeadas en una imagen computarizada. El nivel de detalle es superior al de un TAC, y las MRIs se utilizan comúnmente para detectar tumores, lesiones y otras anomalías (Wolfe, 2001).

La fMRI funciona de manera muy similar a la MRI, excepto que se requiere que las personas realicen tareas mentales o conductuales. A medida que lo hacen, las partes del cerebro responsables disparan neuronas, lo que hace que fluya más sangre a estas regiones. El flujo sanguíneo cambia el campo magnético, por lo que las señales se vuelven más intensas. El escáner fMRI detecta estos cambios y los mapea en una imagen computarizada. Esta imagen se puede comparar con una imagen del cerebro en reposo para detectar cambios. La fMRI puede capturar la actividad cerebral a medida que ocurre y dónde ocurre porque la fMRI puede registrar cuatro imágenes por segundo y porque el cerebro tarda aproximadamente medio segundo en reaccionar a un estímulo (Wolfe, 2001). Sin embargo, existe cierta disparidad temporal porque los cambios en el flujo sanguíneo pueden tardar varios segundos en ocurrir (Varma, McCandliss, & Schwartz, 2008).

En comparación con otros métodos, la fMRI tiene muchas ventajas. No requiere la ingestión de una sustancia radiactiva. Funciona rápidamente y puede medir la actividad con precisión. Puede registrar una imagen de un cerebro en pocos segundos, lo cual es mucho más rápido que otros métodos. Y la fMRI se puede repetir sin problemas.

Un problema con las tecnologías cerebrales es que deben usarse en contextos artificiales (por ejemplo, laboratorios), lo que impide que capturen el aprendizaje en aulas activas. Este problema se puede abordar parcialmente dando a los participantes tareas de aprendizaje durante los experimentos cerebrales o sometiéndolos a la tecnología inmediatamente después de haber experimentado diferentes contextos de aula (Varma et al., 2008). Además, el campo de la investigación cerebral está cambiando rápidamente y las tecnologías se están desarrollando y perfeccionando. En el futuro, podemos esperar ver técnicas de mayor sofisticación que nos ayudarán a precisar aún más los procesos cerebrales mientras ocurre el aprendizaje. Ahora pasamos a la neurofisiología del aprendizaje, que aborda cómo funciona el cerebro para procesar, integrar y utilizar la información.