JAK UCZY SIĘ LUDZKI MÓZG? - NEUROPSYCHOLOGIA - 2026

Nasz mózg uczy się na podstawie doświadczeń: stawienie czoła naszemu otoczeniu zmienia nasze zachowanie poprzez modyfikację naszego układu nerwowego (Carlson, 2010). Pomimo faktu, że nadal jesteśmy daleko od dokładnego poznania na wszystkich poziomach każdego z neurochemicznych i fizycznych mechanizmów uczestniczących w tym procesie, różne dowody eksperymentalne zgromadziły dość obszerną wiedzę na temat mechanizmów zaangażowanych w proces uczenia się.

Mózg zmienia się przez całe nasze życie. Neurony, które go tworzą, mogą ulegać modyfikacjom w wyniku różnych przyczyn: rozwoju, urazów mózgu, ekspozycji na stymulację środowiskową i zasadniczo w wyniku uczenia się (BNA, 2003).

Podstawowe cechy uczenia się mózgu

Uczenie się jest podstawowym procesem, który wraz z pamięcią jest głównym środkiem przystosowania się żywych istot do powtarzających się modyfikacji naszego środowiska.

Używamy terminu uczenie się w odniesieniu do faktu, że doznanie powoduje zmiany w naszym układzie nerwowym (NS), które mogą być trwałe i implikować modyfikację na poziomie behawioralnym (Morgado, 2005).

Same doświadczenia zmieniają sposób, w jaki nasze ciało postrzega, działa, myśli lub planuje poprzez modyfikację NS, zmieniając obwody uczestniczące w tych procesach (Carlson, 2010).

W ten sposób w tym samym czasie, gdy nasz organizm wchodzi w interakcję ze środowiskiem, ulegną zmianie połączenia synaptyczne naszego mózgu, mogą powstać nowe połączenia, te, które są przydatne w naszym repertuarze behawioralnym wzmocnione lub inne nieprzydatne lub wydajne znikną (BNA, 2003).

Dlatego jeśli uczenie się ma związek ze zmianami, które zachodzą w naszym układzie nerwowym w wyniku naszych doświadczeń, to kiedy te zmiany są utrwalone, możemy mówić o wspomnieniach. (Carlson, 2010). Pamięć jest zjawiskiem wywnioskowanym na podstawie zmian zachodzących w NS i daje poczucie ciągłości w naszym życiu (Morgado, 2005).

Ze względu na wielorakie formy uczenia się i systemów pamięci, obecnie uważa się, że proces uczenia się i tworzenie nowych wspomnień zależy od plastyczności synaps, zjawiska, poprzez które neurony zmieniają swoją zdolność komunikowania się ze sobą (BNA, 2003 ).

Rodzaje uczenia się mózgu

Zanim opiszemy mechanizmy mózgu zaangażowane w proces uczenia się, konieczne będzie scharakteryzowanie różnych form uczenia się, w ramach których możemy wyróżnić co najmniej dwa podstawowe typy uczenia się: uczenie się nie-asocjacyjne i uczenie się asocjacyjne.

- Uczenie się bez asocjacji

Uczenie się nieasocjacyjne odnosi się do zmiany odpowiedzi funkcjonalnej, która pojawia się w odpowiedzi na prezentację pojedynczego bodźca. Z kolei uczenie się bez asocjacji może być dwojakiego rodzaju: przyzwyczajenie lub uczulenie (Bear i in., 2008).

Przyzwyczajenie

Powtarzająca się prezentacja bodźca powoduje zmniejszenie intensywności odpowiedzi na niego (Bear i in., 2008).

Przykład: jeśli mieszkałeś w domu z tylko jednym telefonem. Kiedy dzwoni, biegnie, aby odebrać telefon, jednak za każdym razem, gdy dzwoni, dzwoni do kogoś innego. Ponieważ zdarzenie to będzie się powtarzać, przestaną reagować na telefon, a nawet mogą przestać go słyszeć (Bear i in., 2008).

Uczulenie

Prezentacja nowego lub intensywnego bodźca powoduje reakcję o zwiększonej sile na wszystkie kolejne bodźce.

Przykład: Załóżmy, że idziesz nocą po chodniku dobrze oświetlonej ulicy i nagle następuje utrata przytomności. Każdy nowy lub dziwny bodziec, który się pojawi, taki jak słyszenie kroków lub zobaczenie reflektorów zbliżającego się samochodu, może go zdenerwować. Wrażliwy bodziec (blackout) doprowadził do uczulenia, co nasila ich reakcję na wszystkie kolejne bodźce (Bear i in., 2008).

-Socjatywne uczenie się

Ten rodzaj uczenia się opiera się na tworzeniu skojarzeń między różnymi bodźcami lub wydarzeniami. W ramach uczenia się asocjacyjnego można wyróżnić dwa podtypy: warunkowanie klasyczne i warunkowanie instrumentalne (Bear i in., 2008).

Warunkowanie klasyczne

W tego typu uczeniu się będzie istnieć powiązanie między bodźcem wywołującym odpowiedź (odpowiedź bezwarunkowa lub odpowiedź bezwarunkowa, RNC / RI), bodźcem bezwarunkowym lub bezwarunkowym (ENC / EI), a innym bodźcem, który normalnie nie prowokuje odpowiedzi, bodziec warunkowy (CS), a to będzie wymagało treningu.

Sparowana prezentacja CS i USA będzie obejmowała prezentację wyuczonej odpowiedzi (odpowiedź warunkowa, CR) na wytrenowany bodziec. Warunkowanie nastąpi tylko wtedy, gdy bodźce są prezentowane jednocześnie lub jeśli CS poprzedza ENC w bardzo krótkim odstępie czasu (Bear i in., 2008).

Przykład: bodziec ENC / EC, w przypadku psów, może być kawałkiem mięsa. Po obejrzeniu mięsa psy będą emitować reakcję ślinienia (RNC / RI). Jeśli jednak pies zostanie przedstawiony jako bodziec przez dźwięk dzwonka, nie będzie to żadna szczególna odpowiedź. Jeśli jednocześnie przedstawimy oba bodźce lub najpierw dźwięk dzwonka (CE), a potem mięso, po wielokrotnym treningu. Dźwięk będzie w stanie wywołać reakcję ślinienia bez obecności mięsa. Istnieje związek między jedzeniem a mięsem. Dźwięk (EC) może wywołać reakcję warunkową (CR), ślinienie.

Warunkowanie instrumentalne

W tego typu uczeniu się uczysz kojarzyć reakcję (akt motoryczny) ze znaczącym bodźcem (nagrodą). Aby zaistniało warunkowanie instrumentalne, konieczne jest, aby bodziec lub nagroda wystąpiły po reakcji jednostki.

Ważnym czynnikiem będzie także motywacja. Z drugiej strony, warunkowanie instrumentalne wystąpi również wtedy, gdy zamiast nagrody jednostka uzyska zanik awersyjnego bodźca walencyjnego (Bear i in., 2008).

Przykład: jeśli wprowadzimy głodnego szczura do pudełka z dźwignią, która zapewni pożywienie, to podczas eksploracji pudełka szczur naciska dźwignię (akt motoryczny) i obserwuje pojawienie się jedzenia (nagroda). Gdy zrobisz to więcej razy, szczur będzie kojarzył naciśnięcie dźwigni z zdobyciem pożywienia. Dlatego będziesz naciskać dźwignię, aż będziesz zadowolony (Bear i in., 2008).

Neurochemia uczenia się mózgu

Empowerment i depresja

Jak wspomnieliśmy wcześniej, uważa się, że uczenie się i pamięć zależą od procesów plastyczności synaptycznej.

Zatem różne badania wykazały, że procesy uczenia się (wśród których znajdują się te opisane powyżej) i pamięci powodują zmiany w łączności synaptycznej, które zmieniają siłę i zdolność komunikacyjną między neuronami.

Te zmiany w łączności byłyby wynikiem mechanizmów molekularnych i komórkowych, które regulują tę aktywność w wyniku pobudzenia i hamowania neuronów, które regulują plastyczność strukturalną.

Zatem jedną z głównych cech synaps pobudzających i hamujących jest wysoki poziom zmienności ich morfologii i stabilności, która występuje jako konsekwencja ich aktywności i upływu czasu (Caroni i in., 2012).

Naukowcy specjalizujący się w tej dziedzinie są szczególnie zainteresowani długoterminowymi zmianami siły synaptycznej, będącymi konsekwencją procesów długotrwałego wzmacniania (PLP) - i długotrwałej depresji (DLP).

• Wzmocnienie długoterminowe : następuje wzrost siły synaptycznej w wyniku stymulacji lub wielokrotnej aktywacji połączenia synaptycznego. Dlatego konsekwentna reakcja pojawi się w obecności bodźca, tak jak w przypadku uczulenia.
• Długotrwała depresja (DLP) : następuje wzrost siły synaptycznej w wyniku braku powtarzającej się aktywacji połączenia synaptycznego. Dlatego wielkość odpowiedzi na bodziec będzie mniejsza lub nawet zerowa. Można powiedzieć, że zachodzi proces habituacji.

Przyzwyczajenie i świadomość

W pierwszych badaniach eksperymentalnych, których celem było zidentyfikowanie zmian neuronalnych leżących u podstaw uczenia się i pamięci, wykorzystano proste formy uczenia się, takie jak habituacja, uczulenie czy warunkowanie klasyczne.

Na tym tle amerykański naukowiec Eric Kandel skupił się w swoich badaniach na odruchu retrakcji skrzeli Aplysia Califórnica, wychodząc z założenia, że ​​struktury neuronalne są analogiczne między tymi i wyższymi systemami.

Badania te dostarczyły pierwszych dowodów na to, że w pamięci i uczeniu się pośredniczy plastyczność połączeń synaptycznych między neuronami zaangażowanymi w zachowanie, ujawniając, że uczenie się prowadzi do głębokich zmian strukturalnych, które towarzyszą magazynowaniu pamięci (Mayford et. al., 2012).

Kandel, podobnie jak Ramón y Cajal, stwierdza, że ​​połączenia synaptyczne nie są niezmienne, a zmiany strukturalne i / lub anatomiczne stanowią podstawę magazynowania pamięci (Mayford i in., 2012).

W kontekście neurochemicznych mechanizmów uczenia się będą miały miejsce różne zdarzenia związane zarówno z przyzwyczajeniem, jak i uczuleniem.

Przyzwyczajenie

Jak wspomnieliśmy wcześniej, habituacja polega na zmniejszeniu intensywności odpowiedzi, będącej konsekwencją powtarzającej się prezentacji bodźca. Kiedy neuron czuciowy odbiera bodziec, generowany jest potencjał pobudzający, który umożliwia skuteczną odpowiedź.

Gdy bodziec jest powtarzany, potencjał pobudzający stopniowo maleje, aż w końcu nie przekracza minimalnego progu rozładowania niezbędnego do wygenerowania postsynaptycznego potencjału czynnościowego, który umożliwia skurcz mięśni.

Powodem, dla którego ten potencjał pobudzający maleje, jest fakt, że wraz z ciągłym powtarzaniem bodźca następuje wzrost produkcji jonów potasu (K ⁺ ), co z kolei powoduje zamknięcie kanałów wapniowych ( Ca ²⁺ ), co zapobiega przedostawaniu się jonów wapnia. Dlatego proces ten spowodowany jest spadkiem wydzielania glutaminianu (Mayford et al, 2012).

Uczulenie

Uczulenie jest bardziej złożoną formą uczenia się niż habituacja, w której intensywny bodziec powoduje przesadną reakcję na wszystkie kolejne bodźce, nawet te, które wcześniej wywoływały niewielką lub żadną reakcję.

Mimo że jest podstawową formą uczenia się, ma różne etapy, krótko- i długoterminowe. Podczas gdy krótkotrwałe uczulenie wiązałoby się z szybkimi i dynamicznymi zmianami synaptycznymi, długotrwałe uczulenie prowadziłoby do długotrwałych i stabilnych zmian, będących konsekwencją głębokich zmian strukturalnych.

W tym sensie w obecności bodźca uczulającego (intensywnego lub nowego) nastąpi uwolnienie glutaminianu, gdy ilość uwolniona przez terminal presynaptyczny będzie nadmierna, aktywuje on postsynaptyczne receptory AMPA.

Fakt ten pozwoli na wejście Na2 + do neuronu postsynaptycznego, umożliwiając jego depolaryzację, a także uwolnienie receptorów NMDA, które do tej pory były blokowane przez jony Mg2 +, oba zdarzenia pozwolą na masowe wejście Ca2 + do neuronu postsynaptycznego.

Jeśli bodziec uczulający będzie prezentowany w sposób ciągły, spowoduje to trwały wzrost dopływu Ca2 +, który będzie aktywował różne kinazy, prowadząc do zainicjowania wczesnej ekspresji czynników genetycznych i syntezy białek. Wszystko to doprowadzi do długotrwałych zmian konstrukcyjnych.

Dlatego podstawowa różnica między tymi dwoma procesami polega na syntezie białek. W pierwszym z nich, przy krótkotrwałym uczuleniu, jego działanie nie jest konieczne do jego wystąpienia.

Z drugiej strony, w długotrwałym uczuleniu istotne jest, aby synteza białek zachodziła tak, aby zachodziły trwałe i stabilne zmiany mające na celu tworzenie i podtrzymywanie nowej wiedzy.

Konsolidacja uczenia się w mózgu

Uczenie się i pamięć są wynikiem zmian strukturalnych, które zachodzą w wyniku plastyczności synaptycznej. Aby te zmiany strukturalne zaszły, konieczny jest długotrwały proces wzmocnienia, czyli konsolidacja siły synaps.

Podobnie jak w przypadku indukcji długotrwałego uczulenia, konieczna jest zarówno synteza białek, jak i ekspresja czynników genetycznych, które doprowadzą do zmian strukturalnych. Aby te zdarzenia zaszły, musi zajść szereg czynników molekularnych:

• Utrzymujący się wzrost wejścia Ca2 + do terminalu aktywuje różne kinazy, prowadząc do zainicjowania wczesnej ekspresji czynników genetycznych i syntezy białek, co doprowadzi do indukcji nowych receptorów AMPA, które zostaną wprowadzone do membrana i będzie utrzymywać PLP.

Te zdarzenia molekularne spowodują zmianę rozmiaru i kształtu dendrytycznego, z możliwością zwiększenia lub zmniejszenia liczby kolców dendrytycznych w niektórych obszarach.

Oprócz tych zlokalizowanych zmian, obecne badania wykazały, że zmiany zachodzą również na poziomie globalnym, ponieważ mózg działa jako jednolity system.

Dlatego te zmiany strukturalne są podstawą uczenia się, a ponadto, gdy zmiany te mają tendencję do utrzymywania się w czasie, będziemy mówić o pamięci.

Bibliografia

1. (2008). W stowarzyszeniu BN i BNA, Neurosciences. Nauka o mózgu. Wprowadzenie dla młodych studentów. Liverpool.
2. Bear, M., Connors, B. i Paradiso, M. (2008). Neuronauka: badanie mózgu. Filadelfia: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F. i Muller, D. (2012). Strukturalna plastyczność w nauce: regulacja i funkcje. Naturę, 13, 478-490.
4. Podstawy fizjologii behawioralnej. (2010). W N. Carlson. Madryt: Pearson.
5. Mayford, M., Siegelbaum, SA, & Kandel, ER (nd). Synapsy i przechowywanie w pamięci.
6. Morgado, L. (2005). Psychobiologia uczenia się i pamięci: podstawy i najnowsze osiągnięcia. Rev Neurol, 40 (5), 258–297.