Los tres vértices de la Neurociencia Cognitiva

El concepto de Neurociencia Cognitiva como una nueva subdisciplina surgió en los años 80 de la confluencia de tres tradiciones científicas claramente diferenciadas:

·         La neurociencia

·         La psicología cognitiva

·         Las ciencias de la computación (la inteligencia artificial)

Michael Gazzaniaga y George A. Miller acuñaron el nombre de Neurociencia Cognitiva y se creó el primer Instituto de Neurociencia Cognitiva en la Universidad de Harvard, dirigido por Stephen Kosslyn. La convergencia de estas tres tradiciones científicas hasta entonces aisladas ha resultado tan fructífera que la Neurociencia Cognitiva ha despertado el entusiasmo de las nuevas generaciones de neurocientíficos, psicólogos cognitivos y expertos en inteligencia artificial. Conocer el modo en que se implementan en el cerebro las funciones ejecutivas y emocionales es el objetivo de estudio en las últimas décadas.

La Neurociencia Cognitiva como campo interdisciplinar se abastece de una interacción dinámica entre neurociencia, psicología experimental e inteligencia artificial, lo que implica un diálogo continuo entre tres tipos distintos de análisis y conceptos científicos.

Aportaciones de la Neurociencia

Desde esta perspectiva es importante destacar el hecho de que aunque una determinada lesión en el cerebro altere una función concreta no implica que la región implicada sea la sede de dicha función, ya que la lesión puede afectar a otras regiones y habrá alterado las conexiones de distintas estructuras, por lo que el déficit funcional puede deberse a estos factores secundarios que conlleva toda lesión cerebral más que a su localización estricta.

El avance tecnológico desarrollado a lo largo del siglo XX ha permitido la incorporación  de nuevas estrategias de investigación del cerebro, produciendo grandes avances en el conocimiento de su organización anatomofisiológica. Paralelamente, estos avances han impulsado la búsqueda de las relaciones cerebro-conducta y cerebro-cognición. En lo que se refiere propiamente a la investigación cerebral, el desarrollo de las modernas técnicas de registro neurofisiológico ha permitido con el avance de los mapas sensoriales y motores de la corteza cerebral, la organización funcional de las distintas cortezas sensoriales, así como de su estructura organizativa a nivel celular a partir de los pioneros trabajos de Mountcastle en la corteza somestésica, y de Hubel y Wiesel en la visual. Paralelamente los neurocientíficos se han ido interesando cada vez más por la incorporación de las tareas experimentales de los psicólogos con objeto de conocer los mecanismos neurofisiológicos implicados en distintas funciones psicológicas. Una gran aportación en esta línea es la del científico español Joaquín Fuster sobre la actividad de neuronas individuales de la corteza prefrontal en la memoria a corto plazo llevada a cabo en la UCLA (Universidad de California-Los Ángeles).

Entre los avances técnicos destacan las técnicas de neuroimagen funcional para el desarrollo de la neurociencia cognitiva, ya que ha permitido registrar en vivo los patrones de actividad cerebral que se producen durante la realización de tareas experimentales concretas.

Aportaciones de la psicología

Herbert Simon, perteneciente al campo de la computación artificial, es considerado por muchos como el fundador de la ciencia cognitiva. La psicología cognitiva se inspira en la metáfora del ordenador, centrando su objeto de estudio en la especificación del modo en que los seres humanos procesan información. Miller desarrolló tres presupuestos para poder establecer relaciones entre cerebro humano y la conducta: 1) Que las funciones complejas se pueden descomponer en procesos más simples; 2) Que esos componentes se pueden localizar anatómicamente y se pueden estudiar de un modo relativamente aislado; y 3) Que los procesos cerebrales más simples se pueden correlacionar de un modo directo con los procesos conductuales más simples. Por otro lado, Saul Sternberg manifestó que algunas tareas psicológicas se realizan mediante una serie de estadios discretos de procesamiento que se pueden analizar individualmente y, desarrolló el método de los factores aditivos para caracterizarlos. En la misma línea, Posner diseñó tareas para evaluar aspectos elementales del procesamiento de la información y poder así estudiar una función compleja como la atención analizando sus componentes individuales, haciendo una aportación fundamental a la confluencia entre psicología y neurociencia al proponer métodos para estudiar los componentes individuales del procesamiento de la información.

Un último factor determinante de la confluencia entre psicología cognitiva y neurociencia la proporcionó el desarrollo de modelos conexionistas de procesamiento de la información a partir de la publicación en 1986 del libro de Rumelhart y McClelland. Estos investigadores proponen desarrollar modelos inspirados en el funcionamiento real del cerebro. Una de las características fundamentales del cerebro es que está compuesto de millones de neuronas masivamente interconectadas que trabajan simultáneamente en paralelo.

Aportaciones de la inteligencia artificial

Turing estableció las bases de la inteligencia artificial. Este investigador diferenció netamente la estructura física del ordenador (hardware) de los programas (software). La inteligencia artificial ha aportado un nuevo modo de entender el funcionamiento cerebral a partir del lenguaje computacional. Con este avance el cerebro empezó a concebirse como un órgano especializado en el procesamiento de la información y el término de computación comenzó a aplicarse en las operaciones realizadas por el cerebro y sus elementos funcionales, las neuronas. De hecho el cerebro es considerado como un complejo sistema de procesamiento de la información y cada neurona como elemento funcional diferenciado.

Entre los principales impulsores de la convergencia entre neurociencia, psicología cognitiva y computación artificial se encuentra David Marr. La confluencia entre psicología cognitiva y neurociencia y las aportaciones de la Neurociencia Cognitiva sobre el conocimiento de los mecanismos cerebrales implicados en las funciones psicológicas complejas que caracterizan a los humanos son los retos de investigación en torno al estudio sobre el cerebro, dónde todavía nos queda largo camino por recorrer.


Bibliografía: Enríquez de Valenzuela, Paloma Neurociencia Cognitiva, Ed. Sanz y Torres, UNED 2014.

El efecto sorpresa en el aprendizaje.

"Crecer no es fácil, es un proceso que supone ganar madurez y aprendizajes pero con el que vamos perdiendo y apagando poco a poco ciertos comportamientos y actitudes de la infancia como son: la espontaneidad, la curiosidad y la capacidad de sorprendernos ante las cosas que de adultos nos parecen normales."

Este artículo está centrado en la reflexión sobre el factor sorpresa, un elemento muy presente en el aprendizaje durante la infancia y que a partir de la adolescencia parece "adormilado". Es de gran interés para el aprendizaje de los adolescentes aportar métodos didácticos que sorprendan y que despierten su atención para un aprendizaje de éxito.

Hay numerosas teorías y modelos que tratan de dar explicación a la forma en la que los humanos y demás animales aprendemos. El aprendizaje, también denominado "etiquetado conductual" dentro del paradigma conductual, es reforzado –y se mantiene en el largo plazo- cuando en el cerebro se da un proceso de síntesis proteica. Se genera este proceso cuando el cerebro recibe estímulos inesperados y hace que todo lo aprendido durante ese período se recuerde por más tiempo. A partir de esta tesis se podría afirmar que el aprendizaje se da gracias al efecto sorpresa de acontecimientos inesperados y no con los acontecimientos que se prevén. 

Una de las teorías sobre la importancia del concepto de sorpresividad en lo que al proceso de aprendizaje se refiere es el modelo de Robert Rescorla y Allan Wagner (Rescorla y Wagner, 1972; Wagner y Rescorla, 1972). Es un modelo asociativo para el aprendizaje que, a día de hoy, sigue siendo un modelo de referencia. La principal característica del modelo es que asume que en un ensayo de condicionamiento el aprendizaje sólo tiene lugar si el estímulo incondicionado (EI) es sorprendente. Rescorla y Wagner sugieren en su teoría que la fuerza asociativa entre un EC (aquel que provoca un reflejo por asociación con un estímulo incondicionado) y un EI  (aquel que provoca un reflejo sin necesidad de aprendizaje) aumenta en cada ensayo de aprendizaje hasta que el EC predice completamente el EI y éste deja de ser sorprendente, punto en el cual dicha fuerza alcanza su máximo posible.Si el EI no se espera (es decir, si es sorprendente), el animal aprenderá algo sobre los ECs que lo precedieron (necesita aprender para poder predecir mejor en un futuro). Wagner (1981) sugirió que un estímulo sorprendente tiene un mejor procesamiento en nuestra memoria a corto plazo y por lo tanto mayor probabilidad de mantenerse en nuestra memoria a largo plazo.

En el 2001, un grupo de investigadores británicos y australianos detectó mediante imágenes de resonancia magnética la zona del cerebro que se activa durante el aprendizaje basado en hechos impredecibles. Esta región va perdiendo actividad a medida que el individuo se familiariza con las tareas, pero la vuelve a recuperar en el momento que se produce un hecho imprevisto. El estudio fue publicado en la revista "Nature Neuroscience" y en él se reveló que la región cerebral implicada en el aprendizaje está involucrada también en la toma de decisiones basada en las emociones. 

En Argentina en el 2013, un grupo de expertos del Laboratorio de Memoria del Instituto de Biología Celular y Neurociencia (IBCN) dirigido por la investigadora Haydée Viola realizó un estudio con 1.600 alumnos entre siete y nueve años cuyo resultado fue que "los niños que realizaron una actividad sorpresa de solo 15 minutos antes o después de la clase retuvieron más del 60 por ciento de lo aprendido". Haydée Viola explicó que el cerebro recibe estímulos inesperados y hace que todo lo aprendido se recuerde por más tiempo. “Con esta investigación realizada por primera vez en humanos, continuaremos buscando nuevos datos para entender este fenómeno” dijo. El método didáctico ideado por Fabricio Ballarini fue aplicado en ocho colegios de Educación Primaria de Buenos Aires y consistió en una breve y divertida clase de ciencia, que dictó de manera sorpresiva a algunos alumnos de segundo a quinto grado. Antes o después de esta clase, se les leyó a todos los niños un cuento con la intención de que lo aprendieran. Al día siguiente se les evaluó a todos y los que habían recibido la clase sorpresa de ciencia recordaron un 60% más del cuento que quienes no habían participado de esa actividad novedosa. Cuando se midieron los resultados de las preguntas más difíciles la diferencia fue aún más abrumadora. Fabricio Ballarini comentó:  “Es notable que docentes y directivos creen que el problema son los chicos, su falta de atención y de estímulos, que el colegio no los divierte, que aprenden por otros medios, que las computadoras... Eso existe, sin duda, pero se pueden elaborar estrategias para modificarlo”. En conclusión determinaron que los niños mejoraban su aprendizaje cuando se les enseñaba algo novedoso, en un lugar distinto al habitual y cuando la clase la impartía alguien que no conocían. 

Para concluir destaco las palabras de Polo Vallejo, musicólogo, pedagogo y compositor en un ciclo de conferencias sobre la felicidad en tiempos difíciles en 2013: “Sorprender es sinónimo de asombrar, de despertar sensaciones capaces de potenciar la sensibilidad individual o colectiva. La música es un excelente transmisor de afectos, recurre en ocasiones al elemento sorpresa para activar nuestra escucha. Gracias al ingenio de compositores y a la sabiduría implícita en las músicas tradicionales, descubrimos que lo inesperado es siempre un recurso infalible para atrapar la atención y, por tanto, para avivar la emoción”.

Es impracticable sorprender a los alumnos todos los días del año pero podemos elaborar estrategias de aprendizaje que despierten en nuestros adolescentes la curiosidad por aprender basándonos en el efecto sorpresa y por qué no en la música, muy apreciada en estas edades.

Aránzazu Ibáñez

Fuentes de información:

- Modelo de Rescorla-Wagner, página 127. Teorías del aprendizaje. Psicología del aprendizaje, UNED.

- Suplemento El Mundo, 22 de Septiembre de 2001, número 447. El efecto sorpresa facilita el aprendizaje.

-  "Una sorpresa refuerza tu memoria", revista QUO, 27 de agosto de 2013, estudio publicado en PLOS ONE.

- Educar al cerebro: nuevas técnicas para mejorar el nivel de los alumnos. Perfil.com, 20 julio de 2014.

- El factor sorpresa y su efecto en las emociones, con el compositor y pedagogo Polo Vallejo. El musicólogo, pedagogo y compositor Polo Vallejo cierra el jueves, 21 de noviembre, el ciclo sobre la felicidad en tiempos difíciles. Fundación Botín, www.fundacionbotin.org