por Danna Rivera hace 2 días
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En la superficie del cerebro pueden observarse pliegues y hendiduras que generan circunvoluciones, y cuatro regiones mayores: los lóbulos, que tienen cierta especialización funcional. De atrás hacia adelante encontramos el lóbulo occipital, vinculado con la visión, y el lóbulo parietal, relacionado con el manejo del espacio y del propio cuerpo en el ambiente; de ahí el papel que cumple en la noción de identidad, especialmente en el hemisferio derecho. Bajo este se halla el lóbulo temporal, que procesa la audición, la comprensión del lenguaje, las emociones más fundamentales y parte importante de las memorias. Por delante se localiza el lóbulo frontal, cuya región posterior alta procesa las conductas motoras; la región posterior baja a izquierda, el lenguaje expresivo, y la región prefrontal se relaciona con el razonamiento, la solución de problemas y la regulación de orden superior de la conducta. En la cara interna de cada hemisferio se ubica un conjunto de regiones denominado sistema límbico, que se relaciona con las emociones, las memorias y la asignación de valor a percepciones, creencias y deseos. El sistema límbico contiene además la porción de la corteza cerebral llamada cíngulo, que está situada encima del cuerpo calloso, con lo que se termina de delinear el circuito anátomo-funcional constituido en sede del procesamiento de funciones tan básicas y antiguas como las memorias y las emociones (Ilustración 2). En el interior del cráneo, acompañando al cerebro, debajo del lóbulo occipital, se encuentra el cerebelo, que participa en el control motor y en algunos tipos de cogniciones. Delante de este se ubica el tronco cerebral, estructura que reúne las fibras (haces de axones) que van del cerebro a la médula, y de esta a los miembros y el tronco; dichas fibras transportan información motora desde el cerebro hacia el cuerpo, e información sensitiva desde el cuerpo hacia el cerebro. El tronco cerebral contiene además conjuntos de neuronas llamados núcleos, que controlan los músculos de la cara, la fonación, la deglución, el aparato cardiovascular y otras actividades llamadas "vegetativas", que regulan automáticamente (sin participación de la conciencia) los procesos vitales más importantes. Por último, al cortar el cerebro horizontalmente, se puede distinguir la corteza cerebral, de color gris, que contiene las neuronas; la sustancia blanca, compuesta de fibras que comunican partes del cerebro o el cerebro completo con otros dominios corporales; varios conjuntos de neuronas llamados núcleos de la base, y el tálamo, que regulan el intercambio de información (llegada y salida) entre la periferia y la corteza. Bajo el tálamo existe un conjunto de núcleos denominado el hipotálamo, del cual cuelga la llave maestra del aparato hormonal, la hip~fisis, que estimula, inhibe y .yusta los diez tipos de hormonas de todo el cuerpo. El hipotálamo tiene además varios otros núcleos, vinculados con los apetitos primarios (hambre, sed, instinto sexual), los ritmos circadianos (sueño, vigilia) y otros controles vegetativos superiores (Ilustración 3). Si se compara el cerebro humano con los de otras especies mamíferas, incluyendo en estas a nuestros más cercanos primos, los primates superiores, pueden observarse los cambios evolutivos ocurridos, especialmente en el lóbulo frontal. La característica y pronunciada convexidad antero-superior de este lóbulo en los humanos contrasta con el aplanamiento que muestra en los primates. Si se compara la relación que existe e ntre el peso del cerebro humano y el peso corporal total, con la que existe en ballenas y elefantes, las diferencias son aún mayores. En una palabra, la mera observación macroscópica de nuestro cerebro revela importantes diferencias respecto al de cualquier otra especie. Y este mayor desarrollo no es solo cuantitativo (Ilustración 4). La evolución ha ido agregando progresivamente regiones cerebrales que procesan funciones distintas. A los meros controles vegetativos y al desarrollo de conductos simples (cerebro reptiliano) se sumaron, en una segunda etapa, las funciones que procesa el sistema límbico o corteza paleomamífera (emociones, memoria más avanzada). Finalmente, apareció la corteza neomamífera, que procesa habilidades superiores (Ilustración 5). En los humanos se mantienen las porciones cerebrales más primitivas (cerebro Triuno de Paul McLean), pero reguladas mediante los controles de nuestra enorme neocorteza. Sin embargo, las diferencias cualitativas no se reducen a los sistemas de control. El cerebro humano ha desarrollado funciones enteramente nuevas, que no se encuentran ni siquiera en las especies más avanzadas. Entre ellas se destacan el lenguaje, la conciencia superior, el juicio moral, la lógica formal explícita, la lógica matemática, las simbologías estéticas, los propósitos abstractos de largo plazo, la tendencia a trascender el aquí y el ahora, y algunas más. En capítulos posteriores se abundará en estas funciones mentales exclusivamente humanas. Es paradoja!, sin e1nbargo, que estas diferencias sustanciales no se encuentran cuando se observa la estructura microscópica del cerebro y sus diversos componentes. Es como si la indudable mayor complejidad funcional de nuestro cerebro, comparada con la del cerebro del chimpancé (con el que compartimos un 98,5% de los genes), no se fundamentara en la realización de procesos celulares diferentes, sino solo en un incremento muy significativo del número de redes neuronales involucradas. Esto implica más neuronas, más sinapsis, más conexiones, un mayor número de niveles de procesamiento en los que se computa la información, y un aumento de la magnitud de los procesamientos paralelos y de la densidad de conexiones entre redes secuenciales y paralelas. En una palabra, el enorme mejoramiento del cerebro humano respecto al de los primates, y del de estos sobre el de los monos, etc., se fundamenta, al parecer, en cambios cuantitativos más que cualitativos, tanto locales (lóbulos frontales y parietales) como generales (peso total, número de neuronas y sinapsis), puesto que la lógica de funcionamiento de las redes neuronales no varía. Sin duda, es difícil aceptar que esto sea así, cuando se trata, por ejemplo, del lenguaje, lo moral y la conciencia superior, pero esas son las evidencias disponibles hasta este momento. Debe señalarse, no obstante, que se han encontrado algunos tipos de células (neuronas fusiformes, neuronas espejo) que solo existen en primates superiores y que son más abundantes en el hombre que en sus primos. 2. LOS COMPONENTES ELEMENTALES: NEURONAS, SINAPSIS Y REDES Hay 100.000 millones de neuronas en cada encifalohumano. Cada una de ellas hace contacto con entre 5.000 y 10.000 otras neuronas (Ilustración 6). Además de estas, existen las células de soporte llamadas glía, que contribuyen al apoyo físico de las neuronas, al mismo tiempo que a sus intercambios metabólicos. Últimamente, se les asigna además una función en la más largos los que transcurren de un hemisferio al otro, a través del cuerpo calloso, y los que conectan las regiones posteriores (occipitales) con el lóbulo frontal; más cortos los que relacionan regiones cercanas e incluso redes neuronales de la misma región. Cabe destacar que los axones intracerebrales más largos, que asocian regiones funcionales separadas, se establecen más tardíamente que los que configuran redes locales que computan funciones unitarias (módulos). Mientras el axón es único para cada neurona, las demás prolongaciones, siempre más cortas, llamadas dendritas, son exclusivamente receptoras de los estímulos que les entregan los axones. Axones y dendritas se comunican a través de un dispositivo muy particular, ya mencionado, llamado sinapsis, o más bien "espacio sináptico", pues entre una neurona y otra no hay continuidad física, y los estímulos excitatorios o inhibitorios se transmiten a través de sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Dichas sustancias se liberan en cantidades discretas en un terminal presináptico, y actúan sobre la membrana postsináptica de la siguiente neurona, en receptores específicos para cada neurotransmisor (Ilustración 7). Los neurotransmisores son de acción rápida. Los neuromoduladores, que son neurotransmisores de acción más lenta pero más amplia, son liberados por axones cuyos cuerpos celulares están en los núcleos del tallo cerebral, y se distribuyen por todo el cerebro, modulando respuestas extensas y coordinadas. Sus efectos se utilizan en psiquiatría; por ejemplo, en el uso de medicamentos que activan la serotonina para tratar la depresión, o en la administración de drogas que producen satisfacción por simular la acción de la dopamina. Se utilizan asimismo los que se relacionan con la memoria (acetilcolina) y con el aumento de actividad (noradrenalina). También actúan como neurotransmisores ciertos compuestos proteicos llamados neuropéptidos, como las endorfinas, que son capaces de bloquear la percepción cerebral del dolor, algunas hormonas especiales ( oxitocina en el apego), y otras generales, que llegan al cerebro por vía sanguínea y activan o inhiben receptores específicos ( testosterona y deseo sexual). En el otro extremo de la cadena hay redes y conjuntos de redes que procesan funciones mucho más generales y abstractas, como ocurre en la región prefrontal, que trabaja en asuntos tales como definición de programas conductuales para alcanzar determinadas metas. Entre estos dos polos se producen miles de etapas y niveles de procesamiento secuencial y paralelo de las informaciones que llegan del exterior debido a experiencias sensitivo-sensoriales (bottom-up, o de abajo hacia arriba), pero que son modificadas y reconstruidas por los conocimientos que el cerebro ya posee (contenidos de memorias, estructuras formales de procesamiento, resultados e impactos emocionales previos, etc.), y que operan de arriba hacia abajo (top-down). Sin embargo, es posible considerar, con fines puramente didácticos, ya que la realidad es obviamente más compleja, seis niveles de procesamiento: • Ingreso de la información sensitivo-sensorial y ordenamiento unimodal (visión, audición, etc.). • Organización multimodal de la información (percepciones de situaciones complejas con figuras, espacios, ruidos, olores). • Áreas de asociación supramodal (con memoria, emociones, lenguaje, etc.). • Procesamiento de habilidades cognitivas superiores ( evaluación, valoración, significación, normativa, programática, etc.). • Definición de programas de acción y conductas (motoras, lingüísticas, etc.). • Ejecución de conductas. Esta secuencia, que de algún modo se corresponde con áreas cerebrales específicas (ingreso por regiones posteriores, asociación con áreas medias, evaluación, programación y conductas en regiones anteriores), no siempre opera en ese orden. Como se ha dicho, la actividad de las redes puede iniciarse en las áreas de procesamiento más complejo en la región prefrontal (top-down), situación que llamamos "intencionalidad", y que al hacerse consciente constituye la "voluntad". También es posible que, frente a un peligro cierto, su percepción visual active directamente las conductas motoras de huida, sin que la información sea procesada por la corteza prefrontal. De este modo, los estímulos perceptivos, motivacionales, conceptuales y conductuales crean, definen o estabilizan, a través de modificaciones sinápticas, redes específicas y por tanto no aleatorias, que, como se verá más adelante, se constituyen en el fundamento neurobiológico del aprendizaje y que, como tales, se mantienen o modifican, de acuerdo con nuevas experiencias (estímulos) y con el desarrollo y maduración genéticamente determinados del cerebro. Esta capacidad de estabilizar y, eventualmente, modificar redes neuronales según su uso, está en la base de la así llamada plasticidad cerebral, que es posible no solo porque se estructuran activamente nuevas conexiones y sinapsis, sino porque, además, pueden generarse o desaparecer neuronas. Naturalmente, estos procesos son mucho más activos en el recién nacido, pero se mantienen en grado menor hasta el fin de la vida. Todo esto significa que, a nivel neuronal, la plasticidad cerebral es un hecho físico. En este sentido, cabe destacar que las memorias implican cambios reales de sinapsis, estructuración de redes y conexiones, y cambios intraneuronales. Incluso, ciertas competencias complejas pueden aumentar el número de neuronas y redes. Por ejemplo: un violinista experto desarrolla en las áreas corticales que manejan la mano izquierda más neuronas, más redes y sinapsis. Igualmente, psicoterapias bien hechas cambian las estructuras neuronales en las regiones apropiadas. Queda claro, entonces, que "el aprendizaje puede existir porque pueden cambiar sinapsis, redes y neuronas". 3. ALGUNOS PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO CONJUNTO DEL CEREBRO Sin duda, la mera configuración de sinapsis y redes neuronales no explica el funcionamiento del cerebro. Aun cuando sigue habiendo muchas incógnitas (por ejemplo: cuál es el correlato neurobiológico de la autoconciencia subjetiva y la voluntad), existen suficientes evidencias como para plantear algunos principios que regulan los procesos cerebrales en su conjunto. Estos son: 3.1. Jerarquía y secuencia Los procesos cerebrales se desarrollan siguiendo un orden muy estable, particularmente en las etapas iniciales, a partir del ingreso de información por los órganos sensoriales. Los procesos son jerarquizados y secuenciales. La ruta más conocida es la visual, por lo que seguiremos muy brevemente ese camino, pese a que las demás (audición, gusto, olfato, tacto y cenestesia) también siguen secuencias ordenadas, según su propia modalidad. La primera estación de la vía visual es la recepción de fotones (luz) por la retina, que está compuesta de receptores especializados (conos y bastones) y ordenados a partir de su concentración en un punto central o focal (con lo cual se puede leer y percibir colores, por ejemplo). Esta información es computada por varias capas neuronales de la retina, y se envía codificada hasta una primera estación de relevo en un núcleo especial del tálamo llamado núcleo geniculado lateral, donde es reordenada para ser enviada a la corteza occipital, y puede además hacer conexiones con otras áreas, por ejemplo los núcleos del tronco cerebral que manejan los músculos que mueven los ojos. La mirada (como movimiento conjunto de los dos ojos hacia un objeto) también puede dirigirse desde otros centros. La información recodificada llega a la corteza visual primaria separada en sus componentes: luminosidad, bordes y formas, color, movimientos (del objeto que se mira). Eri sucesivas etapas, la imagen visual se integra -asociación unimodal-, hasta estar lista para ser enviada por dos caminos: uno superior, occipital parietal, que procesa los componentes "espaciales" de la imagen compleja (vía del dónde), y otro inferior, occipital temporal, que procesa el componente constituido por los objetos que se incorporan en la imagen (vía del qué). En este último lugar (lóbulo temporal, especialmente en el hemisferio derecho), la información visual se conecta con un área particularmente extensa en los humanos, cuyas redes neuronales son capaces de reconocer caras. En la estación parietal (espacio), la información visual se conecta con información cenestésica (que recoge información del propio cuerpo), lo que permite saber qué relaciones tiene el espacio externo con el individuo, y su propia posición en el espacio (Ilustración 9). En estas etapas, la información visual se conecta además con otras modalidades perceptivas (auditiva, olfativa, táctil, etc.), con lo que la información se hace aún más compleja, porque integra la información de varias entradas en imágenes globales del mundo exterior y de la posición que uno ocupa en él (asociación multimodal). Luego, este conjunto de informaciones arriba a las cortezas asociativas, donde se integra con memorias, emociones, creencias, deseos y componentes básicos de las funciones cerebro-mentales, que agregan así valor y significación a la imagen percibida. Finalmente, las conexiones entre regiones asociativas y lóbulos frontales posibilitan evaluar las percepciones según metas y propósitos de más alto rango, y definir conductas activando las regiones motoras y lingüísticas. Esta es la vía llamada "bottom-up", que ya hemos señalado anteriormente. Este ingreso más o Il).enos pasivo de información (visual en este ejemplo), y sus sucesivas etapas, prácticamente parece mantenerse ajeno a la intencionalidad. Pero esto es así solo en las primeras etapas de construcción de representaciones de situaciones o de objetos, en sus espacios externo y personal. De hecho, la recepción pasiva de información es rara; ocurre sobre todo ante estímulos inesperados y sorpresivos que pueden implicar riesgo o beneficio. Esto se debe a que existen las vías inversas (top-down), que dirigen y seleccionan las relaciones que es convenie~te establecer con la información que ingresa y con otras percepciones -memorias, creencias, deseos, conceptos o actos posibles-, según los niveles de análisis que se han descrito. Más aún, debido a la posibilidad de enfocar la atención -dispositivo central de la intencionalidad, del cual hablaremos en otros capítulos-, puede elegirse a qué estímulos perceptivos permitir su ingreso y procesamiento. Está claro, entonces, que tanto el procesamiento de abajo-arriba como el de arriba-abajo utilizan información previa disponible, ya sea innata, o aprendida a través de experiencias pasadas y ya procesadas. La importancia de las vías top-down es enorme. Permiten, por ejemplo, elegir qué observar en un bosque: la microfauna o los helechos, si se es un naturalista; los árboles más rectos y firmes, si se es un constructor de cabañas de madera, o los cursos de agua con más cauce y caída, si el interés es construir centrales hidroeléctricas. Pero la inteticionalidad actúa antes, desde la decisión de ir al bosque, y por qué medios, etc. 3.2. Paralelismo Si miramos con cuidado el ejemplo de jerarquía y secuencialidad de la percepción visual, podremos observar que siempre, en la vida normal de cualquier individuo, hay procesamientos en paralelo. Los componentes de la imagen visual (luz, color, forma, movimiento) ingresan por separado en la primera estación de la corteza occipital, y son integrados en pasos sucesivos (unímodales), hasta construir relaciones intermodales (auditiva, olfativa, cenestésica, etc.) y asociaciones supramodales (memorias, emociones, etc.). Esto implica una multitud de procesamientos simultáneos y en paralelo de las diversas informaciones, puesto que para encontrarse y relacionarse deben ser procesadas al mismo tiempo en sus distintas cualidades, en el caso de la percepción, o en sus distintos dominios supramodales (memoria y reconocimiento, emociones, conceptos y significación, etc.). Pero hay muchos más. En cualquier situación se puede atender a ciertos componen tes adicionales y procesarlos paralelamente a la información perceptiva directa. Por ejemplo, si alguien está en un cóctel, pueden interesarle especialmente las ideas y las palabras que solo uno de los interlocutores emite, o los relatos chismosos que hace otro detrás de él (por lo cual enfoca allí su atención auditiva), o la niña de vestido azul que está más allá. Pero también puede ser que esa fiesta le recuerde a su hermano recientemente fallecido, y que esa asociación le provoque u.n~;>entimiento de tristeza. El procesamiento masivo en paralelo permite .. al cerebro operar con mucha rapidez, a pesar de que la circulación de señales en neuronas, axones y sinapsis es mucho más lenta que la velocidad de las conexiones electromagnéticas de los computadores actuales. Al mismo tiempo, siendo un órgano de funciones generales de tipo "analógico", cuyos resultados pueden representarse geométricamente a través de curvas, lo hace a partir de disparos neuronales, cada uno de los cuales es "todo o nada", esto es, de forma "digital", tal como la mayoría de los computadores. Esto lo logra porque, aunque cada disparo es todo o nada, el conjunto de neuronas en paralelo tiene una leve diferencia temporal, por lo que el resultado es una curva constituida por múltiples puntos digitales. 3.3. Integración Pese a que los procesamientos secuenciales de abajo-arriba y de arriba-abajo, las asociaciones multi y supramodales, y los paralelismos de diversos tipos que hemos indicado pudieran hacer pensar casi en un caos, cada uno de nosotros tiene en su conciencia la idea de que el mundo exterior es estable desde muchos puntos de vista (físico, humano, social, normas y costumbres, etc.), y que uno es siempre el mismo. Esta estabilidad parece deberse, en primer lugar, a que el mundo externo se rige por regularidades y normas tanto físico-matemáticas como sociales, que permanecen y se conocen. Y uno es el mismo siempre porque tiene memorias diversas de sí mismo (declarativas, emocionales, genéricas, procedurales, etc.), y porque recibe información siempre igual de su propio cuerpo, del cual se es consciente solo cuando se produce un cambio, que aunque no siempre es registrado por la conciencia, lo es por las regiones cerebrales pertinentes. De otra manera, ¿cómo se percibiría el cambio? Más aún, es el propio sistema de procesamiento informacional del cerebro el que produce modelos del mundo y de uno mismo, integrados y estables. Ello se debe a varios factores concurrentes: • Procesamiento jerarquizado y secuencial. Incluye en cada paso una enorme cantidad de retroalimentaciones constantes de redes neuronales integradas. • Procesamiento en paralelo. Asocia redes trabajando en el mismo tópico, de modo que vincula distintos aspectos de la percepción con contextos emocionales, mnésicos, conceptuales, lingüísticos. • Integración top-down. Coordina los diversos procesos para elaborar estrategias destinadas a resolver problemas (intencionalidad). No obstante lo anterior, parece que es la masiva retroalimentación, tanto vertical (arriba-abajo y abajo-arriba) como horizontal (redes y asociaciones paralelas), la que produce la creciente integración, pues opera dentro de cada red, entre redes, entre sistemas y dominios diferentes. Esta integración y estabilidad de los modelos del mundo, del sí mismo y de sus operaciones sobre el mundo es progresivamente mejor en la vida de un individuo, porque en las primeras etapas del recién nacido todo es nuevo, y este debe ajustar y reajustar sus redes constantemente. En la tercera edad, casi nada es novedoso, y la mayoría de las redes neuronales se han estabilizado hace mucho tiempo. Aunque esos procesos no son conscientes, está averiguado que es la conciencia la que hace posible la unificación, coherencia e integración de los contenidos subjetivos de la mente despierta. Aunque los correlatos neurobiológicos de la conciencia superior no son suficientemente conocidos, su función unificadora de las experiencias parece claro, como veremos más adelante. 3.4. Actividad espontánea permanente La última caracterfstica de la arquitectura funcional del cerebro que se debe destacar es que se trata de un órgano en permanente actividad. Una particularidad esencial de las neuronas es que tienen actividad espontánea de transmisión y procesamiento. En cultivos de neuronas en placas de Petrie, producen por sí mismas disparos de potenciales de acción bioeléctricos, y pueden conectarse con las sinapsis mediante la liberación de neurotransmisores. Asimismo, en fetos de cualquier animal puede registrarse actividad de neuronas apenas maduradas. Por último, diversas técnicas neurofisiológicas ( electroencefalograma, por ejemplo) constatan la permanente presencia de actividad neuronal, que solo cesa con la vida. De hecho, la muerte cerebral (electroencefalograma plano) es el indicador más confiable del final de la persona. Esta posibilidad de actividad espontánea, es decir, que no requiere estímulos externos para activarse, tiene muchas consecuencias en Neurobiología. Se destacan tres muy importantes: • Permite producir imágenes, recuerdos, pensamientos subjetivos y conductas sin estímulos externos, excepto los necesarios para permanecer despierto. • Explica que el cerebro sea capaz de construir y mantener imágenes y conceptos operativos muy dinámicos, y al mismo tiempo estables, pero flexibles, "del" y "sobre el" mundo. Son estas imágenes y modelos, construidos y ajustados incesantemente en tanto el sujeto tiene experiencias, los que el cerebro aplica a cada nuevo estímulo, estimando su valor y significación y, de ser apropiado, induciendo modificaciones de sinapsis y redes. Existe una variabilidad local de la actividad neuronal relacionada con el tipo de información (formal y material) que cada región o sector del cerebro procesa. De esta manera, cualquier nuevo estímulo (experiencia) debe acoplarse e incorporarse a la actividad siempre presente, de redes y sistemas neuronales, lo que significa que las nuevas experiencias se integran a la historia (genética y aprendida) de cada cerebro. Así se asegura una consistencia longitudinal en el tiempo de los procesos neurobiológicos, y con ello de la propia mente. Dado que esta actividad neuronal espontánea de base no es homogénea en los diversos momentos del día, la posibilidad de incorporar nuevos estímulos (experiencias) es también variable. En consecuencia, la disposición de cada región del cerebro para aceptar nuevas informaciones (cognitivas, emocionales o corporales) o activar pensamientos y conductas cambia en el curso del día. Esa variabilidad está vinculada con un muy complejo sistema de relojes internos del cerebro, que influyen en las descargas hormonales, las cuales tampoco son homogéneas, y dependen además de condiciones del entorno (luminosidad, alimentación, temperatura, etc.). El resultado práctico es que en los diversos momentos del día, en las distintas estaciones del año, y también en las diferentes épocas de la vida, las posibilidades de aprender, pensar, desarrollar afectos y actuar son también algo diferentes. Esto no significa, sin embargo, que la actividad neuronal espontánea de base no sea estable en cada persona y en la especie. Se ha propuesto que el mecanismo neurobiológico que hace posible que los genes activen las tendencias que transmiten (tal como sucede con las experiencias que permiten aprender) , opera median te el fortalecimiento de redes y sistemas neuronales, cuyos procesos se manifiestan a través de la actividad neuronal espontánea. • Fundamenta la esencial actividad proactiva de exploración, curiosidad y puesta a prueba del medio (físico, tecnológico, social y cultural). Ello hace posible el aprendizaje activo. Es evidente que esta última consecuencia se transforma en un factor crucial para cualquier individuo (o especie) que requiere sobrevivir y reproducirse, pues le permite detectar las oportunidades y riesgos, presentes y esperables, en el ambiente específico en que vive. 3.5. Epigénesis y emergencia Los conceptos de epigénesis y emergencia se refieren a la aparición de atributos, características y capacidades nuevas como producto de la relación entre dos elementos que por sí mismos no las explican. El ejemplo más cercano es el del agua, cuyos constituyentes (2 átornos de hidrógeno y 1 de oxígeno= H 2 0) tienen características físicas y químicas totalmente diferentes a las de la molécula de agua. Cuando los constituyentes básicos de una determinada capacidad biológica emergente son total o parcialmente innatos, se habla de epigénesis. En el caso de los sistemas neuronales, sus constituyentes básicos son parcialmente innatos, porque de hecho tienen siem.pre un componente aprendido. El concepto de emergencia no distingue los componentes innatos de los aprendidos, estableciendo solo que la capacidad, atributo o función nueva es el resultado de la interacción entre los diversos elementos constituyentes, que por sí mismos no lo explican, cualquiera sea su origen. Por supuesto que las interacciones neuronales son inconmensurablemente más complejas que las del hidrógeno y el oxígeno para formar el agua. El estudio de sistemas complejos adaptativos, como el cerebro, ha mostrado que las nuevas capacidades epigenéticas pueden "emerger" cuando se trata de sistemas con relaciones no lineales, con influencias recíprocas entre componentes extremadamente complejos y eventualmente variables en el tiempo (según cuándo se produce la interacción) y en el espacio (según qué componentes interactúan). Lo importante es que el atributo, característica o función que emerge (epigenéticamente) no solo es distinto a sus componentes, sino que tampoco puede reducirse a ellos. El todo es, literalmente, mucho más que sus partes. Hay buenas razones para suponer que en cada nivel de procesamiento cerebral existen atributos emergentes. Las integraciones (binding) modales, intermodales y asociativas son, en cada caso, de un carácter distinto a la mera suma de sus componentes. Lo mismo ocurre con funciones cognitivas de alto rango. Los atributos de la memoria, las emociones, la racionalidad, el lenguaje y los procesos ejecutivos, entre otros, no son solo explicables por sus componentes, como veremos en los capítulos correspondientes. 4. EL DESARROLLO Y lA MADURACIÓN ONTOGENÉTICA Desde las pioneras y sistemáticas investigaciones de Jean Piaget, en la primera mitad del siglo pasado, se ha avanzado enormemente en la descripción de las sucesivas etapas por las que pasa el desarrollo físico y mental del niño. Aunque es un tema de altísimo interés para la educación, la existencia de muy buenos tratados y manuales hace posible no insistir aquí en el detalle de las etapas y niveles de esa progresiva maduración, excepto en algunos componentes neurobiológicos importantes para el aprendizaje, y que por lo general semencionan menos. El propio Piaget puso siempre el acento (como base de su "Epistemología genética" y sus centrales conceptos de asimilación y acomodación) en que el conocimiento se construía progresivamente en una suerte de escalones, de tal manera que los superiores se afinnaban en los inferiores, y dependían de ellos. Había, por supuesto, descansos más largos en la escalera, por ejemplo, entre los 6 y 11 años (período de las operaciones concretas), pero la secuencia era inevitable, y se sostenía por sí misma. Sin embargo, nunca conectó específicamente los componentes neurobiológicos cerebrales con esta secuencia de maduración epistemoló~srica. No podía hacerlo, porque los conocimientos de su tiempo sobre funcionamiento y maduración del cerebro eran bastante precarios. Casi por la misma época, Lev Vigotski llamó la atención sobre el papel de la familia y la cultura en los procesos de aprendizaje, pero sin abundar en los componentes neurobiológicos que hacen posible estas influencias. Su discípulo S. Luria sí lo hizo, aunque su preocupación central fue el cerebro adulto. Esto ha cambiado en los últimos decenios, gracias a un mayor conocimiento neurobiológico, y especialmente de la así llamada plasticidad cerebral, que puede definirse como "la capacidad general de las neuronas y las sinapsis para cambiar de propiedades en función de su estado de actividad". Dicho cambio, y su estabilización debido al uso, generan la flexibilidad abismante del cerebro adulto, y también, por supuesto, su posibilidad de aprender. La plasticidad interviene desde las etapas tempranas de la vida fetal, y puede explicar el aprendizaje y su evolución en cada individuo. En efecto, el desarrollo del cerebro infantil depende de dos variables destacadas. U na, la maduración, cuyas etapas, duraciones, ritmos y relaciones entre dominios (facultades) están genéticamente programadas, a través de la aparición de redes neuronales y sus conexiones. La otra, la activación por el uso de tales redes a través de las experiencias, esto es, de neuronas, sinapsis y sus vías de conexión (axones y dendritas) (Ilustración 10). Este es, por cierto, un desarrollo continuo, al que contribuye además la mejoría en la calidad de las conexiones a través de vías (axones y dendritas) que maduran en diversos tiempos por medio de un proceso llamado mielinización axonal, también regulado genéticamente. La mielinización consiste en que cada una de las fibras neurales se recubre de una capa aislante, la mielina, que hace mucho más eficaz la transmisión de señales bioeléctricas. Las redes neuronales que manejan la vida vegetativa ( cardiovascular, respiración, función intestinal, nutrición, etc.) se mielinizan antes del nacimiento, junto con el reflejo de succión y la vía óptica. Las que manejan el lenguaje maduran a partir de los 6 a 8 n1eses, y las de la marcha, alrededor del año. Las redes vinculadas con las emociones son de aparición prenatal (recuérdese la sonrisa y el llanto del niño); las de la memoria declarativa se establecen solo a partir de los 3 años, y las relacionadas con la teoría de la mente, a los 4. La mielinización completa del lóbulo prefrontal es bastante tardía (12 a 14 años), y algunas neuronas y sus conexiones aparecen en el lóbulo prefrontal después de los 21 años. Hay axones que nunca se mielinizan. Ahora bien, estos procesos neurobiológicos (maduración y plasticidad) no bastan para aprender y adquirir conocimientos. Están programados genéticamente para estar disponibles, y persisten en períodos determinados, siempre que reciban la activación necesaria producida por la experiencia. Tales espacios de disponibilidad (redes neuronales compuestas de neuronas, sinapsis y conexiones) definen los así llamados periodos críticos, que se conocen bastante bien en lo relativo al lenguaje, cuya posibilidad de aprendizaje se cierra a los 14 o 15 años y llega a su máximo entre los 2 y 9 años, para luego decaer. Esto hace que los períodos y etapas piagetanas tengan un correlato neurobiológico cercano. Pero también confiere veracidad a la hipótesis de Vigotsky, quien insiste más en el efecto de la estimulación, a través de las experiencias que proveen la familia, la escuela y el entorno social, que además de estimular aportan los contenidos culturales específicos que cada uno aprende. Es importante destacar que esta maduración y desarrollo, genéticamente inducidos, no operan solamente para ciertas competencias o funciones básicas. No solo las memorias y las emociones deben ser estimuladas para que las redes neuronales que las sustentan se establezcan y desarrollen; también deben serlo las funciones mentales superiores (lenguaje, capacidad lógico-matemática, etc.) y las funciones que generan la vida social (moral). Este concepto de activación y entrenamiento de funciones mentales superiores es muy importante, y lo examinaremos con detención más adelante. 5. LOS COMPONENTES INNATOS DE LA VIDA MENTAL "Los genes no controlan el destino humano, pero sí contribuyen a la personalidad, el temperamento y las cualidades que hacen único a cada individuo, así como a los atributos que hacen única a la especie humana" ( Gary Marcus, 2003). La primera y obvia consideración que surge de una visión realista del cerebro humano (y también del de las demás especies) es que en los distintos individuos pertenecientes a la misma especie, la organización anatómica del cerebro es prácticamente idéntica, como también lo es su fisiología. Las variaciones estructurales y funcionales entre individuos sanos no se alejan de los promedios más que, por ejemplo, la forma e individualidad de las caras, la estatura y otras características corporales genéticamente determinadas o influidas. Todos tienen lóbulos occipitales que procesan la visión de manera muy compleja, pero uniforme; lóbulos temporales frontales y parietales que hacen lo suyo, y otras estructuras y microestructuras corticales y subcorticales que se organizan y funcionan en patrones perfectamente definibles y predecibles para cada especie. De igual manera, los procesos que definen el crecimiento y desarrollo del organismo, desde el óvulo fecundado hasta la edad adulta, no tienen, en individuos sanos, más diferencias que las estadísticamente esperables en poblaciones con grados variables de heterogeneidad genética y que viven en ambientes muy diversos, por lo cual no es sorprendente encontrar fenotipos mentales distintos. Recuérdese que llamamos fenotipo a la estructura física y conductual de cada individuo, resultante de la conjunción de sus características innatas con sus experiencias y acontecimientos biográficos. Se dirá que estas son consideraciones algo triviales, porque la discusión sobre influencias ambientales se concentra en el rol de la experiencia, y el aprendizaje, en la determinación de los contenidos de la vida mental. Entre dichos contenidos se encontrarían los supuestos y conceptos transmitidos por la cultura y el lenguaje, las formas de comportamiento, los valores y el manejo de las emociones, etc. Esta idea, que en general es verdadera, por lo menos para la cultura, debe ser modulada, debido a la existencia de una multitud de ejemplos de la vida animal y de competencias propiamente humanas que parecen contradecirla. Basta mencionar solo un caso para comprobarlo. Los pájaros construyen sus nidos sin tener un aprendizaje previo, a pesar de que en ocasiones se trata de estructuras muy complejas (el hornero argentino, por ejemplo), con espacios, formas y características muy definidas e invariables. Son construidas exactamente en la época requerida por las necesidades de la nidación (clima, disponibilidad de alimentos, luz, sol, lluvia, etc.). La única forma de explicar estas conductas, que con frecuencia significan división del trabajo entre los progenitores, es aceptar la existencia de capacidades innatas, esto es, transmitidas genéticamente. Por supuesto, algunas especies deben además aprender, del ambiente específico en el que se encuentran, las características y posibilidades de los elementos del entorno que requieren para construir su nido (ramas, hojas, pelo, etc.). El problema consiste en que no sabemos bien cómo se las arreglan los genes y sus productos (proteínas) para hacer que el cerebro del ave desarrolle conductas orientadas a un fin tan complejo y específico. Tampoco sabemos bien cuáles redes neuronales son activadas, en qué orden (secuencial o en paralelo), o cómo operan las retroalimentaciones y el control ejecutivo, etc. Desconocer cómo se instalan y desarrollan los algoritmos necesarios para construir un nido no permite inferir que esa capacidad no sea innata. En el caso del cerebro humano, el ejemplo más evidente, entre otros que se indicarán luego, es el del lenguaje y las seguramente innatas gramáticas fundamentales. Tampoco conocernos las redes neurales precisas que hacen esto posible y cómo es que la información genética genera, mantiene, opera y modifica tales redes, etc. Estos casos dan cuenta de varias hipóteis. En primer lugar, que hay conductas muy complejas (animales y humanas) que tienen muy fuertes componentes no aprendidos, es decir, que son transmitidas, parcial o completamente, a través de genes. En segundo lugar, que no conocemos bien los modos específicos a través de los cuales el genoma llega a ser un fenotipo particular. Sabemos que opera por medio de proteínas, que hay genes activadores e inhibidores de otros genes o conjuntos de ellos, etc. La Genética, la Proteonómica y la Biología celular y molecular son disciplinas muy desarrolladas, pero no lo suficiente como para explicar cumplidamente y en detalle cómo operan las bases genéticas de las competencias biológicas, particularmente las mentales. Esto se debe a varios factores. El genoma no es un diagrama exacto del precableado de la mente, ni la imagen del producto terminado. No es un plano del cerebro, como lo desearía un arquitecto. Lo que lo define son procesos muy dinámicos y, en cada paso, con opciones más parecidas a una receta de cocina que a planos detallados. Sabemos que no hay correspondencia unívoca entre los genes, células y estructuras que constituyen un organismo. Tampoco, por supuesto, entre genes específicos y conductas específicas; pero hay, probablemente, algunas excepciones, como las que se encuentran en ciertas patologías humanas, aunque en estos casos el gen defectuoso sea solo parte de un conjunto más amplio que define la característica. Sabemos además que la influencia de los genes no es pareja. U na diferencia del 1% en el genoma puede dar origen a mentes totalmente diversas; recordemos que esa es la diferencia entre nosotros y los chimpancés. Un solo cambio en la configuración del gen puede causar trastornos mentales devastadores (demencia de Huntington). Por otra parte, el número de genes es demasiado reducido (30.000) para contener un plano detallado del cerebro, que tiene 100.000 millones de neuronas, cada una de las cuales se conecta con otras a través de 5.000 a 10.000 sinapsis. Aunque la Biología del desarrollo (la antigua Embriología) enfrenta aún muchas incógnitas, estamos entendiendo mejor las estrategias innatas que hacen posible la construcción, mantenimiento y modificaciones del cerebro humano, el más complejo "dispositivo" existente en el universo, y con esa relativamente exigua cantidad de genes. A pesar de todas estas limitaciones, hoy sería posible hacer una especie de resumen, elemental e incompleto, de los componentes de la mente que, probablemente, tienen una base genética, y de sus relaciones con las influencias del entorno, es decir las experiencias, para determinar en conjunto las características y el funcionamiento del fenotipo mental. Desde este punto de vista, es necesario recordar las observaciones incluidas en el punto 3.5 sobre epigénesis y emergencia, que dan cuenta de la aparición de atributos y capacidades funcionales nuevas, a partir de elementos basales genéticos y aprendidos, pero distintas a los de esos componentes y no reductibles a ellos, con lo que la relación innato-aprendido se hace aún más compleja. Por otra parte, es factible describir una amplia variedad de componentes innatos, posiblemente presentes en la actividad mental. Puede ser que algunos se vinculen con características muy generales de redes neuronales ampliamente distribuidas, y que, al operar sobre diversas competencias, parezcan ser específicos y acotados a cada una de ellas. Por ejemplo, la capacidad de generalizar, categorizar y abstraer es probablemente un tipo de programa precableado, que por ser de carácter general puede encontrarse tanto a nivel perceptivo (clases de objetos y personas) como en niveles cognitivos superiores (conceptos, ideas), o en el manejo de las memorias y las emociones y sus complicados procesos de depósito y recuperación. Más adelante se expondrán otros ejemplos de este tipo. Como hemos visto, los procesos neurales se asocian, podríamos decir, vertical y horizontalmente, con lo que las conductas concretas definidas son, para cada caso, el resultado de muy complejos procesamientos bottom-up y top-down, en paralelo y en asociación. Estos com.plicados procesos, solo parcialmente conocidos hoy día, pueden mostrarse con un ejemplo lingüístico. 5.1. Procesos neurales. Un ejemplo lingüístico Los procesos neurales, en una expresión como "estoy de acuerdo", deberían reunir al menos los siguientes elementos para expresar la sentencia: Percibir una pregunta. Esto pone en acción los aparatos de recepción auditiva, que informan de la llegada de esos estímulos a los centros de comprensión del lenguaje, los cuales deben buscar en sus bancos de memoria el significado de las palabras (fonológica y semánticamente) y su ordenación gramatical, que le otorga un segundo sentido (sintaxis). En este trayecto han participado una serie de estructuras anatómicas funcionalmente innatas. Por ejemplo, los órganos auditivos que codifican la información acústica, que en el caso de los humanos cubre solo ciertos rangos de amplitud y frecuencia de onda. Ha seguido un procesamiento cortical en una región genéticamente definida (lóbulo temporal izquierdo), que ha debido recurrir a la memoria lexical, cuyos contenidos han sido culturalmente aprendidos, pero organizados y clasificados según formatos originalmente innatos. Por otra parte, el ordenamiento de las palabras de la pregunta, para adquirir un significado comprensible, ha debido ser analizado a partir de normas gramaticales propias de cada idioma, pero con bases no aprendidas, esto es, igualmente innatas. • Comprender la pregunta. Además de entender el significado puramente lingüístico de la pregunta, que podría ser: "¿Vamos al cine?", se debe acudir a un sinnúmero de datos directos y contextuales para responder: "Estoy de acuerdo". La persona debe saber qué es el cine, si desea ver esa película, si le agrada el interlocutor, si el tono y prosodia de su voz fue apropiado (hemisferio derecho), si la gesticulación y la expresión de la cara al hacer la pregunta fue conveniente (región témporo-occipital derecha y conexiones prefrontales), etc. • Toma de decisión para cumplir la tarea. Si todos estos antecedentes son apropiados, debe decidir si va o no al cine. Para ello debe saber, por ejemplo, si tiene otras tareas que cumplir, si afuera hace frío, qué ropa puede llevar (memorias de corto y largo plazo), si el cine etc. En este proceso se recurre a la memoria de trabajo, que reúne para la toma de decisión ejecutiva todas las informaciones directas, con textuales y consecuenciales que se requieren. Este formato de procesamiento cognitivo superior es también innato, aunque, por supuesto, no sus contenidos. De gran amplitud y potencia en los humanos, la memoria de trabajo tiene componentes conscientes y no conscientes (no quiere ir al cine, pero no sabe muy bien por qué). Estos últimos, eventualmente, y a veces con esfuerzo, adrniten el escrutinio de la conciencia autorreflexiva propia de nuestra especie. • Desarrollo de la acción. En este caso, la acción que se ha decidido es un acto del habla, es decir, una respuesta verbal: "Estoy de acuerdo". Para decir "Estoy de acuerdo", el sistema ejecutor (función ejecutiva cerebral) debe realizar una serie de procesos mayores. El primero es enviar estímulos desde las regiones córtico-frontales de la convexidad (toma de decisión) a las zonas premotoras (organización de la acción), y desde estas a los centros motores del habla que estructuran el funcionamiento coordinado de los órganos de la fonación, la respiración, los ademanes que acompañan la expresión verbal, su entonación, etc. Es patente que, además, se debe recurrir a las memorias lexicales y gramaticales para organizar la frase "Estoy de acuerdo". Como se ve, en esta tarea top-down participan de nuevo palabras y entonaciones de origen cultural, pero utilizando elementos innatos como la organización cerebral correspondiente, los sistemas normativos con los que funciona la memoria de trabajo, la función ejecutiva y las reglas gramaticales que se deben aplicar. La segunda tarea de la función ejecutiva es enviar señales inhibitorias a cada uno de los distintos dispositivos que pudieran entregar opciones distintas a la aceptada (no que, además, se debe recurrir a las memorias lexicales y gramaticales para organizar la frase "Estoy de acuerdo". Como se ve, en esta tarea top-down participan de nuevo palabras y entonaciones de origen cultural, pero utilizando elementos innatos como la organización cerebral correspondiente, los sistemas normativos con los que funciona la memoria de trabajo, la función ejecutiva y las reglas gramaticales que se deben aplicar. La segunda tarea de la función ejecutiva es enviar señales inhibitorias a cada uno de los distintos dispositivos que pudieran entregar opciones distintas a la aceptada (no que, además, se debe recurrir a las memorias lexicales y gramaticales para organizar la frase "Estoy de acuerdo". Como se ve, en esta tarea top-down participan de nuevo palabras y entonaciones de origen cultural, pero utilizando elementos innatos como la organización cerebral correspondiente, los sistemas normativos con los que funciona la memoria de trabajo, la función ejecutiva y las reglas gramaticales que se deben aplicar. La segunda tarea de la función ejecutiva es enviar señales inhibitorias a cada uno de los distintos dispositivos que pudieran entregar opciones distintas a la aceptada (no que, además, se debe recurrir a las memorias lexicales y gramaticales para organizar la frase "Estoy de acuerdo". Como se ve, en esta tarea top-down participan de nuevo palabras y entonaciones de origen cultural, pero utilizando elementos innatos como la organización cerebral correspondiente, los sistemas normativos con los que funciona la memoria de trabajo, la función ejecutiva y las reglas gramaticales que se deben aplicar. La segunda tarea de la función ejecutiva es enviar señales inhibitorias a cada uno de los distintos dispositivos que pudieran entregar opciones distintas a la aceptada .
