HOE LEERT HET MENSELIJK BREIN? - NEUROPSYCHOLOGIE - 2024

Ons brein leert van ervaringen: door onze omgeving onder ogen te zien, verandert ons gedrag door de wijziging van ons zenuwstelsel (Carlson, 2010). Ondanks het feit dat we nog lang niet precies en op alle niveaus elk van de neurochemische en fysieke mechanismen kennen die aan dit proces deelnemen, hebben de verschillende experimentele bewijzen vrij uitgebreide kennis verzameld over de mechanismen die betrokken zijn bij het leerproces.

De hersenen veranderen gedurende ons leven. De neuronen waaruit het bestaat, kunnen worden gemodificeerd als gevolg van verschillende oorzaken: ontwikkeling, lijden aan een bepaald type hersenletsel, blootstelling aan omgevingsstimulatie en fundamenteel als gevolg van leren (BNA, 2003).

Basiskenmerken van hersenleren

Leren is een essentieel proces dat, samen met het geheugen, het belangrijkste middel is dat levende wezens hebben om zich aan te passen aan de steeds terugkerende veranderingen in onze omgeving.

We gebruiken de term leren om te verwijzen naar het feit dat de ervaring veranderingen in ons zenuwstelsel (NS) veroorzaakt, die langdurig kunnen zijn en een wijziging op gedragsniveau met zich meebrengen (Morgado, 2005).

De ervaringen zelf veranderen de manier waarop ons lichaam waarneemt, handelt, denkt of plant, door de aanpassing van de NS, waardoor de circuits die deelnemen aan deze processen veranderen (Carlson, 2010).

Op deze manier, terwijl ons lichaam in wisselwerking staat met de omgeving, zullen de synaptische verbindingen van onze hersenen veranderingen ondergaan, kunnen nieuwe verbindingen tot stand worden gebracht, kunnen verbindingen die nuttig zijn in ons gedragsrepertoire worden versterkt of verdwijnen andere die niet nuttig of efficiënt zijn (BNA, 2003).

Als leren te maken heeft met de veranderingen die optreden in ons zenuwstelsel als gevolg van onze ervaringen, kunnen we, wanneer deze veranderingen worden geconsolideerd, spreken van herinneringen. (Carlson, 2010). Herinnering is een fenomeen dat wordt afgeleid uit de veranderingen die plaatsvinden bij de NS en geeft een gevoel van continuïteit in ons leven (Morgado, 2005).

Vanwege de vele vormen van leer- en geheugensystemen, wordt momenteel gedacht dat het leerproces en de vorming van nieuwe herinneringen afhankelijk zijn van synaptische plasticiteit, een fenomeen waardoor neuronen hun vermogen om met elkaar te communiceren veranderen (BNA, 2003 ).

Soorten hersen leren

Alvorens de hersenmechanismen te beschrijven die betrokken zijn bij het leerproces, zal het nodig zijn om de verschillende vormen van leren te karakteriseren, waarbinnen we ten minste twee basistypen van leren kunnen onderscheiden: niet-associatief leren en associatief leren.

-Niet-associatief leren

Niet-associatief leren verwijst naar de verandering in de functionele respons die optreedt als reactie op de presentatie van een enkele stimulus. Niet-associatief leren kan op zijn beurt van twee soorten zijn: gewenning of sensibilisatie (Bear et al., 2008).

Gewenning

De herhaalde presentatie van een stimulus leidt tot een afname van de intensiteit van de reactie erop (Bear et al., 2008).

Voorbeeld: als u in een huis woonde met maar één telefoon. Als het overgaat, rent hij om de oproep te beantwoorden, maar elke keer dat hij belt, is de oproep voor iemand anders. Omdat deze gebeurtenis zich herhaaldelijk voordoet, reageren ze niet meer op de telefoon en kunnen ze deze zelfs niet meer horen (Bear et al., 2008).

Sensibilisatie

De presentatie van een nieuwe of intense stimulus produceert een respons van grotere omvang op alle volgende stimuli.

Voorbeeld: stel dat u 's nachts op een trottoir in een goed verlichte straat loopt en er plotseling een black-out optreedt. Elke nieuwe of vreemde prikkel die verschijnt, zoals het horen van voetstappen of het zien van de koplampen van een naderende auto, zal deze van streek maken. De gevoelige stimulus (black-out) leidde tot sensibilisatie, die hun reactie op alle volgende stimuli intensiveerde (Bear et al., 2008).

-Associatief leren

Dit type leren is gebaseerd op het tot stand brengen van associaties tussen verschillende stimuli of gebeurtenissen. Binnen associatief leren kunnen we twee subtypen onderscheiden: klassieke conditionering en instrumentele conditionering (Bear et al., 2008).

Klassieke conditionering

Bij dit soort leren zal er een verband zijn tussen een stimulus die een reactie veroorzaakt (ongeconditioneerde reactie of ongeconditioneerde reactie, RNC / RI), ongeconditioneerde of ongeconditioneerde stimulus (ENC / EI), en een andere stimulus die normaal niet de reactie uitlokt, geconditioneerde stimulus (CS), en dat vereist training.

De gepaarde presentatie van de CS en de VS omvat de presentatie van de aangeleerde respons (geconditioneerde respons, CR) op de getrainde stimulus. Conditionering vindt alleen plaats als de stimuli gelijktijdig worden aangeboden of als de CS in een zeer kort tijdsinterval aan de ENC voorafgaat (Bear et al., 2008).

Voorbeeld: een ENC / EC-stimulus, in het geval van honden, kan een stuk vlees zijn. Bij het bekijken van het vlees geven de honden een speekselreactie (RNC / RI). Als een hond echter wordt gepresenteerd als een stimulus door het geluid van een bel, zal hij geen specifieke reactie geven. Als we beide prikkels tegelijkertijd presenteren of eerst het geluid van de bel (CE) en dan het vlees, na herhaalde training. Het geluid zal de speekselreactie kunnen uitlokken, zonder dat het vlees aanwezig is. Er is een verband tussen voedsel en vlees. Geluid (EC) is in staat om een ​​geconditioneerde respons (CR), speekselvloed, uit te lokken.

Instrumentele conditionering

Bij dit soort leren leer je een reactie (motorische handeling) te associëren met een significante stimulus (een beloning). Om instrumentele conditionering te laten plaatsvinden, is het noodzakelijk dat de stimulus of beloning plaatsvindt na de reactie van het individu.

Daarnaast zal motivatie ook een belangrijke factor zijn. Aan de andere kant zal er ook een instrumentele vorm van conditionering optreden als het individu in plaats van een beloning het verdwijnen van een aversieve valentie-stimulus krijgt (Bear et al., 2008).

Voorbeeld: als we een hongerige rat in een doos plaatsen met een hendel die voor voedsel zorgt, zal de rat bij het verkennen van de doos op de hendel drukken (motorische handeling) en zien dat er voedsel verschijnt (beloning). Nadat je dit meerdere keren hebt gedaan, zal de rat het indrukken van de hendel associëren met het verkrijgen van voedsel. Daarom druk je op de hendel totdat je tevreden bent (Bear et al., 2008).

Neurochemie van het leren van de hersenen

Empowerment en depressie

Zoals we eerder hebben genoemd, wordt gedacht dat leren en geheugen afhankelijk zijn van synaptische plasticiteitsprocessen.

Verschillende onderzoeken hebben dus aangetoond dat de processen van leren (waaronder de hierboven beschreven) en geheugen, aanleiding geven tot veranderingen in synaptische connectiviteit die de sterkte en communicatiecapaciteit tussen neuronen veranderen.

Deze veranderingen in connectiviteit zouden het resultaat zijn van moleculaire en cellulaire mechanismen die deze activiteit reguleren als gevolg van neuronale excitatie en remming die structurele plasticiteit reguleren.

Een van de belangrijkste kenmerken van exciterende en remmende synapsen is dus de hoge mate van variabiliteit in hun morfologie en stabiliteit die optreedt als gevolg van hun activiteit en het verstrijken van de tijd (Caroni et al., 2012).

Wetenschappers die op dit gebied gespecialiseerd zijn, zijn specifiek geïnteresseerd in langetermijnveranderingen in synaptische kracht, als gevolg van langdurige potentiatie (PLP) - en langdurige depressie (DLP) processen.

• Potentiatie op lange termijn : er is een toename van de synaptische kracht als gevolg van de stimulatie of herhaalde activering van de synaptische verbinding. Daarom zal een consistente reactie verschijnen in de aanwezigheid van de stimulus, zoals in het geval van sensibilisatie.
• Langdurige depressie (DLP) : er is een toename in synaptische kracht als gevolg van het ontbreken van herhaalde activering van de synaptische verbinding. Daarom zal de omvang van de reactie op de stimulus kleiner of zelfs nul zijn. We zouden kunnen zeggen dat er een proces van gewenning optreedt.

Gewenning en bewustzijn

De eerste experimentele studies die geïnteresseerd waren in het identificeren van de neurale veranderingen die ten grondslag liggen aan leren en geheugen, maakten gebruik van eenvoudige vormen van leren zoals gewenning, sensibilisatie of klassieke conditionering.

Tegen deze achtergrond concentreerde de Amerikaanse wetenschapper Eric Kandel zijn onderzoek op de kieuwterugtrekkingsreflex van de Aplysia Califórnica, uitgaande van de premisse dat neurale structuren analoog zijn tussen deze en hogere systemen.

Deze studies leverden het eerste bewijs dat geheugen en leren worden gemedieerd door de plasticiteit van synaptische verbindingen tussen neuronen die betrokken zijn bij gedrag, wat aantoont dat leren leidt tot ingrijpende structurele veranderingen die gepaard gaan met geheugenopslag (Mayford et al. al., 2012).

Kandel concludeert, net als Ramón y Cajal, dat synaptische verbindingen niet onveranderlijk zijn en dat structurele en / of anatomische veranderingen de basis vormen van geheugenopslag (Mayford et al., 2012).

In de context van neurochemische leermechanismen zullen verschillende gebeurtenissen plaatsvinden voor zowel gewenning als sensibilisatie.

Gewenning

Zoals we eerder vermeldden, bestaat gewenning uit een afname van de intensiteit van de respons, een gevolg van het herhaaldelijk aanbieden van een stimulus. Wanneer een stimulus wordt waargenomen door het sensorische neuron, wordt een prikkelingspotentieel gegenereerd dat een effectieve reactie mogelijk maakt.

Naarmate de stimulus wordt herhaald, neemt het prikkelingspotentieel geleidelijk af, totdat het uiteindelijk niet de minimale ontladingsdrempel overschrijdt die nodig is om een ​​postsynaptisch actiepotentiaal te genereren, wat spiercontractie mogelijk maakt.

De reden waarom dit prikkelingspotentieel afneemt, is te wijten aan het feit dat, terwijl de stimulus continu wordt herhaald, er een toenemende output van kaliumionen (K ⁺ ) is, wat op zijn beurt de sluiting van calciumkanalen veroorzaakt ( Ca ²⁺ ), waardoor het binnendringen van calciumionen wordt voorkomen. Daarom wordt dit proces veroorzaakt door een afname van de afgifte van glutamaat (Mayford et al, 2012).

Sensibilisatie

Sensibilisatie is een complexere vorm van leren dan gewenning, waarbij een intense stimulus een overdreven reactie produceert op alle volgende stimuli, zelfs degene die voorheen weinig of geen reactie uitlokken.

Ondanks dat het een basisvorm van leren is, kent het verschillende stadia, korte en lange termijn. Hoewel sensibilisatie op korte termijn snelle en dynamische synaptische veranderingen zou impliceren, zou sensibilisatie op de lange termijn leiden tot langdurige en stabiele veranderingen, het gevolg van ingrijpende structurele veranderingen.

In die zin zal, in aanwezigheid van de sensibiliserende stimulus (intens of nieuw), glutamaat vrijkomen, wanneer de hoeveelheid die wordt afgegeven door het presynaptische uiteinde te groot is, zal het de postsynaptische AMPA-receptoren activeren.

Dit feit zal de intrede van Na2 + in het postsynaptische neuron mogelijk maken, waardoor de depolarisatie ervan mogelijk wordt, evenals de afgifte van NMDA-receptoren, die tot nu toe werden geblokkeerd door Mg2 + -ionen, beide gebeurtenissen zullen een massale intrede van Ca2 + in het postsynaptische neuron mogelijk maken.

Als de sensibiliserende stimulus continu wordt aangeboden, zal dit een aanhoudende toename van de Ca2 + -invoer veroorzaken, die verschillende kinasen zal activeren, wat leidt tot de start van de vroege expressie van genetische factoren en eiwitsynthese. Dit alles zal leiden tot structurele aanpassingen op de lange termijn.

Daarom wordt het fundamentele verschil tussen de twee processen gevonden in de eiwitsynthese. Bij de eerste, bij de sensibilisatie op korte termijn, is de werking ervan niet nodig.

Aan de andere kant is het bij de langdurige sensibilisatie essentieel dat een eiwitsynthese plaatsvindt zodat blijvende en stabiele veranderingen plaatsvinden die gericht zijn op de vorming en instandhouding van nieuw leren.

Consolidatie van leren in de hersenen

Leren en geheugen zijn het resultaat van structurele veranderingen die optreden als gevolg van synaptische plasticiteit. Om deze structurele veranderingen te laten plaatsvinden, is het noodzakelijk dat er een langdurig verbeteringsproces of synaptische sterkteconsolidatie plaatsvindt.

Net als bij de inductie van langdurige sensibilisatie, zijn zowel eiwitsynthese als expressie van genetische factoren die tot structurele veranderingen zullen leiden noodzakelijk. Om deze gebeurtenissen te laten plaatsvinden, moet een reeks moleculaire factoren plaatsvinden:

• De aanhoudende toename van het binnendringen van Ca2 + in de terminal zal verschillende kinasen activeren, wat leidt tot de start van de vroege expressie van genetische factoren en de synthese van eiwitten die zal leiden tot de inductie van nieuwe AMPA-receptoren die in de membraan en zal PLP behouden.

Deze moleculaire gebeurtenissen zullen resulteren in de verandering van de dendritische grootte en vorm, met de mogelijkheid om het aantal dendritische stekels in bepaalde gebieden te vergroten of te verkleinen.

Naast deze lokale veranderingen heeft huidig ​​onderzoek aangetoond dat veranderingen ook op mondiaal niveau plaatsvinden, aangezien de hersenen zich gedragen als een verenigd systeem.

Daarom vormen deze structurele veranderingen de basis van het leren, en als deze veranderingen de neiging hebben om in de loop van de tijd aan te houden, zullen we het hebben over het geheugen.

Referenties

1. (2008). In BN vereniging, en BNA, Neurowetenschappen. De wetenschap van de hersenen. Een introductie voor jonge studenten. Liverpool.
2. Bear, M., Connors, B., en Paradiso, M. (2008). Neurowetenschappen: het brein verkennen. Philadelphia: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F., & Muller, D. (2012). Structurele plasticiteit bij leren: regulering en functies. Nature, 13, 478-490.
4. Grondbeginselen van gedragsfysiologie. (2010). In N. Carlson. Madrid: Pearson.
5. Mayford, M., Siegelbaum, SA, en Kandel, ER (zd). Synapsen en geheugenopslag.
6. Morgado, L. (2005). Psychobiologie van leren en geheugen: grondbeginselen en recente vorderingen. Rev Neurol, 40 (5), 258-297.