Como o cérebro humano aprende? - Ciência - 2023

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Nosso cérebro aprende das experiências: enfrentar o nosso ambiente altera o nosso comportamento através da modificação do nosso sistema nervoso (Carlson, 2010). Apesar de ainda estarmos longe de saber exatamente e em todos os níveis cada um dos mecanismos neuroquímicos e físicos que participam desse processo, as diferentes evidências experimentais têm acumulado um conhecimento bastante amplo sobre os mecanismos envolvidos no processo de aprendizagem.

O cérebro muda ao longo de nossas vidas. Os neurônios que o compõem podem ser modificados em decorrência de diversas causas: desenvolvimento, sofrer algum tipo de lesão cerebral, exposição a estímulos ambientais e, fundamentalmente, como consequência de aprendizagem (BNA, 2003).

Características básicas da aprendizagem cerebral

Aprender é um processo essencial que, junto com a memória, é o principal meio de que os seres vivos dispõem para se adaptarem às modificações recorrentes do nosso meio.


Usamos o termo aprendizagem para nos referirmos ao fato de que a experiência produz mudanças em nosso sistema nervoso (SN), que podem ser duradouras e implicar em uma modificação no nível comportamental (Morgado, 2005).

As próprias experiências mudam a forma como nosso corpo percebe, age, pensa ou planeja, por meio da modificação do NS, alterando os circuitos que participam desses processos (Carlson, 2010).

Desta forma, ao mesmo tempo que nosso organismo interage com o meio ambiente, as conexões sinápticas de nosso cérebro sofrerão mudanças, novas conexões podem ser estabelecidas, aquelas que são úteis em nosso repertório comportamental fortalecidas ou outras que não são úteis ou eficientes desaparecem (BNA, 2003).

Portanto, se o aprendizado tem a ver com as mudanças que ocorrem em nosso sistema nervoso em decorrência de nossas experiências, quando essas mudanças se consolidam podemos falar de memórias. (Carlson, 2010). A memória é um fenômeno inferido a partir dessas mudanças que ocorrem na SN e dá uma sensação de continuidade às nossas vidas (Morgado, 2005).


Devido às múltiplas formas de aprendizagem e sistemas de memória, atualmente pensa-se que o processo de aprendizagem e a formação de novas memórias dependem da plasticidade sináptica, fenômeno por meio do qual os neurônios alteram sua capacidade de se comunicarem entre si (BNA, 2003 )

Tipos de aprendizagem cerebral

Antes de descrever os mecanismos cerebrais envolvidos no processo de aprendizagem, será necessário caracterizar as diferentes formas de aprendizagem, dentro das quais podemos diferenciar pelo menos dois tipos básicos de aprendizagem: aprendizagem não associativa e aprendizagem associativa.

- Aprendizagem não associativa

A aprendizagem não associativa se refere à mudança na resposta funcional que ocorre em resposta à apresentação de um único estímulo. A aprendizagem não associativa, por sua vez, pode ser de dois tipos: habituação ou sensibilização (Bear et al., 2008).


Habituação

A apresentação repetida de um estímulo produz uma diminuição na intensidade da resposta a ele (Bear et al., 2008).

Exemploseu morava em uma casa com apenas um telefone. Quando toca, ele corre para atender a chamada, mas sempre que o faz, a chamada é para outra pessoa. Como isso acontece repetidamente, você vai parar de reagir ao telefone e pode até mesmo parar de ouvi-lo(Bear et al., 2008).

Sensibilização

A apresentação de um estímulo novo ou intenso produz uma resposta de magnitude aumentada a todos os estímulos subsequentes.

ExemplosSuponha que você esteja andando na calçada de uma rua bem iluminada à noite e, de repente, ocorra uma queda de energia. Qualquer estímulo novo ou estranho que apareça, como ouvir passos ou ver os faróis de um carro se aproximando, irá perturbá-lo. O estímulo sensível (blecaute) resultou em sensibilização, que intensifica sua resposta a todos os estímulos subsequentes(Bear et al., 2008).

-Aprendizagem associativa

Este tipo de aprendizagem baseia-se no estabelecimento de associações entre diferentes estímulos ou eventos. Dentro da aprendizagem associativa, podemos distinguir dois subtipos: condicionamento clássico e condicionamento instrumental (Bear et al., 2008).

Condicionamento clássico

Neste tipo de aprendizagem, haverá uma associação entre um estímulo que elicia uma resposta (resposta não condicionada ou resposta não condicionada, RNC / RI), estímulo não condicionado ou não condicionado (ENC / EI) e outro estímulo que normalmente não elicia a resposta, estímulo condicionado (CS), e isso exigirá treinamento.

A apresentação emparelhada do CS e do US envolverá a apresentação da resposta aprendida (resposta condicionada, CR) ao estímulo treinado. O condicionamento só ocorrerá se os estímulos forem apresentados simultaneamente ou se o CS preceder o ENC em um intervalo de tempo muito curto (Bear et al., 2008).

Exemplo: a O estímulo ENC / EC, no caso de cães, pode ser um pedaço de carne. Ao ver a carne, os cães emitem uma resposta de salivação (RNC / RI). No entanto, se um cão é apresentado como um estímulo pelo som de um sino, ele não apresentará nenhuma resposta particular. Se apresentarmos os dois estímulos simultaneamente ou primeiro o som do sino (CE) e depois a carne, após treinos repetidos. O som será capaz de provocar a resposta de salivação, sem a presença da carne. Houve uma associação entre comida e carne. O som (CE) é capaz de provocar uma resposta condicionada (CR), salivação.

Condicionamento instrumental

Nesse tipo de aprendizagem, você aprende a associar uma resposta (ato motor) a um estímulo significativo (uma recompensa). Para que o condicionamento instrumental ocorra, é necessário que o estímulo ou recompensa ocorra após a resposta do indivíduo.

Além disso, a motivação também será um fator importante. Por outro lado, também ocorrerá um tipo de condicionamento instrumental se, em vez de uma recompensa, o indivíduo obtiver o desaparecimento de um estímulo de valência aversiva (Bear et al., 2008).

ExemplosSe introduzirmos um rato faminto em uma caixa com uma alavanca que fornecerá alimento, ao explorar a caixa o rato pressionará a alavanca (ato motor) e observará que a comida aparece (recompensa). Depois de fazer isso mais vezes, o rato associará pressionar a alavanca com a obtenção de alimento. Portanto, você pressionará a alavanca até estar satisfeito.(Bear et al., 2008).

Neuroquímica da aprendizagem cerebral

Empoderamento e depressão

Como referimos anteriormente, a aprendizagem e a memória são pensadas para depender de processos de plasticidade sináptica.

Assim, diferentes estudos têm mostrado que os processos de aprendizagem (entre os quais os descritos acima) e memória, dão origem a mudanças na conectividade sináptica que alteram a força e a capacidade de comunicação entre os neurônios.

Essas mudanças na conectividade seriam o resultado de mecanismos moleculares e celulares que regulam essa atividade como consequência da excitação e inibição neuronal que regula a plasticidade estrutural.

Assim, uma das principais características das sinapses excitatórias e inibitórias é o alto nível de variabilidade em sua morfologia e estabilidade que ocorre em consequência de sua atividade e com o passar do tempo (Caroni et al., 2012).

Cientistas especializados nesta área estão especificamente interessados ​​nas mudanças de longo prazo na força sináptica, como consequência dos processos de potenciação de longo prazo (PLP) - e depressão de longo prazo (DLP).

  • Potencialização a longo prazo: um aumento na força sináptica ocorre como consequência da estimulação ou ativação repetida da conexão sináptica. Portanto, uma resposta consistente aparecerá na presença do estímulo, como no caso da sensibilização.
  • Depressão de longo prazo (DLP): há um aumento da força sináptica como consequência da ausência de ativação repetida da conexão sináptica. Portanto, a magnitude da resposta ao estímulo será menor ou até zero. Poderíamos dizer que ocorre um processo de habituação.

Habituação e consciência

Os primeiros estudos experimentais interessados ​​em identificar as mudanças neurais subjacentes ao aprendizado e à memória, usaram formas simples de aprendizado, como habituação, sensibilização ou condicionamento clássico.

Nesse contexto, o cientista americano Eric Kandel concentrou seus estudos no reflexo de retração branquial da Aplysia Califórnica, partindo da premissa de que as estruturas neurais são análogas entre esses e os sistemas superiores.

Esses estudos forneceram as primeiras evidências de que a memória e o aprendizado são mediados pela plasticidade das conexões sinápticas entre os neurônios envolvidos no comportamento, revelando que o aprendizado leva a profundas mudanças estruturais que acompanham o armazenamento da memória (Mayford et al., 2012).

Kandel, assim como Ramón y Cajal, conclui que as conexões sinápticas não são imutáveis ​​e que mudanças estruturais e / ou anatômicas constituem a base do armazenamento da memória (Mayford et al., 2012).

No contexto dos mecanismos neuroquímicos de aprendizagem, diferentes eventos ocorrerão tanto para habituação quanto para sensibilização.

Habituação

Como mencionamos anteriormente, a habituação consiste na diminuição da intensidade da resposta, consequência da apresentação repetida de um estímulo. Quando um estímulo é percebido pelo neurônio sensorial, é gerado um potencial excitatório que permite uma resposta efetiva.

À medida que o estímulo é repetido, o potencial excitatório diminui progressivamente, até que finalmente deixa de ultrapassar o limiar de descarga mínimo necessário para gerar um potencial de ação pós-sináptica, o que possibilita a contração do músculo.

A razão pela qual esse potencial excitatório diminui é porque, conforme o estímulo é continuamente repetido, há uma saída crescente de íons de potássio (K+), que por sua vez causa o fechamento dos canais de cálcio (Ca2+), que impede a entrada de íons de cálcio. Portanto, esse processo é produzido por uma diminuição na liberação de glutamato (Mayford et al, 2012).

Sensibilização

A sensibilização é uma forma mais complexa de aprendizagem do que a habituação, na qual um estímulo intenso produz uma resposta exagerada a todos os estímulos subsequentes, mesmo aqueles que antes produziam pouca ou nenhuma resposta.

Apesar de ser uma forma básica de aprendizagem, possui diferentes etapas, de curto e longo prazo. Enquanto a sensibilização de curto prazo implicaria mudanças sinápticas rápidas e dinâmicas, a sensibilização de longo prazo levaria a mudanças duradouras e estáveis, consequência de profundas mudanças estruturais.

Nesse sentido, na presença do estímulo sensibilizante (intenso ou novo), ocorrerá uma liberação de glutamato, quando a quantidade liberada pelo terminal pré-sináptico for excessiva, ele ativará os receptores pós-sinápticos AMPA.

Este fato permitirá a entrada de Na2 + no neurônio pós-sináptico, permitindo sua despolarização, bem como a liberação de receptores NMDA, que até agora estavam bloqueados por íons Mg2 +, ambos os eventos permitirão uma entrada massiva de Ca2 + no neurônio pós-sináptico.

Se o estímulo sensibilizante for apresentado de forma contínua, causará um aumento persistente na entrada de Ca2 +, que ativará diferentes quinases, levando ao início da expressão precoce de fatores genéticos e síntese protéica. Tudo isso levará a modificações estruturais de longo prazo.

Portanto, a diferença fundamental entre os dois processos é encontrada na síntese de proteínas. Na primeira delas, na sensibilização de curto prazo, sua ação não é necessária para que ocorra.

Por sua vez, na sensibilização a longo prazo, é fundamental que ocorra a síntese de proteínas para que ocorram mudanças duradouras e estáveis ​​que visem a formação e manutenção de novos aprendizados.

Consolidação da aprendizagem no cérebro

Aprendizagem e memória são o resultado de mudanças estruturais que ocorrem como consequência da plasticidade sináptica. Para que essas mudanças estruturais ocorram, é necessário que ocorra um processo de intensificação de longo prazo, ou consolidação da força sináptica.

Assim como na indução da sensibilização em longo prazo, tanto a síntese de proteínas quanto a expressão de fatores genéticos que levarão a mudanças estruturais são necessárias. Para que esses eventos ocorram, uma série de fatores moleculares devem ocorrer:

  • O aumento persistente da entrada de Ca2 + no terminal irá ativar diferentes quinases, levando ao início da expressão precoce de fatores genéticos e à síntese de proteínas que levarão à indução de novos receptores AMPA que serão inseridos no membrana e manterá PLP.

Esses eventos moleculares resultarão na alteração do tamanho e da forma dendrítica, com possibilidade de aumentar ou diminuir o número de espinhos dendríticos em determinadas áreas.

Além dessas mudanças localizadas, a pesquisa atual mostrou que as mudanças também ocorrem em um nível global, já que o cérebro atua como um sistema unificado.

Portanto, essas mudanças estruturais são a base do aprendizado, além disso, quando essas mudanças tendem a se prolongar ao longo do tempo, estamos falando de memória.

Referências

  1. (2008). Em B. N. associação, & BNA, Neurociências. A ciência do cérebro. Uma introdução para jovens estudantes. Liverpool.
  2. Bear, M., Connors, B., & Paradiso, M. (2008). Neurociência: explorando o cérebro. Filadélfia: Lippincott Wiliams & Wilkings.
  3. Caroni, P., Donato, F., & Muller, D. (2012). Plasticidade estrutural na aprendizagem: regulação e funções. Natureza, 13, 478-490.
  4. Fundamentos da fisiologia comportamental. (2010). Em N. Carlson. Madrid: Pearson.
  5. Mayford, M., Siegelbaum, S. A., & Kandel, E. R. (s.f.). Sinapses e armazenamento de memória.
  6. Morgado, L. (2005). Psicobiologia da aprendizagem e memória: fundamentos e avanços recentes. Rev Neurol, 40(5), 258-297.