La neurociencia del aprendizaje es la ciencia de la relación del sistema nervioso con el aprendizaje y la conducta. Aunque la investigación neurocientífica se ha realizado durante muchos años en medicina y en otras ciencias, recientemente ha despertado el interés de los educadores debido a las implicaciones de sus hallazgos en la instrucción. La investigación neurocientífica estudia el sistema nervioso central (SNC) que está compuesto por el cerebro y la médula espinal, los cuales regulan la conducta voluntaria, y el sistema nervioso autónomo (SNA), que regula los actos involuntarios.
El SNC está compuesto por miles de millones de células en el cerebro y en la médula espinal. Existen dos clases de células principales: las neuronas y las células gliales.
Las neuronas envían y reciben información a través de los músculos y los órganos. Cada neurona está compuesta de un cuerpo celular, miles de pequeñas dendritas y un axón. Las dendritas reciben información de otras células, mientras que los axones envían los mensajes a las células. La vaina de mielina rodea los axones y facilita el viaje de las señales. Los axones terminan en estructuras ramificadas (sinapsis) que se conectan con las terminaciones de las dendritas. En las terminaciones de los axones existen neurotransmisores químicos que activan o inhiben las reacciones en las dendritas contraídas. Este proceso permite que las señales sean enviadas con rapidez a lo largo de estructuras nerviosas y corporales.
Las células gliales apoyan el trabajo de las neuronas ya que eliminan tanto las sustancias químicas innecesarias como las células cerebrales muertas; además, colocan la vaina de mielina. El cerebro humano adulto pesa aproximadamente tres libras y tiene el tamaño de un melón. Su superficie exterior es rugosa. El cerebro está cubierto por la corteza cerebral, una capa delgada que constituye la materia gris plegada del cerebro. Los pliegues permiten que la corteza tenga más neuronas y conexiones nerviosas.
La corteza tiene dos hemisferios (izquierdo y derecho), y cada uno de ellos consta de cuatro lóbulos (occipital, parietal, temporal, frontal). Con algunas excepciones, la estructura del cerebro es bastante simétrica. La corteza es la principal área involucrada en el aprendizaje, la memoria y el procesamiento de la información sensorial.
Algunas otras áreas fundamentales del cerebro son el tallo cerebral, la formación reticular, el cerebelo, el tálamo, el hipotálamo, la amígdala, el hipocampo, el cuerpo calloso, el área de Broca y el área de Wernicke. Por lo general, el hemisferio izquierdo del cerebro domina el campo visual derecho y a la inversa.
Muchas funciones cerebrales están hasta cierto punto localizadas. Al parecer el pensamiento analítico se localiza en el hemisferio izquierdo, mientras que los procesamientos espacial, auditivo, emocional y artístico ocurren principalmente en el hemisferio derecho. Al mismo tiempo, muchas áreas del cerebro trabajan en conjunto para procesar la información y regular las acciones. Existe un gran traslape entre los dos hemisferios, ya que están unidos por conjuntos de fibras, de los cuales el más grande es el cuerpo calloso.
El trabajo conjunto de múltiples áreas cerebrales se ve con claridad en la adquisición y uso del lenguaje. La corteza cerebral izquierda es fundamental para la lectura. Regiones cerebrales específicas están asociadas con el procesamiento ortográfico, fonológico, semántico y sintáctico que requiere la lectura.
El área de Wernicke, en el hemisferio izquierdo, controla la comprensión del habla y el uso de la sintaxis adecuada en la producción del lenguaje. El área de Wernicke trabaja de forma estrecha con el área de Broca en el lóbulo frontal izquierdo, que es necesario para hablar. Sin embargo, el hemisferio derecho es fundamental para interpretar el contexto y, por lo tanto, el significado de gran parte del lenguaje. Para investigar el cerebro se utilizan diversas tecnologías, como los rayos X, el escaneo TAC, el EEG, el escaneo TEP, la MRI y la fMRI.
El campo de la investigación del cerebro está cambiando con rapidez y se continúan desarrollando nuevas tecnologías más sofisticadas. Desde una perspectiva neurocientífica, el aprendizaje es el proceso de construir y modificar conexiones y redes nerviosas (sinápticas). Los estímulos sensoriales se procesan en las partes de los recuerdos sensoriales del cerebro; estos son retenidos y transferidos a la memoria de trabajo, que al parecer reside en múltiples partes del cerebro, pero principalmente en la corteza prefrontal del lóbulo frontal.
Después, la información puede ser transferida a la memoria a largo plazo. Distintas partes del cerebro están involucradas en la memoria a largo plazo, dependiendo del tipo de información (por ejemplo, declarativa y procedimental). Con presentaciones repetidas de estímulos o de información las redes nerviosas se fortalecen, de manera que las respuestas nerviosas ocurren con rapidez. El proceso de estabilización y fortalecimiento de las conexiones sinápticas se conoce como consolidación, y a través de ella se modifican la estructura física y la organización funcional del cerebro.
Algunos factores que influyen en el desarrollo del cerebro son la genética, la estimulación ambiental, la nutrición, los esteroides y los teratógenos. Durante el desarrollo prenatal, el cerebro aumenta en tamaño, estructura, número de neuronas, células gliales y sinapsis. El cerebro se desarrolla rápidamente en los bebés; los niños pequeños tienen conexiones nerviosas complejas. Cuando los niños pierden sinapsis cerebrales, aquellas que conservan dependen en parte de las actividades que realizan.
Al parecer existen periodos cruciales durante los primeros años de vida para el desarrollo del lenguaje, las emociones, las funciones sensoriomotoras, las capacidades auditivas y la visión. El desarrollo temprano del cerebro se beneficia de experiencias ambientales estimulantes y de las relaciones emocionales con los padres y los cuidadores. También ocurren cambios importantes en el cerebro de los adolescentes, como en tamaño, estructura, y número y organización de las neuronas.
Dos equivalentes nerviosos de la motivación implican las recompensas y los estados motivacionales. Al parecer el cerebro tiene un sistema para procesar las recompensas y produce sus propias recompensas en forma de opiáceos, las cuales producen placer de manera natural. Es probable que el cerebro esté predispuesto a experimentar y mantener resultados placenteros, y que la red del placer pueda activarse mediante la expectativa de una recompensa.
Los estados motivacionales son conexiones nerviosas complejas que incluyen emociones, cogniciones y conductas. La clave para la educación consiste en mantener la motivación por el aprendizaje dentro de un rango óptimo. La operación de las emociones en el SNC es compleja. Las reacciones emocionales constan de etapas, como la orientación hacia el evento, la integración del evento, la selección de una respuesta y el mantenimiento de un contexto emocional.
