WIE LERNT DAS MENSCHLICHE GEHIRN? - NEUROPSYCHOLOGIE - 2025

Unser Gehirn lernt aus Erfahrungen: Wenn wir uns unserer Umwelt stellen, verändert sich unser Verhalten durch die Veränderung unseres Nervensystems (Carlson, 2010). Trotz der Tatsache, dass wir noch weit davon entfernt sind, die neurochemischen und physikalischen Mechanismen, die an diesem Prozess beteiligt sind, genau und auf allen Ebenen zu kennen, haben die verschiedenen experimentellen Beweise ziemlich umfangreiches Wissen über die am Lernprozess beteiligten Mechanismen angehäuft.

Das Gehirn verändert sich im Laufe unseres Lebens. Die Neuronen, aus denen es besteht, können als Folge verschiedener Ursachen modifiziert werden: Entwicklung, Leiden an einer Art von Hirnverletzung, Exposition gegenüber Umweltstimulation und grundsätzlich als Folge des Lernens (BNA, 2003).

Grundlegende Merkmale des Gehirnlernens

Lernen ist ein wesentlicher Prozess, der zusammen mit dem Gedächtnis das wichtigste Mittel ist, mit dem sich Lebewesen an die wiederkehrenden Veränderungen unserer Umwelt anpassen können.

Wir verwenden den Begriff Lernen, um die Tatsache zu bezeichnen, dass die Erfahrung Veränderungen in unserem Nervensystem (NS) hervorruft, die von langer Dauer sein können und eine Änderung auf Verhaltensebene beinhalten (Morgado, 2005).

Die Erfahrungen selbst verändern die Art und Weise, wie unser Körper durch die Modifikation des NS wahrnimmt, handelt, denkt oder plant, und verändern die Schaltkreise, die an diesen Prozessen beteiligt sind (Carlson, 2010).

Auf diese Weise werden zur gleichen Zeit, in der unser Körper mit der Umwelt interagiert, die synaptischen Verbindungen unseres Gehirns verändert, neue Verbindungen können hergestellt werden, diejenigen, die in unserem Verhaltensrepertoire nützlich sind, werden gestärkt oder andere, die nicht nützlich oder effizient sind, verschwinden (BNA, 2003).

Wenn Lernen also mit den Veränderungen zu tun hat, die aufgrund unserer Erfahrungen in unserem Nervensystem auftreten, können wir, wenn diese Veränderungen konsolidiert werden, von Erinnerungen sprechen. (Carlson, 2010). Das Gedächtnis ist ein Phänomen, das aus den Veränderungen in der NS abgeleitet wird und unserem Leben ein Gefühl der Kontinuität verleiht (Morgado, 2005).

Aufgrund der vielfältigen Formen von Lern- und Gedächtnissystemen wird derzeit angenommen, dass der Lernprozess und die Bildung neuer Erinnerungen von der synaptischen Plastizität abhängen, einem Phänomen, durch das Neuronen ihre Kommunikationsfähigkeit verändern (BNA, 2003) ).

Arten des Gehirnlernens

Bevor die am Lernprozess beteiligten Gehirnmechanismen beschrieben werden, müssen die verschiedenen Lernformen charakterisiert werden, in denen mindestens zwei grundlegende Arten des Lernens unterschieden werden können: nicht assoziatives Lernen und assoziatives Lernen.

-Nicht assoziatives Lernen

Nicht assoziatives Lernen bezieht sich auf die Änderung der funktionellen Reaktion, die als Reaktion auf die Präsentation eines einzelnen Stimulus auftritt. Nicht assoziatives Lernen kann wiederum von zwei Arten sein: Gewöhnung oder Sensibilisierung (Bear et al., 2008).

Gewöhnung

Die wiederholte Präsentation eines Stimulus führt zu einer Abnahme der Intensität der Reaktion darauf (Bear et al., 2008).

Beispiel: Wenn Sie in einem Haus mit nur einem Telefon gelebt haben. Wenn es klingelt, rennt er los, um den Anruf anzunehmen. Jedes Mal, wenn er es tut, ist der Anruf für jemand anderen. Da dieses Ereignis wiederholt auftritt, reagieren sie nicht mehr auf das Telefon und hören es möglicherweise sogar nicht mehr (Bear et al., 2008).

Sensibilisierung

Die Präsentation eines neuen oder intensiven Stimulus erzeugt eine Reaktion von erhöhter Größe auf alle nachfolgenden Stimuli.

Beispiel: Angenommen, Sie gehen nachts auf einem Bürgersteig in einer gut beleuchteten Straße, und plötzlich tritt ein Stromausfall auf. Jeder neue oder seltsame Reiz, der auftritt, wie das Hören von Schritten oder das Sehen der Scheinwerfer eines sich nähernden Autos, wird ihn stören. Der empfindliche Reiz (Blackout) führte zu einer Sensibilisierung, die ihre Reaktion auf alle nachfolgenden Reize verstärkt (Bear et al., 2008).

-Assoziatives Lernen

Diese Art des Lernens basiert auf der Herstellung von Assoziationen zwischen verschiedenen Reizen oder Ereignissen. Innerhalb des assoziativen Lernens können zwei Untertypen unterschieden werden: klassische Konditionierung und instrumentelle Konditionierung (Bear et al., 2008).

Klassische Konditionierung

Bei dieser Art des Lernens besteht eine Assoziation zwischen einem Stimulus, der eine Reaktion hervorruft (unkonditionierte Reaktion oder unkonditionierte Reaktion, RNC / RI), einem unkonditionierten oder unkonditionierten Reiz (ENC / EI) und einem anderen Reiz, der die Reaktion normalerweise nicht provoziert. konditionierter Reiz (CS), und das erfordert Training.

Die gepaarte Präsentation der CS und der USA beinhaltet die Präsentation der gelernten Antwort (konditionierte Antwort, CR) auf den trainierten Stimulus. Eine Konditionierung tritt nur auf, wenn die Stimuli gleichzeitig präsentiert werden oder wenn die CS in einem sehr kurzen Zeitintervall der ENC vorausgeht (Bear et al., 2008).

Beispiel: Ein ENC / EC-Stimulus kann bei Hunden ein Stück Fleisch sein. Beim Betrachten des Fleisches geben die Hunde eine Speichelflussreaktion (RNC / RI) ab. Wenn ein Hund jedoch durch den Klang einer Glocke als Reiz dargestellt wird, zeigt er keine besondere Reaktion. Wenn wir beide Reize gleichzeitig präsentieren oder zuerst den Klang der Glocke (CE) und dann das Fleisch nach wiederholtem Training. Der Ton kann die Speichelflussreaktion provozieren, ohne dass das Fleisch vorhanden ist. Es gab einen Zusammenhang zwischen Essen und Fleisch. Sound (EC) kann eine konditionierte Reaktion (CR), Speichelfluss, hervorrufen.

Instrumentelle Konditionierung

Bei dieser Art des Lernens lernen Sie, eine Reaktion (motorische Handlung) mit einem signifikanten Reiz (einer Belohnung) zu verknüpfen. Damit eine instrumentelle Konditionierung stattfinden kann, muss der Reiz oder die Belohnung nach der Reaktion des Individuums erfolgen.

Darüber hinaus wird auch die Motivation ein wichtiger Faktor sein. Andererseits tritt eine instrumentelle Art der Konditionierung auch dann auf, wenn das Individuum anstelle einer Belohnung das Verschwinden eines aversiven Valenzstimulus erhält (Bear et al., 2008).

Beispiel: Wenn wir eine hungrige Ratte in eine Kiste mit einem Hebel einführen, der Nahrung liefert, drückt die Ratte beim Erkunden der Kiste den Hebel (motorischer Akt) und beobachtet, dass Nahrung erscheint (Belohnung). Nachdem Sie dies mehrmals getan haben, assoziiert die Ratte das Drücken des Hebels mit dem Erhalten von Futter. Daher drücken Sie den Hebel, bis Sie zufrieden sind (Bear et al., 2008).

Neurochemie des Gehirnlernens

Empowerment und Depression

Wie bereits erwähnt, wird angenommen, dass Lernen und Gedächtnis von synaptischen Plastizitätsprozessen abhängen.

So haben verschiedene Studien gezeigt, dass die Lernprozesse (darunter die oben beschriebenen) und das Gedächtnis zu Veränderungen der synaptischen Konnektivität führen, die die Stärke und Kommunikationskapazität zwischen Neuronen verändern.

Diese Änderungen der Konnektivität wären das Ergebnis molekularer und zellulärer Mechanismen, die diese Aktivität als Folge der neuronalen Erregung und Hemmung regulieren, die die strukturelle Plastizität reguliert.

Eines der Hauptmerkmale von exzitatorischen und inhibitorischen Synapsen ist daher die hohe Variabilität ihrer Morphologie und Stabilität, die als Folge ihrer Aktivität und des Zeitablaufs auftritt (Caroni et al., 2012).

Auf dieses Gebiet spezialisierte Wissenschaftler sind speziell an langfristigen Veränderungen der synaptischen Stärke als Folge von Langzeitpotenzierungs- (PLP) und Langzeitdepressionsprozessen (DLP) interessiert.

• Langzeitpotenzierung : Die synaptische Stärke nimmt infolge der Stimulation oder wiederholten Aktivierung der synaptischen Verbindung zu. Daher tritt bei Vorhandensein des Stimulus eine konsistente Reaktion auf, wie im Fall einer Sensibilisierung.
• Langzeitdepression (DLP) : Die synaptische Stärke nimmt zu, wenn die synaptische Verbindung nicht wiederholt aktiviert wird. Daher ist die Größe der Reaktion auf den Reiz geringer oder sogar Null. Wir könnten sagen, dass ein Gewöhnungsprozess stattfindet.

Gewöhnung und Bewusstsein

Die ersten experimentellen Studien, die daran interessiert waren, die neuronalen Veränderungen zu identifizieren, die dem Lernen und dem Gedächtnis zugrunde liegen, verwendeten einfache Lernformen wie Gewöhnung, Sensibilisierung oder klassische Konditionierung.

Vor diesem Hintergrund konzentrierte sich der amerikanische Wissenschaftler Eric Kandel in seinen Studien auf den Kiemenrückzugsreflex der Aplysia Califórnica, ausgehend von der Annahme, dass neuronale Strukturen zwischen diesen und höheren Systemen analog sind.

Diese Studien lieferten erste Beweise dafür, dass Gedächtnis und Lernen durch die Plastizität synaptischer Verbindungen zwischen am Verhalten beteiligten Neuronen vermittelt werden, und zeigten, dass Lernen zu tiefgreifenden strukturellen Veränderungen führt, die mit der Speicherung des Gedächtnisses einhergehen (Mayford et al., 2012).

Kandel kommt wie Ramón y Cajal zu dem Schluss, dass synaptische Verbindungen nicht unveränderlich sind und dass strukturelle und / oder anatomische Veränderungen die Grundlage für die Speicherung des Gedächtnisses bilden (Mayford et al., 2012).

Im Kontext der neurochemischen Lernmechanismen werden verschiedene Ereignisse sowohl zur Gewöhnung als auch zur Sensibilisierung stattfinden.

Gewöhnung

Wie bereits erwähnt, besteht die Gewöhnung aus einer Abnahme der Intensität der Reaktion, eine Folge der wiederholten Präsentation eines Stimulus. Wenn ein Reiz vom sensorischen Neuron wahrgenommen wird, wird ein Erregungspotential erzeugt, das eine wirksame Reaktion ermöglicht.

Wenn der Reiz wiederholt wird, nimmt das Erregungspotential progressiv ab, bis es schließlich die minimale Entladungsschwelle nicht überschreitet, die erforderlich ist, um ein postsynaptisches Aktionspotential zu erzeugen, das eine Muskelkontraktion ermöglicht.

Der Grund, warum dieses Anregungspotential abnimmt, liegt in der Tatsache begründet, dass bei kontinuierlicher Wiederholung des Stimulus zunehmend Kaliumionen (K ⁺ ) abgegeben werden, was wiederum zum Schließen von Kalziumkanälen führt ( Ca ²⁺ ), das den Eintritt von Calciumionen verhindert. Daher wird dieser Prozess durch eine Verringerung der Freisetzung von Glutamat verursacht (Mayford et al., 2012).

Sensibilisierung

Sensibilisierung ist eine komplexere Form des Lernens als Gewöhnung, bei der ein intensiver Reiz eine übertriebene Reaktion auf alle nachfolgenden Reize hervorruft, auch auf diejenigen, die zuvor nur eine geringe oder keine Reaktion hervorgerufen haben.

Obwohl es sich um eine Grundform des Lernens handelt, hat es kurz- und langfristig unterschiedliche Phasen. Während eine kurzfristige Sensibilisierung schnelle und dynamische synaptische Veränderungen implizieren würde, würde eine langfristige Sensibilisierung zu lang anhaltenden und stabilen Veränderungen führen, die die Folge tiefgreifender struktureller Veränderungen sind.

In diesem Sinne wird in Gegenwart des sensibilisierenden Stimulus (intensiv oder neu) eine Freisetzung von Glutamat auftreten, wenn die vom präsynaptischen Terminal freigesetzte Menge zu hoch ist, werden die postsynaptischen AMPA-Rezeptoren aktiviert.

Diese Tatsache wird den Eintritt von Na2 + in das postsynaptische Neuron ermöglichen, was seine Depolarisation sowie die Freisetzung von NMDA-Rezeptoren ermöglicht, die bisher durch Mg2 + -Ionen blockiert wurden. Beide Ereignisse werden einen massiven Eintritt von Ca2 + in das postsynaptische Neuron ermöglichen.

Wenn der sensibilisierende Stimulus kontinuierlich präsentiert wird, führt dies zu einem anhaltenden Anstieg des Ca2 + -Eintrags, wodurch verschiedene Kinasen aktiviert werden, was zur Initiierung der frühen Expression genetischer Faktoren und der Proteinsynthese führt. All dies wird zu langfristigen strukturellen Veränderungen führen.

Daher liegt der grundlegende Unterschied zwischen den beiden Prozessen in der Proteinsynthese. Bei der ersten von ihnen, bei der kurzfristigen Sensibilisierung, ist ihre Wirkung nicht erforderlich, damit sie auftritt.

Andererseits ist es bei der Langzeitsensibilisierung wichtig, dass eine Proteinsynthese stattfindet, damit dauerhafte und stabile Veränderungen stattfinden, die auf die Bildung und Aufrechterhaltung neuen Lernens abzielen.

Festigung des Lernens im Gehirn

Lernen und Gedächtnis sind das Ergebnis struktureller Veränderungen, die als Folge der synaptischen Plastizität auftreten. Damit diese strukturellen Veränderungen auftreten können, muss der langfristige Potenzierungsprozess oder die Festigung der synaptischen Stärke aufrechterhalten werden.

Wie bei der Induktion einer Langzeitsensibilisierung sind sowohl die Proteinsynthese als auch die Expression genetischer Faktoren erforderlich, die zu strukturellen Veränderungen führen. Damit diese Ereignisse eintreten können, muss eine Reihe molekularer Faktoren stattfinden:

• Der anhaltende Anstieg des Eintritts von Ca2 + in das Terminal aktiviert verschiedene Kinasen, was zur Initiierung der frühen Expression genetischer Faktoren und zur Synthese von Proteinen führt, die zur Induktion neuer AMPA-Rezeptoren führen, die in das Ca2 + eingeführt werden Membran und wird PLP beibehalten.

Diese molekularen Ereignisse führen zu einer Änderung der dendritischen Größe und Form mit der Möglichkeit, die Anzahl der dendritischen Stacheln in bestimmten Bereichen zu erhöhen oder zu verringern.

Zusätzlich zu diesen lokalisierten Veränderungen haben aktuelle Forschungen gezeigt, dass Veränderungen auch auf globaler Ebene auftreten, da das Gehirn als einheitliches System fungiert.

Daher sind diese strukturellen Veränderungen die Grundlage des Lernens. Wenn diese Veränderungen im Laufe der Zeit anhalten, werden wir über das Gedächtnis sprechen.

Verweise

1. (2008). In BN Association & BNA, Neurosciences. Die Wissenschaft vom Gehirn. Eine Einführung für junge Studenten. Liverpool.
2. Bear, M., Connors, B. & Paradiso, M. (2008). Neurowissenschaften: Erforschung des Gehirns. Philadelphia: Lippincott Wiliams & Wilkings.
3. Caroni, P., Donato, F. & Muller, D. (2012). Strukturelle Plastizität beim Lernen: Regulierung und Funktionen. Nature, 13, 478 & ndash; 490.
4. Grundlagen der Verhaltensphysiologie. (2010). In N. Carlson. Madrid: Pearson.
5. M. Mayford, SA Siegelbaum & ER Kandel (nd). Synapsen und Speicher.
6. Morgado, L. (2005). Psychobiologie des Lernens und des Gedächtnisses: Grundlagen und jüngste Fortschritte. Rev Neurol, 40 (5), 258 & ndash; 297.