Amb l’aprenentatge adquirim coneixement, el qual s’emmagatzema a la memòria. I la memòria… Bé, la memòria és el que ens fa ser com som. Les experiències passades donen forma a la nostra forma de pensar i d’actuar. És més, no seria cap bajanada afirmar que donem sentit a la nostra vida gràcies als records que en guardem. 

Però, com es forma la memòria en el nostre cervell? O, dit d’altra manera, què ens suposa l’aprenentatge?

Diferents tipus d’aprenentatge

Quan pensem en aprenentatge ens ve al cap una persona davant d’un escriptori. Aquest tipus d’aprenentatge és voluntari i conscient, ja que el duem a terme activament. És el que anomenem aprenentatge explícit. Els records que es formen s’emmagatzemen a llarg termini, i els podem recuperar a voluntat.

Però avui no ens centrarem en l’aprenentatge explícit, sinó en l’aprenentatge implícit. Aquesta és la forma més primitiva de condicionar el comportament. Està present en tots els organismes que tenen un sistema nerviós, i permet la supervivència de l’espècie. Sense ella, avui nosaltres no podríem haver arribat fins aquí.

A finals del segle XIX, es va descobrir que l’aprenentatge implícit es pot donar de tres maneres diferents: per habituaciósensibilització o condicionament clàssic. El descobridor d’aquests fenòmens va ser el metge rus Ivan Pàvlov, que acabaria passant a la història pels seus treballs èticament qüestionables amb gossos. Però d’això ja en parlarem en un altre reportatge; avui ens centrarem en les seves conclusions.

File:Ivan Pavlov 1934.jpg
Ivan Pàvlov

Habituació

L’organisme s’habitua a un estímul inofensiu. Per exemple, al cap d’una estona d’estar en una habitació, deixem de parar atenció al tic-tac del rellotge. Continua sent-hi, però s’elimina automàticament de la nostra ment.

Sensibilització

Després d’un estímul nociu, responem amb més vigor a la resta d’estímuls. Imagina que et trobes sol a casa i et sobresaltes perquè sents com algú obre una porta. Si a continuació notes com algú et toca l’espatlla, el més probable és que facis un bot del sofà. Has respost de forma exagerada a un estímul inofensiu.

Condicionament clàssic

Quan s’acompanya reiteradament un estímul nociu amb un d’inofensiu, s’acaba responent amb la mateixa intensitat a tots dos. Suposem que fem una descàrrega elèctrica a un ratolí just després de tocar un xiulet. Si ho repetim uns quants cops, al final el ratolí tremolarà de por només amb sentir el xiulet.

Les bavoses de mar i l’aprenentatge implícit

Ivan Pàvlov va ser el primer que va descriure l’aprenentatge implícit, però no va intentar mai explicar els seus mecanismes. En la seva època, la memòria i l’aprenentatge eren conceptes de l’àmbit de la psicoanàlisi. Aquesta disciplina, iniciada a finals del segle XIX per Sigmund Freud, volia estudiar el psiquisme humà només amb les converses entre el pacient i el psicoanalista. Defugia de la metodologia típica de les ciències experimentals.

Per altra part, la neurobiologia més experimental era fonamentalment anatomista. Estudiava l’estructura del sistema nerviós, però sense parar massa atenció al món microscòpic. Aquest gir cap a l’estudi de les neurones i les seves connexions va arribar uns quants anys més tard, amb els treballs de Santiago Ramón y Cajal

Al llarg de les següents dècades, el funcionament molecular de les neurones es va anar desxifrant. Havia arribat el moment d’expandir els horitzons i afrontar noves preguntes, entre les quals hi havia l’aprenentatge i la memòria. El primer que va aproximar-s’hi va ser Eric Kandel, un metge americà d’origen austríac. Per fer-ho, va triar l’organisme més simple que va trobar: Aplysia, un tipus de bavosa de mar.

File:Eric Kandel, a classic bowtie wearer .jpg
Eric Kandel

En aquest sentit va ser un visionari, ja que la majoria de neurobiòlegs continuaven sent força anatomistes, i es negaven a fer servir organismes inferiors. Pensaven que, si realment es volia saber com funcionava el cervell, calia fer servir mostres extretes de cadàvers humans o, com a molt, mamífers. Però, Aplysia, una bavosa de mar, era un sacrilegi contra la “bona ciència”.

Que no sigui el que sempre s’ha fet, no vol dir que no sigui correcte.

Tot i les crítiques que va rebre, Kandel va decidir tirar endavant. Alypsia és un animal amb nombrosos reflexos simples que es modifiquen amb l’aprenentatge implícit. A més a més, només té unes 20 mil neurones, un nombre ridícul comparat amb les 100 mil milions de neurones que formen el cervell humà. De fet, algunes d’aquestes són tan grans que es poden veure a simple vista.

Aprenentatge

La comunicació entre neurones: la sinapsi

Des de l’època de Cajal se sabia que el sistema nerviós no és una xarxa continua de neurones. Les neurones són cèl·lules separades i no es toquen les unes amb les altres. Entre les seves ramificacions hi ha un espai minúscul de només 30 nm, és a dir, la milionèsima part d’un mil·límetre. Aquesta separació entre les neurones rep el nom d’espai sinàptic.

Quan una neurona vol comunicar-se amb una altra, la primera allibera petites substàncies químiques a l’espai sinàptic. Aquestes petites partícules s’anomenen neurotransmissors, i porten el missatge des d’una neurona fins a l’altra. Llavors, la segona neurona els capta i continua amb la transmissió del senyal.

Espai sinaptic

L’estudi de l’aprenentatge implícit

La hipòtesi de Kandel era força senzilla. Segons ell, l’aprenentatge implícit es produeix perquè es donen canvis en les connexions entre les neurones.

Suposem un reflex simple, com ara la retracció de les brànquies d’Aplysia quan algú les toca. Es tracta d’un mecanisme de supervivència, així que la resposta ha de ser quasi immediata. De fet, només hi intervenen dues neurones: una sensorial i una motora. La neurona sensorial capta l’estímul, aquest es transmet a la neurona motora, i aquesta provoca que la brànquia es contregui. Tot molt fàcil… O no?

Kandel va descobrir que hi havia altres neurones que modificaven l’efecte de la neurona sensorial. Aquestes són les anomenades neurones mediadores, que modifiquen l’acte reflex en funció d’altres estímuls. Per tant, en certa manera, aquestes neurones són les encarregades de l’aprenentatge implícit.

Prenem com a exemple un cas de sensibilització. Si fem una descàrrega elèctrica a la cua d’Aplysia, s’activarà una neurona mediadora. Quan després toquem la brànquia de l’animal, la retracció serà més forta. La neurona mediadora està modificant la neurona sensorial; fa que respongui més intensament.

Circuit neuronal

Resposta a curt termini

La sensibilització que acabem de veure és una resposta immediata. Però, què li passa a la neurona sensorial? Què fa la neurona mediadora que acabi modificant el resultat final? Per entendre què està passant, cal estudiar les sinapsis. I, més específicament, cal fixar-se en els neurotransmissors que s’alliberen.

Quan el circuit funciona de forma estàndard, la neurona sensorial estimula la neurona motora. Això ho fa alliberant un neurotransmissor, anomenat glutamat, a l’espai sinàptic. El glutamat desencadena una resposta a la neurona motora, i provoca la contracció de la brànquia d’Aplysia.

Ara bé, en una sensibilització, la neurona mediadora augmenta la secreció de glutamat de la neurona sensorial. Com s’ho fa? Doncs molt fàcil: alliberant un altre tipus de neurotransmissor cap a la neurona sensorial: la serotonina. Aquesta serotonina augmenta la secreció de glutamat i, per tant, fa que la resposta de la neurona motora sigui més intensa.

Serotonina

Via de senyalització de la serotonina

Pels més entesos en bioquímica, potser us interessa saber el mecanisme d’aquest procés. Com hem dit abans, quan s’aplica la descàrrega elèctrica a la cua d’Aplysia, la neurona mediadora allibera serotonina a l’espai sinàptic. La serotonina s’uneix als receptors de la neurona sensorial, i s’inicia una via de senyalització:

  1. La serotonina augmenta la concentració d’un petit missatger químic, anomenat AMP cíclic (cAMP).
  2. El cAMP activa una proteïna efectora, que rep el nom de proteïna kinasa A (PKA).
  3. La PKA incrementa l’alliberació de glutamat cap a la neurona motora.
Mecanisme

Ja per acabar…

Si repetim el procediment, la sensibilització s’acaba fent més o menys permanent. Es genera una memòria a llarg termini, que consisteix en l’enfortiment de les sinapsis d’aquest circuit. Les neurones creixen i es ramifiquen més, formen noves connexions i en reforcen d’altres. Per tant, fins i tot en el cervell adult, l’aprenentatge és capaç de modificar l’arquitectura de les neurones.

Per saber-ne més

Nobel Prize Eric Kandel

Mentes Curiosas La Aplysia y el aprendizaje

Neurociencia El hombre de las babosas


Les imatges d’aquest reportatge s’han elaborat amb BioRender.