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Hipótesis del reciclaje neuronal

Representaciones visualmente diferentes, pero ¿cómo leemos ambas como 'A'? La hipótesis del reciclaje neuronal fue propuesta por Stanislas Dehaene en el campo de la neurociencia...

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Representaciones visualmente diferentes, pero ¿cómo leemos ambas como 'A'?

La hipótesis del reciclaje neuronal fue propuesta por Stanislas Dehaene en el campo de la neurociencia cognitiva [1] en un intento de explicar los procesos neuronales subyacentes que permiten a los humanos adquirir capacidades cognitivas recientemente inventadas. [2] Esta hipótesis fue formulada en respuesta a la "paradoja de la lectura", [2] que afirma que estos procesos cognitivos son invenciones culturales demasiado modernas para ser productos de la evolución . La paradoja radica en el hecho de que la evidencia transcultural sugiere que áreas cerebrales específicas están asociadas con estas funciones. [1] El concepto de reciclaje neuronal resuelve esta paradoja al sugerir que las funciones nuevas realmente utilizan y "reciclan" los circuitos cerebrales existentes. Una vez que estas funciones cognitivas encuentran un área cortical dedicada a un propósito similar, pueden invadir el circuito existente. A través de la plasticidad (una característica continua de la estructura cortical del cerebro para cambiar y reorganizarse a través del aprendizaje), [3] la corteza puede adaptarse para acomodarse a estas funciones nuevas. [2]

Historia

Hasta hace poco, los científicos sociales no creían que la biología cerebral fuera relevante para su campo, y por lo tanto nunca intentaron investigar los mecanismos biológicos de adquisiciones culturales como la lectura y la aritmética. [4] Muchos de los primeros científicos sociales sostenían puntos de vista de tabla rasa (pizarra en blanco), que era la noción de que los individuos nacen sin contenido mental, y que la organización y función del cerebro proviene únicamente de las experiencias de vida. [5] El modelo estándar de las ciencias sociales considera al cerebro simplemente como una gran estructura de dominio general, cuyas funciones han evolucionado gradualmente a través de la entrada cultural. [4] Hoy, muchos científicos continúan viendo al cerebro como una caja negra , donde solo se pueden medir sus entradas y salidas, pero sus mecanismos internos nunca se conocerán. [6]

Uno de los primeros descubrimientos relevantes para esta hipótesis provino de un neurólogo francés, Joseph Jules Dejerine . Descubrió que un accidente cerebrovascular que afectaba una pequeña área del sistema visual izquierdo del cerebro dejaba a los pacientes con deficiencias selectivas en la lectura. La "ceguera verbal", una pérdida del reconocimiento visual de solo letras y palabras, fue el primer diagnóstico que realizó en un paciente, y simultáneamente la primera conclusión sobre la base cortical de la lectura en el cerebro. El paciente de Dejerine todavía podía reconocer números, lo que implicaba además la existencia de áreas separadas del cerebro responsables de reconocer letras y palabras. Tras un estudio más profundo, el neurólogo francés encontró lesiones que afectaban la parte posterior del hemisferio izquierdo, cerca de los lóbulos fusiformes en su paciente. Actualmente, muchos pacientes han experimentado estos mismos síntomas de ceguera verbal, pero el término se ha cambiado a alexia pura . Ahora se sabe que es el resultado de lesiones en el surco occipitotemporal . [4]

Una teoría relevante para esta hipótesis es el concepto de exaptaciones de la teoría evolutiva , que afirma que varias características evolucionadas fueron seleccionadas inicialmente para otras funciones, pero luego adaptadas a su papel actual. En esencia, las presiones evolutivas actuaron sobre los mecanismos existentes para dar cabida a nuevas funciones que pueden ser más relevantes culturalmente. [7]

La hipótesis del reciclaje neuronal de Dehaene

El reciclaje neuronal es la idea de que los nuevos procesos cognitivos culturales invaden áreas corticales inicialmente dedicadas a funciones diferentes, pero similares. [4] Esta arquitectura cortical presenta sesgos antes del aprendizaje, pero a través del reciclaje neuronal, se pueden adquirir nuevas funciones, siempre que encuentren un área cortical adecuada en el cerebro para acomodarla. [2] Esta área se conoce como el "nicho neuronal" de una función cognitiva, que es análogo al concepto de nicho ecológico de la biología . [2] La nueva función cultural debe localizar un área cortical cuya función previa sea similar y lo suficientemente plástica como para acomodarla. [2]

El concepto de reciclaje neuronal es similar a las exaptaciones en la teoría evolutiva, que establece que varias funciones evolucionadas son simplemente subproductos de un antiguo mecanismo biológico. [1] Este proceso, sin embargo, es la reutilización de mecanismos biológicos que ocurren como resultado de la plasticidad cerebral, en lugar de presiones evolutivas sobre una población. [1] El reciclaje neuronal produce cambios en cuestión de semanas a años que no requieren un cambio en el genoma como lo hacen las exaptaciones evolutivas. [2]

La hipótesis del reciclaje neuronal se basa en los siguientes supuestos: [2]

  • La organización del cerebro humano está sujeta a restricciones anatómicas derivadas de la evolución y, por lo tanto, no es infinitamente plástica . Los mapas neuronales están presentes en la infancia, lo que sesga el aprendizaje posterior.
  • Las herramientas culturales como la lectura y la escritura no están presentes en el cerebro al nacer, sino que deben encontrar un nicho neuronal en el cerebro cuyo circuito esté configurado para realizar una función similar y sea lo suficientemente plástico para reorientarse lo suficiente para acomodar este nuevo uso.
  • La organización original de la corteza cerebral nunca se borra por completo una vez que estas herramientas culturales invaden las áreas corticales. En cambio, estas restricciones neuronales iniciales ejercen una poderosa influencia sobre lo que se puede aprender.

Basándose en estos supuestos, esta hipótesis predice lo siguiente: [2]

  • Cada herramienta cultural debe estar asociada a áreas corticales específicas, consistentes entre individuos y culturas.
  • La variabilidad cultural respecto a los procesos cognitivos adquiridos debería ser limitada debido a restricciones neuronales.
  • La velocidad y la facilidad de las adquisiciones culturales deberían ser predecibles en función de la cantidad y la complejidad del reciclaje requerido.

Lectura

La lectura ha sido parte de la cultura humana solo por aproximadamente 5400 años, y por lo tanto muchos concluyen [2] [8] que es demasiado moderna para ser el resultado de la evolución. La hipótesis del reciclaje neuronal propone que el reconocimiento visual de palabras es el resultado del reciclaje de estructuras corticales cuyas funciones iniciales eran el reconocimiento de objetos . El área de la forma visual de las palabras está situada junto a una serie de áreas corticales activadas por imágenes de objetos, lo que sugiere que anteriormente estaba sesgada para desempeñar un papel en el reconocimiento de objetos. Además, las estructuras recicladas adquieren nuevas funciones como la capacidad de reconocer letras independientemente de su tamaño, forma o mayúsculas y minúsculas. [8]

Como se afirmó en la hipótesis del reciclaje neuronal, los circuitos cerebrales sesgan lo que somos capaces de aprender. Un sesgo identificado implica la preferencia de imágenes centrales versus periféricas en diferentes puntos a lo largo de la corteza cerebral. Se observó que en todos los individuos, el área de la forma visual de las palabras recaía en la región de la corteza con una preferencia masiva por imágenes centrales de grano fino. Esta área es la más adecuada para acomodar la capacidad de lectura, debido al alto grado de precisión visual necesario para realizar esta función de manera efectiva. Otro sesgo cortical relevante para la lectura proviene de la lateralización de los hemisferios cerebrales . La lectura activa consistentemente el hemisferio izquierdo, que está asociado con las habilidades del lenguaje [9] y la discriminación entre formas pequeñas, mostrando un claro sesgo hacia las funciones de lectura. Existe una preadaptación de la corteza temporal inferior que utilizamos cuando aprendemos a leer. Es el área que se activa durante el reconocimiento de objetos invariantes, y su plasticidad suficiente le permite acomodar las nuevas formas y símbolos necesarios para la lectura. [4]

La plasticidad sináptica es mucho mayor en los niños, [4] lo que explica por qué adquieren el lenguaje con mayor facilidad que los adultos. [6] Exponer a los niños a la lectura da como resultado una reorientación masiva de la cognición humana en la corteza temporal inferior. [4] A medida que los niños aumentan su experiencia en lectura, el surco occipitotemporal debería fortalecerse y, con el tiempo, especializarse también en la escritura. [4]

Área de formación de palabras visuales

Surco occipotemporal

El área de la forma visual de las palabras (VWFA, por sus siglas en inglés) se encuentra en el surco occipitotemporal lateral izquierdo. [10] Esta área se superpone con la parte de la corteza visual ventral que detecta la presencia de uniones de líneas, y por lo tanto se cree que ha proporcionado al VWFA su nicho neuronal. [10] Biederman (1987) descubrió que los vértices de las líneas son más esenciales para el reconocimiento de objetos que los segmentos de línea. [11] En diferentes culturas, las letras y los símbolos utilizados en el lenguaje escrito están compuestos por un pequeño número de líneas que se unen en los vértices. [8] Esto sugiere que las limitaciones cerebrales han influido en el desarrollo de los sistemas de escritura y que existen límites en cuanto al tipo de invenciones culturales que podemos acomodar. Además, las simulaciones por computadora han demostrado que la percepción de las letras en redes neuronales profundas se facilita mediante el reciclaje de características visuales de bajo nivel aprendidas de imágenes naturales, [12] lo que respalda la hipótesis de que la estructura de las formas de las letras ha sido seleccionada culturalmente para que coincida con la estructura de los entornos naturales humanos.

Existe una gran cantidad de evidencia que respalda la existencia del área de la forma visual de las palabras. Esta área solo se activa para leer palabras visuales, en lugar de hablarlas o escucharlas. Las lesiones en esta ubicación dan como resultado alexia pura , un déficit en el reconocimiento de palabras, mientras que otras habilidades del lenguaje permanecen intactas. [2] El área de la forma visual de las palabras se activa al leer palabras reales y pseudopalabras más que cadenas de consonantes aleatorias, lo que sugiere que se ha adaptado para incorporar regularidades ortográficas en el lenguaje. [1] También representa de manera consistente las palabras visuales independientemente de las variaciones irrelevantes, de qué lado del campo visual se presentan o de si están en mayúsculas o minúsculas. [2]

Aritmética

La invención de los números arábigos es incluso más reciente que la lectura y la escritura, y por lo tanto está sujeta al mismo proceso de reciclaje. [1] Los estudios de imagen muestran evidencia de que el cálculo mental está asociado con el lóbulo parietal izquierdo y derecho . [13] La activación de esta área es directamente proporcional al grado de dificultad en el cálculo dado. Durante la formación de imágenes, una pequeña región dentro del surco intraparietal solo se activa durante las tareas de cálculo cuando también se dan tareas visoespaciales, de lenguaje y de cálculo. Esta misma área se activa cuando los sujetos deben detectar números solo en un flujo de estímulos variables, lo que indica que el proceso de cálculos no es necesario para activarlo, sino solo el reconocimiento de números. Las lesiones en el surco intraparietal resultan en graves deterioros en el cálculo sin deterioros en los procesos relacionados, como las habilidades de razonamiento. [2]

Críticas

La principal crítica que se dirige a la hipótesis del reciclaje neuronal se refiere a la existencia de la zona de la forma visual de las palabras. Los científicos han descubierto que el surco occipitotemporal izquierdo se activaba al leer palabras mediante una serie de estudios de imagen, y que las lesiones en esta zona perjudicaban la lectura de palabras. [1]

Los científicos críticos afirman que los pacientes con alexia pura suelen tener lesiones occipitales extensas en el lado izquierdo que incluyen áreas dañadas alrededor del área de formación visual de las palabras. Por lo tanto, es imposible concluir que las deficiencias resultantes son síntomas causados ​​por la lesión de esa área en particular. Una explicación alternativa propuesta para este fenómeno es el síndrome de desconexión , por el cual la lesión occipitotemporal desconecta el área de procesamiento visual del procesamiento del lenguaje. Sin embargo, el hecho de que estos pacientes muestren deficiencias en otras formas de reconocimiento de objetos refuta esta teoría. [14]

Mediante estudios de imágenes, los científicos descubrieron que el área de la forma visual de las palabras desempeñaba un papel claro en la lectura. Sin embargo, también descubrieron que la misma área estaba activa durante varias otras formas de tareas de reconocimiento y denominación de objetos. Además, también se observó la activación de esta área cuando se pidió a los sujetos que pensaran en el significado de las palabras habladas, escucharan definiciones de objetos y tomaran decisiones significativas sobre ellas, o cuando imaginaban un objeto. Además, la misma área se activa cuando los sujetos ciegos leen mediante estimulación táctil, lo que implica que el área de la forma visual de las palabras procesa más que solo estímulos visuales. [14]

En respuesta a estas críticas, Cohen y Deheane propusieron que existe una especialización funcional en el área de la forma visual de las palabras para la lectura, que es reproducible en diferentes sujetos y culturas. [15] No creen que exista una selectividad específica para el reconocimiento de palabras porque se activa con otros estímulos, [15] como las tareas de reconocimiento y denominación de objetos antes mencionadas. [14] Sin embargo, esto se puede explicar por el hecho de que esta área cortical se recicló para acomodar las funciones de lectura y, por lo tanto, no es improbable que se active en otras tareas similares. [15]

Cohen y Dehaene sugieren dos posibles direcciones para estudiar el área de la forma visual de las palabras y llegan a una conclusión: [15]

Localización espacial
Mediante el uso de imágenes de alta resolución espacial, concéntrese en examinar el grado de localización reproducible en el VWFA. Esto determinará si pequeñas áreas dentro de esta ubicación están especializadas para el reconocimiento de palabras, ya que los estudios muestran que el área completa no lo está.
Especialización funcional
Para estudiar esto se pueden utilizar métodos de obtención de imágenes más generales. Consisten en examinar la especialización funcional de los procesos de lectura en el área de la forma visual de las palabras para ver si hay procesos asociados con la lectura que sean específicos de esa área.

Investigaciones futuras

Nuevos estudios han adaptado esta hipótesis para explicar la plasticidad intermodal que parece ocurrir en personas ciegas. Se trata del hecho de que otros sentidos en personas ciegas parecen estar intensificados como resultado de la pérdida de visión. Dado que los pacientes ciegos no están expuestos a la nueva función de la lectura visual, el área cortical normalmente dedicada a esta función se utilizará para una función diferente. Por ejemplo, los científicos han descubierto que las redes neuronales dedicadas a detectar sonidos en movimiento en personas ciegas parecen ser reclutadas por el área de la corteza visual responsable del movimiento visual en las personas videntes. Esto apoya la teoría de que las nuevas funciones deben encontrar un nicho neuronal, con áreas corticales existentes capaces de apoyar la función. [19] Esta idea también podría aplicarse para explicar la modalidad cruzada en pacientes sordos y otros fenómenos intermodales como la sinestesia y el efecto McGurk .

Esta hipótesis permite comprender los procesos neuronales necesarios para adquirir nuevas funciones. Con este marco de referencia, las investigaciones futuras pueden ampliar estas ideas para estudiar los efectos de la educación en estas áreas cerebrales en particular, o cómo la exposición limitada a la lectura y la aritmética a una edad temprana las afecta. El conocimiento de cómo funciona la plasticidad cerebral en relación con habilidades tan fundamentales como la lectura, la escritura y la aritmética tiene claras aplicaciones en las técnicas educativas.

Referencias

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  2. ^ abcdefghijklm Dehaene, S. (2005). Del cerebro de mono al cerebro humano: un simposio de la Fundación Fyssen. Cambridge, MA: The MIT Press.
  3. ^ Pascual-Leone, A.; Amedi, A.; Fregni, F.; Merabet, LB (2005). "La corteza cerebral plástica humana". Revista Anual de Neurociencia . 28 (1): 377–401. doi :10.1146/annurev.neuro.27.070203.144216. PMID  16022601.
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  5. ^ Pinker, S. (2002). La tabla rasa: la negación moderna de la naturaleza humana. Nueva York, NY: Penguin Group
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