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El cerebro en los dos primeros años

Algunos de los cambios físicos más dramáticos que se producen durante los dos primeros años de desarrollo del cerebro. Nacemos con la mayor parte de las células cerebrales que tendremos jamás; es decir, unos 85.000 millones de neuronas cuya función es almacenar y transmitir información (Huttenlocher & Dabholkar, 1997). Aunque la mayoría de las neuronas del cerebro están presentes al nacer, no están completamente maduras.

Figura 3.4.1. Las investigaciones demuestran que, ya a los 4-6 meses, los bebés utilizan áreas del cerebro similares a las de los adultos para procesar la información. Imagen de Deen et al., 2017.

La comunicación dentro del sistema nervioso central (SNC), que consiste en el cerebro y la médula espinal, comienza con las células nerviosas llamadas neuronas. Las neuronas se conectan con otras neuronas a través de redes de fibras nerviosas llamadas axones y dendritas. Cada neurona suele tener un único axón y numerosas dendritas que se extienden como las ramas de un árbol (algunos dirán que parece una mano con dedos). El axón de cada neurona llega a las dendritas de otras neuronas en intersecciones llamadas sinapsis, que son enlaces de comunicación críticos dentro del cerebro. Los axones y las dendritas no se tocan, sino que los impulsos eléctricos en los axones provocan la liberación de unas sustancias químicas llamadas neurotransmisores que llevan la información desde el axón de la neurona emisora hasta las dendritas de la neurona receptora.

Figura 3.4.2. Neurona.

Sinaptogénesis y poda sináptica

Aunque la mayoría de los 100 a 200 mil millones de neuronas del cerebro están presentes al nacer, no están completamente maduras. Cada vía neuronal forma miles de nuevas conexiones durante la infancia y la niñez. La sinaptogénesis, o formación de conexiones entre neuronas, continúa desde el periodo prenatal formando miles de nuevas conexiones durante la infancia y la niñez. Durante los siguientes años, las dendritas, o conexiones entre neuronas, experimentarán un periodo de exuberancia transitoria o crecimiento dramático temporal (exuberante porque es muy rápido y transitorio porque una parte es temporal). Es tal la proliferación de estas dendritas durante estos primeros años que a los 2 años una sola neurona puede tener miles de dendritas.

Después de este dramático aumento, las vías neuronales que no se utilizan serán eliminadas a través de un proceso llamado poda sináptica, en el que se reducen las conexiones neuronales, haciendo así que las que se utilizan sean mucho más fuertes. Se cree que la poda hace que el cerebro funcione de forma más eficiente, permitiendo el dominio de habilidades más complejas (Hutchinson, 2011). La experiencia determinará cuáles de estas conexiones se mantienen y cuáles se pierden. En última instancia, se perderá alrededor del 40% de estas conexiones (Webb, Monk y Nelson, 2001). La exuberancia transitoria se produce durante los primeros años de vida, y la poda continúa durante la infancia y la adolescencia en varias áreas del cerebro. Esta actividad se produce principalmente en el córtex o la fina cubierta exterior del cerebro que participa en la actividad voluntaria y el pensamiento.

El vídeo 3.4.1. Cómo se desarrollan los cerebros de los bebés explica algunos de los cambios cerebrales que se esperan en los primeros años de vida.

Mielinización

Otro cambio significativo que se produce en el sistema nervioso central es el desarrollo de la mielina, un recubrimiento de tejidos grasos alrededor del axón de la neurona (Carlson, 2014).La mielina ayuda a aislar la célula nerviosa y a acelerar la velocidad de transmisión de los impulsos de una célula a otra. Este aumento potencia la construcción de vías neuronales y mejora la coordinación y el control de los procesos de movimiento y pensamiento. Durante la infancia, la mielinización progresa rápidamente, con un número creciente de axones que adquieren vainas de mielina. Esto se corresponde con el desarrollo de las habilidades cognitivas y motoras, como la comprensión del lenguaje, la adquisición del habla, el procesamiento sensorial, el gateo y la marcha. La mielinización en las áreas motoras del cerebro durante la primera y la segunda infancia conduce a grandes mejoras en las habilidades motoras finas y gruesas. La mielinización continúa durante la adolescencia y los primeros años de la edad adulta y, aunque se completa en gran medida en este momento, pueden añadirse vainas de mielina en las regiones de materia gris, como la corteza cerebral, a lo largo de toda la vida.

Estructuras cerebrales

Al nacer, el cerebro tiene aproximadamente el 25 por ciento de su peso adulto y, a los dos años, tiene el 75 por ciento de su peso adulto. La mayor parte de la actividad neuronal se produce en la corteza o la delgada cubierta exterior del cerebro que participa en la actividad voluntaria y el pensamiento. La corteza está dividida en dos hemisferios, y cada hemisferio está dividido en cuatro lóbulos, cada uno de ellos separado por pliegues conocidos como fisuras. Si observamos el córtex empezando por la parte delantera del cerebro y moviéndonos por la parte superior, vemos primero el lóbulo frontal (detrás de la frente), que es responsable principalmente del pensamiento, la planificación, la memoria y el juicio. Después del lóbulo frontal está el lóbulo parietal, que se extiende desde la mitad hasta la parte posterior del cráneo y que es responsable principalmente del procesamiento de la información sobre el tacto. A continuación está el lóbulo occipital, en la parte posterior del cráneo, que procesa la información visual. Por último, delante del lóbulo occipital, entre las orejas, se encuentra el lóbulo temporal, responsable de la audición y el lenguaje.

Figura 3.4.3. Lóbulos del cerebro.

Aunque el cerebro crece rápidamente durante la infancia, las regiones cerebrales específicas no maduran al mismo ritmo. Las áreas motoras primarias se desarrollan antes que las áreas sensoriales primarias, y la corteza prefrontal, que se encuentra detrás de la frente, es la menos desarrollada. A medida que el córtex prefrontal madura, el niño es cada vez más capaz de regular o controlar las emociones, planificar actividades, elaborar estrategias y tener mejor criterio. Esta maduración no se completa en la infancia y la niñez, sino que continúa a lo largo de la infancia, la adolescencia y la edad adulta.

Lateralización

La lateralización es el proceso en el que diferentes funciones se localizan principalmente en un lado del cerebro. Por ejemplo, en la mayoría de los adultos, el hemisferio izquierdo es más activo que el derecho durante la producción del lenguaje, mientras que el patrón inverso se observa durante las tareas que implican habilidades visoespaciales (Springer & Deutsch, 1993). Este proceso se desarrolla con el tiempo, sin embargo, se han reportado asimetrías estructurales entre los hemisferios incluso en fetos (Chi, Dooling, & Gilles, 1997; Kasprian et al., 2011) y bebés (Dubois et al., 2009).

Neuroplasticidad

Por último, la neuroplasticidad se refiere a la capacidad del cerebro para cambiar, tanto física como químicamente, para mejorar su adaptabilidad a los cambios ambientales y compensar las lesiones. La neuroplasticidad nos permite aprender y recordar cosas nuevas y adaptarnos a nuevas experiencias. Tanto las experiencias ambientales, como los estímulos, como los acontecimientos internos de una persona, como las hormonas y los genes, afectan a la plasticidad del cerebro. También lo hace la edad. Nuestros cerebros son los más «plásticos» cuando somos niños pequeños, ya que es durante esta época cuando aprendemos más sobre nuestro entorno. Los cerebros de los adultos demuestran neuroplasticidad, pero se ven influidos de forma más lenta y menos extensa que los de los niños (Kolb & Whishaw, 2011).

Vídeo 3.4.2. Potenciación a largo plazo y plasticidad sináptica explica cómo se produce el aprendizaje a través de las conexiones sinápticas y la plasticidad.

El control de algunas funciones corporales específicas, como el movimiento, la visión y la audición, se realiza en áreas específicas de la corteza. Si estas áreas se dañan, el individuo probablemente perderá la capacidad de realizar la función correspondiente. Por ejemplo, si un bebé sufre daños en las áreas de reconocimiento facial del lóbulo temporal, probablemente nunca podrá reconocer las caras (Farah, Rabinowitz, Quinn, & Liu, 2000). Por otra parte, el cerebro no está dividido de forma totalmente rígida. Las neuronas del cerebro tienen una notable capacidad para reorganizarse y ampliarse para llevar a cabo determinadas funciones en respuesta a las necesidades del organismo, y para reparar los daños. Como resultado, el cerebro crea constantemente nuevas rutas de comunicación neuronal y reconstruye las existentes.

Maduración del cerebro durante la infancia

El cerebro tiene alrededor del 75 por ciento de su peso adulto a los tres años de edad. A los 6 años, alcanza el 95 por ciento de su peso adulto (Lenroot & Giedd, 2006). La mielinización y el desarrollo de las dendritas siguen produciéndose en el córtex, y a medida que lo hace, vemos un cambio correspondiente en lo que el niño es capaz de hacer. El mayor desarrollo de la corteza prefrontal, la zona del cerebro situada detrás de la frente que nos ayuda a pensar, elaborar estrategias y controlar la atención y las emociones, hace que cada vez sea más posible inhibir los arrebatos emocionales y entender cómo jugar.

Figura 3.4.4. Cuerpo calloso.

Crecimiento de los hemisferios y del cuerpo calloso

Entre los 3 y los 6 años, el hemisferio izquierdo del cerebro crece de forma espectacular. Este lado del cerebro o hemisferio está típicamente involucrado en las habilidades del lenguaje. El hemisferio derecho sigue creciendo a lo largo de la primera infancia y participa en tareas que requieren habilidades espaciales, como el reconocimiento de formas y patrones. El cuerpo calloso, una densa banda de fibras que conecta los dos hemisferios del cerebro, contiene aproximadamente 200 millones de fibras nerviosas que conectan los hemisferios (Kolb & Whishaw, 2011).

El cuerpo calloso está situado un par de centímetros por debajo de la fisura longitudinal, que recorre la longitud del cerebro y separa los dos hemisferios cerebrales (Garrett, 2015). Dado que los dos hemisferios realizan funciones diferentes, se comunican entre sí e integran sus actividades a través del cuerpo calloso. Además, como la información entrante se dirige a un hemisferio, como la información visual del ojo izquierdo que se dirige al hemisferio derecho, el cuerpo calloso comparte esta información con el otro hemisferio.

El cuerpo calloso experimenta un estirón entre los 3 y los 6 años de edad, y esto da lugar a una mejor coordinación entre las tareas del hemisferio derecho e izquierdo. Por ejemplo, en comparación con otros individuos, los niños menores de 6 años demuestran dificultades para coordinar un juguete Etch A Sketch porque su cuerpo calloso no está lo suficientemente desarrollado como para integrar los movimientos de ambas manos (Kalat, 2016).

Desarrollo cerebral en la adolescencia

El cerebro humano no está completamente desarrollado cuando una persona llega a la pubertad. Entre los 10 y los 25 años, el cerebro experimenta cambios que tienen importantes implicaciones para el comportamiento. El cerebro alcanza el 90% de su tamaño adulto a los seis o siete años de edad. Por tanto, el cerebro no crece mucho en tamaño durante la adolescencia. Sin embargo, los pliegues del cerebro siguen haciéndose más complejos hasta el final de la adolescencia. Los cambios más significativos en los pliegues del cerebro durante esta época se producen en las partes del córtex que procesan la información cognitiva y emocional. Los cambios en el cerebro influyen directamente en los cambios del comportamiento y el proceso mental. Discutiremos algunas de estas cuestiones.

Figura 3.4.5. El cerebro alcanza su mayor tamaño en los primeros años de la adolescencia, pero sigue madurando hasta bien entrada la veintena.

Cambios cerebrales

Hasta la pubertad, las células cerebrales siguen floreciendo en la región frontal. Algunos de los cambios más significativos del desarrollo del cerebro se producen en la corteza prefrontal, que participa en la toma de decisiones y el control cognitivo, así como en otras funciones cognitivas superiores. Durante la adolescencia, aumenta la mielinización y la poda sináptica en el córtex prefrontal, lo que mejora la eficacia del procesamiento de la información, y se refuerzan las conexiones neuronales entre el córtex prefrontal y otras regiones del cerebro. Sin embargo, este crecimiento lleva tiempo, y el crecimiento es desigual.

El sistema límbico

El sistema límbico se desarrolla años antes que el córtex prefrontal. El desarrollo del sistema límbico desempeña un papel esencial en la determinación de recompensas y castigos y en el procesamiento de la experiencia emocional y la información social. Las hormonas de la pubertad se dirigen directamente a la amígdala y las sensaciones poderosas se vuelven convincentes (Romeo, 2013). Los escáneres cerebrales confirman que el control cognitivo, revelado por los estudios de IRMf, no se desarrolla plenamente hasta la edad adulta porque la corteza prefrontal está limitada en conexiones y compromiso (Hartley & Somerville, 2015). Recordemos que esta área es responsable del juicio, el control de los impulsos y la planificación, y todavía está madurando en la edad adulta temprana (Casey, Tottenham, Liston, & Durston, 2005).

Figura 3.4.6. El sistema límbico.

Además, los cambios en los niveles de los neurotransmisores dopamina y serotonina en el sistema límbico hacen que los adolescentes sean más emocionales y respondan más a las recompensas y al estrés. La dopamina es un neurotransmisor del cerebro asociado al placer y a la sintonía con el entorno durante la toma de decisiones. Durante la adolescencia, los niveles de dopamina en el sistema límbico aumentan, y la entrada de dopamina a la corteza prefrontal también. El aumento de la actividad dopaminérgica en la adolescencia puede tener implicaciones en la asunción de riesgos por parte de los adolescentes y en la vulnerabilidad al aburrimiento. La serotonina participa en la regulación del estado de ánimo y del comportamiento. Afecta al cerebro de forma diferente. Conocida como la «sustancia química calmante», la serotonina alivia la tensión y el estrés. La serotonina también pone freno a la excitación y a veces a la imprudencia que puede producir la dopamina. Si hay un defecto en el procesamiento de la serotonina en el cerebro, puede producirse un comportamiento impulsivo o violento.

La corteza prefrontal

La corteza prefrontal, la parte de los lóbulos frontales que se encuentra justo detrás de la frente, suele denominarse el «director general del cerebro», el centro de control cognitivo. Esta región del cerebro es responsable del análisis cognitivo, el pensamiento abstracto, la moderación del comportamiento «correcto» en situaciones sociales, la capacidad de ejercer un buen juicio, la autorregulación y la orientación hacia el futuro. El córtex prefrontal recibe información de todos los sentidos y orquesta los pensamientos y las acciones para lograr objetivos específicos (Casey, Jones, & Hare, 2008; Walsh, 2004). Alrededor de los 11 años de edad, esta región del cerebro comienza un extenso proceso de poda y mielinización y no se completa hasta cerca de los 25 años. Esta región del cerebro es una de las últimas en alcanzar la madurez. Este retraso puede ayudar a explicar por qué algunos adolescentes actúan como lo hacen. Las llamadas «funciones ejecutivas» de la corteza prefrontal humana incluyen:

• Concentrar la atención
• Organizar los pensamientos y la resolución de problemas
• Ver y sopesar las posibles consecuencias del comportamiento
• Considerar el futuro y hacer predicciones
• Formar estrategias y planificar
• Capacidad de equilibrar las recompensas a cortoplazo con los objetivos a largo plazo
• Cambiar/ajustar el comportamiento cuando las situaciones cambian
• Controlar los impulsos y retrasar la gratificación
• Modular las emociones intensas
• Inhibir conducta inapropiada e iniciar la conducta apropiada
• Considerar simultáneamente múltiples flujos de información cuando se enfrenta a información compleja y desafiante

Figura 3.4.7. El desarrollo del cerebro continúa hasta los 20 años. El desarrollo del lóbulo frontal, en particular, es importante durante esta etapa.

La diferencia en el momento del desarrollo del sistema límbico y de la corteza prefrontal contribuye a que se asuman más riesgos durante la adolescencia. Dado que los adolescentes están motivados para buscar las emociones que a veces se derivan de las conductas de riesgo, son más propensos a participar en la conducción temeraria, el tabaquismo o el consumo de alcohol, y aún no han desarrollado el control cognitivo para resistir los impulsos o centrarse igualmente en los riesgos potenciales (Steinberg, 2008). Uno de los principales expertos mundiales en el desarrollo de los adolescentes, Laurence Steinberg, compara esta situación con la de poner en marcha un motor potente antes de que el sistema de frenado esté en marcha. El resultado es que los adolescentes son más propensos a los comportamientos de riesgo que los niños o los adultos.

Integración de las regiones del cerebro

Los estudios de resonancia magnética del cerebro muestran que los procesos de desarrollo tienden a ocurrir en el cerebro en un patrón de atrás hacia adelante, lo que explica por qué la corteza prefrontal se desarrolla en último lugar. Estos estudios también han descubierto que los adolescentes tienen menos materia blanca (mielina) en los lóbulos frontales del cerebro en comparación con los adultos, pero esta cantidad aumenta a medida que el adolescente envejece. Con más mielina se produce el crecimiento de importantes conexiones cerebrales, lo que permite un mejor flujo de información entre las regiones del cerebro. Las investigaciones con IRM también han revelado que durante la adolescencia aumenta la materia blanca en el cuerpo calloso, el haz de fibras nerviosas que conecta los hemisferios derecho e izquierdo del cerebro. Este desarrollo permite una mayor comunicación entre los hemisferios, lo que permite poner en práctica toda una serie de estrategias analíticas y creativas para responder a los complejos dilemas que pueden surgir en la vida de un joven (Giedd, 2004).

En resumen, los años de la adolescencia son una época de profundos cambios cerebrales. Curiosamente, dos de las principales funciones cerebrales se desarrollan a ritmos diferentes. Las investigaciones cerebrales indican que la parte del cerebro que percibe las recompensas del riesgo, el sistema límbico, se pone en marcha al principio de la adolescencia. La parte del cerebro que controla los impulsos y se ocupa de la perspectiva a largo plazo, los lóbulos frontales, madura más tarde. Este retraso puede explicar por qué los adolescentes de la mitad de la adolescencia se arriesgan más que los de más edad.

Cuando los lóbulos frontales se desarrollan más, ocurren dos cosas. En primer lugar, el autocontrol se desarrolla a medida que los adolescentes son más capaces de evaluar la causa y el efecto. En segundo lugar, más áreas del cerebro se involucran en el procesamiento de las emociones, y los adolescentes se vuelven mejores para interpretar con precisión las emociones de los demás.

El vídeo 3.4.4. Cambios cerebrales en la adolescencia describe algunos de los cambios físicos que se producen durante la adolescencia.

Neurociencia educativa

La neurociencia educativa (o neuroeducación) es un campo científico emergente que reúne a investigadores en neurociencia, psicología, educación e incluso tecnología, para explorar las interacciones entre los procesos biológicos y la educación. Los investigadores de la neurociencia educativa estudian los mecanismos neuronales de procesos como el aprendizaje, la memoria, la atención, la inteligencia y la motivación. Sus investigaciones también se ocupan de las dificultades, como la dislexia, la discalculia y el TDAH, en su relación con la educación. Los investigadores de esta área pueden vincular los descubrimientos básicos de la neurociencia cognitiva con la tecnología educativa para ayudar en la implementación de planes de estudio para áreas académicas específicas, como las matemáticas y la enseñanza de la lectura. La neurociencia educativa pretende generar una investigación básica y aplicada que proporcione un nuevo relato transdisciplinar del aprendizaje y la enseñanza, capaz de informar a la educación.

El vídeo 3.4.5. Introducción a la neurociencia educativa analiza cómo la neurociencia puede informar a la educación y disipa varios mitos comunes sobre el funcionamiento del cerebro que tienen los profesores y los estudiantes.