كيف تتعلم الدماغ البشري؟

يتعلم دماغنا من التجارب: مواجهة بيئتنا يغير سلوكنا من خلال تعديل نظامنا العصبي (كارلسون ، 2010). على الرغم من أننا لا نزال بعيدين عن معرفة كل من الآليات الكيميائية والفيزيائية العصبية والمشاركة في هذه العملية على جميع المستويات ، فقد اكتسبت الأدلة التجريبية المختلفة معرفة واسعة إلى حد ما عن الآليات المشاركة في عملية التعلم.

يتغير الدماغ طوال حياتنا. يمكن تعديل الخلايا العصبية التي تتكون منها كنتيجة لأسباب مختلفة: النمو ، معاناة نوع من إصابات الدماغ ، والتعرض للتحفيز البيئي ، وبشكل أساسي ، كنتيجة للتعلم (BNA ، 2003).

الخصائص الأساسية لتعلم الدماغ

التعلم عملية أساسية ، إلى جانب الذاكرة ، هي الوسيلة الرئيسية التي يجب على الكائنات الحية أن تتكيف معها مع التغيرات المتكررة في بيئتنا.

نستخدم مصطلح التعلم للإشارة إلى حقيقة أن التجربة تنتج تغييرات في نظامنا العصبي (SN) ، والتي يمكن أن تكون طويلة الأمد وتتضمن تغييرات سلوكية (Morgado ، 2005).

إن التجارب ذاتها تغير الطريقة التي يتصور بها كائننا أو يتصرف أو يفكر أو يخطط ، من خلال تعديل SN ، وتغيير الدوائر التي تشارك في هذه العمليات (كارلسون ، 2010).

وبهذه الطريقة ، في نفس الوقت الذي يتفاعل فيه كائننا مع البيئة ، ستخضع الوصلات المتشابكة لعقلنا للتغييرات ، وسيتم إنشاء روابط جديدة ، أو تلك التي ستكون مفيدة في ذخيرتنا السلوكية أو سوف تختفي جهات أخرى غير مفيدة أو فعالة (BNA ، 2003).

لذلك ، إذا كان التعلم يتعلق بالتغييرات التي تحدث في نظامنا العصبي نتيجة لتجاربنا ، عندما يتم دمج هذه التغييرات يمكننا التحدث عن الذكريات. (كارلسون ، 2010). الذاكرة هي ظاهرة مستخلصة من تلك التغييرات التي تحدث في NS وتعطي إحساسًا بالاستمرارية في حياتنا (Morgado، 2005).

بسبب الأشكال المتعددة لأنظمة التعلم والذاكرة ، يُعتقد أن عملية التعلم وتكوين ذكريات جديدة تعتمد على اللدونة التشابكية ، وهي ظاهرة تغير من خلالها الخلايا العصبية قدرتها على التواصل مع بعضها البعض (BNA ، 2003). ).

أنواع تعلم الدماغ

قبل وصف آليات الدماغ المشاركة في عملية التعلم ، سيكون من الضروري وصف أشكال التعلم المختلفة ، والتي يمكننا من خلالها التمييز بين نوعين أساسيين على الأقل من التعلم: التعلم غير الترابطي والتعلم الترابطي.

- التعلم غير النقابي

يشير التعلم غير الترابطي إلى التغيير في الاستجابة الوظيفية الذي يحدث استجابةً لعرض محفز واحد. يمكن أن يكون التعليم غير الترابطي بدوره من نوعين: التعود أو التوعية (Bear et al. ، 2008).

تعود

ينتج عن العرض المتكرر للحافز انخفاضًا في شدة الاستجابة له (Bear et al. ، 2008).

مثال: إذا كنت أعيش في منزل بهاتف واحد فقط. عند رنينه ، يتم تشغيله للرد على المكالمة ، ومع ذلك ، في كل مرة يحدث فيها ، تكون المكالمة لشخص آخر. نظرًا لأن هذا يحدث مرارًا وتكرارًا ، فسوف تتوقف عن الاستجابة للهاتف وربما تتوقف عن السماع (Bear et al. ، 2008).

التوعية

إن تقديم محفز جديد أو مكثف ينتج عنه استجابة بحجم أكبر لجميع المحفزات التالية.

مثال: s onga الذي يسير على جانب رصيف شارع مضاءة جيدًا في الليل ، وفجأة هناك انقطاع كهربائي. أي حافز جديد أو غريب يظهر ، مثل سماع خطوات أو رؤية المصابيح الأمامية للسيارة تقترب ، سيغيرها. أدى التحفيز الحسي (التعتيم) إلى زيادة الوعي ، مما يزيد من استجابته لجميع المحفزات التالية (Bear et al. ، 2008).

التعلم المساعد

يعتمد هذا النوع من التعلم على إنشاء روابط بين محفزات أو أحداث مختلفة. ضمن التعلم النقابي ، يمكننا التمييز بين نوعين فرعيين: التكييف الكلاسيكي والتكيف الفعال (Bear et al. ، 2008).

تكييف الكلاسيكية

في هذا النوع من التعلم ، يحدث الارتباط بين الحافز الذي يثير استجابة (استجابة غير مشروطة أو استجابة غير مشروطة ، RNC / RI) ، حافز غير مشروط أو غير مشروط (ENC / EI) ، وحافز آخر لا يثير الاستجابة عادةً. التحفيز مكيفة (EC) ، والتي سوف تتطلب التدريب.

سوف يتضمن العرض التقديمي المزدوج للمفوضية الأوروبية و EI ، تقديم الاستجابة المكتسبة (استجابة مشروطة ، RC) إلى الحوافز المدربة. لن يحدث التكييف إلا إذا تم تقديم المحفزات في وقت واحد أو إذا سبقت المفوضية الأوروبية ENC في فترة زمنية قصيرة جدًا (Bear et al. ، 2008).

مثال: يمكن أن تكون حافز ENC / EC ، في حالة الكلاب ، قطعة من اللحم. عند تصور اللحوم ، تنبعث الكلاب من استجابة اللعاب (RNC / RI). ومع ذلك ، إذا تم تقديم كلب كمحفز ، فلن يقدم صوت الجرس أي استجابة على وجه الخصوص. إذا قدمنا ​​كل من المحفزات في وقت واحد أو أول صوت الجرس (EC) ثم اللحم ، بعد تدريب متكرر. سوف يكون الصوت قادرًا على إثارة استجابة اللعاب ، دون تقديم اللحم. كان هناك ارتباط بين الغذاء واللحوم. الصوت (EC) قادر على إثارة استجابة مشروطة (RC) ، اللعاب.

تكييف مفيدة

في هذا النوع من التعلم ، تتعلم كيفية ربط استجابة (الفعل الحركي) بحافز كبير (مكافأة). لكي يحدث التكييف الفعال ، من الضروري أن يحدث التحفيز أو المكافأة بعد استجابة الفرد.

بالإضافة إلى ذلك ، سيكون الدافع أيضًا عاملاً هامًا. من ناحية أخرى ، سيحدث أيضًا تكييف فعال إذا حصل الفرد ، بدلاً من المكافأة ، على اختفاء منبهة التكافؤ التكافلي (Bear et al. ، 2008).

مثال: إذا أدخلت فأرًا جائعًا في صندوق به رافعة ستوفر لك الطعام ، فعند استكشاف المربع ، سيضغط الجرذ على الرافعة (المحرك الحركي) ويلاحظ ظهور الطعام (مكافأة). بعد القيام بهذا الإجراء أكثر من مرة ، يربط الجرذ ضغط الذراع مع الحصول على الطعام. لذلك ، ادفع الرافعة حتى تشبع (Bear et al. ، 2008).

الكيمياء العصبية لتعلم الدماغ

التمكين والاكتئاب

كما ذكرنا سابقًا ، يُعتقد أن التعلم والذاكرة يعتمدان على عمليات اللدونة التشابكية.

وهكذا ، أظهرت دراسات مختلفة أن عمليات التعلم (من بينها تلك المذكورة أعلاه) والذاكرة ، تؤدي إلى تغييرات في التوصيلية التشابكية التي تغير القوة وقدرة التواصل بين الخلايا العصبية.

هذه التغييرات في التوصيلية ستكون نتيجة الآليات الجزيئية والخلوية التي تنظم هذا النشاط كنتيجة للتثبيط وتثبيط الخلايا العصبية التي تنظم اللدونة الهيكلية.

وبالتالي ، واحدة من الخصائص الرئيسية للمشابك مثير ومثبط هو ارتفاع مستوى التباين في التشكل والاستقرار التي تحدث نتيجة لنشاطها ومضي الوقت (Caroni et al. ، 2012).

يهتم العلماء المتخصصون في هذا المجال بالتحديد بالتغيرات طويلة المدى في القوة العصبية المتشابكة ، كنتيجة لعمليات التمكين على المدى الطويل (PLP) - والاكتئاب طويل الأجل (DLP).

  • التقوية على المدى الطويل : تحدث زيادة في قوة التشابك نتيجة التحفيز أو التنشيط المتكرر للاتصال متشابك. لذلك ، سوف تظهر استجابة متسقة في وجود التحفيز ، كما في حالة التحسس.
  • الاكتئاب طويل الأجل (DLP) : هناك زيادة في قوة متشابك نتيجة لعدم وجود تنشيط متكرر للاتصال متشابك. لذلك ، سيكون حجم الاستجابة للحافز أقل أو حتى لا شيء. يمكن القول أن عملية التعود تحدث.

التعود والوعي

استخدمت الدراسات التجريبية الأولى المهتمة بتحديد التغيرات العصبية التي تشكل أساس التعلم والذاكرة أشكالًا بسيطة من التعلم مثل التعود أو التوعية أو التكييف الكلاسيكي.

في هذا البانوراما ، ركز العالم الأمريكي إريك كاندل دراساته على انعكاس انحسار الخياشيم في Aplysia Califórnica ، بدءًا من الفرضية القائلة بأن الهياكل العصبية متشابهة بين هذه الأنظمة والأنظمة العليا.

قدمت هذه الدراسات دليلًا مبكرًا على أن الذاكرة والتعلم يتوسطان من خلال اللدونة في الارتباطات التشابكية بين الخلايا العصبية التي تشارك في السلوك ، مما يكشف أن التعلم يؤدي إلى تغييرات هيكلية عميقة تصاحب تخزين الذاكرة (Mayford et al. آل ، 2012).

Kandel ، مثل Ramón y Cajal ، يخلص إلى أن الاتصالات المتشابكة ليست ثابتة وأن التغييرات الهيكلية و / أو التشريحية هي أساس تخزين الذاكرة (Mayford et al. ، 2012).

في سياق الآليات الكيميائية العصبية للتعلم ، ستحدث أحداث مختلفة لكل من التعود والتوعية.

تعود

كما ذكرنا سابقًا ، يتكون التعود من انخفاض شدة الاستجابة ، نتيجة للعرض المتكرر للحافز. عندما ينظر المحفز الحساس إلى التحفيز ، يتم توليد إمكانات مثيرة تتيح استجابة فعالة.

عند تكرار الحافز ، تقل احتمالية الإثارة تدريجياً ، حتى تفشل أخيرًا في تجاوز الحد الأدنى للإفرازات اللازمة لتوليد إمكانات فعل ما بعد المشبكي ، مما يجعل تقلص العضلات ممكنًا.

يرجع السبب في تناقص هذه الإمكانات المثيرة إلى حقيقة أنه عند تكرار التحفيز بشكل مستمر ، يتم إنتاج ناتج متزايد من أيونات البوتاسيوم (K +) ، مما يؤدي بدوره إلى إغلاق قنوات الكالسيوم (Ca2 + ) ، والذي يمنع دخول أيونات الكالسيوم. لذلك ، ينتج عن هذه العملية انخفاض في إطلاق الغلوتامات (Mayford et al، 2012).

التوعية

يعد التحسس شكلاً من أشكال التعليم الأكثر تعقيدًا من التعود ، حيث ينتج عن الحافز المكثف استجابة مبالغ فيها لجميع المنبهات التالية ، حتى تلك التي تسببت في السابق في استجابة ضئيلة أو معدومة.

على الرغم من كونه شكلاً أساسيًا من أشكال التعلم ، إلا أنه يحتوي على مراحل مختلفة ، قصيرة وطويلة الأجل. في حين أن التوعية على المدى القصير قد تنطوي على تغييرات متشابكة سريعة وديناميكية ، فإن التوعية على المدى الطويل قد تؤدي إلى تغييرات طويلة الأمد ومستقرة ناجمة عن تغييرات هيكلية عميقة.

في هذا المعنى ، في وجود محفز التوعية (مكثفة أو جديدة) سيحدث إطلاق للجلوتامات ، عندما تكون الكمية التي تطلقها محطة ما قبل المشبك مفرطة ، قم بتنشيط مستقبلات AMPA بعد المشبك.

ستسمح هذه الحقيقة بدخول Na2 + إلى الخلايا العصبية بعد المشبكية مما يسمح بإزالة الاستقطاب وكذلك إطلاق مستقبلات NMDA ، والتي تم حظرها حتى الآن بواسطة أيونات Mg2 + ، كلا الحدثين سيسمحان بتدفق هائل من Ca2 + إلى الخلايا العصبية بعد المشبكي.

إذا تم تقديم حافز التوعية بشكل مستمر ، فسوف يتسبب ذلك في زيادة مستمرة في دخول Ca2 + ، مما يؤدي إلى تنشيط كينازات مختلفة ، مما يؤدي إلى بدء التعبير المبكر عن العوامل الوراثية وتخليق البروتين. كل هذا سيؤدي إلى تعديلات هيكلية طويلة الأجل.

لذلك ، فإن الفرق الأساسي بين العمليتين هو في تخليق البروتينات. في أولها ، في الوعي على المدى القصير ، عملها ليس ضروريًا لحدوثه.

من جانبها ، يعد الإدراك على المدى الطويل أمرًا ضروريًا لأن يحدث تخليق البروتين لإنتاج تغييرات دائمة ومستقرة تهدف إلى تكوين التعلم الجديد والمحافظة عليه.

توحيد التعلم في الدماغ

التعلم والذاكرة هي نتيجة التغيرات الهيكلية التي تحدث نتيجة اللدونة متشابك. لكي تحدث هذه التغييرات الهيكلية ، من الضروري الحفاظ على عملية التقوية طويلة الأجل ، أو توحيد القوة التشابكية.

كما هو الحال في تحفيز التوعية على المدى الطويل ، من الضروري كل من تخليق البروتينات والتعبير عن العوامل الوراثية التي ستؤدي إلى تغييرات هيكلية. لكي تحدث هذه الأحداث ، يجب أن تحدث سلسلة من العوامل الجزيئية:

  • ستعمل الزيادة المستمرة لدخول Ca2 + في المحطة على تنشيط كينازات مختلفة ، مما يؤدي إلى بداية التعبير المبكر عن العوامل الوراثية وتوليف البروتينات التي ستؤدي إلى تحفيز مستقبلات AMPA الجديدة التي سيتم إدراجها في غشاء وسيحافظ على PLP.

ستؤدي هذه الأحداث الجزيئية إلى تغيير الحجم والشكل الشجيري ، بحيث تكون قادرة على إعطاء زيادة أو نقصان في عدد العمود الفقري الشجيري في مناطق معينة.

بالإضافة إلى هذه التغييرات المترجمة ، أظهرت الأبحاث الحالية أن التغييرات تحدث أيضًا على المستوى العالمي ، حيث يعمل المخ كنظام موحد.

لذلك ، هذه التغييرات الهيكلية هي أساس التعلم ، بالإضافة إلى ذلك ، عندما تميل هذه التغييرات إلى الاستمرار مع مرور الوقت ، سنتحدث من الذاكرة.