Validation of category relationships

La vida, en muchos aspectos, es una remembranza de las cosas pasadas. La memoria genética, la memoria neuronal, y la memoria cultural, moldean especies, individuos y culturas. La memoria más elemental, y el pre-requisito para todas las demás, es la memoria genética. Este pasado colectivo de las especies provee a los organismos con respuestas innatas, prefijadas, las cuales son una traducción indirecta de un código químico lineal en un algoritmo neuromuscular. Lo que el ojo de una rana le informa a su cerebro tiene como base una memoria establecida durante millones de generaciones; así mismo como el escape de una mosca de la lengua de una rana. ¿Qué tiene la mosca que hace a la rana extender su lengua, y qué hay en la lengua que lleva al vuelo de escape a la mosca? Este cuestionamiento se encuentra en el dominio de los estudios semióticos biológicos con los que trabajan los etólogos.

Pueden existir mundos en los cuales el comportamiento de los organismos esté basado solamente en la memoria de las especies, acumulada lentamente. Sin embargo, el repertorio conductual de la mayoría, si no de todos los organismos alrededor de nosotros puede ser modificada por la experiencia individual. Esto depende de la habilidad para aprender.

Con toda probabilidad el aprendizaje se ha desarrollado en la evolución porque este confiere a los organismos un inmenso potencial de adaptación. Las respuestas innatas también tienen su valor en la adaptación. Estas aseguran un equipo básico de supervivencia, independiente de una exposición anterior del individuo al mundo (cuadro 1). Estas también proveen una infraestructura para el desarrollo posterior de habilidades, eliminando la necesidad de aprender todo desde el principio en cada generación. De tal suerte que, incluyendo las especies más sofisticadas no pueden prescindir de los componentes innatos en su repertorio conductual.

Es necesario hacer notar que un organismo capaz de aprender debe poseer al menos un tipo de “aparato de aprendizaje” biológico, codificado por genes. Nuestra capacidad de memoria es en esta forma una clase de información transmitida por memoria genética.

Cuadro 1

Comparación entre conductas innatas y adquiridas idealizadas.

Conductas innatas Conductas adquiridas

1. Respuestas correctas a un estímulo apropiado.

Son críticas para sobrevivir. 1. Ensayo y error, que son necesarias para responder correctamente.

2. Respuestas rígidas, pueden llevar a un gasto hasta consecuencias desastrosas si la señal ambiental es engañosa, o si la situación cambia después de que la respuesta ha dado inicio.

2. Respuestas que pueden ser alteradas como reacciones a cambios ambientales rápidos, de tal suerte que se asegura una mayor compatibilidad entre la conducta y sus objetivos.

3. Cada paso de la respuesta es dictada por información codificada en los genes.

3. La habilidad para adquirir, almacenar y recuperar información está codificada en los genes, pero no la información misma. 4. El repertorio conductual es limitado, ya que la

cantidad de información genética que codifica respuestas conductuales específicas es limitada.

4. El repertorio conductual es mucho más flexible.

5. Las modificaciones al repertorio conductual evolucionan lentamente (tomando

generaciones), y son moldeadas por la experiencia acumulada de la especie, y compartida por todos sus miembros.

5. Las modificaciones conductuales ocurren durante la vida del individuo, pero

terminan con la muerte, al menos que sean transmitidas a través de la cultura.

¿Qué es aprendizaje y que no lo es?

Aunque el aprendizaje es intuitivamente entendido por todo mundo una definición formal no es fácil de formular ni de defender. La mayoría de definiciones de aprendizaje se basan en la inferencia del proceso de aprendizaje a través de una conducta. Los siguientes son cuatro ejemplos representativos: 1) Un proceso que se manifiesta por cambios adapatativos en la conducta individual como resultado de la experiencia (Thorpe, 1956); 2) El desarrollo de respuestas a aspectos limitados del medio ambiente (Maier y Schnneirla, 1964); 3) Cambios relativamente permanentes

en la conducta que ocurren como resultado de la experiencia (Tarpy, 1975); y, 4) El proceso cognoscitivo a través del cual se adquiere conocimiento (Kandel, 1989).

Resulta interesante el comparar similitudes y discrepancias en el contenido de las definiciones antes mencionadas y otras similares.

- La noción básica de que el aprendizaje es una modificación de la conducta con base en la experiencia individual (en contraposición a la experiencia de la especie), queda explícita en algunas definiciones, siendo implícita en otras. Algunos autores añaden que la experiencia debe ser repetitiva (Bower y Gilgard, 1981), pero esta es una restricción innecesaria, ya que claramente el aprendizaje puede seguir a una breve experiencia.

- Algunas definiciones enfatizan que el aprendizaje es un proceso, no un cambio instantáneo.

- Otras definiciones enfatizan que el aprendizaje es un cambio duradero, distinguiéndolo de reacciones transitorias a estímulos sensoriales.

- Algunas definiciones asumen que el aprendizaje debe tener un “propósito ecológico”. Este es un punto de vista clásico de la etología: El aprendizaje selecciona de muchas posibilidades contenidas en un programa abierto, aquel que

es más adecuado a las circunstancias presentes (Lorenz, 1981). Otros estudiosos piensan que este argumento es filosóficamente equivocado, y/ó innecesariamente restrictivo.

- Algunas definiciones de aprendizaje no diferencian entre aprendizaje y desarrollo, daño, fatiga, y envenenamiento; todos los cuales también pueden llevar a alteraciones duraderas de la conducta dependiente de la experiencia. La exclusión explícita de cambios producidos por el desarrollo, daño, fatiga, ó reacciones a drogas debe quedar clara (Bower y Hilgard, 1981).

- Ya que no todas las formas de aprendizaje se materializan directamente en una conducta, es apropiado considerar también alteraciones en el potencial para reaccionar, ó en el conocimiento (James, 1890; Bower y Hilgard, 1981). Los conductistas radicales se opusieron al uso de términos que disociaban al aprendizaje del desempeño, mientras que los estudiosos de las ciencias cognoscitivas tomaron esta actitud como compulsiva. La siguiente es una definición “cognitiva de aprendizaje”: Conocimiento organizado que crece y alcanza mayor organización (Charniak y McDermott, 1985). Hay que notar aquí el requerimiento de un conocimiento a priori como base. La investigación en varias ramas de la ciencia cognoscitivas ha mostrado que para que un organismo aprenda cualquier cosa éste debe ya saber mucho; en otras palabras sin un mínimo de reglas e indicios el aprendizaje no es posible. Este aprendizaje a priori está dado por la memoria

genética, siendo esta otra faceta de la relación intima entre el aprendizaje neuronal y la memoria genética.

Representaciones internas.

¿Qué significa conocimiento? El término está, como se espera, cargado con significados filosóficos que exceden con mucho el punto de vista de nuestra discusión (Dretske, 1983). Es suficiente con decir en el contexto presente que el término conocimiento es usado en el sentido más elemental y está desprovisto de connotaciones antropomórficas de la conciencia. Siendo definido como: Cuerpos estructurados de información poseídos por un organismo acerca del mundo, y capaz de establecer reacciones del organismo hacia el mundo. Por mundo se entiende tanto los medios externos como internos del organismo; y por organismo nos referimos específicamente al sistema nervioso. Representaciones internas son las versiones estructuradas del mundo, codificadas neuronalmente en un individuo, y que pueden potencialmente guiar a una conducta. En términos más formales, las representaciones internas están dadas por mapas de eventos separados temporalmente en espacios neuronales (Cooper, 1973), o grupos de símbolos y reglas para poner juntos eventos y entidades neuronales (Marr, 1982).

Es importante el notar que el término representación es usado en la forma más general y no está restringido a fenómenos mentales complejos, tal como en la

vista reduccionista presentado aquí, “representación” es una función fundamental e inherente de todos los sistemas nerviosos. Así, se espera que las representaciones internas varíen de acuerdo a la complejidad del sistema nervioso. Algunas son muy simples, v.gr. un circuito neuronal que sirve en la respuesta de retiro de una extremidad en respuesta a un estímulo doloroso, codifica una representación de “carencia de dolor” o varias intensidades de dolor, así como el programa de respuesta motora apropiada. (En el organismo intacto, inclusive en este caso, la representación codificada en el circuito responsable del reflejo es solamente un elemento de un grupo estructurado de información codificada por el sistema nervioso en su totalidad). Otras representaciones internas son mucho más complejas, y algunas, tales como la representación de estados cognoscitivos deben de ser extremadamente complejas. Sin embargo, independientemente de su complejidad todas las representaciones internas biológicas: 1) Son codificadas en una u otra forma en los sistemas neuronales; 2) Pueden determinar la conducta saliente a una entrada sensorial; y 3) Cuando se alteran pueden modificar el potencial para reaccionar, más que la reacción inmediata a una señal.

Una redefinición de aprendizaje, memoria, y recuperación de información aprendida.

Siguiendo los argumentos anteriores, podemos definir aprendizaje como una generación, dependiente de la experiencia, de representaciones internas mantenidas, y/o modificaciones duraderas dependientes de la experiencia en dichas

representaciones. Mantenidas y duraderas significan al menos varios segundos, pero en la mayoría de los casos son de mucho mayor duración y en algunos de por vida. Los efectos de programas de desarrollo rígidos, daños, enfermedades, y drogas son excluidos. Memoria es la retención en el tiempo de una representación interna dependiente de la experiencia. Recuperación (de información aprendida) es el uso de la memoria en operaciones neuronales y conductuales.

Recapitulación de principios fundamentales.

Puede parecer evidente como principio que los estados conductuales corresponden a estados cerebrales, pero no es así, ya que filósofos de la mente han debatido ardientemente la relación entre estados cerebrales y estados conductuales y mentales (revisado por Churchland, 1986), más aún, los neurobiólogos asumen que las propiedades de los componentes, y relación entre dichos componentes del sistema, son importantes y útiles para entender su función y respuesta. Nuevamente existen puntos de vista opuestos, por ejemplo: Conductistas radicales (Skinner, 1938) así como filósofos funcionalistas de la mente (Pylyshyn, 1980); consideran la estructura y propiedades del sustrato neuronal prácticamente irrelevante en los estudios de las operaciones de la mente. Las representaciones internas, siendo cuerpos estructurados de información pueden ser tratados como entidades formales, independiente de la estructura y propiedades de los componentes con las cuales fueron implementadas. Esto se encuentra en el dominio de las matemáticas,

1982; Charniak y McDermott, 1985; Rumelhart y McCIeIIand, 1986a; Anderson y Rosenfeld, 1988). Sin embargo, los neurobiólogos piensan que ya que los sistemas nerviosos y la capacidad para codificar representaciones internas, en dichos sistemas, co-evolucionaron en la filogenia, los elementos neuronales y sus relaciones imponen limitaciones críticas en los códigos relevantes y computaciones, y proveen indicios para su entendimiento. De tal suerte que, la neurobiología del aprendizaje investiga los substratos neuronales que se espera llevan a cabo representaciones internas, y específicamente, modificaciones dependientes de la experiencia en dichos substratos.

El aprendizaje es un fenómeno que se presenta a diferentes niveles.

Por lo que se ha dicho hasta ahora, es evidente que tanto el aprendizaje como la memoria pueden ser analizados a diferentes niveles de organización biológica. El más alto nivel es el de un organismo capaz de desarrollar una conducta. En la forma más pura, el análisis a este nivel trata al organismo como una caja negra, y las propiedades del aprendizaje son inferidas por la relación entre la entrada y salida de información. Este nivel es las interfases entre la neurobiología y la psicología conductual, en donde las propiedades del substrato neuronal no son explícitamente tomadas en consideración. A continuación viene el organismo, o nivel del sistema neuronal integrado. Aquí, la pregunta es: ¿Cómo es que el cerebro (o su equivalente en organismos inferiores) funciona como un órgano integrado durante el aprendizaje? Después viene el análisis a nivel suborgánico, o de circuito

neuronal; el cual determina el papel de regiones cerebrales específicas, circuitos, y vías neuronales en el aprendizaje. A continuación tenemos el análisis a nivel celular, en donde se estudia la función de neuronas individuales y sus conexiones. Finalmente, tenemos el nivel molecular, en el cual se analizan los eventos bioquímicos y biofísicos asociados con el aprendizaje y la memoria. A cada uno de estos niveles es importante el dilucidar los mecanismos responsables de los procesos de aprendizaje y memoria.

Clarificación y significado del punto de vista reduccionista.

El término reduccionismo se utiliza con diferentes significados (Mayr, 1982). En su uso más común, significa el análisis de fenómenos complejos por medio de sus componentes elementales; y suele llamársele reduccionismo constitutivo. En el contexto de la neurobiología, esto significa el tratar de encontrar correlatos del aprendizaje a nivel cerebral, neuronal, y molecular; los cuales sean necesarios para que se presente dicho fenómeno.

En la práctica del reduccionismo constitutivo se llega a pasos reductivos, en estos se cambia el nivel de análisis del sistema como un todo al estudio de sus componentes. Por ejemplo, el transferir el análisis de una conducta motora al estudio de la actividad eléctrica de la corteza cerebral durante dicha conducta, al registro de la actividad de una sola neurona, o bien a los cambios moleculares que

reduccionismo constitutivo frecuentemente lleva a pasos simplificativos. Estos son procedimientos que facilitan el análisis experimental, sin alterar intencionalmente el nivel de análisis. Por ejemplo, un paso simplificativo sería el estudiar las interconexiones funcionales entre las diferentes neuronas de una región cerebral in vivo (en un animal integro), y el estudiar dichas interconexiones in vitro (en la región cerebral aislada).

Más riguroso que el reduccionismo constitutivo es el reduccionismo explicativo, el cual asume que el conocimiento de los componentes explicará las propiedades del sistema como un todo. En nuestro caso, esto significaría que una vez entendidas las propiedades de las neuronas y moléculas, uno debería ser capaz de demostrar que dichas propiedades son necesarias y suficientes para explicar el proceso de aprendizaje. En la investigación neuropsicofisiológica, se practica el reduccionismo constitutivo, teniendo como meta el alcanzar un reduccionismo explicativo.

Mucho más demandante es el reduccionismo de teorías, en el cual se trata de reducir todos los conceptos y leyes de una teoría en otra mucho más básica (Nagel, 1961). Por ejemplo, si llegásemos a alcanzar una teoría biológica de la función cerebral, llegar a reducirla íntegramente en una teoría físico-matemática. Existen serias dudas de esta posibilidad (Fodor, 1975, 1981; Block, 1980; Popper y Eccles, 1981; Churchland, 1986).