Departamento de Biología Ambiental y Salud Pública

FUNDAMENTOS BIOLÓGICOS DEL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA

Técnicas de investigación biológica del aprendizaje y la memoria. La aplicación del método científico. El diseño experimental. Modelos animales de investigación. Procesamiento de muestras. Obtención y análisis de datos. La difusión de resultados. Técnicas específicas: técnicas generales (moleculares, celulares, fisiológicas), técnicas electrofisiológicas, técnicas de imagen en tiempo real.

©Francisco Córdoba García, 2005

EL MÉTODO CIENTÍFICO CUERPO DE CONOCIMIENTOS DISPONIBLE

PROBLEMA

HIPÓTESIS

CONSECUENCIAS CONTRASTABLES

TÉCNICAS DE CONTRASTACIÓN ¡EXPERIMENTACIÓN!

ESTIMACIÓN DE LA HIPÓTESIS

CONSECUENCIAS: NUEVO CUERPO DE CONOCIMIENTOS

EL MÉTODO CIENTÍFICO: EJEMPLO Cuerpo de conocimiento: Aprendizaje Problema: ¿la repetición de una tarea promueve el aprendizaje de dicha tarea? Hipótesis: Si la repetición de una tarea promueve el aprendizaje de dicha tarea, entonces a medida que se repita la tarea disminuirá el tiempo necesario para realizarla (Método hipotético-deductivo) Técnica de contrastación (experimental): los sujetos de experimentación buscarán la solución a un laberinto. Se medirá el tiempo hasta encontrar la solución. Se realizará el ejercicio a intervalos conocidos, con objeto de comprobar si el tiempo necesario para realizar la tarea disminuye. Estimación de la hipótesis: No es rechazada Consecuencias: Aplicación en entornos de enseñanza-aprendizaje

EL DISEÑO EXPERIMENTAL Y EL ANÁLISIS DE DATOS Fijar el objetivo del experimento Reconocer las variables que pueden afectar al resultado Seleccionar un parámetro medible (cuantitativo o cualitativo) Definir los sujetos de experimentación Definir el tamaño de muestra Establecer algún mecanismo de control (comparativo) Realizar procedimiento experimental Análisis objetivo de los resultados (procedimientos matemáticos) Ejemplos de problemas de aplicación en el ámbito escolar: ¿Existe discriminación sexual en la escuela? ¿Son útiles los exámenes para evaluar el aprendizaje? ¿La memorización es útil como sistema de aprendizaje? ¿La recompensa es un refuerzo del aprendizaje? ¿El castigo es un refuerzo del aprendizaje?

ETICA E INVESTIGACIÓN ÉTICA: •Parte de la Filosofía que trata de la moral y de las obligaciones del hombre •Conjunto de normas morales que rigen la conducta humana En Ciencias Experimentales y Sociales -PERSONAS: no siempre se puede experimentar (problemas éticos) -ANIMALES: los resultados no son siempre extrapolables a las personas En Ciencias Sociales -La aplicación estricta del Método Científico no siempre es posible. -Existen procedimientos de aproximación, cuando no es posible la contrastación real de la hipótesis. Ejemplos: encuestas, análisis de datos previos y generalización (método inductivo) -Las conclusiones hay que elaborarlas con prudencia. Ejemplo: de un anuncio de televisión: “Si los padres leen, los hijos leerán” ¿Cómo se puede contrastar esta hipótesis?

LA DIFUSIÓN DE LA INVESTIGACIÓN Procedimiento recomendado: publicación en revista especializada (análisis crítico entre “pares”) Esquema habitual de una publicación:  Titulo  Autores  Resumen  Introducción  Materiales y Métodos  Resultados  Discusión  Conclusiones  Referencias

Los libros son adecuados para recopilar publicaciones (monografías) y para la difusión y divulgación de resultados.

LA INVESTIGACIÓN EN NEUROBIOLOGÍA TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN MOLECULAR - Investigación sobre ADN, proteínas, etc. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN CELULAR -Investigación sobre neuronas, tejido nervioso, etc. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN FISIOLÓGICA -Investigación sobre funcionamiento de neuronas, corteza cerebral, etc.

TÉCNICAS ELECTROFISIOLÓGICAS Las técnicas electrofisiológicas miden las alteraciones eléctricas en el cerebro (electroencefalografía) o incluso en las neuronas (microelectrofisiología)

La electroencefalografía (EEG) es un procedimiento simple e indoloro. Se utiliza para investigar el sueño, epilepsias… Puede acompañarse de “potenciales evocados” (estímulos eléctricos)

RADIOGRAFÍA Y TÉCNICAS DERIVADAS Radiografía tradicional: el sujeto se expone a rayos X. Dependiendo de la densidad del tejido, los rayos X se absorben más o menos.

La tomografía computerizada (TAC) combina la radiografía tradicional con técnicas informáticas. Durante la prueba el sujeto debe permanecer inmóvil: se realizan radiografías seriadas, y con un ordenador se genera una imagen bidimensional.

RESONANCIA MAGNÉTICA La resonancia magnética (RM, MRI) detecta señales de radio-frecuencia generadas bajo un campo magnético muy potente Ventajas: -Segura, indolora, no invasiva -No utiliza rayos X ni material radiactivo -Vista del cerebro en varias dimensiones -Apenas preparación previa del paciente (quitar objetos metálicos) Desventajas: -No puede ser usada en pacientes con prótesis metálicas (ej.marcapasos) -El paciente debe permanecer inmóvil -No puede ser usada con sujeetos claustrofóbicos (ya hay instrumentos nuevos que no están completamente cerrados)

RESONANCIA MAGNÉTICA FUNCIONAL La metodología de la resonancia magnética funcional (RMf, rMRI) está basada en la substracción entre las señales emitidas en la RM obtenida en condiciones basales y las obtenidas durante la actividad neuronal, que depende del metabolismo local (se mide el flujo de la sangre). El procedimiento dura entre 15 y 45 min.

Mujer de 25 años diestra , a la que se le aplicó un test de generación de palabras. Se observó activación dominante en el hemisferio izquierdo. Las áreas que mostraron activación fueron: áreas de Broca, porción posterior de los giros temporal medio e inferior izquierdos, área parietal izquierda y premotora. Se observó también leve activación en el aspecto inferior de los lóbulos occipitales. (http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S071793082003000200008&script=sci_arttext&tlng =es)

TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES PET: Es un tipo de técnica que combina la radiactividad (emisor de positrones acoplado a la glucosa u otras sustancias) y el metabolismo (las zonas de más actividad consumen más glucosa). Al sujeto se le inyecta una pequeña cantidad de material radiactivo. Un detector mide los rayos gamma producidos. El procedimiento dura de 30 minutos a 2 horas. Es una técnica no invasiva sin apenas riesgo.

PET y ciclotrón (arriba)

Aprendizaje de lenguaje

EJEMPLO: ÁREA CEREBRALES Y LENGUAJE

COMBINACIÓN DE TÉCNICAS

EL CEREBRO EN 3D: APLICACIONES

Localización de un tumor