Neurociencias: La Disciplina Científica que Respaldara la Educación como Ciencia Natural

Eduardo Cote Latincampus Knowledge Industry Colombia

Laura Cote LatinCampus Knowledge Industry Colombia

Abstract Las neurociencias desde la teoría local-conexionista, han sido capaces de localizar la biología del aprendizaje (memoria, percepción, razonamiento, inteligencia) y de hallar las conexiones neuronales que generan el comportamiento (actitudes, emociones, sentimientos). Siendo el objeto de la educación el aprendizaje y el comportamiento individual y social resultante, es razonable llegar a pensar que las neurociencias están llamadas a suministrar el conocimiento científico requerido para encauzar la educación como una ciencia natural. En ese contexto se hace indispensable proponer un cambio paradigmático en la formación del docente, consistente en instruir al futuro docente en las neurociencias como marco teórico-científico del aprendizaje y del comportamiento, y en la neuroimagen estructural, funcional, y diagnóstica como herramienta de investigacióncientífica. Las áreas básicas de estudio propuestas en la formación docente son; neurobiología y neuro-fisiología, neuro-cognición, neuro-psicología, y neuro-ética. Como áreas de especialización; neuro-computación e inteligencia artificial, neuro-farmacología, y neuroimagen diagnóstica (Tomografía Computarizada, Resonancia Magnética, y, PET-SPECT). En esta ponencia reseñamos la metodología de investigación que realizaremos con docentes para visionar su punto de vista con respecto a la educación como Ciencia Natural, y la trascendencia que le da a este conocimiento científico para su desarrollo individual y social.

1. Introducción La sociedad asumió el conocimiento científico como el conocimiento sometido a criterios de verdad y a pruebas de razonamiento, respaldado por métodos de investigación cuyos resultados son objetivos y observables. Se podría decir que el conocimiento científico es garantía de veracidad. La educación es una disciplina de las ciencias sociales. Las ciencias sociales han intentado que sus criterios de verdad y pruebas de razonamiento se acerquen al método de investigación de las ciencias naturales buscando que sus resultados sean o traten de ser objetivos y observables, buscando garantía de veracidad en sus postulados.

Las neurociencias tienen la llave para que la educación tenga un fuerte componente de ciencia natural, pues le suministra a la dualidad mente-cerebro (fuente biológica del aprendizaje) los marcos teóricos y métodos de investigación que puedan formularse por razonamiento científico y estructurarse como reglas o leyes generales organizadas sistemáticamente. Así las neurociencias le dan a la educación la garantía de veracidad que tanto se busca en el mundo científico. 1.1. La Educación: Ciencia Natural apoyada por las Ciencias Sociales. Las neurociencias son una serie de disciplinas de las ciencias naturales que estudian científicamente el sistema nervioso (el cerebro y sus conexiones), por lo tanto su conocimiento (razonamiento y experimentación) se sustentan en el método científico (comprobación, y refutabilidad) [1]. La educación es clasificada como una ciencia social, los filósofos de la educación se esmeran en encontrar argumentos para hacerla más científica, sin embargo sus métodos se consideran abstractos y especulativos, porque sus “pruebas de la verdad” (razonamiento y experimentación) están sujetos a la interpretación personal que quien investiga y no está sujeta al método científico [2] [15]. Ser una ciencia social no le quita ninguna validez a la educación, por el contrario, la humaniza y la dignifica, sin embargo, en no pocos textos se hace alusión a la inseguridad de la profesión docente por carecer de espíritu científico, y son los pedagogos los que se refieren a las “ciencias de la educación” como disciplinas con rigurosidad científica [3]. Las neurociencias modernas son local-conexionistas [4]. En lo referente a educación las neurociencias han localizado el origen del aprendizaje (núcleos neuronales) así como las conexiones (sinapsis) y los activadores (neurotransmisores) que guían los comportamientos sociales o individuales que resultan de los procesos de aprendizaje [5]. La inmersión de los educadores en las neurociencias, especialmente en la biología del aprendizaje y en la biología del comportamiento tendría una significado trascendental, pues le aportaría a los educadores lo que han estado buscando por siglos; la connotación científica de la educación, esto es, hacer que la educación pueda apoyarse en argumentos que se validan por el método científico [6]. La inmersión mental de los docentes en las neurociencias debe partir del hecho de comprender que la mente es una función del cerebro. Debe haber claridad que no existe mente sin cerebro. La discusión unicidad vs dualidad mente/cerebro debe haber quedado superada para los docentes que deseen pensar neuro-educativamente. Esta posición no es intrascendente, por el contrario, es completamente fundamental y estructural para validar por el método científico las actuaciones pedagógicas, metodológicas y didácticas de los docentes [7].

La unicidad mente/cerebro le permite a la educación garantizar que el aprendizaje y el comportamiento tienen una explicación biológica, anatómica, fisiológica, y química. Adoptar esta postura no es excluyente con el estudio sociológico-pedagógico del aprendizaje y el comportamiento, ni reduciría el estudio de los procesos educacionales únicamente a conceptos biológicos y fisiológicos [8]. Se hace necesario hacer un breve repaso de los dos conceptos; cerebro, y mente. 1.2. El Cerebro. El cerebro está integrado por cien (100) billones de células especializadas llamadas neuronas. Cada neurona es como un bit biológico, es una unidad que se activa o se mantiene neutra. Las neuronas se interconectan entre si formando una red de hasta quinientos mil (500.000) billones de potenciales conexiones. Cifras especulativas, porque aún no tenemos la tecnología requerida para tener suficiente precisión en el conteo [9]. La conexión entre neuronas se denomina sinapsis. La sinapsis es como un puenteelevado que permite o deniega la comunicación entre neuronas; esta comunicación interneuronal se lleva a cabo mediante neurotransmisores [14]. Entonces, hay una neurona pre-sináptica, de donde salen los neurotransmisores, y hay una neurona post-sináptica a donde llegan los neurotransmisores. Si hay un suficiente número de neurotransmisores intentando entrar a la neurona post-sináptica esta se activa, si no hay suficientes neurotransmisores intentando pasar a la neurona post-sináptica esta permanece neutra [10]. Se dice que el cerebro es localizacionista porque hay grupos de neuronas que están en posiciones fijas y que tienen funciones perfectamente determinadas genéticamente. Por ejemplo la producción del lenguaje es fronto-temporal-izquierdo. Esta explicación biológica (neurona, sinapsis, neurotransmisor) llevada a escenarios educativos puede darnos explicaciones científicas de comportamientos que hasta ahora solo podían ser analizados desde perspectivas sociales [11]. Pongamos un ejemplo: Juan es docente de la asignatura “lenguaje y pensamiento crítico”. Pedrito de 8 años, es uno de sus alumnos más disciplinados y colaboradores; gran orador y escritor. Luego de un accidente vehicular en el que Pedrito se golpeó levemente la cabeza, ha venido teniendo problemas en la asignatura de Juan. Juan es consciente que Pedrito es igualmente productivo en el componente de lenguaje escrito, pero tiene limitaciones episódicas en el lenguaje verbal (a veces responde correctamente y algunas otras veces pierde temporalmente la capacidad de hacerlo)

Pedrito tiene un micro-trauma cerebral de 0.5 milímetros en la corteza cerebral que le permite comportarse perfectamente, pero tiene episodios de desconexión funcional en el lenguaje verbal. Los episodios temporales de desconexión funcional pudieran ser interpretados por un docente sin bases en neurociencias como un comportamiento desafiante (responde cuando quiere), o una actitud rebelde o hasta un comportamiento malcriado. Este ejemplo nos permite apreciar la importancia de conocer las explicaciones biológicas del comportamiento. La educación tradicional buscaría la problemática comportamental de Pedrito en su interacción familiar, escolar, o en su comunidad, quizá en la psicología (trastorno negativista desafiante por oposición). Sin embargo, con fundamentos en neurociencias el docente tendría nuevas perspectivas para entender este comportamiento no como un conflicto causado por su entorno, sino como un micro-trauma cerebral localizado que se hace evidente (se dispara) en ciertos contextos y que afecta su desempeño académico, seguramente con trascendencia familiar y social. 1.3. La mente. El cerebro no es exclusivamente localizacionista, de hecho solo lo es para las funciones de respuesta innata (movimientos balísticos y servoasistidos) y de homeostasis (equilibrio dinámico del cuerpo). El cerebro es mayormente conexionista, lo que significa que los núcleos neuronales se comunican entre sí [4] Pongamos un ejemplo: Un acto tan sencillo como saludar de mano a una persona, implica cientos de miles de actividades cerebrales distribuidas; localizar en la memoria de largo plazo el nombre de la persona a saludar y su contexto inmediato, traer a la memoria temporal los sucesos más relevantes que nos vinculan con esa persona y el contexto del encuentro que está por darse, planear, ejecutar y controlar todos los movimientos musculares del saludo de la mano, ejecutar y controlar todos los movimientos musculares de la cara para expresar lingüísticamente el saludo (gramática, semántica, fonología). Todas, absolutamente todas las actuaciones del ser humano (innatas o planeadas) pasan por el cerebro a velocidad de 0.2 milisegundos por conexión sináptica en paralelo. Es en el cerebro donde se registran (están almacenadas) todas las actividades relacionadas con el comportamiento, los sentimientos, los afectos, las emociones, las pasiones. Inclusive constructos complejos como el presagio, la intuición, la corazonada, el presentimiento y las premoniciones son procesos mentales resultado de la actividad cerebral [4]. Los miles de billones de conexiones que tiene el cerebro nos permiten generar mensajes sencillos como un guiño de ojo, pasando por actividades planeadas como escribir una ponencia de investigación, o desarrollar actividades mentalmente complejas como almacenar y recordar olores [12]. 1.4. La Educación como un proceso mental de base necesariamente cerebral.

Si todo proceso mental se da endógenamente en el cerebro, necesariamente el aprendizaje y el comportamiento educativo residen en el cerebro [16]. Y es ahí donde la educación tiene un componente de ciencia natural que responde al método científico. Ciertamente los pedagogos aducirán que sí existe un factor exógeno determinante en el proceso educativo y es la sociedad. Pero es necesario entender que el mismo concepto de sociedad es individual, y está registrado (almacenado) en el cerebro de cada cual. Las personas no se comportan correcta y pertinentemente en la sociedad porque exista una fuerza externa que los obligue, sino porque su cerebro ha almacenado los valores de actuar bien y mal en sociedad. Los valores no son cósmicos o etéreos, sino que se consolidan (construyen) en el cerebro producto de millones de billones de conexiones cerebrales (sinapsis) actuando en cada caso particular. Pongamos un ejemplo: Una persona puede tener absolutamente claro que no debe matar, su claridad está formada por convicciones religiosas y sociales. Pero, en situación de peligro vital, posiblemente sus valores de no matar entren en “proceso mental de revaloración” y termine actuando no contrariamente a sus principios sino acorde a principios superiores circunstanciales. En conclusión, las teorías localizacionistas y conexionistas ayudan a comprender que el aprendizaje y el comportamiento educativo son procesos mentales resultado de la actividad cerebral; [2] las cuales pueden ser comprendidas desde disciplinas naturales como la neurobiología, la neuro-anatomía, la neuro-fisiología y la neuro-química- Este conocimiento científico debe hacer parte de los constructos adquiridos en la formación docente. 2. Planteamiento del Proyecto de Investigación. 2.1. Necesidad de la incorporación de las Neurociencias en la Malla Curricular La sociedad en general, pero especialmente el gremio docente están demandando que la educación vaya más allá de ser una disciplina abstracta y especulativa. La sociedad está demandando cientificidad en los resultados que esperan de la educación, y los docentes están anhelando desempeñarse en una profesión que tenga más de ciencia que de arte [16]. Las neurociencias están aportándole a la educación el conocimiento científico que adolece. En consecuencia, los docentes deben en su proceso formativo profesional abordar la educación como una Ciencia Natural que responde al método científico y a metodologías de investigación positivistas. Para lo cual se propone que el docente sea formado en al menos tres (3) áreas de las neurociencias; Neuro-anatomía y Neuro-fisiología: El docente aprende las bases biológicas, anatómicas, y fisiológicas del sistema nervioso. Con este conocimiento el docente tiene la

capacidad de comprender como se estructura y funciona el cerebro y sus conexiones, especialmente en lo referente a aprendizaje y comportamiento. Neuro-cognición: El docente comprende la formación del conocimiento, y los traumas relacionados con las funciones ejecutivas (lenguaje, memoria, percepción, razonamiento, inteligencia). Con este conocimiento científico más su conocimiento educacional (pedagogía y didáctica) el docente puede diseñar e implementar prácticas educativas cuyo resultado puede ser validado científicamente. Neuro-psicología: El docente comprende las consecuencias comportamentales producto de traumas neuro encefálicos heredados o adquiridos. Este conocimiento le permite al docente establecer de forma primaria si su estudiante puede o no estar presentando un problema de comportamiento educacional de base biológica. Y que existan al menos otras dos (2) áreas de formación de postgrado a nivel de investigación científica que le aportarían al docente un marco teórico y práctico de investigación con método científico. Neuro-ética y Neuro-farmacología: El docente estudia las implicaciones éticas del uso de neuro-fármacos en investigaciones científicas, así como el posible inicio del uso de estos potenciadores como herramienta para mejorar los procesos mentales superiores (matemática, lingüística, sensopercepción) Este conocimiento le permitirá al docente comprender y tener participación activa en discusiones filosóficas, sociológicas, y neurocientíficas sobre el empleo de terapias farmacológicas en la educación tanto para paliar trastornos como para potenciar habilidades. Neuro-Imagen: El docente conoce metodologías y tecnologías de investigación en neurociencias, especialmente en funciones ejecutivas (cognición, inteligencia, memorización) y diagnóstico de patologías con consecuencias el aprendizaje y en el comportamiento educacional.

2.2 Propuesta de implementar la neuroimagen como herramienta de investigación educativa Aunque es de primer orden y una necesidad estructural, el conocimiento de las neurociencias no se debe quedar en el marco teórico de la estructura anatómica y fisiológica del cerebro, de los trastornos neuro-cognitivos del aprendizaje, y de las patologías neuropsicológicas del comportamiento. Se requiere el conocimiento de metodologías positivistas de investigación que permitan profundizar en los problemas de aprendizaje, así como en las terapias de potenciación de la inteligencia. La neuroimagen es una herramienta de diagnóstico de problemas estructurales y funcionales de aprendizaje, con un vertiginoso desarrollo y con el futuro garantizado toda

vez que las tecnologías de neuroimagen pueden ser el área de mayor investigación en el planeta. Los docentes profesionales, y los profesionales docentes que hacen investigación científica en educación deben apoyarse en tecnologías y técnicas positivistas, cuyo conocimiento resultante sea producto del método científico. Si la educación es objeto de estudio científico, también sus resultados; el aprendizaje y el comportamiento, podrán ser objeto de comprobación científica. La herramienta metodológica -por excelencia- en investigación científica aplicada a la educación es la neuroimagen. La neuroimagen, o imagen del cerebro, puede ser de dos tipos; estructural, o funcional. La imagen estructural permite saber si el cerebro o unos de sus componentes está integro, o, si tiene imperfecciones o daños. La imagen funcional permite saber si el cerebro está operando según las instrucciones genéticas o modificadas de comportamiento y desempeño. Las tecnologías y técnicas de neuroimagen sugeridas para estudiar la estructura y funcionamiento del cerebro en aspectos relacionados con la biología y fisiología del aprendizaje y del comportamiento son: Tomografía Computarizada: Es una tecnología avanzada de Rayos-X que permite conocer la estructura del cerebro. Algoritmos computacionales produce imágenes en tercera dimensión a partir de centenares de imágenes obtenidas por electromagnetismo. Ejemplo localización de Afasias, Agrafias, Alexias, Agnosias por trauma craneoencefálico o heredadas [13]. Resonancia Magnética: Es una tecnología basada en física nuclear que permite determinar la anatomía y la funcionalidad del cerebro. Algoritmos computacionales produce imágenes en tercera dimensión a partir de señales obtenidas por la aplicación de campos magnéticos y pulsos de radiofrecuencia en el cerebro. Ejemplo localización de Esquizofrenia, Depresión Mayor por mala conexión entre nuclearos neuronales [13]. PET y SPECT: Es una tecnología basada en química nuclear que permite determinar la funcionalidad del cerebro. Algoritmos computacionales produce imágenes en tercera dimensión a partir de imágenes obtenidas por radio-isótopos y radio-farmacéuticos. Ejemplo localización problemas de atención y concentración por de baja irrigación sanguínea cerebral [13]. 3. Problema de Investigación ¿Cuál es el nivel de aceptación social y gremial de la inclusión de las neurociencias en la formación docente? 4. Metodología.

Tener la necesidad de conocimiento en neurociencias para darle a la educación un componente científico no garantiza que el gremio docente quiera hacer estudios en esta área teórico-clínica, por lo que se hace necesario consultar directamente al docente para tener su punto de vista, así mismo, consultar docentes experimentados y docentes novatos (recién graduados), y finalmente revisar si hay diferencias en las posiciones de acuerdo al área de especialización de los docentes, por lo que se debe tener en cuenta si pertenecen a áreas sociales y/o áreas naturales. Sin embargo el problema de pasa a ser ¿Cómo consultar al docente sobre un área que no conoce?, no es factible realizar una consulta sobre la pertinencia o no de la inclusión de las neurociencias en la educación si no se ha tenido un marco referencial o una base de conocimiento en neurociencias, por lo que metodológicamente se procedería de la siguiente manera: a. Seleccionar un grupo de al menos 1.000 docentes interesados en participar en conferencias innovación educativa. b. Ofrecer a los docentes un mini-curso de sensibilización en neurociencias aplicadas a la educación con el objeto de socializar los conceptos científicos que abordan; la neuro-anatomía y la neuro-fisiología, la neuro-cognición, y la neuro-psicología. Duración: 12 horas. c. Realizar un seminario-taller de discusión de la educación como Ciencia Natural. Duración: 4 horas. d. Aplicar un formulario-encuesta de 50 preguntas. Duración: 4 horas. e. Hacer la estadígrafa correspondiente. Duración: 72 horas. Los resultados de esta investigación serán dados a conocer a la comunidad científica especializada en educación y en neurociencias, así como a las instancias gubernativas reguladores de la formación docente. 5. Resultados Esperados. El resultado esperado es conocer la opinión que los docentes tienen sobre la implementación de las neurociencias como área de estudio obligatoria en su formación profesional. Se desea saber si los docentes quieren: a. Que la educación tenga un fuerte componente de ciencia natural b. Que el docente adquiera conocimientos en neurociencias aplicadas a la educación

c. Que se propongan cambios estructurales en las mallas curriculares de la formación docente. d. Que el investigador en educación asuma rol de científico 6. Conclusiones Visionamos el docente del futuro como el profesional cuya formación pedagógica, metodológica y didáctica este respaldada por la ciencias naturales, y, complementadas con las ciencias sociales. Visionamos universidades formadoras de docentes que cuenten con sofisticados laboratorios de neuroimagen, en donde se formen docentes investigadores que puedan respaldar sus investigaciones educativas con evidencia científica. Consideramos que es prioritario que el docente estudie profundamente la biología, anatomía, y fisiología del aprendizaje, y del comportamiento educativo, así como que esté formado en la naturaleza de los trastornos educativos. Creemos que es de vital importancia que toda institución educativa cuente con al menos un profesional especialista en neuro-psicología y neuro-cognición, cuyo rol sería revisar los estudiantes que el docente considere tienen problemas biológicos de aprendizaje y comportamiento, y con la autoridad de sugerir intervenciones de mayor nivel, y que con la capacidad de asesorar la institución en la implementación de programas educativos de evidencia cerebral. 7. Referencias

[1] A. Daniel, Education and cognitive neuroscience, Dartmouth College - Department of Education, 2006 [2] G. Milaret “Les sciences de l’éducation”, Huemul, Barcelona, 2010 [3] J. Beck, Powerful knowledge, esoteric knowledge, curriculum knowledge, Cambridge Journal of Education, 2012 pages 177-193 [4] S. Seung “Connectome”, Mariner Books, Boston, 2012 [5] W.J. Rudy. The Neurobiology of Learning and Memory. Sinauer Associates, MA (USA), 2008. [6] L. Cohen, Research Methods in Education (6th Edition), Bioscience Education, Volume 10, 2007

[7] M. Hardiman, The Brain-Targeted Teaching Model for 21 century schools, Corwin, London, 2012 [8] P.S. Churchland, Neurophilosophy, MIT Press, Boston, 1989 [9] L. M. Chalupa. Cerebral Plasticity, MIT Press, Boston, 2011 [10] C. Brown, The neurocognition of Language, Oxford University Press, Oxford, 2013 [11] U. Goswami. Neuroscience and Education: from research to practice? Nature, 2006, pp 2 -7. [12] J. V. Stone. Vision and Brain, MIT Press, Boston, 2012 [13] D. Stimson. Advanced Imaging, Queensland University Press, 2013 [14] K. Ashwell K. The Brain Book, Firefly Book, 2012 [15] P. Jump, Social science emulates scientific method to escape retrenchment, Times Higher Education, 2012 [16] K.W. Fischer. Mind, Brain, and Education: Building a Scientific Groundwork for Learning and Teaching, IMBES, 2009, pp 3 -16.