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Las Células Gliales
Este artículo lo traduje lo más literalmente posible del original en inglés titulado "The Root of Thought: What do Glial Cells Do? aparecido en la edición digital de la Revista Scientific American, sección Mind Matters, Mind & Brain.
Pueden ver el reportaje original en inglés en http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=the-root-of-thought-what&sc=CAT_MB_20091028
La Raíz del Pensamiento: ¿Qué hacen las Células Gliales?
Cerca del 90% del cerebro está compuesto por células gliales, no neuronas. Andrew Koob argumenta que estas células ignoradas podrían ser justamente la fuente de la imaginación.
Andrew Koob recibió su Doctorado en Neurociencias de la Universidad de Purdue en el año 2005, y ha participado de investigaciones en el Darmouth College, en la Universidad de California de San Diego y en la Universidad de Munich, Alemania. También es el autor del libro “La Raíz del Pensamiento” que explora el funcionamiento y propósito de las células gliales, la célula más abundante del cerebro. El editor de la Revista Mind Matters, Jonah Lehrer chatea con Koob acerca por qué las células gliales fueron desplazadas por años y cómo nuevos experimentos con ellas han iluminado algunos de los aspectos más misteriosos del cerebro.
Lehrer: Su nuevo libro “La Raíz del Pensamiento” es todo sobre el poder de las células gliales, que de hecho representan cerca del 90% de las células del cerebro. ¿Qué hacen las células gliales? ¿Y por qué tenemos tantas en el cerebro?
Koob: Originalmente, los científicos no pensaban que no hacían nada (las células gliales). Hasta los últimos 20 años, los científicos de la mente creían que las neuronas se comunicaban unas con otras, representando nuestros pensamientos y que las gliales eran una especie de pegamento que mantenía todo junto. Eran consideradas como simples aisladoras para la comunicación neuronal. Hay algunas variedades de células gliales, pero recientemente los científicos se han comenzado a enfocar en un tipo particular de células gliales llamadas “astrocitos”, que son muy abundantes en la corteza cerebral. Es interesante que a mayor escala evolutiva, los astrocitos en la corteza cerebral crecen en tamaño y cantidad, donde los humanos tenemos las más grandes y en las mayores cantidades. Los científicos también han descubierto que los astrocitos se comunican entre ellos en la corteza y que también son capaces de enviarle información a las neuronas. Finalmente, los astrocitos también son las células madres adultas en el cerebro y controlan el flujo sanguíneo a las áreas de éste en actividad. Por todas estas importantes propiedades y desde que se cree que la corteza es la responsable de las facultades mentales superiores, es que los científicos han comenzado a pensar que los astrocitos deben contribuir en el pensamiento.
Lehrer: ¿Entonces por qué las gliales han sido descuidadas por tanto tiempo?
Koob: Para entender esto, debemos tomar un tour a la historia de la ciencia del cerebro. Las gliales fueron básicamente una barra lateral por 200 años en la controversia sobre la idea de las neuronas. Unas pocas luces fueron: que a finales del siglo 18 los científicos descubrieron las propiedades eléctricas de las neuronas en el médula espinal de las ranas. Las neuronas tienen largos haces nerviosos llamados “axones” que se extienden desde el cuerpo celular en el cerebro hasta la espina dorsal y desde la espina hasta las extremidades y el cuerpo. De modo similar, las neuronas de los sentidos estaban vinculadas con las neuronas del cerebro. Aquí es donde nació la idea que las neuronas son la base de nuestros pensamientos. A mediados del siglo 19, las células gliales recién se estaban descubriendo y los investigadores pensaban que ellas simplemente sujetaban las neuronas (glía significa pegamento en griego). Lo que yo encuentro incluso chistoso es que los científicos se tropezaran con unas células muy numerosas en el cerebro, un órgano responsable de nuestros pensamientos y nuestra personalidad, pero estaban tan enfocados en las neuronas que concluyeron que estas células gliales eran inútiles. En los últimos años del siglo 19 se desarrolló un método de tinción para ver más efectivamente las neuronas en el cerebro. Un brillante investigador español, Santiago Ramón y Cajal, se tomó a sí mismo como sujeto de estudio respecto a las neuronas en el cerebro. Confeccionó meticulosamente un mapa o esquema de cómo procesaban la información y se conectaban, que derivó en “La doctrina neuronal”. (La doctrina neuronal es la creencia que las neuronas son las responsables del pensamiento). De todos modos, Cajal parecía no estar muy convencido respecto a las células gliales. Eran muy numerosas y hasta colgaban por toda la corteza cerebral. Mientras tanto su hermano Pedro, que también era científico, desarrolló la teoría que las gliales eran células de soporte que aislaban las propiedades eléctricas de las neuronas. Cajal decidió respaldar la teoría de su hermano. Y desde 1906, año en que ganó el Premio Nobel, este ha sido el dogma.
Lehrer: ¿Puede describir algunos de los primeros trabajos realizados por los científicos para reconsiderar el rol de las células gliales?
Koob: Los experimentos no comenzaron sino hasta la década de los 60’s. Todo lo que los científicos sabían era que si ponían neuronas en una placa de petri, tenían que tener células gliales o si no las neuronas se morían. Entonces Stephen W. Kuffler de la Universidad de Harvard por razones aún desconocidas, decidió probar la aceptada teoría de Pedro respecto al aislamiento de las glías. Esto fue más o menos al mismo tiempo que se descubrió que cerca del 90% de las células del cerebro eran glías (y que es el motivo por el cual nace la idea que usamos sólo el 10% de las neuronas de nuestro cerebro). El aporte de Kuffler fue notable ya que irónicamente él estableció el departamento “neuro”biológico de Harvard mientras realizaba estos experimentos tan fuera de lo común. De alguna manera, Kuffler tomó astrocitos de una sanguijuela del barro y les agregó potasio, un elemento que se sabe sale de la célula una vez que son estimuladas. El pensó que esto iba a confirmar la teoría de Pedro que las células gliales eran aislantes. Lo que encontró a cambio fue que el potencial eléctrico de las células gliales respondía al potasio. Kuffler y sus colegas encontraron que los astrocitos tenían un potencial eléctrico, muy parecido al de las neuronas. También descubrieron en la rana y en la sanguijuela que los astrocitos eran influenciados por el intercambio iónico neuronal, un proceso por largo tiempo considerado como la componente química del pensamiento. Desde entonces numerosos investigadores han realizado experimentos en relación a la habilidad de comunicación de las gliales con las neuronas, incluyendo los años 80 y los 90 cuando se descubrió que las células gliales responden a y liberan procesos de “neuro” transmisores.
Lehrer: ¿Por qué son importantes las ondas de calcio?
Koob: En resumen, las ondas de calcio son el modo de cómo los astrocitos se comunican entre ellos. Los astrocitos tienen cientos de “pies terminales” saliendo de sus cuerpos. Parecen mini pulpos y unen estos pies terminales con los vasos sanguíneos, otros astrocitos y sinapsis neuronales. El calcio es liberado de depósitos internos de los astrocitos mientras éstos son estimulados, luego este calcio viaja a través de los pies terminales a otros astrocitos. El término “ondas de calcio” describe el proceso de liberación e intercambio entre los astrocitos y entre los astrocitos y las neuronas. Científicos de Yale, principalmente Ann H. Cornell-Bell y Steven Finkbeiner, han demostrado que las ondas de calcio se pueden difundir desde el punto de estimulación de un astrocito a todos los otros astrocitos en un área cientos de veces más grande al astrocito original. Es más, las ondas de calcio también pueden provocar que las neuronas se destruyan. Y las ondas de calcio en la corteza están guiando a los científicos a inferir que este estilo de comunicación puede conducir el proceso de ciertos pensamientos. Si lo anterior no convence, se ha demostrado recientemente que una molécula que estimula los mismos receptores que el THC puede iniciar la liberación del calcio en el astrocito.
Lehrer: Has sugerido que las gliales y sus ondas de calcio pueden ejercer un papel en la creatividad. ¿Puedes explicar eso?
Una nueva visión para enseñar ciencias.
La verdad es que existe bastante literatura al respecto, pero entregaré una visión más actualizada al referirme a un reportaje desarrollado en la Revista Scientific American Mind, edición Septiembre-Octubre 2009 (www.scientificamerican.com/mind).
El artículo titulado originalmente "A New Vision for Teaching Science" (cuya traducción libre me permito entregarles) habla de estudios recientes en los campos de la neurociencia y la psicología que sugieren formas de mejorar la educación de materias de ciencias en los colegios de Estados Unidos (que me imagino pueden aplicarse a cualquier país).
El reportaje estima que la calidad de la educación de las materias de ciencias en Estados Unidos -medida con el Programa Internacional de desempeño estudiantil 2006 (PISA por sus siglas en inglés; y programa en el cual también participa Chile junto a otros países por todo el mundo)- sufre una verdadera crisis al encontrarse los resultados de los adolescentes de 15 años, más bajos que otros 28 países de los 57 participantes. Y en matemáticas les fue peor: su rendimiento promedio estuvo bajo 34 países de los 57 evaluados.
Los resultados chilenos son incluso peores, ya el puntaje promedio de los alumnos chilenos evaluados en ciencias nos dejó en el ranking 40 de los 57 países participantes, con mejor resultado eso sí, que cualquier otro país latinoamericano y donde nuestro más proximo seguidor es Uruguay en el lugar 43. Los países "top ten" en este ranking son (y en el mismo orden de 1 a 10): Finlandia, Hong-Kong (China), Canadá, Taipei (China), Estonia, Japón, Nueva Zelandia, Australia, Holanda y Liechtenstein.
Pese a que en Estados Unidos han efectuado reformas educacionales por décadas, según el artículo, los avances vistos en los alumnos sobre todo de "high school" o enseñanza media han sido muy pocos, por lo que dos informes de su Consejo Nacional de Investigación (National Research Council, NRC) ofrecen novedosas estrategias para intentar cambiar esta situación, basados en recientes investigaciones sobre cómo piensan los niños y cómo realizan sus aprendizajes.
Y se han definido 4 objetivos interrelacionados para manejar en forma más práctica la ciencia con los niños:
1. que los estudiantes debieran ser capaces de conocer, usar e interpretar explicaciones científicas sobre el mundo natural,
2. que debieran ser capaces de generar y evaluar explicaciones y evidencias científicas,
3. que debieran ser capaces de entender la naturaleza y el desarrollo del conocimiento científico y;
4. que debieran ser capaces de participar significativamente en actividades y discusiones científicas.
Estos objetivos representan una aproximación a la ciencia como práctica, como un proceso dinámico, ampliamente promovido por los investigadores del rubro. Lo que se plantea es que en la enseñanza de las ciencias, habitualmente se la explica en dos partes: como un método científico paso a paso y como una recolección de hechos. Como resultado, la mayoría de los niños adquiere una visión absolutista de lo que creen es "la verdad" de los hechos y creen que los aprendizajes se obtienen de la pura observación diercta. Y a medida que van creciendo no siempre son capaces de darse cuenta que las ciencias son un ejercicio de construcción y de revisión de teorías. Todos los estudiantes y no solo quienes pretendan seguir una carrera científica, debieran aprender cómo se construye el conocimiento científico, por lo que la literatura científica básica debiera ser obligatoria para cualquiera que prentenda participar a futuro de la sociedad en forma responsable.
Repensando cómo aprenden los niños.
Hasta hace poco los educadores y psicólogos asumían que la edad era la que determinaba la capacidad de aprendizaje. Se pensaba que el pensamiento abstracto tomaba mucho tiempo en desarrollarse, entonces para los cursos de niños más chicos, los profesores solo se enfocaban en la memorización sin darle mayor importancia al entendimiento de las materias. Esta visión limitada de las habilidades cognitivas de los niños se originó en un estudio de 1953 de Jean Piaget, el padre de la psicología infantil; y su colega Bärbel Inhelder opinaba que no había forma de acelerar inicio el pensamiento lógico que en los niños se desarrollaba normalmente a los 12 años.
Sin embargo, investigaciones más recientes han demostrado que los niños sí tienen la capacidad para razonar en forma científica mucho antes de los 12 años. Uno demostró por ejemplo que bajo condiciones adecuadas, los niños pueden adquirir conceptos abstractos tales como el diseño experimental controlado. Incluso antes, a la edad preescolar, los niños observan e interactúan con el mundo alrededor de ellos y comienzan a entender cómo se mueven los objetos o cómo viven los animales, o pueden comprender que las distintas personas tienen distintas ideas y así otros hechos más. En algunos casos inclusos pueden diferenciar causa de efecto, diseñar experimentos y hacer uso de modelos y de símbolos.
Después que los niños entran a la educación primaria (educación básica en Chile) sus habilidades avanzan muy rápidamente. Los profesores antiguamente atribuían este avance sólo al desarrollo cognitivo (ya que tienen periodos de atención más largos y mayor autocontrol de la conducta y mayor velocidad de procesamiento verbal). Pero en investigaciones se ha visto que el progreso de los alumnos es mayor cuando tienen experiencia previa en el tema, como base sobre la que construir el aprendizaje. Y la calidad de estas experiencias previas es la clave, no la edad del niño ni su grado de madurez ni cuán temprano o tarde comenzó su escolaridad.
Estos resultados confirman lo que los teóricos han afirmado hace tiempo: que el alumno aprende mejor un tema cuando tienen algún grado de conocimiento previo como base para construir sobre ello. (Que es el denominado Aprendizaje Significativo). Dadas estas bases o "fundaciones" los profesores pueden construir fácilmente sobre ellas "extensiones". Por ejemplo, si el niño ya tiene conocimientos previos acerca los animales, no le es tan dificil enseñarle sobre el ornitorrinco. Algunas nuevas ideas o conocimientos son tan contrarias a la intuición, que los alumnos se ven impulsados a cambiar completamente su forma de pensar. Los alumnos también debieran desarrollar un sentido de metacognición (darse cuenta de su capacidad de aprender) y notar cuándo su conocimiento surge y varía de lo generado en clases o de teorías científicas. Pero el patrón sigue siendo el mismo: la mejor manera de hacerse experto en algo sigue un camino en espiral, en el cual los alumnos revisan y redefinen contínuamente sus fundamentos conceptuales.
Enseñanza más efectiva.
Basado en estos descubrimientos, los estadounidenses han elaborado una nueva visión de que propone que los profesores de ciencias se avoquen a unos cuantos conceptos básicos nada más, ya que se ha visto que es mejor profundizar constantemente en unos cuantos que tratar de abarcar mucho más en extenso. Y los temas propuestos serían la teoría atómica molecular, la teoría de la evolución, la teoría celular , la fuerza y el movimiento. Y que la idea es que grado a grado los estudiantes fueran profundizando sus conocimientos en estas áreas de modo de adquirir conocimientos detallados en ellas, en forma bien planficada por los que hacen los diseños del currículo escolar.
Básicamente el artículo de la revista mencionada (Scientific American Mind) alude a algunas sugerencias para el sistema educativo en Estados Unidos, que en resumen apuntan a lo que predica el Aprendizaje Significativo mencionado anteriormente. La idea es que los profesores puedan considerar siempre el parendizaje previo de sus alumnos en las materias por verse y que las relacionen con las experiencias de ellos, para que el niño o joven sienta la cercanía y la relación de la materia con sus propias vivencias y de esta manera le sea más fácil de entender y de mantener.
Por tanto, como recomendación final desde mi perspectiva podría agregar que para facilitar ésto, en casa habría que ofrecerle el máximo de experiencias a los niños en todos los ámbitos posibles (contacto con los libros, la música, el arte, la naturaleza, los animales, las distintas personas, etc.) desde chiquititos y no negarles explicaciones o ejemplos cuando ellos pregunten cosas. Hay que aprovechar al máximo su curiosidad natural y espontánea, y si no la manifiestan, los padres debiésemos ingeniárnoslas para despertar en ellos la curiosidad y las ganas de saber... ¡ siempre !


