Bases biológicas: el sistema nervioso

1. Aportes de la ciencias cognitivas a la
educación
Dr. Leonel Gómez
Bases biológicas:
el sistema nervioso
De humani corporis
fabrica
Andreas Vesalius (1514-1564)

2. Temario general
● Evolución del sistema nervioso (SN)
● Función y estructura del SN
● La relación con el mundo: sistemas sensoriales
● Arquitectura cognitiva del SN
● Desarrollo del sistema nervioso

3. Preguntas que nos guían:
● ¿Por qué aparece el SN?
● ¿Cómo está organizado y que elementos
fundamentales lo componen?
● ¿Cómo funciona?

4. La peligrosa idea de Darwin
(a) los individuos de una población varían en sus características,
(b) la mayor parte de la variación es heredable, y
(c) los recursos son limitados por lo que los individuos se reproducen
diferencialmente: selección natural

5. Los primeros replicantes: autoensamblaje y
replicación
● Estructuras con capacidad de replicarse
○ Adquirir los elementos necesarios del medio para realizar tal replicación
○ Replicación con variaciones
○ Las estructuras más estables y eficaces de tales variantes en la replicación van a tender a
predominar
○ Distintas “soluciones” a los problemas de la supervivencia y la replicación se van
encontrando y ensayando

6. Algoritmo darwiniano

7. Algunas consecuencias de aplicar este
“algoritmo” durante miles de millones de años
● Un balance delicado entre conservación y cambio
● Las “buenas soluciones” se conservan
● Aparecen variantes diferencialmente adaptadas a distintos nichos ecológicos →
Procesos de especiación
● Cambios estructurales progresivos que abren ciertas posibilidades pero cierran
otras
● Un origen común y relaciones de parentesco entre todos los seres vivos

8. Biología y conocimiento

9. El origen de la vida

10. Organismos multicelulares
Casi 2000 millones
de años
primeras evidencias de vida
primeros organismos
multicelulares
aparición del sistema
nervioso

11. Máquinas teleonómicas
● Los seres vivos son máquinas complejas que para sobrevivir
y reproducirse tienen que ser capaces de responder a
estímulos provenientes del entorno (y del medio interno) y
actuar de acuerdo a ellos.
● Según estos estímulos y las necesidades internas deben
poder producir conductas apropiadas:
○Comer
○Aparearse
○Pelear
○Huir
○…

12. Complejidad creciente
Al principio
las
señales
químicas
…
…
Diversidad de
estructuras
internas y de
“canales” de
interacción con el
medio …
organismos unicelulares
colonias
diversificación y
especialización

13. La “división de tareas” en organismos multicelulares
acarrea nuevas necesidades funcionales:
● Coordinación y administración de recursos de los
distintos sistemas y aparatos para una acción
conjunta coherente
● Relación con el medio oportuna y apropiada.
● El sistema nervioso regula y controla tanto el
medio interno cómo las relaciones con el
ambiente.

14. Un animal es un sistema complejo que requiere que sus
partes estén integradas y coordinadas
● Un organismo
complejo
● Que debe dar
respuestas variadas
● En ambientes
cambiantes
● En tiempos breves

15. Preguntas que nos guían:
● ¿Por qué aparece el SN?
● ¿Cómo está organizado y que elementos
fundamentales lo componen?
● ¿Cómo funciona?

16. Planes de organización de los sistemas nerviosos

18. En términos fisiológicos:
● Los sistemas nerviosos (particularmente aquellos
centralizados) integran y procesan información
sensorial procedente de la periferia e inician
respuestas en todo el cuerpo a través de
neurosecreciones en el fluido corporal o la
estimulación directa de la musculatura del cuerpo.
● Los sistemas nerviosos son los organizadores
espaciales más importantes. Convierten los grandes
cuerpos de animales multicelulares en unidades
dinámicas capaces de moverse en forma autónoma.

19. Las
neuronas

20. Sinapsis

21. Las neuronas forman circuitos y
redes:
Dibujo esquemático
de los circuitos cerebelosos
por Cajal

22. Señales eléctricas
● Potenciales receptoriales
○ Algún tipo de energía es “transducido” en
un cambio en el potencial de células
especializadas llamadas receptores
● Potenciales sinápticos
○ Cambios en el potencial de la célula
postsináptica debidos a la despolarización
y liberación de neurotransmisor por el
terminal presináptico
● Potenciales de acción
○ Señal estereotipada que se propaga sin
decremento largas distancias

23. ¿Que aportan las neuronas, los circuitos y redes de
los sistemas nerviosos?
● Comunicaciones rápidas
● Conexiones flexibles
● Un “lenguaje” común que comunica lo sensorial, lo
motor, las memorias, los objetivos, la regulación del
medio interno, etc.
● Versatilidad
● Circuitos con capacidades “computacionales”
● Módulos de procesamiento combinables y
reconfigurables

24. Preguntas que nos guían:
● ¿Por qué aparece el SN?
● ¿Cómo está organizado y que elementos
fundamentales lo componen?
● ¿Cómo funciona?

25. Comportamientos reflejos e
instintivos

26. Respuestas reflejas o instintivas
Estímulo
Organism
o
Respuesta

27. ¿Cómo conectar los estímulos con las respuestas apropiadas?
E1
E2
E3
E4
EN
R1
R2
R3
R4
RM
?

28. Conductismo: el tablero conmutador (“switchboard”) como modelo
Conectar mediante asociaciones el
espacio sensorial y el espacio motor
espacio sensorial
espacio motor

29. Procesos intrínsecos del
agente: motivación,
necesidades, objetivos,
etc.
Estímulo
? Respuesta

30. La teoría computacional de la mente
● Turing (1936-7) describe un tipo de
máquina (conocida como "máquina de
Turing") que es capaz de calcular
cualquier algoritmo posible en forma
“mecánica”.
● Si podemos considerar la mente como
sistema de símbolos físicos (Newell y
Simon) la podemos tratar como una
máquina de Turing.
● Según esa visión el cerebro “es una
computadora” y la mente es el resultado
del programa que ejecuta el cerebro.

31. La relación con el mundo: los estímulos
y la realidad

32. Saber que evento en el mundo dio
origen a la perturbación que
deviene un estímulo sensorial es
una operación difícil y
computacionalemente muy costosa

33. ¿Que es la “realidad” para el sistema nervioso?

34. Representación

35. Codificación neural y representación

36. Conocer las regularidades
estadísticas del mundo es vital para
los organismos

38. Aprender las correlaciones espacio temporales

39. Conocer es poder predecir

40. ● Arquitectura cognitiva y sus
localizaciones en el cerebro
● Neurodesarrollo

41. Un marco referencial funcional

44. Neurodesarrollo

47. ● Pregunta
● Metodología
● Diseño experimental
● Datos y procesamiento
● Que variables observan?
● Qué resultados obtienen?
● Que concluyen?

48. Electroencefalografía y potenciales evocados