Principios de neuroeducación física

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

PREFACIO

La educación del siglo pasado basó su quehacer sobre las diversas teorías que generó la psicología en relación con el aprendizaje. Sin embargo, una nueva ciencia que surgió a mediados del siglo XX comenzó a ocupar el lugar que otrora ostentaba la psicología: la neurociencia. Esta disciplina se encarga de estudiar las funciones del cerebro y su relación con la conducta, constituyéndose actualmente como uno de los principales pilares del avance y desarrollo de nuestra comprensión del cerebro. Los avances logrados en estas décadas por la neurociencia nos dejan sin aliento, logros en desarrollo embrionario neural, en identificación y descripción de estructuras y funciones de neuronas y glías, en la comprensión de los fenómenos de percepción como el tacto, la visión, el gusto, etc. y sobre todo de la funciones cognitivas que permiten nuestra relación con el entorno y otros individuos: la motivación, atención, emociones, memoria y aprendizaje. Todas estas actividades cerebrales que parecían sólo misterios hace un siglo, hoy se muestran con una comprensión mucho más clara en relación a sus orígenes y funcionamientos. El siglo XXI será sin duda el siglo del cerebro, ya que la comprensión de lo que somos y lo que podemos ser sólo es posible a través de nuestro conocimiento de ese pequeño órgano de 1.400 gramos donde se produce toda nuestra conducta. Si todo nuestro proceso de aprendizaje ocurre mediante las actividades de conjuntos de neuronas ¿no sería lo más lógico que la neurociencia fuese el pilar sobre el cual se erigiese el sistema educativo? El área docente no puede dejar de lado los avances que se han logrado sobre nuestro cerebro, comprender su funcionamiento está íntimamente vinculado con la metodología a utilizar durante la enseñanza. La neuroeducación ha surgido de la necesidad de los docentes por mejorar el sistema escolar y universitario, una disciplina que recién comienza y que resulta 1

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA fundamental si queremos avanzar en este ámbito tan importante del desarrollo humano. Dentro del quehacer docente la educación física ha sido relegada a la actividad deportiva y casi ha pasado a ser un mero distractor en el curriculum escolar. En el último tiempo el aumento de enfermedades crónicas no transmisibles producto del sedentarismo de nuestras sociedades comienza poco a poco a dar un lugar importante a la actividad física y sus profesionales, como una manera efectiva de combatir esos males de la sociedad moderna. Sin embargo, la actividad física posee un potencial que va más allá del bienestar y belleza corporal, ya que representa un factor protector del cerebro y está íntimamente relacionado con las capacidades cognitivas: la actividad física beneficia el funcionamiento cerebral, mejora la atención, la motivación, la percepción y en definitiva el aprendizaje. Esto hace patente la necesidad urgente de que los profesionales de la actividad deportiva puedan conocer, comprender y basar su quehacer profesional en el conocimiento del cerebro: el ámbito de la educación no sólo física, sino también cognitiva. El presente libro es un intento de fundamentar una neuroeducación física, una disciplina que una los conocimientos y logros alcanzados por la neurociencia con la educación física, para dar un nuevo enfoque a la actividad física de nuestros países, basada en la mejora de la calidad de vida por una mejora de la actividad cerebral. Fernando Maureira Cid

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Dedicado a mis hermanas Miriam y Yessenia Dedicado a mi amor Elizabeth

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

CONTENIDOS ABREVIADOS

PARTE I SISTEMA NERVIOSO: BASE DEL APRENDIZAJE

15

Capítulo 1. Neurociencia y educación

17

Capítulo 2. Células del sistema nervioso

35

Capítulo 3 Neuroanatomía

75

PARTE II CONTROL MOTOR Y SENTIDOS

115

Capítulo 4. Control neural del movimiento

117

Capítulo 5. Propiocepción, audición y actividad física

157

Capítulo 6. Visión y actividad física

185

PARTE III FUNCIONES COGNITIVAS

217

Capítulo 7. Sueño, emociones y actividad física

219

Capítulo 8. Motivación, atención y actividad física

245

Capítulo 9. Plasticidad, memoria y aprendizaje

269

Capítulo 10. Lenguaje, pensamiento e inteligencia

299

Capítulo 11. Estilos de aprendizaje y educación física

319

5

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

INDICE DE CONTENIDOS

PARTE I. SISTEMA NERVIOSO: BASE DEL APRENDIZAJE

17

Capítulo 1. Neurociencia y educación

19

1.1 Sistema nervioso

20

1.1.1 Estructura y funciones del sistema nervioso

21

1.1.2 Técnicas de estudio del sistema nervioso

23

1.1.2.1 Estudio de la actividad eléctrica neuronal

25

1.1.2.2 Estudios de la microanatomía cerebral

27

1.1.2.3 Estudios de imagenología

28

1.2 Aprendizaje y cerebro

29

1.1.3 El aprendizaje es un proceso biológico

31

1.2.2 Interrelación de disciplinas

32

1.3 Neurociencia y educación física

33

Capítulo 2. Células del sistema nervioso

37

2.1 La neurona

37

2.1.1 Citología de la neurona

38

2.1.2 Clasificación de las neuronas

46

2.2 Las glías 2.2.1 Clasificación de las glías 2.3 Impulso nervioso 2.3.1 Potencial de reposo

48 49 51 52

7

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 2.3.2 Potenciales locales

54

2.3.3 Potencial de acción

55

2.3.4 Período refractario

56

2.3.5 Conducción del potencial de acción

56

2.4 La sinapsis 2.4.1 La sinapsis eléctrica

58

2.4.2 Sinapsis química

59

2.4.3 Clasificación funcional

60

2.4.4 Clasificación estructural

61

2.4.5 Mecanismos de la sinapsis

61

2.4.6 Sumación

63

2.4.7 Redes neurales

63

2.4.8 Neurotransmisores

64

2.4.8.1 Neurotransmisores de moléculas pequeñas

64

2.4.8.2 Neuropéptidos

65

2.4.9 Receptores

8

57

67

2.4.9.1 Receptores ionotrópicos

67

2.4.9.2 Receptores metabotrópicos

68

2.4.9.3 Receptores de Glutamato

68

2.4.9.4 Receptores de GABA

70

2.4.9.5 Receptores de dopamina

70

2.4.9.6 Receptores de serotonina

71

2.4.9.7 Receptores de adrenalina

71

2.4.9.8 Receptores de acetilcolina

72

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 3. Neuroanatomía

75

3.1 Embriología del sistema nervioso

77

3.2 Divisiones del sistema nervioso

82

3.3 Sistema nervioso periférico

83

3.3.1 Nervios raquídeos

83

3.3.2 Nervios craneanos

86

3.3.3 Divisiones del sistema nervioso periférico

90

3.3.3.1 Sistema sensor

90

3.3.3.2 Sistema motor

91

3.4 Sistema nervioso central

95

3.4.1 Meninges y líquido cefalorraquídeo

95

3.4.2 Médula espinal

97

3.4.3 Encéfalo

98

3.4.4 Tronco encefálico

99

3.4.5 Cerebelo

101

3.4.6 Diencéfalo

102

3.4.7 Cerebro

105

3.4.8 Sistemas moduladores difusos

112

PARTE II. CONTROL MOTOR Y SENTIDOS

115

Capítulo 4. Control neural del movimiento

117

4.1 Unidades motoras

118

4.2 Unión neuromuscular

119

9

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 4.2.1 Estimulación de la fibra muscular

120

4.2.2 Estructura de la fibra muscular

121

4.2.3 Contracción de la fibra muscular

126

4.3 Control de los movimientos

126

4.4 Movimientos reflejos

129

4.4.1 Clasificación de los reflejos neurales

129

4.4.2 Huso neuromuscular

130

4.4.3 Órgano tendinoso de Golgi

133

4.5 Movimientos voluntarios 4.5.1 Vías espinales ascendentes

137

4.5.2 Vías espinales descendentes

139

4.5.3 Núcleos del tronco encefálico

141

4.5.4 Control del movimiento voluntario

145

4.5.5 Movimiento rítmico de locomoción

145

4.5.6 Corteza cerebral y movimiento

146

4.5.7 Ganglios basales

148

4.5.8 Cerebelo

150

4.5.9 Las fases del movimiento voluntario

151

4.6 Trastornos del movimiento

10

136

152

4.6.1 Enfermedad de Parkinson

153

4.6.2 Huntington y hemibalismo

155

Capítulo 5. Propiocepción, audición y actividad física

157

5.1 Receptores y estímulos

157

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 5.1.1 Clasificación de los receptores

158

5.1.2 Campos perceptivos

159

5.1.3 Propiedades de un estímulo

160

5.2 Sentidos somáticos

161

5.2.1 Propiocepción y entrenamiento

162

5.2.2 Nocicepción

163

5.2.3 Temperatura

165

5.2.4 Nocicepción y actividad física

165

5.2.5 Tacto

166

5.2.6 Tacto y actividad física

169

5.3 El oído: audición y equilibrio

170

5.3.1 Oído interno

172

5.3.2 Ondas sonoras

174

5.3.3 Proceso de audición

174

5.3.4 Anatomía funcional de la cóclea

176

5.3.5 Activación de las células ciliadas

176

5.3.6 Equilibrio

180

5.4 Oído y ejercicio físico

182

5.4.1 Entrenamiento del equilibrio

183

Capítulo 6. Visión y actividad física

185

6.1 Estructura y función del ojo

185

6.1.1 Función de la pupila el cristalino durante la visión

187

11

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 6.1.2 Estructura de la retina

190

6.1.3 Fototransducción en la retina

191

6.2 De la retina a la corteza visual

196

6.3 Corteza visual

199

6.3.1 Corteza visual primaria

199

6.3.2 Cortezas visuales extraestriadas

203

6.4 Movimientos oculares

206

6.5 Capacidad visual y ejercicio físico

208

6.5.1 Agudeza visual

208

6.5.2 Agudeza visual y actividad física

209

6.5.3 Entrenamiento de la agudeza visual

210

6.5.4 Visión periférica

211

6.5.5 Visión periférica y actividad física

212

PARTE III. FUNCIONES COGNITIVAS

217

Capítulo 7. Sueño, emociones y actividad física

219

7.1 Sueño

219

7.1.1 Etapas del sueño

220

7.1.2 Control del sueño

222

7.1.3 Sustancias biológicas que inducen sueño

226

7.1.4 Funciones biológicas del sueño

226

7.1.5 Sueño y actividad física

228

7.2 Emociones y sentimientos 7.2.1 Estructuras cerebrales de las emociones

12

229 230

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 7.2.2 Núcleo amigdalino y emociones

231

7.2.3 Corteza frontal y emociones

232

7.2.4 Miedo

233

7.2.5 Ira

234

7.2.6 Tristeza

234

7.2.7 Alegría

235

7.2.8 Emociones sociales

235

7.2.9 Trastornos del estado de ánimo

237

7.2.10 Emociones y actividad física

238

Capítulo 8. Motivación, atención y aprendizaje

245

8.1 La motivación

245

8.1.1 Componente fisiológico de la motivación

246

8.1.2 Componente cognitivo de la motivación

248

8.1.3 Componente motor de la motivación

249

8.1.4 Motivación en el contexto social humano

250

8.1.5 Sistema neural del placer

251

8.1.6 Motivación y actividad física

254

8.2 La atención

256

8.2.1 Atención voluntaria y automática

257

8.2.2 Tipos de atención

258

8.2.3 Pruebas y test de atención

259

8.2.4 Trastorno por déficit de atención e hiperactividad

262

8.2.5 Atención y aprendizaje

264

13

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 9. Plasticidad, memoria y aprendizaje

269

9.1 Plasticidad cerebral

270

9.2.1 Formación de las sinapsis en el embrión

271

9.2.2 Mecanismos de neuroplasticidad

272

9.2.3 Experiencias y conexiones sinápticas

273

9.2.4 Potenciación y depreciación a largo plazo

274

9.2 La memoria 9.2.1 Tipos de memoria a largo plazo

279

9.2.1.1 Memoria explícita

279

9.2.1.2 Memoria implícita

280

9.2.2 Memoria a corto plazo

281

9.2.3 Bases anatómicas de la memoria

281

9.2.3.1 Corteza cerebral y memoria a largo plazo 9.3 Aprendizaje

284 285

9.3.1 Habituación y sensibilización

285

9.3.2 Condicionamiento clásico

286

9.3.3 Condicionamiento operante

289

9.3.4 Bases moleculares del aprendizaje

290

9.3.5 Potenciación a largo plazo e hipocampo

290

9.4 Trastornos de la memoria 9.4.1 Enfermedad de Alzheimer 9.5 Aprendizaje y actividad física

14

278

291 291 294

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Capítulo 10. Lenguaje, pensamiento e inteligencia

299

10.1 Características del lenguaje humano

300

10.1.1 Lenguaje hablado

301

10.1.2 Bases biológicas del lenguaje

301

10.1.3 Afasias

303

10.1.4 Otros trastornos del lenguaje

305

10.2 Lenguaje v/s pensamiento 10.2.1 Pensamiento 10.3 Inteligencia 10.3.1 Teorías sobre la inteligencia

305 306 308 309

10.3.1.1 Teoría bifactorial

310

10.3.1.2 Teoría multifactorial

310

10.3.1.3 Teoría cognitiva

312

10.3.2 Instrumentos para medir la inteligencia

314

10.4 Diferencias cognitivas entre hombres y mujeres

317

Capítulo 11. Estilos de aprendizaje y educación física

319

11.1 Estilos de aprendizaje

320

11.1.1 Modelo de hemisferios cerebrales

320

11.1.2 Modelo de cuadrantes cerebrales

322

11.1.3 Estilos VAK

325

11.1.4 Estilos de Kolb

325

11.1.5 Honey-Alonso

329

11.2 Estilos de aprendizaje y estudiantes universitarios

331

15

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 11.1.1 Estilos de aprendizaje y educación física en nuestro país

16

331

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

PARTE I SISTEMA NERVIOSO: BASE DEL APRENDIZAJE

17

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

18

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 1

NEUROCIENCIA Y EDUCACION _______________________________

El sistema nervioso es el órgano más complejo que poseemos, comprender su función es sin duda, el desafío más grande del hombre y de la ciencia moderna. Durante el siglo pasado, los avances logrados en biología han permitido comprender muchos aspectos que parecían enigmáticos o sin explicación. El desarrollo de la genética nos permitió explicar la maravilla de la transferencia de características de un individuo a su progenie, además de entender cómo se regula el funcionamiento biológico; la biomedicina ha permitido lograr avances excepcionales en el conocimiento y control de enfermedades y la neurociencia nos ha permitido conocer una pequeña parte de los procesos que subyacen a la conducta. Esta última es un conjunto de disciplinas que abarca desde la anatomía microscópica hasta las funciones cognitivas, pasando por la neuroanatomía, la genética, la biología molecular, la inteligencia artificial, etc. Las implicancias de conocer cómo funciona nuestro cerebro son enormes en todas las disciplinas de la vida, desde la economía hasta la medicina, incluyendo la psicología, la sociología, el marketing, el arte, las comunicaciones y la educación, por nombrar sólo algunas. Es en este último ámbito donde creemos que la neurociencia puede convertirse en la base científica que el sistema educativo necesita. La educación moderna debe basarse en los hallazgos alcanzados por la neurociencia para orientar el trabajo pedagógico desde la base que la sustenta: los procesos cerebrales que subyacen al aprendizaje.

19

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Sobre ese tema versa el presente libro pero con un matiz especial, las implicancias de un área particular de la neurociencia sobre la educación: la neurociencia cognitiva. Para esto comenzaremos con una breve visión del sistema nervioso, el aprendizaje y la educación, para luego interrelacionar estos conceptos.

1.1

SISTEMA NERVIOSO

El sistema nervioso (SN) está formado por un conjunto de células llamadas neuronas y glías. Estas células se conectan entre sí formando el tejido nervioso, como una enorme red de miles de millones de neuronas. Este tejido permite la actividad senso-motora, es decir, permite al organismo captar un estímulo del ambiente (por ejemplo un sonido) y con ello generar una respuesta motriz (girar la cabeza en dirección al sonido). Esta actividad es realizada como una forma de mantener la homeostasis funcional del organismo, ya que resulta fundamental conocer nuestro entorno y los otros sistemas vivos en él para lograr la supervivencia. Si un ser vivo detecta la comida (estimulo sensorial) debe lograr alcanzarla y esto se hará desplazando un segmento o el total de su cuerpo hacia el alimento (actividad motriz). El sistema nervioso sólo está presente en organismos pluricelulares que necesiten moverse, de ahí que las plantas carezcan de él. En organismos unicelulares (que tampoco poseen sistema nervioso) existen actividades moleculares que podría decirse suplantan las actividades nerviosas. Así una bacteria posee un complejo sistema de proteínas y enzimas que producen el movimiento de los flagelos con los cuales puede acercarse a la comida o huir de predadores (Albert et al. 2011). El sistema nervioso aparece filogenéticamente en organismos marinos llamados cnidarios y posteriormente en las medusas, en donde observamos una red de nervios que entrecruzan todo el cuerpo del animal con sistemas simples de reflejos que se activan por sensaciones que generan respuestas motoras básicas. El sistema sigue evolucionando en los platelmintos (gusanos planos), los anélidos (gusanos anillados) y los artrópodos, que poseen ganglios que conectan nervios como centros de procesamientos de

20

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA información. Finalmente, los vertebrados poseen un ganglio de gran tamaño ubicado en la región craneal, que cumple con el rol de centro regulador del sistema nervioso (Fig. 1.1).

Figura 1.1 Evolución del sistema nervioso. Los cnidarios (hidra) poseen una red nerviosa difusa, los platelmintos (planaria) poseen cordones nerviosos, los artrópodos (escarabajo)poseen ganglios nerviosos. Finalmente, los vertebrados (gato y ser humano)poseen encéfalo, médula y nervios periféricos.

1.1.1 Estructura y funciones del sistema nervioso Mientras más antiguo es el organismo filogenéticamente hablando, más difuso parece su red nerviosa, donde resulta difícil distinguir una estructura de otra, pero a medida que avanzamos hacia los vertebrados podemos notar claramente las divisiones estructurales del sistema nervioso. En los seres humanos distinguimos un sistema nervioso central y uno periférico (Fig. 1.2). El sistema nervioso central (SNC) está compuesto por la médula espinal, el tronco encefálico, el cerebelo y el cerebro. Aquí es donde se procesa la información y donde ocurren las funciones cerebrales más complejas como la planificación del movimiento, las emociones, la atención, la memoria y en el caso de los seres humanos, el lenguaje. El sistema nervioso periférico (SNP) está compuesto por un conjunto de nervios que salen desde la médula espinal y poseen una vía sensitiva (que envía información de la piel

21

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA y las vísceras hacia el SNC) y una vía motora (que envía información motriz a la musculatura).

Figura 1.2 División anatómica del sistema nervioso. La médula espinal, el tronco encefálico, el cerebelo y el cerebro forman el sistema nervioso central, en cambio los nervios forman el sistema nervioso periférico.

Las funciones cognitivas como el aprendizaje, la memoria, la reflexión y el pensamiento, son procesos que ocurren en la corteza cerebral, un conjunto de neuronas que envuelven el cerebro y que posee áreas específicas donde ocurren cada uno de estos procesos. En la corteza de los mamíferos existe una zona nueva llamada corteza frontal que es el lugar de funciones más complejas relacionadas con la resolución de problemas. Dentro de estos, en los primates (sobre todo el hombre) existe una zona conocida como corteza prefrontal (Fig. 1.3), que corresponde a la parte anterior del encéfalo y resulta ser la estructura más evolucionada del sistema nervioso, en este lugar se realiza la planificación y razonamiento y en el caso de los seres humanos, interviene en la generación del lenguaje.

22

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 1.3 La corteza frontal es característica de los organismos más evolucionados. En los primates parte de ellas ha evolucionado como corteza prefrontal, lugar relacionado con la planificación y reflexión.

Resulta interesante constatar cómo cada acción en particular que realizamos posee un correlato de actividad cerebral particular. De esta forma existe una especialización de diversas regiones de nuestro cerebro para trabajar en tareas específicas (Fig. 1.4). De ahí también que el daño en una región particular del cerebro, ya sea por hemorragia o un tumor, provocará un deterioro en una región física del encéfalo, que conllevará un trastorno en algún ámbito particular de la conducta.

1.1.2 Técnicas de estudio del sistema nervioso La neurociencia emplea técnicas muy variadas para estudiar el sistema nervioso, que van desde los niveles moleculares y genéticos hasta la imaginería cerebral que permite observar que sucede en el cerebro cuando realizamos alguna actividad. Existen tres factores a tener en cuenta cuando vemos la utilidad de cada técnica de estudio cerebral:  Invasividad: hace referencia al nivel de intervención sobre el organismo. Por ejemplo, una imagen cerebral es no invasiva. En cambio la medición en una rebanada de cerebro es muy invasiva, ya que requiere una cirugía mayor en el animal.  Resolución espacial: hace referencia a la capacidad de la técnica para estudiar pequeñas dimensiones (milésimas de milímetro). Por ejemplo, si necesitamos saber que sucede con 23

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA proteínas que se encuentran en la membrana de las neuronas (receptores) la resolución espacial deberá ser muy grande. En cambio, una imagen del cerebro mientras leemos un libro posee una resolución espacial mucho menor.  Resolución temporal: hace referencia a la capacidad de la técnica para detectar cambios en el tiempo durante segundos, minutos, horas o días. Por ejemplo, una imagen cerebral solo nos muestra lo que ocurre en el cerebro en un momento en particular (posee baja resolución temporal). En cambio, el electroencefalograma, permite monitorear que sucede en el cerebro de una persona durante las horas de sueño.

Figura 1.4 Diferentes áreas del cerebro que trabajan en la realización de diferentes acciones. Nótese que al pensar una palabra actúan las regiones de leer y escuchar además de una gran área de la corteza frontal (Modificado de Kandel et al. 2000).

24

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Durante el estudio del sistema nervioso podemos abocarnos en diferentes magnitudes de tamaño, pudiendo ser a nivel macroanatómico (núcleos, nervios, estructuras nerviosas, etc.) o macroanatómico (células nerviosas, sinapsis, orgánulos celulares, etc.). Debemos recordar que a nivel celular las unidades de medidas utilizadas son muy diferentes a las que usamos habitualmente. Para ello se presenta en la figura 1.5 las escalas que se utilizan regularmente. En este libro se utilizarán dichas medidas cuando se haga referencia a tamaños microscópicosde los componentes celulares de nuestro tejido nervioso.

Figura 1.5 Escala de tamaños utilizados en biología celular y molecular. Los tamaños hasta 0,1 mm son los visibles por el ojo humano. Los tamaños hasta 0,0001 mm son visibles con microscopio de luz y los tamaños menores son visibles sólo con microscopio electrónico. Bajo un milímetro la longitud se mide en micrómetros (μm), en nanómetros (nm) y en angstrom (A). También se muestra diferentes organismos, estructuras y sus tamaños (Modificado de Karp, 2006).

1.1.2.1 Estudio de la actividad eléctrica neuronal Si deseamos estudiar eventos que ocurren a través del tiempo debemos abocarnos a los fenómenos eléctricos cerebrales (potenciales de acción) que muestran la actividad de una neurona, de un grupo de ellas o de todo el cerebro. 25

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA La electrofisiología permite la introducción de un microelectrodo (generalmente un tubo de vidrio) con una punta de milésimas de milímetros en una neurona individual o en parte de la membrana plasmática (Fig. 1.6). De esta forma es posible medir los cambios eléctricos que suceden en la célula, como base del funcionamiento nervioso (situación que se estudia en el capítulo 2). Este método posee una muy buena resolución temporal (podemos medir que sucede con el transcurso del tiempo) y muy buena resolución espacial (medimos una neurona o parte de ella). Sin embargo, el nivel de invasividad es muy alto, ya que requiere la extracción del tejido nervioso del animal. La electroencefalografía es un procedimiento que consta de la ubicación de electrodos (discos metálicos) sobre el cuero cabelludo. Estos electrodos miden la actividad eléctrica de conjuntos de neuronas y dan una visión sobre la actividad de regiones del cerebro durante la realización de alguna tarea. El electroencefalograma (EEG) entrega la actividad cerebral en base a diferentes tipos de ondas (Fig. 1.7):  Las ondas Alpha poseen un rango de 8 a 12 Hertz (un Hertz es una oscilación por segundo). Es la actividad cerebral cuando estamos relajados, con los ojos cerrados, pero aún despiertos.  Las ondas Beta poseen un rango de 13 a 30 Hertz. Es la actividad normal del cerebro cuando estamos despiertos. El análisis intelectual y las percepciones se llevan a cabo bajo este nivel de oscilaciones.  Las ondas Theta poseen un rango de 3,5 a 7,5 Hertz. Es la actividad del cerebro en las etapas 1 y 2 del sueño.  Las ondas Delta posee un rango de 1 a 3 Hertz. Es la actividad cerebral cuando nos encontramos en sueño profundo (los detalles de estas etapas del sueño se expondrán en el capítulo 8). El EEG es un método no invasivo, que posee muy buena resolución temporal (es posible medir la actividad del cerebro en milésimas de segundo), pero posee una pobre resolución espacial (sólo indica actividad de la corteza del cerebro, ya que no permite registrar acciones cerebrales de núcleos profundos del encéfalo). 26

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 1.6 La electrofisiología nos permite registrar los cambios eléctricos que suceden en las células durante diversos eventos. En neurociencias esto resulta fundamental, ya que el potencial de acción es la base de toda la actividad neuronal.

Figura 1.7 El electroencefalograma (EEG) permite registrar la actividad de grupos de neuronas en forma no invasiva. En la imagen superior un esquema clásico de ubicación de los electrodos en el cuero cabelludo. En la imagen inferior las ondas cerebrales que registra el EEG.

1.1.2.2 Estudios de la microanatomía cerebral Si deseamos estudiar las microestructuras que conforman el sistema nervioso debemos abocarnos a la microscopía. La microscopía permite estudiar las estructuras no visibles con el ojo humano. Mediante los microscopios de luz podemos observar las 27

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA neuronas y glías, entendiendo su estructura y organización dentro del tejido nervioso. El límite de resolución (visibilidad) de este instrumento está dado por:

Donde D es la distancia mínima que deben separar dos puntos para lograr distinguirlos; γ es la longitud de onda de la luz (527 nm para luz blanca); n es el índice de refracción del medio (1.0 para el aire) y Theta (θ) es la capacidad del lente para concentrar luz (1 máximo). Por otra parte, los microscopios de transmisión electrónicos (MTE) nos permiten observar estructuras muy pequeñas en las neuronas como las proteínas que actúan dentro de ella, el citoesqueleto neuronal, las membranas plasmáticas, las sinapsis entre neuronas, etc. Este instrumento utiliza electrones en lugar de fotones de luz y esto constituye la base de su mayor capacidad de resolución. La longitud de onda del electrón depende de la velocidad del mismo y esta a su vez depende del voltaje acelerador que aplique el instrumento sobre el electrón. Si reemplazamos la longitud de onda en el electrón (0,05 A) en la ecuación anterior, podemos observar que el poder de resolución del MTE es mucho mayor (Karp, 2006). También es posible estudiar estructuras nerviosas mediante la utilización de finas rebanadas de tejido (10 a 50 μm) que se obtienen del cerebro del animal en investigación. Estos métodos poseen muy buena resolución espacial, baja resolución temporal y son altamente invasivas.

1.1.2.3 Estudio de imagenología La imagenología está compuesta por varios métodos que permiten el estudio del sistema nervioso en base a imágenes que se realizan en forma no invasiva. Las técnicas más comunes son (Fig. 1.8): 28

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

 Resonancia magnética nuclear (MRI): Creada en la década de 1980, permite obtener imagen del tejido nervioso en tres dimensiones con una resolución de 1 mm. Este aparato utiliza campos magnéticos para alinear átomos de hidrógeno del agua del cuerpo y así poder obtener imágenes de tejidos. El inconveniente es que el paciente debe estar quieto, impidiendo estudios en movimientos. Esta técnica, como todas la de imagenología, posee una excelente resolución espacial, pero muy baja resolución temporal.  Resonancia magnética funcional (fMRI): Es una resonancia magnética que permite medir el flujo sanguíneo en el sistema nervioso. Cuando una región del cerebro está funcionando consume mayor oxígeno, de esta forma es posible observar que zonas predominan al realizar ciertas actividades como leer, oír, pensar, etc.  Tomografía de emisión de positrones (PET): Permite observar el flujo sanguíneo en alguna parte del cerebro, mediante la inyección de glucosa radioactiva al torrente sanguíneo. Cuando una zona del cerebro es más activa utiliza más glucosa y la sustancia inyectada puede ser detectada por la máquina, mostrando la región que trabaja durante una actividad cognitiva en particular.

1.2

APRENDIZAJE Y CEREBRO

La comprensión del fenómeno del aprendizaje resulta fundamental a la hora de establecer estrategias de enseñanza para generar un propicio ambiente que permita el proceso de aprender. Durante el siglo XX, el entendimiento del aprendizaje sufrió modificaciones vertiginosas desde la base de diversas disciplinas, sobre todo la psicología. Sin embargo, desde mediados del siglo pasado, la neurociencia comienza a ocupar el lugar central en las teorías que explican el complejo proceso del aprendizaje. El gran logro de esta disciplina es relacionar el cerebro con las funciones cognitivas más importantes (Maureira, 2010). Nuestro sistema

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA nervioso, con toda su compleja funcionalidad, se convierte en el eje central para comprender nuestra conducta.

Figura 1.8 Imagenología cerebral. La resonancia magnética nuclear (MRI) nos permite observar las estructuras cerebrales. La resonancia magnética funcional (FMRI) nos permite conocer las zonas cerebrales que funcionan por un aumento del flujo sanguíneo (enmarcados con círculos). La tomografía de emisión de positrones (PET) nos muestra el aumento de actividad cerebral en base al consumo de glucosa marcada (el consumo de glucosa se grafica con la imagen inferior derecha)

Desde esta perspectiva, la educación también debe ser afectada por esta revolución científica, ya que el aprendizaje (ahora entendida como una función cerebral) es el centro de toda la estructura educativa. “La Neurociencia no sólo no debe ser considerada como una disciplina, sino que es el conjunto de ciencias cuyo sujeto de investigación es el sistema nervioso con particular interés en cómo la actividad del cerebro se relaciona con la conducta y el aprendizaje” (Salas, 2003: 156). El encéfalo es una red de más de cien mil millones de neuronas que se interconectan generando nuestras percepciones y

30

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA funciones cognitivas, por lo tanto el primer paso para entender nuestra mente, es comprender como se conectan y comunican las neuronas (Kandel et al. 1997). Además, esas mismas conexiones pueden cambiar su estructura con la experiencia, en un fenómeno conocido como plasticidad sináptica, que es la base del aprendizaje. Para Campos (2010) la neurociencia representa para el docente una forma de conocer cómo se aprende, se registra y evoca la información. Así a partir de ese conocimiento pueda mejorar las experiencias de aprendizajes de sus estudiantes.

1.2.1 El aprendizaje es un proceso biológico El aprendizaje es definido como el cambio de conocimiento que experimenta un organismo (Maturana y Varela, 1984). Este cambio siempre se produce en el ámbito de la biología del organismo, desde su sistema nervioso o de la estructura molecular que cumpla con ese papel. Por su parte, el conocimiento es un proceso cognitivo que abarca todo el organismo y su vivencia. Para Maturana y Varela (1984) el conocimiento es todo hacer que realice un organismo, desde el moverse para alcanzar su alimento o compañero reproductivo, hasta las acciones que realizan nuestros sistemas inmunológicos al atacar un agente patógeno. En palabras de Bateson (1972) la vida misma es un proceso de conocimiento. De todo esto se desprende que el aprendizaje es toda acción que realicemos en un ámbito determinado y que corresponda a una nueva forma de actuar. Así, cuando un estudiante puede dar una respuesta basada en un hacer (físico o cognitivo) que representa una acción que antes no pertenecía a su repertorio de respuestas, podemos afirmar que aquel estudiante ha adquirido un nuevo conocimiento. Los aprendizajes estructurados en sistemas formales, como la educación escolar o universitaria, se basa sobre funciones cerebrales que permiten al estudiante adquirir ese nuevo conocimiento. El movimiento voluntario, el sueño, la motivación, las emociones, la atención, la memoria, son algunas de las funciones cerebrales necesarias que actúan durante el aprendizaje en el aula.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA En cada una de estas actividades existen millones de neuronas que interactúan, se comunican e incluso modifican su estructura para permitir al organismo adquirir ese nuevo conocimiento. Conocer las bases celulares y moleculares del aprendizaje, la función de núcleos neurales y como se estructura nuestro sistema nervioso representa una mirada nueva hacia un fenómeno cognitivo muy complejo, que resulta ser la base fundamental de nuestra sociedad. Conocer el cerebro puede ayudar estructurar nuevas estrategias de enseñanza-aprendizaje, tomando en cuenta las actividades cerebrales como la base que el docente necesita para orientar de mejor manera su actividad. Para Aparicio (2009) la comprensión de cómo funciona el cerebro repercute en el mejoramiento de las habilidades del docente para enseñar y permite diseñar estrategias de aprendizaje adecuadas y que eliminen prácticas obsoletas.

1.2.2 Interrelación de disciplinas Cada disciplina posee un área en particular de trabajo, un objeto de estudio propio. Sin embargo, es importante y necesario que cada disciplina se nutra de los avances alcanzados en otras áreas, de manera de complementar su quehacer. Es así como surgen la bioquímica, la fisicoquímica, la biofísica, etc., disciplinas que se interrelacionan generando nuevas líneas de investigación y conocimiento. De la misma forma desde hace un tiempo viene emergiendo una nueva ciencia, la neuroeducación, como una línea de pensamiento que tiene por objetivo unir los conocimientos del cerebro y el aprendizaje con la psicología cognitiva y la pedagogía de manera que se origine nuevas metodologías de aprendizaje basados en el funcionamiento cerebral (Campos, 2010). Durante los últimos veinte años las disciplinas que más han logrado un desarrollo, expresado como investigaciones y artículos científicos son en orden decreciente la biomedicina, la genética, la física, la neurociencia y la ecología. Por su parte, la educación se encuentra entre las disciplinas con menos avances, además de poseer una escasa relación con otras disciplinas. Todo esto lleva a

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA proponer que la neuroeducación presenta una posibilidad enorme de trabajar de mejor manera el proceso de enseñanza-aprendizaje. El conocimiento de la plasticidad cerebral, de las funciones cognitivas, del rol del ambiente y de las generalidades e individualidades de nuestro sistema nervioso que es inherente a nuestra manera de aprender, la importancia del lenguaje no verbal, de la motivación, de la atención y la memoria, etc., son factores que influyen y serán determinantes para los docentes en su proceso de enseñanza (Maureira, 2010).

1.3

NEUROCIENCIA Y EDUCACION FISICA

La educación física debe tener como finalidad la educación del movimiento como una herramienta para mejorar la calidad de vida de las personas, orientada principalmente al ámbito de la salud y del desarrollo de funciones cognitivas. El primer punto es la línea que está tomando fuerza, dejando atrás una educación física orientada únicamente al rendimiento deportivo. Ahora el entrenamiento es un sistema para mejorar las cualidades físicas (velocidad, fuerza, resistencia y flexibilidad) para lograr un mejor desempeño en la vida diaria, al mismo tiempo de constituirse como una herramienta poderosa para regular los índices de obesidad y composición corporal. Sin embargo, la actividad física orientada hacia el desarrollo de habilidades cognitivas aún no representa una línea importante, ya sea por la poca producción científica (actividad que debiese ser desarrollada por la misma educación física) o por la falta de conocimiento de los mismo profesionales del área con respecto a los efectos que tiene la actividad física sobre la actividad cerebral. Para Reyes (2009) el movimiento, el pensamiento y la conducta están íntimamente relacionados. Para Salas (2003) el movimiento es crucial en el aprendizaje, motivo por el cual la educación física se convierte en una herramienta del aprendizaje no sólo motor, sino también de otros aspectos cognitivos. El aprendizaje motor está determinado (en parte) con el sueño, las emociones, la motivación, etc. (Bear et al. 2006). Pero también existe una influencia del trabajo motriz sobre esos factores,

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA por ejemplo, el sistema límbico (que se relaciona con las emociones) presenta proyecciones hacia la corteza motora (relacionada con el movimiento) de ahí que existe una regulación de la primera sobre la segunda. Pero también, existen vías que van de la corteza motora al sistema límbico, por tanto hay acciones motrices (como la manera de respirar) que influyen en las emociones (Bloch, 2008). Dunn et al. (2001) asocian la actividad física a una disminución de la depresión y ansiedad. Sostroem (1984) documenta la relación entre ejercicio físico y autoestima. Gall (2000) muestra que la actividad física aumenta el rendimiento académico y Ferreyra et al. (2011) observaron que los procesos atencionales mejoraban tras la realización de actividad física. Erickson et al. (2011) muestran que el ejercicio físico aumenta el tamaño del hipocampo (estructura relacionada con la memoria) en adultos mayores. Las bases neurales de la memoria y el aprendizaje, la plasticidad cerebral, la forma como recibimos y procesamos la información, etc., son herramientas útiles que entrega la neurociencia para orientar el proceso de enseñanza. Dentro de la nueva línea de investigación cerebro-aprendizaje, postulamos una disciplina especial que llamamos neuroeducación física, la cual permite establecer relaciones entre los conocimientos de la neurociencia y la actividad motriz. Desde ahora la labor de los profesionales de la educación física no sólo se enfoca al desarrollo de las capacidades motrices de manera tal de mejorar el desempeño deportivo, sino que sirve como herramienta para optimizar los procesos cognitivos que subyacen a todo aprendizaje. Esta nueva realidad hace patente la necesidad del profesor de educación física de conocer estructural y funcionalmente el sistema nervioso con todas las implicancias que ello conlleva, manejar los conceptos relacionados con actividades de atención, emociones, memoria, motivación, lenguaje, aprendizaje, etc. Una nueva mirada del aprendizaje motor ha comenzado, donde el profesional de la actividad física es el protagonista que debe ser capaz de dar cuenta de todos los beneficios que su profesión conlleva, ya que ahora su disciplina se debe convertir en el foco central de toda la educación formal.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA BIBLIOGRAFÍA Alberts, B.; Bray, D.; Hopkin, K.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Walter, P. (2011). Biología celular y molecular. Buenos aires: Medica Panamericana. Aparicio, X. (2009). Neurociencias y la transdisciplinariedad en la educación. Revista Universitaria de Investigación y Diálogo Académico, 5, 2: 1-21. Bateson, G. (1972). Steps to an ecology of mind. Nueva York: Ballantine. Bear, M.; Connors, B. & Paradiso, M. (1998). Neurociencia. Explorando el cerebro. Barcelona: Masson Ed. Bloch, S. (2008). Al alba de la emociones. Santiago: Uqbar Editores. Campos, A. (2010). Neurociencia: uniendo las neurociencias y la educación en la búsqueda del desarrollo humano. La Educación, 143: 1-14. Dunn, A., Trivedi, M. & O'Neal, H. (2001). Physical activity doseresponse effects on outcomes of depression and anxiety. Medicine & Science in Sports & Exercise, 33, 587-97. Erickson, K., Voss, M., Prakash, R., Basak, C., Szabo, A., Chaddock, L., Kim, J., Heo, S., Alves, H., White, S., Wojcicki, T., Mailey, E., Vieira, V., Martin, S., Pence, B., Woods, J., McAuley, E. & Kramer, A. (2011). Exercise training increases size of hippocampus and improves memory Proceedings of the National Academy of Sciences, 108 (7), 3017-3022. Ferreyra, J.; Di Santo, M.; Morales, M.; Sosa, M.; Mottura, E. & Figueroa, C. (2011). Efecto agudo y crónico del ejercicio físico sobre la percepción-atención en jóvenes universitarios. Calidad de Vida, 3, (6), 103-136. Gall, H. (2000). Proyecto Escuela en Movimiento. Universidad Pedagógica de Ludwigsburg. Alemania. Kandel, E.; Schwartz, J.; Jessel, T. (1997). Neurociencia y conducta. Madrid: Prentice hall. Kandel, E.; Schwartz, J. & Jessel, T. (2000). Principios de neurociencia. Madrid: McGraw- Hill. Karp, G. (2006). Biología celular y molecular. Madrid: McGraw-Hill. Maturana, H.; Varela, F. (1984). El árbol del conocimiento. Santiago: Universitaria.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Maureira, F. (2010). Neurociencia y educación. Exemplum, 3: 267274. Reyes, A. (2009). La implicancia de la neurociencia en la ejecución gimnástica. Sapiens, 10, (1), 179-201. Salas, R. (2003). ¿La educación necesita realmente de la neurociencia? Estudios Pedagógicos, 29: 155-171. Sonstroem, R. (1984). Exercise and self-esteem exercise. Sport Science Review 12, 123-155.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 2

CELULAS DEL SISTEMA NERVIOSO _______________________________

El sistema nervioso (SN) es un tejido compuesto por millones de células cuya función es regular casi todas las actividades corporales. Esto abarca desde el control de la temperatura, el hambre, la frecuencia respiratoria, por una parte, hasta la reflexión y el lenguaje, por otra. El estudio de sus estructuras y funciones se hacen necesarias para comprender como generamos todos los aspectos de nuestra vida, nuestras emociones, memorias, actividades motrices, aprendizajes, etc. El tejido nervioso posee dos características fundamentales:  La excitabilidad, que se relaciona con la capacidad de convertir estímulos electromagnéticos (luz, odorantes, ondas acústicas, químicos, etc.) en señales electroquímicas.  La conductibilidad, que se relaciona con la capacidad de conducir y propagar esas señales electro-químicas a través del tejido nervioso o muscular. Para comprender el accionar del SN es necesario conocer la estructura más pequeña que lo compone: la célula neuronal o neurona.

2.1

LA NEURONA

Las neuronas son las células estructurales y funcionales del sistema nervioso, que se encuentran en un número del orden de 1011 en el ser humano (Kandel et al. 2000). Estas células poseen la 37

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA característica de ser excitable, con lo que pueden conducir un impulso eléctrico a través de su membrana plasmática. Las neuronas se comunican unas con otras a través de ese impulso o potencial de acción, en un proceso llamado sinapsis. Algunas neuronas se comunican con las fibras musculares para generar la contracción de esta y producir el movimiento. La neurona está formada por un conjunto de estructuras (Fig. 2.1), que se pueden clasificar en (Bear et al. 1998): a) Un soma o cuerpo, que posee el núcleo celular, donde se encuentran uno o dos nucléolos y cromatina (ADN con histonas y proteínas). En el soma también se ubican los demás orgánulos celulares, que en suma reciben el nombre de pericarión. b) Dendritas, son un conjunto de prolongaciones de citoplasma en forma de ramas de árboles. Estas son las principales receptoras del impulso nervioso o potencial de acción que viene desde otra neurona. c) Axón, que corresponde a una prolongación única, cuya función es sacar el impulso nervioso desde el soma y conducirlo hasta el final del axón a una zona llamada terminal axónico para así poder transferirlo a otra neurona o una célula muscular.

2.1.1 Citología de la neurona Las tres estructuras que conforman la neurona, contienen a su vez una gran cantidad de elementos y orgánulos que permiten su funcionamiento celular, esto a pesar de la gran variedad en sus formas. Sin embargo, todas poseen una característica en común: generan y conducen impulsos eléctricos a través de sus membranas plasmáticas. Esta dinámica que sólo se presenta en las neuronas y células musculares, es el producto de una rica biología celular y molecular que permite la formación, el crecimiento, la comunicación, el cambio estructural y la muerte de estas células, que son elementos fundamentales para todo organismo pluricelular que necesite desplazarse para sobrevivir en su entorno.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 2.1 Principales estructuras de una neurona. Soma Neuronal El soma de la neurona contiene los elementos básicos para procesar y generar proteínas, que luego serán ocupadas en la misma zona o serán transportados a otras regiones neuronales. En el soma encontramos el citoplasma, los orgánulos (que se encargan del metabolismo celular), el citoesqueleto y la membrana plasmática. a) Citoplasma: compuesto por una parte líquida, el citosol, que rodea los orgánulos celulares y tiene una consistencia gelatinosa. En el citoplasma se encuentran disueltas proteínas, lípidos, sales minerales, hormonas, enzimas, etc. (Karp, 2006). b) Núcleo celular: Estructura que posee tres funciones: 1) almacenar la información genética en el ADN; 2) recuperar información almacenada en el ADN mediante los diversos ARN; 3) dirigir y ejecutar las actividades citoplasmáticas mediante las síntesis de proteínas. El núcleo posee una envoltura nuclear 39

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA formada por una membrana doble que posee poros nucleares, por donde entran proteínas y sale el ARN. También posee un núcleoplasma, que contiene solutos y un esqueleto filamentoso (matriz nuclear) que sostiene los cromosomas. En el núcleo se lleva a cabo la duplicación del ADN y su ensamblado con histonas para formar cromatina, también se produce la transcripción de los genes a ARN y se regula la expresión génica (Albert et al. 2011). c) Cuerpos de Nissl: corresponden al retículo endoplasmático rugoso (RER) que está compuesto por una red interconectada de tubos aplanados. Su función se relaciona con la síntesis de proteínas, metabolismos de los lípidos y el transporte intracelular. Es la estructura más grande del soma y recibe su nombre debido a la presencia de ribosomas que le dan la apariencia de rugosidad (Bear et al. 1998). d) Retículo endoplasmático liso (REL): Está formado por una red de tubos aplanados y sáculos membranosos, que participan en el transporte celular, en la síntesis de triglicéridos, fosfolípidos y esteroides (Karp, 2006). e) Aparato de Golgi: Funciona como un almacén transitorio de proteínas, donde también es posible generar glicoproteínas. Está formado por 4-8 dictiosomas que son sáculos aplanados rodeados de membranas y apilados uno encima de otro. El aparato de Golgi es el centro de empaquetamiento de moléculas sintetizadas en la célula. También modifica y transporta sustancias, participa en la síntesis de algunos carbohidratos y forma vesículas (Karp, 2006). f) Mitocondrias: Orgánulo de estructura vesicular que posee una doble membrana que la envuelve en cuyo interior se encuentra un líquido similar al citosol, pero con mayor concentración de protones (menor PH). Las membranas presentan evaginaciones hacia la matriz mitocondrial llamadas crestas mitocondriales. Este orgánulo es el encargado de generar la mayor parte de la energía para la célula, mediante la respiración celular y la síntesis de los lípidos. La mitocondria posee su propio ADN y ARN mitocondrial. Son altamente abundantes en el axón y las dendritas (Karp, 2006).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA g) Ribosomas: Son partículas no membranosas que se encuentran en el RER. Está compuesto por cuatro ARN y 83 proteínas. Este orgánulo participa en el ensamblado de las proteínas (Karp, 2006). h) Lisosomas: Corresponden a vesículas relacionadas con la eliminación de desechos. Estas son formadas en el RER y empaquetadas en el aparato de Golgi. En su interior contienen enzimas hidrolíticas y proteolíticas que sirven para digerir bacterias y otras sustancias que entran a la neurona, mediante el proceso de endocitosis. Las enzimas lisosomales también se utilizan para reciclar orgánulos celulares en un proceso llamado autofagia (Albert et al. 2011). i) Perixosomas: Son vesículas rodeadas por una membrana simple, con enzimas en su interior. La principal de ellas es la catalasa que descompone el peróxido de hidrogeno en agua. Los perixosomas se generan de la fisión binaria de un perixosoma preexistente. Las enzimas de su interior las obtiene del citosol celular. j) Lipofuscina: Se observan como gránulos pardos amarillentos, resultados de la acción lisosomal. Su presencia marca la vejez celular. k) Citoesqueleto: Corresponde a un microcuerpo y no a un orgánulo propiamente tal, debido a que no presenta membranas. Está formado por tres estructuras de diferentes diámetros (Fig. 2.2):  Los microtúbulos, posee de 25 a 28 nm. Cada fibra se presenta como un tubo formado por 13 protofilamentos, que están constituidos por monómeros de subunidades α y β de tubulina. (Kandel et al, 2000).  Los neurofilamentos, de 10 nm son los más abundantes y están constituidos por monómeros que se unen para formar un dímero. Dos dímeros se unen formando un complejo tetramérito. Varios de estos complejos forman protofilamento. Dos protofilamentos forman una protofibrilla y tres de estas forman un neurofilamento (Kandel et al, 2000).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Los microfilamentos, son polímeros de 3 a 5 nm formados por monómeros de actina globular. Cada microfilamento está formado por dos hebras de actina enrolladas en forma de hélice (Kandel et al, 2000).

A

Figura 2.2 Citoesqueleto de una neurona. En la figura A se observa la distribución de los neurofilamentos en el soma neuronal. En la figura B, los microtúbulos de subunidades de tubulina. En la figura C, los microfilamentos de actina (Modificado de Kandel et al, 2000).

B

C

i) Membrana plasmática: Es una barrera selectiva, que da forma a la célula. La membrana es una estructura muy delgada, de un grosor de 6 a 10 nm. Según el modelo de mosaico fluido, la membrana es una disolución bidimensional de lípidos y proteínas (Fig. 2.3). También presentan glucolípidos, gluco-proteínas y colesterol. Esta estructura posee gran fluidez y carecen de resistencia mecánica. Las funciones de las membranas plasmáticas o celulares son: establecer los límites de la célula; son barreras selectivamente permeables a ciertas sustancias; controla la interacción de la célula con su entorno; interviene en las respuestas a señales externas a la célula (Albert et al. 2011).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 2.3 Membrana plasmática. Compuesta por una doble capa lípidica (A), donde también se encuentran proteínas (B y C), glucolípidos (D) y proteínas integrales (E y F).

Dendritas Corresponden a extensiones del soma neuronal en forma de ramificaciones. Es generalmente la zona de la neurona que recibe la información proveniente de otra neurona. En ellas se encuentra la mayor cantidad de citoplasma neuronal. Las dendritas son relativamente cortas, contienen microtúbulos, muchas mitocondrias y vesículas relacionadas con la sinapsis. La electricidad que produce es el resultado de la estimulación de otra neurona, razón por la cual esta estimulación decae con la distancia, ya que la misma dendrita no la genera en forma particular. Los estímulos se van sumando y de esta forma pueden alcanzar el soma. En la superficie de las dendritas se encuentran protuberancias llamadas espinas dendríticas (Fig. 2.4) que es el lugar específico donde se realiza la sinapsis. El tamaño y el número de las espinas cambian con el tiempo, siendo la base de la plasticidad neuronal

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA (cambio en la estructura de la neurona), proceso que permite generar la memoria y el aprendizaje.

Figura 2.4 Esquema de las espinas dendríticas de una neurona. Los procesos de aprendizaje producen cambios en el tamaño y número de estas espinas.

Axón Es la prolongación de la neurona encargada de transmitir el impulso nervioso. Comienza en el soma en una región llamada cono axónico, con muchos microtúbulos que formarán la red de sostén del axón. La continúa el segmento inicial, lugar donde comienza el potencial de acción que recorrerá toda la membrana hasta terminar en los botones sinápticos, que poseen vesículas con sustancias químicas, llamadas neurotransmisores que permite la sinapsis con otras neuronas o fibras musculares. El axón esta generalmente cubierto de una sustancia proteíca-lipídica llamada vainas de mielina, cuya función es aumentar la velocidad de conducción del impulso nervioso. Entre las vainas de mielina existen espacios desnudos del axón llamados nodos de Ranvier, que es el lugar donde realmente ocurre el potencial de acción.

Sistema de transporte axonal Además de conducir el impulso nervioso, en el axón se realiza un tráfico enorme de sustancias desde el soma neuronal hasta los botones sinápticos o viceversa, que incluye vesículas sinápticas,

44

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA mitocondrias y diversos orgánulos. Una vez utilizadas las vesículas con neurotransmisores, estas son llevadas de regreso al soma para su degradación. Las sustancias de la sinapsis se sintetizan en el terminal axónico, pero los elementos para la estructura del axón y los botones se generan en el soma y deben ser transportados. Esta actividad se realiza por medio de los microtúbulos y esta mediado por diversas proteínas (Fig. 2.5).

Figura 2.5 Transporte axonal. El aparato de Golgi (A) libera una vesícula sináptica (B) que es transportada mediante los microtúbulos (C) hacia los botones sinápticos (transporte anterógrado). Una vez utilizada, la vesícula (D) es transportada de vuelta al soma (transporte retrógrado) para ser reciclada por los lisosomas (E). Este proceso ocurre porque los microtúbulos manifiestan mayor o menor polaridad en sus extremos, lo que provoca el desplazamiento de ciertas proteínas en una u otra dirección. Las proteínas asociadas a microtúbulos reciben el nombre de MAP. En el transporte anterógrado observamos movilización de mitocondrias mediante proteína KIF 1B (F) y vesículas sinápticas mediante Kinesina (G). También observamos movimiento de vesículas con proteínas, mediante KIF 4 (H) y KIF 2 (I). El trasporte retrógrado de vesículas para reciclaje en lisosomas se realiza mediante la proteína Dineina (J). (Modificada de Hirokawa, 1998) 45

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA a) Transporte anterógrado Es el que va desde el soma a los botones sinápticos, transportando vesículas sinápticas, mitocondrias y proteínas empacadas en vesículas. La proteína encargada de movilizar estos recursos es la quinesina que se moviliza hacia el extremo positivo del microtúbulo. Este transporte puede ser de dos tipos:  Transporte anterógrado lento, a velocidades de 0,2 a 5 mm por día. Moviliza proteínas y moléculas para el citosol.  Transporte anterógrado rápido, a velocidades de 20 a 400 mm diarios. Moviliza orgánulos celulares, componentes de la membrana, precursores de neurotransmisores, etc. b) Transporte retrógrado Es el que va desde los botones sinápticos al soma, transportando vesículas para su reciclaje y residuos del axón. Esta movilización esta mediada por la proteína dineína que se moviliza hacia el extremo negativo del microtúbulo. El transporte retrogrado siempre es rápido, con velocidad entre 20 y 400 mm por día.

2.1.2 Clasificación de las neuronas Las neuronas se pueden clasificar según su estructura, su función o el neurotransmisor que utilizan (Kandel et al., 2000). Clasificación según su estructura Esto hace referencia al número de prolongaciones neuronales (Fig. 2.6). Se clasifican en:  Apolares, son aquellas que no poseen prolongaciones. Se encuentran presentes sólo en el período embrionario.  Unipolares, son aquellas que poseen una sola prolongación. Se ubican en ganglios de invertebrados y en la retina.

46

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Seudounipolares, son aquellas de cuyo soma emerge una sola prolongación que se divide en dos ramas, una que se dirige a la periferia y otra al sistema nervioso central. Se ubican en el ganglio de la raíz dorsal de la médula espinal.  Bipolares, son aquellas que poseen una dendrita y un axón. Estas neuronas se encuentran en la retina (conos y bastones), ganglio coclear, ganglio vestíbular, epitelio olfatorio, etc.  Multipolares, son aquellas que poseen una gran cantidad de dendritas. A este tipo corresponden la mayoría de las neuronas. Entre estas neuronas se distinguen las Golgi tipo I de axón largo y las Golgi tipo II de axón corto.

Figura 2.6 Clasificación de las neuronas según sus prolongaciones. A) Neurona unipolar, B) neuronas seudounipolar, c) neurona bipolar y d) neurona multipolar.

Clasificación según su función  Neuronas sensoriales: Son las que conducen impulsos nerviosos desde receptores hasta la médula espinal y de ahí al cerebro. Son el componente aferente del sistema nervioso.  Neuronas motoras: Son las que conducen impulsos nerviosos desde el cerebro hasta la periferia (músculos y glándulas). Son el componente eferente del sistema nervioso.  Interneuronas: Son las encargadas de conectar neuronas sensoriales y motoras. Son las responsables de la modificación, coordinación, inhibición, etc., entre estos dos tipos de neuronas. 47

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Clasificación según su neurotransmisor Esto hace referencia al tipo de sustancia presente en las vesículas de los botones sinápticos y que se utilizan como elemento de comunicación entre neuronas. Se clasifican en:  Colinérgicas, aquellas neuronas que liberan acetilcolina (Ach).  Noradrenérgicas, aquellas neuronas que liberan noradrenalina (NA).  Dopaminérgicas, aquellas neuronas que liberan dopamina (DA).  Serotoninérgicas, aquellas neuronas que liberan serotonina (5HT).  Adrenérgicas, aquellas neuronas que liberan adrenalina.  Gabaérgicas, aquellas neuronas que liberan GABA.  Glutamatérgicas, aquellas neuronas que liberan glutamato.  Otras, aquellas neuronas que liberan aspartato (Asp), Glicina (Gly), taurina, etc. Recordemos que existen neuronas que pueden secretar más de un tipo de neurotransmisor en tal caso se refiere a ellas como neuronas preferentemente gabaérgicas ó glutamatérgicas. Todas las características funcionales de los neurotransmisores se analizarán más adelante en este capítulo.

2.2

LAS GLIAS

Además de las neuronas, existen otras células en el sistema nervioso: las glías o neuroglias. En los seres humanos existen entre 10 y 50 glías por cada neurona (Kandel et al. 2000). Estas células se encuentran en forma cada vez más abundante a medida que se progresa en la escala filogenética. Así por ejemplo, en el cerebro de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) representan el 25% del total de las células cerebrales; en los roedores, el 65%; y en el ser humano, alrededor del 90% (Pfrieger & Barres, 1995). Tras su descubrimiento por Virchow en 1849, Ramón y Cajal fue el primero en realizar una clasificación de las glías, asignándole una función 48

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA estructural, y sólo en forma muy posterior, se intuyó su importancia funcional en la sinapsis y en los capilares cerebrales (Pascual et al. 2000). Las glías son el origen más común de los tumores cerebrales. Estas células realizan siete funciones vitales para el sistema nervioso (Kandel et al., 2000):  Las glías sostienen las neuronas, dando estructura al encéfalo.  Dos tipos de glías (oligodendrocitos y células de Schwann) producen la mielina en los axones neuronales.  Algunas glías son fagocitos, que eliminan los desechos.  Algunas glías dirigen las migraciones de neuronas durante el desarrollo cerebral.  Algunas glías (astrocitos) ayudan a formar un revestimiento impermeable de los capilares y vénulas del encéfalo (forman parte de la barrera hematoencefálica) que evita que sustancias tóxicas penetren en el cerebro.  Las glías ayudan a la señalización entre neuronas. Regulan neurotransmisores liberando factores como ATP o sus propios neurotransmisores. Además se ha descubierto que las glías pueden generar sus propias sinapsis.  En la sinapsis de la neurona y el músculo, algunas glías regulan el terminal presináptico.

2.2.1 Clasificación de las glías Las células gliales se dividen en microglías y macroglías. Las primeras están constituidas por fagocitos que actúan después de lesiones, infecciones o enfermedades. Por su parte, las macroglías de dividen en: Astrocitos, oligodendrocitos, células de Schwann y células ependimarias (Fig. 2.7). a) Astrocitos Se ubican principalmente en la sustancia gris del sistema nervioso central (SNC). Son las células gliales de mayor tamaño (18 a 20 μm) y las más abundantes. Sus prolongaciones son largas y estrechas dándole forma estrellada. Estas estructuras rodean los capilares sanguíneos permitiendo la difusión de nutrientes entre la 49

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA sangre y las neuronas. También forman parte de la barrera hematoencefálica; eliminan el K+, el GABA y el glutamato del espacio extracelular; y conservan los neurotransmisores en la hendidura sináptica (Kandel et al. 2000).

Figura 2.7 Células gliales. Astrocitos unido a un capilar (A); Oligodendrocitos formando la mielina de diversos axones en el SNC (B); Células de Schwann (C); Células ependimarias (D) y microglías (E). b) Oligodendrocitos. Poseen pequeños cuerpos celulares, con pocas prolongaciones que envuelven los axones de las neuronas del sistema nervioso central, formando las vainas de mielina. Una de estas neuroglías forma varias envolturas mielínicas en un neurona o puede envolver en algunos casos hasta axones de 50 neuronas diferentes (Kandel et al. 2000).

50

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA c) Células de Schwann. Son neuroglias que se encuentran en el sistema periférico (SNP), formando las vainas de mielina en los axones de estas neuronas. Su función equivale a los oligodendrocitos en el SNC. Su diferencia radica en que es el cuerpo completo de la célula de Schwann el que envuelve un sólo axón (Kandel et al. 2000). d) Células ependimarias. También llamadas ependimocitos son una capa de células que envuelven los ventrículos y el canal central de la médula espinal, que contienen el líquido cefalorraquídeo (LCR). Una célula ependimaria en particular, el tanicito, transporta LCR hacia neuronas y vasos sanguíneos del hipotálamo (Kandel et al. 2000). e) Microglías. Es la neuroglía más pequeña (2 a 3 μm). Corresponden entre el 10 y 15% de las glías. Su función está relacionada con el sistema inmune, es la encargada de fagocitar los desechos y las estructuras dañadas del SNC. (Kandel et al. 2000).

2.3

IMPULSO NERVIOSO

La función de la neurona es generar y conducir impulsos nerviosos o potenciales de acción. Esto es una onda de descarga eléctrica, que avanza por la membrana plasmática de la neurona, provocando un cambio en la carga eléctrica de esta. Los potenciales de acción permiten llevar información a todo el organismo. El hecho que una señal se movilice por la membrana de la neurona depende de los iones, que son partículas cargadas positivamente (porque han cedido un electrón) o negativamente (porque han ganado un electrón). En la membrana existen proteínas que actúan como canales iónicos (Fig. 2.8) que al entrar en contacto con un ión, cambia de forma llevando al ion al otro lado de la membrana. Otros canales iónicos se abren y permiten la entrada o salida de iones cuando ocurren cambios de voltaje en la membrana plasmática.

51

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 2.8 Canales iónicos para el sodio (Na+) la izquierda, para el potasio (K+) a la derecha y en el centro la bomba ATPasa Na-K, que mantiene la diferencia de concentraciones al sacar Na+ y entrar K+ a la neurona.

En las neuronas siempre existe una distribución asimétrica de iones entre el lado interno (citoplasma) y el lado externo (liquido extracelular), llamando a esta situación potencial de membrana. Cuando una membrana presenta un potencial de membrana, se dice que esta polarizada, ya que posee un polo negativo y uno positivo (uno al interior y otro al exterior de la membrana). Esa diferencia de potencial se mide en milivoltios (mV), siendo la magnitud el valor de la carga en la superficie interna de la membrana. En una neurona, un valor de -70 mV, indica que existe una diferencia de 70 mV entre el interior y exterior de la membrana y que el interior es negativo respecto al exterior.

2.3.1 Potencial de reposo Antes de comenzar un potencial de acción, la membrana plasmática de la neurona mantiene una diferencia de potencial de más o menos -70mV. A esto se le conoce como potencial de reposo y está determinado por la mayor concentración de potasio (K+) en la parte interna de la membrana y por sodio (Na+) y K+ en 52

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA el exterior. En este período hay difusión pasiva de K+ hacia el exterior, en tanto el Na+ entra en muy pequeñas cantidades. También existe un sistema de transporte activo, una proteína de membrana, la Bomba Na+/K+ que transporta iones Na+ desde el interior al exterior de la membrana y K+ en sentido opuesto (Fig. 2.8). La bomba saca 3 iones Na+ por cada 2 K+ que entran, manteniendo una diferencia de iones y por ende de cargas entre ambos lados de la membrana neuronal. Los potenciales de membrana se producen por dos motivos:  Los gradientes de concentración de los iones a ambos lados de la membrana, siendo el Na+, el Ca+ y el Cl- más abundantes en el líquido extracelular y el K+ más abundante en el citoplasma.  La permeabilidad de la membrana a los iones. En reposo la membrana es más permeable al K+ siendo el mayor responsable del potencial de membrana. El potencial de membrana producido por un ión se puede calcular mediante la ecuación de Nernst (Fig. 2.9). A este potencial de se denomina potencial de equilibrio del ión.

Figura 2.9 Ecuación de Nernst. El valor 61 es 2,303 kt/e a 37º C, siendo k la constante de Boltzmann, t la temperatura absoluta y e el campo eléctrico. El valor Z es la carga eléctrica del ión (+1 para K+). Los valores [ión] exterior e [ión] interior representa las concentraciones del ión fuera y dentro de la membrana respectivamente. Sin embargo, al utilizar la ecuación de Nernst el valor del potencial de membrana de una neurona alcanza un valor cercano a los -90 mV en reposo. Esto muestra que existen otros iones involucrados en el potencial. En este caso se utiliza la ecuación GHK de Goldman, Hodgkin y Katz (Fig. 2.10) que nos entregará el producto de las gradientes de concentración por la permeabilidad

53

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA de la membrana para cada ión. Así es posible predecir los potenciales de membrana en reposo.

Figura 2.10 Ecuación GHK para calcular concentraciones iónicas a ambos lados de la membrana celular. Donde 61 es 2,303 kt/e a 37º C, siendo k la constante de Boltzmann, t la temperatura absoluta y e el campo eléctrico. P es la permeabilidad de la membrana al ión indicado y los valores [ión] exterior e [ión] interior representa las concentraciones del ión fuera y dentro de la membrana respectivamente.

2.3.2 Potenciales locales El potencial de membrana puede fluctuar bajo o sobre el potencial de reposo. Cuando los cambios provocados por un estímulo son pequeños recibe el nombre de potencial local. Estos cambios ocurren por la apertura de los canales de Na+ que permite la entrada de este ión a la célula. Estos canales son controlados por estímulos sensoriales o por estímulos de otras neuronas. En la excitación entra más Na+ dentro de la membrana y se inactiva la bomba Na+/K+, provocando que la diferencia de cargas se acerquen a cero. Este proceso recibe el nombre de despolarización. En una inhibición, un estímulo provoca la apertura de los canales de K+, los cuales salen provocando un aumento de la diferencia de potencial, alejándolo de cero. Este proceso recibe el nombre de hiperpolarización. Los potenciales locales son graduados, pueden ser grandes o pequeños y no se propagan hasta el final del axón.

54

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 2.3.3 Potencial de acción Cuando la diferencia de potenciales entre el interior y exterior de la membrana llega a -55 o -50 mV, se dice que llega a su umbral. En este momento se dispara la entrada de Na+ llevando a la membrana a una polaridad de +35 mV. Esta subida brusca del potencial de membrana se conoce como potencial de acción o impulso nervioso (Fig. 2.11). Esta apertura de los canales de Na+ se produce todo a la vez y siempre que el potencial supere el umbral, a estos se conoce como la ley de todo o nada, ya que una vez superado el umbral siempre se alcanza el máximo potencial de acción. En caso que este umbral no se sobrepase, no se genera ningún potencial. Los canales de Na+ esta abiertos sólo 1 milisegundo (mseg) y se cierran nuevamente. En ese momento se abren los canales de K+, lo que provoca la salida de ese ión y la disminución de la carga interna de la membrana, que regresa a su potencial de reposo, en un proceso llamado repolarización. mV

B +35

0

A

C

-55 -70

D

E

Milisegundos

Figura 2.11 Esquema con las diversas etapas del potencial de acción. Despolarización (A), espiga (B), repolarización (C), período refractario (D), potencial de reposo.

55

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA La salida excesiva del K+ y los canales de Na+ cerrados provoca una hiperpolarización de la membrana que se conoce como el período refractario. Es importante comprender que el cambio del potencial de membrana de una neurona no significa que existan cambios en los gradientes de concentración de Na+ y K+. Estos cambios de potencial se producen con muy pocos iones. Para cambiar el potencial de membrana en 100 mV debe entrar a la célula sólo 1 de cada cien mil iones, lo que significa que las concentraciones se mantienen casi sin alteración pese al cambio de potencial (Silverthorn, 2008).

2.3.4 Período refractario Es un lapso de tiempo durante el cual un nuevo estímulo no puede provocar un nuevo potencial de acción. El período refractario absoluto ocurre durante un mseg después de que la membrana sobrepasa el umbral, aquí ningún estímulo podrá provocar un nuevo potencial de acción (Fig. 2.12). El período refractario relativo comprende los mseg posterior al período refractario absoluto, momento en que la membrana se repolariza y vuelve al potencial de reposo. Aquí le membrana puede responder sólo si el estímulo es muy fuerte (Fig. 2.12). La importancia del período refractario es que permite que el potencial de acción se mueva siempre en una dirección, impidiendo su retroceso.

2.3.5 Conducción del potencial de acción Tras el período refractario se restablece el potencial de reposo, permitiendo la entrada del K+ y la salida del Na+. La despolarización ocurre generalmente en la sinapsis dendrítica, aunque es posible que ocurra a lo largo de toda la membrana neuronal. El potencial de acción debe avanzar por la membrana celular, desde una región a la adyacente, hasta llegar al final del axón. Esto se produce por cambios de voltaje dado por el ingreso

56

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA de Na+ que logra que el interior se vuelva positivo y el exterior negativo.

Figura 2.12 Período refractario del potencial de acción, donde se aprecia el período refractario absoluto y el relativo.

En los axones amielínicos (que no poseen vainas de mielina que los envuelvan) la velocidad de propagación del impulso se incrementa en relación al diámetro del axón. Esto se produce porque la resistencia axial del axón es mayor cuanto mayor sea su diámetro, debido a la mayor relación superficie total y superficie de membrana (Kandel et al. 2000). En las fibras mielínicas la velocidad de conducción puede llegar hasta los 400 mts/seg. En cambio, en las fibras amielínicas sólo varía entre 1 y 100 mts/seg. En axones que están envueltos por vainas de mielina, se produce una conducción saltatoria del impulso nervioso. El potencial de acción se produce en cada nodo de Ranvier, sin provocarse en las zonas envueltas por la mielina, esto incrementa la velocidad de conducción al no tener que despolarizar toda la fibra nerviosa y sin tener que incrementar el diámetro del axón (Fig. 2.13).

2.4

LA SINAPSIS

La sinapsis es el paso de un impulso nervioso de una neurona a otra o a una célula muscular. Cada neurona recibe alrededor de

57

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 10.000 conexiones de otras neuronas, de esta manera se forman gigantescas redes en el sistema nervioso. Las sinapsis son fundamentales para la realización de procesos como el movimiento, las sensaciones, los procesos cognitivos y toda actividad que requiera el transporte e integración de información. Las sinapsis pueden ser eléctricas o químicas, la primera permite respuestas rápidas ya que el impulso pasa directamente de una neurona a otra. En cambio, la sinapsis química necesita de mediadores para estimular la neurona siguiente. Vainas de mielina

Na+

T1

Nodos de Ranvier

Na+

Axón

Potencial de acción

K+

Bomba Na+/K+ Na+ Na+

T2

Figura 2.13 Propagación saltatoria del potencial de acción en un axón mielínico

Axón

Potencial de acción K+

T3

Na+ Na+

Axón

Potencial de acción

2.4.1 Sinapsis eléctrica La sinapsis eléctrica es muy rápida, con una estimulación casi instantánea de la neurona receptora. Las superficies pre y post sinápticas son prácticamente continuas, con una separación de 2 a 3,5 nm. Ambas membranas se comunican mediante proteínas 58

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA tubulares llamadas Gap juntions, por donde el potencial nervioso es capaz de pasar de una neurona a la otra sin mediación química (Fig. 2.14). El transmisor lo constituyen los iones que pasan a través de estas proteínas. En las sinapsis eléctricas la dirección de la transmisión es generalmente bidireccional. Se encuentran presente en un gran número de invertebrados. Son muy escasas en los seres humanos (Kandel et al. 2000).

Figura 2.14 Sinapsis eléctrica. En la parte superior de la imagen se aprecian las membranas pre y postsinápticas con 2 nm de separación. Abajo, observamos las Gap juntions, que forman poros por donde circulan los iones provocando el cambio de potencial de la membrana (Modificado de Kandel et al. 2000).

2.4.2 Sinapsis química Estas son las más abundantes y se caracterizan por la utilización de un neurotransmisor para traspasar el impulso nervioso. Está compuesta por la superficie pre-sináptica que corresponde a los botones terminales de una neurona, donde se encuentran grandes cantidades de mitocondrias y vesículas que poseen neurotransmisores. La superficie post-sináptica que corresponde generalmente a la membrana de las espinas dendríticas de la neurona siguiente y posee receptores para captar el neurotransmisor. 59

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Entre ambas superficies existe una separación, la hendidura sináptica, que mide unos 20 nm y es el lugar donde se vierte el neurotransmisor en la sinapsis química (Fig. 2.15).

Figura 2.15 La sinapsis química se produce mediante la liberación de un neurotransmisor. En el botón sináptico (A) se encuentran una gran cantidad de mitocondrias (B) que generan la energía necesaria para realizar el proceso de liberación de neurotransmisor. Las vesículas sinápticas (C) vierten su contenido a la hendidura sináptica (D), lugar donde se encuentran los iones (E) que permitirán el cambio de potencial de membrana de la neurona postsináptica. El neurotransmisor que es vertido en el espacio entre las neuronas (F) se une a receptores (G) de la superficie de la membrana postsináptica (H).

2.4.3 Clasificación funcional Desde un punto de vista funcional las sinapsis químicas pueden clasificarse en excitatorias e inhibitorias. a) Excitatorias: Cuando la membrana post-sináptica reacciona ante el neurotransmisor disminuyendo su estado de reposo y

60

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA aumentando su excitabilidad. Con provocará el potencial de acción.

estímulos

suficientes

se

b) Inhibitorias: Cuando la membrana post-sináptica reacciona hiperpolarizandose, disminuyendo su excitabilidad. De esta forma los estímulos no son suficientes para desencadenar un potencial de acción.

2.4.4 Clasificación estructural Según el lugar donde se realiza la conexión neuronal, las sinapsis químicas se clasifican en: a) Axo-dendríticas: sinapsis entre un axón y una dendrita. Es la más abundante de las sinapsis. b) Axo-somática: sinapsis entre un axón y el soma. c) Axo-axónica: sinapsis entre dos axones. d) Dendro-dendrítica: sinapsis entre dos dendritas. e) Dendro-somática: sinapsis entre una dendrita y el soma. f) Somato-somal: sinapsis entre el soma de una neurona y el soma de otra. Las sinapsis en las que no participan axones (d, e y f) son exclusivas del sistema nervioso central.

2.4.5 Mecanismo de la sinapsis Cuando el potencial de acción llega al final del axón provoca la apertura de canales de calcio (Ca++) dependientes de voltaje, de esta forma estos iones que se encuentran en el líquido extracelular ingresan al citoplasma del botón sináptico uniéndose a la molécula transportadora que provoca la migración de las vesículas sinápticas hacia la membrana, donde se fusiona a ella y mediante exocitosis libera el neurotransmisor a la hendidura (Kandel et al. 2000). El neurotransmisor actúa sobre un receptor específico en la membrana post-sináptica provocando la apertura de éste, con lo

61

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA cual se produce un movimiento de iones hacia el interior y exterior de la membrana, generando un cambio en el potencial de ella, el que se propagará por la neurona. Este proceso se denomina potencial excitador postsináptico. Los neurotransmisores inhibidores provocarán una hiperpolarización, proceso llamado potencial inhibidor postsináptico. Una vez utilizado el neurotransmisor debe ser removido de la hendidura sináptica, esto se logra mediante las bombas recaptadoras de neurotransmisor que se ubican en la membrana presináptica (Fig. 2.16). De esta forma se regula la estimulación, además de ser una forma de reciclaje del neurotransmisor que se incorpora a una nueva vesícula.

Figura 2.16 El potencial de acción abre canales de calcio en la membrana del botón sináptico (A), que activa el proceso de acercamiento de las vesículas (B) a la membrana donde se fusiona a ella y libera el neurotransmisor a la hendidura sináptica (C). Este actúa sobre un receptor postsináptico (D) y luego es transportado al interior del citoplasma mediante un recaptador de neurotransmisor de la membrana presináptica (E). Finalmente el neurotransmisor es utilizado para genera una nueva vesícula (F). En algunos casos el neurotransmisor es inactivado por hidrólisis en la hendidura sináptica, en esta situación sus 62

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA fragmentos son incorporados al citoplasma por endocitosis siendo incorporados en vesículas capsulares que se movilizarán hacia el soma por transporte retrógrado, donde se volverá a crear el neurotransmisor y será empaqueta en vesículas para ser llevado al axón mediante transporte anterógrado. 2.4.6 Sumación Cada neurona recibe sinapsis de miles de neuronas. Cuando una de ellas libera neurotransmisor, no es suficiente para provocar un potencial de acción, pudiendo provocar potenciales postsinápticos bajo el umbral de excitación. Cuando varias neuronas liberan neurotransmisor en diversas partes de la membrana, los potenciales generados pueden sumarse y provocar la apertura de los canales dependientes de voltaje en el cono axónico, provocando un potencial de acción. A este proceso se le denomina sumación espacial. También es posible que las mismas neuronas presinápticas liberen neurotransmisor rápida y sucesivas veces, provocando potencial postsinápticos que pueden sumarse y provocar un potencial de acción, en un fenómeno llamado sumación temporal. Las sinapsis sobre una neurona son tanto excitadoras como inhibidoras. Si los potenciales postsinápticos excitadores predominan sobre los inhibidores se provocará el potencial de acción. En cambio, si los potenciales postsinápticos inhibidores predominan sobre los excitadores, la membrana no alcanzará su umbral y no habrá potencial.

2.4.7 Redes neurales Las neuronas forman complejos caminos mediantes sus sinapsis, por donde conducen los potenciales de acción. A estas uniones se les llama redes neurales. Además del hecho de que cada neurona realiza sinapsis con al menos diez mil neuronas más, en ocasiones se produce que muchos axones presinápticos realizan conexión con una sola neurona postsináptica, fenómeno denominado convergencia. Esto permite que muchas señales

63

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA lleguen a la misma neurona para su accionar, como es el caso de la información motora que baja desde diversas regiones del cerebro para contactar con una única neurona motora en la médula espinal. Al contrario, cuando una neurona presináptica se conecta con varias neuronas postsinápticas, permite que la información de una vía llegue a diferentes lugares, como el caso de la información sensitiva que llegan a muchas regiones del cerebro. Esto se conoce como divergencia.

2.4.8 Neurotransmisores Las sustancias químicas que permiten la comunicación entre neuronas mediante la sinapsis, reciben el nombre de neurotransmisores. En la actualidad se conocen más de 50 de estas sustancias, incluyendo aminoácidos, nucleótidos, neuropéptidos, etc. Funcionalmente pueden dividirse en neurotransmisores excitadores e inhibidores. Dentro de ellos, el Glutamato (Glu) es el principal excitador y el GABA es el principal inhibidor del sistema nervioso. Sin embargo, un mismo neurotransmisor puede ser excitador ó inhibidor, dependiendo esto del receptor postsináptico y no del neurotransmisor en sí mismo. Desde el punto de vista de su estructura química, los neurotransmisores se pueden clasificar en dos grupos: neurotransmisores de moléculas pequeñas y neurotransmisores peptídicos (Tabla 2.1).

2.4.8.1 Neurotransmisores de moléculas pequeñas Los neurotransmisores de moléculas pequeñas se clasifican en cuatro grupos:  Acetilcolina: es un neurotransmisor que se sintetiza a partir de un acetilcoA (acetilcoenzima A) y una colina (una vitamina del complejo B). Su función puede ser excitadora o inhibidora.  Aminas: se sintetizan a partir de moléculas de aminoácidos como triptófano, tirosina o histidina. Las aminas se dividen en 64

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA dos subclases: a) las monoaminas, que incluyen a la serotonina e histamina. b) las catecolaminas, que incluyen a la adrenalina, noradrenalina y dopamina.  Aminoácidos: algunos de ellos funcionan como neurotransmisores en el sistema nervioso central, como el glutamato o el GABA (derivado del glutamato). En el sistema nervioso periférico el aminoácido glicina es el inhibidor más frecuente.  Nucleótidos y gases: son compuestos como el ATP, la adenosina o el óxido nítrico que actúan como neurotransmisores. En el caso de este último difunde desde la neurona postsináptica hacia la presináptica.

2.4.8.2 Neuropéptidos Los neuropéptidos son cadenas de aminoácidos, entre los que se encuentran los péptidos vasointestinales y la sustancia P (que regulan actividades digestivas), las encefalinas y las endorfinas (inhibidores del dolor), las neurotrofinas (que estimulan el desarrollo neuronal), etc. Tabla 2.1 Clasificación de los neurotransmisores: de moléculas pequeñas (menos de 10 átomos de carbono) y peptídicos (más de 10 átomos de carbono) NEUROTRANSMISORES DE MOLECULAS PEQUEÑAS Aminoácidos: Glutamato (Glu); Acido gammaaminobutírico (GABA) Glicina (Gly); Aspartato; Taurina Aminas:

Acetilcolina (Ach); Adrenalina; Dopamina (DA); Noradrenalina (NA); Serotonina (5-HT); Histamina

Nucleótidos:

ATP; Adenosina

Gases:

Oxido nítrico (NO); Monóxido de carbono

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA NEUROTRANSMISORES PEPTÍDICOS Péptidos opioides:

β endorfina; Dinorfina; Metionina

Péptidos Neurohipofisiarios:

Vasopresina; Oxitocina

Taquicinas:

Sustancia P; Casinina; Neurocinina

Otros:

Secretina; Neuropéptido Y; Colicistocinina Glucagón; Somatostatina; Angiotensina

Figura 2.17 Estructura química de algunos neurotransmisores. El GABA se sintetiza a partir del glutamato mediante la enzima Glutámico descarboxilasa (GAD). Por su parte la dopamina se sintetiza a partir de la tirosina que es degradada en dehidroxifenilananina (DOPA) el precursor de la dopamina. La enzima dopamina-β-hidroxilasa convierte la dopamina en noradrenalina. A su vez la enzima Feniletanolamina-Nmetiltransferasa convierte la noradrenalina en adrenalina.

66

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 2.4.9 Receptores Cuando un neurotransmisor es liberado en la hendidura sináptica debe actuar sobre la membrana postsináptica bien para excitarla o inhibirla. Esto es posible gracias a que el neurotransmisor se acopla con una proteína que recibe el nombre de receptor. Es importante destacar que cada receptor es específico para un neurotransmisor. Los receptores pueden clasificarse en dos tipos: ionotrópicos o metabotrópicos.

2.4.9.1 Receptores ionotrópicos Complejos de proteínas que forman canales iónicos que al entrar en contacto con un neurotransmisor permiten la entrada de iones produciendo despolarización o pueden cerrar los canales iónicos produciendo hiperpolarización (Fig. 2.18). Esto acurre en pocos milisegundos y cesa cuando el neurotransmisor se disocia del receptor (Kandel et al. 2000).

Figura 2.18 Receptor ionotrópico. En la figura de la izquierda observamos los iones fuera de la membrana (A) y el neurotransmisor en la hendidura sináptica (B). El canal iónico del receptor permanece cerrado (C). En la figura de la derecha el neurotransmisor se ha unido al sitio activo del receptor que abre su canal (D) y permite la entrada de los iones al citoplasma.

67

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 2.4.9.2 Receptores metabotrópicos. Complejos de proteínas que no forman canales iónicos, sino que mediante diferentes vías provocan la apertura o cierre de canales. Los receptores metabotrópicos poseen tres vías de acción:  La primera vía actúa cuando un neurotransmisor se une al receptor, éste activa una proteína G, cuya subunidad alfa provoca la liberación de adenilatocliclasa que transforma el ATP en AMPcíclico, éste su vez activa una proteinquinasa que fosforila la proteína del canal iónico provocando su apertura (Fig. 2.19).  La segunda vía actúa cuando el neurotransmisor se acopla a los receptores de Ca++. El canal se abre y el Ca++ entrante se une a la proteína calmodulina que fosforila la proteína del canal iónico provocando su apertura (Fig. 2.19).  La tercera vía actúa cuando el neurotransmisor activa el receptor, que su vez activa la fosfolipasa C (PLC). La PLC actúa sobre los fosfolípidos de la membrana y genera inositol trifosfato (IP3) y diacilglicerol. El IP3 libera el Ca++ del retículo endoplasmático, al unirse el Ca++ con el diacilglicerol activan la proteinquinasa que fosforila la proteína del canal iónico provocando su apertura (Fig. 2.19).

2.4.9.3 Receptores de Glutamato a) Receptores ionotrópicos de Glu: Se clasifican en cuatro familias:  Receptores AMPA: Se encuentran en la membrana postsináptica de las sinapsis glutamatérgicas.  Receptores Kainato (baja afinidad).  Receptores Kainato (alta afinidad).  Receptores Delta  Receptores NMDA: N-metil de aspartato. Se encuentra en la membrana postsináptica de las sinapsis glutamatérgicas. Son los únicos receptores que necesitan la acción simultánea de dos agonistas: Glutamato y glicina. 68

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  juntos activan una proteinquinasa

Figura 2.19 Receptores metabotrópicos. En la figura superior: A=Neurotransmisor; B=Receptor; C=Proteína G; D=Adenilatociclasa; E=Proteinquinasa; F=Canal iónico. En la figura del centro: A=Neurotransmisor; B=Entrada de Calcio al citoplasma; C=Calmodulina; D=Proteinquinasa; E=Canal iónico. En la figura inferior: A=Neurotransmisor; B=Receptor; C=Fosfolipasa C; D=Inositol trifosfato que se dirige al retículo endoplasmático; E=Diacilglicerol unido a calcio; F=Proteinquinasa; G=Canal iónico.

69

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Los receptores AMPA y NMDA participan en importantes procesos fisiológicos cerebrales como el desarrollo neural, la percepción sensorial, la memoria, el aprendizaje, etc. b) Receptores metabotrópicos de Glu: Se dividen en tres grupos:  Grupo I: Se encuentran a nivel postsináptico en el soma y las espinas dendríticas, también se encuentran a nivel presináptico. Se encuentran al borde de las sinapsis glutamatérgicas.  Grupo II: Su ubicación depende de la región cerebral, en algunos casos a nivel presináptico y en otros a nivel pre y postsináptico.  Grupo III: Se ubican principalmente a nivel presináptico.

2.4.9.4 Receptores de GABA a) Receptores ionotrópicos de GABA: Se ubican en la membrana postsináptica:  Subunidad alfa (α)  Subunidades beta (β)  Subunidades gamma (γ)  Subunidad delta (δ)  Subunidad épsilon (ε)  Subunidad Pi (π)  Subunidades Rho (ρ) b) Receptores metabotrópicos de GABA: Se ubican a nivel postsináptico activando canales de potasio y a nivel presináptico inhibiendo canales de calcio (Kandel et al. 2000). Se clasifican en:  GABAbR1.  GABAbR2.

2.4.9.5 Receptores de dopamina (DA) Los receptores de DA pertenecen a los tipos metabotrópicos y se agrupan en dos familias:

70

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  D1: Estos receptores estimulan la adenilciclasa produciendo AMPcíclico. Se ubican en regiones del noestriado, hipotálamo e hipocampo. Contiene a los subtipos D1 y D5 (Bahena-Trujillo et al. 2000).  D2: Estos receptores inhiben la formación de adenilciclasa. Se ubica en regiones de neoestriado, paleoestriado y corteza frontal. Contiene a los subtipos D2 (dividido en D2s y D2l), D3 y D4 (Bahena-Trujillo et al. 2000).

2.4.9.6 Receptores de serotonina (5-HT) Los receptores de 5-HT se ubican principalmente en regiones del cerebelo, ganglios basales, corteza frontal, cíngulo anterior, etc. Estos se clasifican en 7 familias:  5-HT1  5-HT2  5-HT3  5-HT4  5-HT5  5-HT6  5-HT7

2.4.9.7 Receptores de adrenalina La adrenalina y la noradrenalina están relacionadas con el estrés, la obesidad y la sístole ventricular. Los receptores adrenérgicos se dividen en dos familias:  Receptores alfa: que se dividen en 2 subtipos alfa 1 (α1) que se ubican en la membrana postsináptica y alfa 2 (α2) que se ubican en la membrana pre, post y en regiones extra sinápticas.  Receptores beta: que se dividen en beta1 (β1) que se ubican en la membrana post-sináptica, beta 2 (β2) que se ubican en la membrana pre, post y regiones extra sinápticas y beta 3 (β3) que se ubica en membranas de los adipositos.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Los receptores adrenérgicos se ubican principalmente en regiones del tálamo, cerebelo, corteza frontal y pariental.

2.4.9.8 Receptores de acetilcolina (Ach) Los receptores de Ach se ubican principalmente en regiones del bulbo olfatorio, amígdala, hipocampo, tálamo, hipotálamo y corteza cerebral. Cabe destacar que existen receptores de Ach en las fibras musculares, ya que este neurotransmisor es el responsable de la contracción muscular. a) Receptores nicotínicos (ionotrópicos): Se dividen en dos grupos:  N1: que se ubican en la unión neuromuscular.  N2: que se ubican en los ganglios autonómicos, médula adrenal y sistema nervioso central (SNC). b) Receptores muscarínicos (metabotrópicos): Se dividen en cinco grupos:  M1: que se ubican en el SNC.  M2: que se ubican en el miocardio del corazón.  M3: que se ubican en la musculatura lisa.  M4: que se ubican en el SNC.  M5: que se ubican en el SNC.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 3

NEUROANATOMIA _______________________________

La unidad microanatómica del sistema nervioso son la neurona y la glía, ambas células conforman el tejido nervioso. Sin embargo, también es necesario estudiar este sistema desde un punto de vista macroanatómico, donde podemos observar como las neuronas se organizan en diversos grupos formando, haces, fibras, núcleos, etc. Esto resulta fundamental, ya que finalmente las actividades orgánicas que genera el sistema nervioso, se basan en la actividad de millones de células formando diversas estructuras que son las que permiten toda nuestra amplia gama de conductas. La forma básica del estudio de la anatomía del sistema nervioso es la disección de cadáveres. Este estudio puede estructurarse de dos formas:  Neuroanatomía regional: donde se estudia cada región del sistema nervioso por separado y cada región es estudiada en todos sus aspectos.  Neuroanatomía sistémica: donde se estudia todo el sistema de una vez, pero haciendo hincapié en un aspecto en particular cada vez. Al estudiar la neuroanatomía, hay que tener en cuenta que existen tres planos principales que atraviesan el cuerpo: a) Plano coronal: es un corte vertical que divide al sistema nervioso en zona anterior y posterior (Fig. 3.1a)

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA b) Plano sagital: es un corte vertical, pero perpendicular al plano coronal. Divide al sistema nervioso en derecha e izquierda (Fig. 3.1b) c) Plano transversal u horizontal: es un corte horizontal que divide al sistema nervioso en superior e inferior (Fig. 3.1c).

Figura 3.1 Planos neuroanatómicos. En la figura superior (A) observamos un corte coronal del cerebro, que se relaciona con los términos de localización anterior y posterior. En la figura del centro (B), un corte sagital, que se relaciona con medial y lateral. En la figura inferior (C), un corte transversal, que se relaciona con superior e inferior y con craneal y caudal.

Las imágenes con resonancia magnética o PET resultan ser sumamente útiles para comprender las regiones que funcionan en una actividad determinada, pero de nada sirven si no tenemos conocimiento de la ubicación y estructura que la imagen nos enseña.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 3.1

EMBRIOLOGIA DEL SISTEMA NERVIOSO

Tras la fecundación y la 3º segmentación, se produce el proceso de compactación donde las células se dividen en una zona interior llamada embrioblasto que formará el embrión y una zona llamada trofoblasto que formará la placenta, el corión y el amnio. Tras la implantación en el útero, las células del embrioblasto se dividen en dos regiones: a) El epiblasto, ubicado por dorsal y que forman las tres capas embrionarias, el ectodermo, el mesodermo y el endodermo. b) El hipoblasto, ubicado por ventral y que dará origen al saco vitalino (Fig. 3.2).

Figura 3.2 Embrioblasto. Una vez formado el cigoto (unión del óvulo y espermio) las células comienzan a multiplicarse (A, B, C y D) hasta formar el blastocito (E). Una vez que éste se adhiere al útero, el embrioblasto forma una capa bilaminar que contiene al epiblasto y el hipoblasto (F). El día 15 se inicia la formación de la línea primitiva en el epiblasto. Esta línea posee en su extremo craneal la fosita primitiva, la entrada al conducto neuroentérico que proyecta hacia el interior (Fig. 3.3). En este momento comienza la gastrulación (multiplicación de células en torno a la línea primitiva), donde algunas células se

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA desplazan al hipoblasto, dando origen al endodermo. Otras se ubican entre el epiblasto e hipoblasto, dando origen al mesodermo. Finalmente, otras células se ubican en la zona dorsal del epiblasto, formando el ectodermo, de donde se origina el sistema nervioso (Fig. 3.4).

Figura 3.3 Línea y fosita primaria al día 15 de gestación.

Figura 3.4 Disco trilaminar en el centro de tejido en gastrulación, de donde se generará el ectodermo, el mesodermo y el endodermo.

El siguiente paso es la formación de la notocorda. Durante la gastrulación se forman la membrana bucofaríngea (hacia cefálico) y la membrana cloacal (hacia caudal). Células de la fosita primaria emigran hacia la lámina precordal ubicada junto a la membrana bucofaríngea, formando la placa notocordal. Las células de esta placa proliferan y emigran hacia cefálico formando la notocorda (Fig. 3.5). La notocorda es la inductora de la formación del sistema nervioso, ya que libera sustancias químicas que regulan la formación del tubo neural.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 3.5 La formación de la notocorda. La placa notocordal (A) comienza a invaginarse generando el proceso notocordal que formará la notocorda (B y C). Una vez terminado el proceso de invaginación la notocorda se ha formado en el centro del mesodermo (D). Al comenzar la tercera semana la notocorda genera una proliferación del ectodermo (ahora denominado neuroectodermo) formando la placa neural. El día 18 los bordes de la placa neural se elevan y forman los pliegues neurales (Fig. 3.6a y b). El surco entre los pliegues recibe el nombre de Surco neural. Para el día 22-23 los pliegues neurales se fusionan formando el tubo neural (Fig. 3.6c y d). A cada extremo del tubo neural existen unas aperturas denominadas neuroporo cefálico y neuroporo caudal, los cuales se cierran el día 25 y 27 respectivamente. Mientras se fusionan los pliegues del tubo neural, los bordes del surco neural se separan del tubo formando las crestas neurales (Fig. 3.6D). Del tubo neural se formará la médula espinal y el encéfalo y de las crestas neurales el sistema nervioso periférico y parte del sistema nervioso autónomo. Al proceso de formación del tubo y crestas neurales se le llama neurulación. La luz del tubo neural formará los ventrículos y el conducto central de la médula espinal. Al finalizar la tercera semana, de la porción encefálica del tubo neural se formarán tres estructuras: el 79

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA prosencéfalo (cerebro anterior), el mesencéfalo (cerebro medio) y el romboencéfalo (cerebro posterior) que darán origen a todas las estructuras encefálicas (Fig. 3.7). De la porción medular del tubo neural se originará la médula espinal. En este mismo período se producen dos curvaturas: la primera de ellas, la curvatura cefálica ubicada entre el prosencéfalo y el mesencéfalo. La otra, la curvatura cervical ubicada entre el romboencéfalo y la médula. Al término de la cuarta semana aparece la curvatura pontina ubicada entre el mesencéfalo y el romboencéfalo.

Figura 3.6 Formación del tubo neural. La notocorda provoca la proliferación de células en el ectodermo (A). Las crestas neurales comienzan a juntarse y la placa neural se invagina (B y C). Una vez finalizado este proceso se ha formado el tubo neural que dará origen al sistema nervioso central y la cresta neural se ha separado. Ésta dará origen al sistema nervioso periférico. Durante la quinta semana aparece una subdivisión de cinco vesículas en el extremo rostral del embrión. Del romboencéfalo se origina el mielencéfalo y el metencéfalo. El mesencéfalo permanece igual. Del prosencéfalo se origina el diencéfalo y el telencéfalo (Fig. 3.8). 80

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 3.7 Vesículas neurales. En el extremo encefálico del tubo neural se forman las tres vesículas que darán origen del encéfalo.

Figura 3.8 De las tres vesículas cervicales del tubo neural se originan cinco vesículas (imagen superior) de las cuales se originan las diversas estructuras del encéfalo (imagen inferior).

El mielencéfalo dará origen al bulbo raquídeo. El metencéfalo dará origen a la protuberancia y el cerebelo. El mesencéfalo dará origen al mesencéfalo, los pedúnculos cerebelosos y las láminas del techo. El diencéfalo dará origen al tálamo, epitálamo, hipotálamo y subtálamo. El telencéfalo dará origen a los hemisferios cerebrales, el núcleo caudado, la amígdala y el núcleo lenticular (putamen y globo pálido).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 3.2

DIVISIONES DEL SISTEMA NERVIOSO

A nivel macroanatómico y con una finalidad didáctica, el sistema nervioso puede dividirse en dos zonas:  El sistema nervioso periférico (SNP): Compuesto por 31 pares de nervios raquídeos que conectan con la médula espinal y 12 pares de nervios craneanos que conectan con el cerebro. Estas estructuras conducen impulsos nerviosos de tipo sensitivo desde la periferia (sentidos, órganos, vísceras, músculos, glándulas, etc.) hacia los centros cerebrales y conducen impulsos nerviosos de tipo motores desde los centros cerebrales hacia la periferia.  El sistema nervioso central (SNC): Compuesto por la médula espinal, el tronco encefálico, el cerebelo y el encéfalo. Es en esta región donde básicamente se realizan los procesos de integración sensorial, se produce la atención, las emociones, la motivación, la memoria, le lenguaje, el aprendizaje, etc. Aquí se producen las respuestas motoras a estímulos sensoriales periféricos (Bear et al., 1998). Otra forma de división del sistema nervioso es:  División aferente, que está compuesta por todas las vías sensitivas o aferentes. Estas comienzan en la periferia, viajan por la médula espinal y terminan en el encéfalo.  División eferente, que está compuesta por todas las vías motoras o eferentes. Estas comienzan en el encéfalo, viajan por la médula espinal y terminan en la periferia. Finalmente, otra forma de dividir el sistema nervioso es:  Sistema nervioso somático (SNS) que lleva información motora a la musculatura esquelética o voluntaria. También posee una vía sensitiva somática, que lleva información de la musculatura al sistema nervioso central.  Sistema nervioso autónomo (SNA) que lleva información motora autónoma o involuntaria hacia vísceras, musculatura lisa, cardíaca y glándulas. El SNA se puede dividir a su vez en sistema nervioso simpático, relacionado con las actividades que

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA generan un gran gasto de energía y sistema nervioso parasimpático, relacionado con el ahorro de esta.

3.3

SISTEMA NERVIOSO PERIFERICO

Es la estructura del sistema nervioso que se extiende fuera del cráneo y la médula y se dirige hasta la periferia, hasta las vísceras y músculos. En esta región los grupos de axones de las neuronas reciben el nombre de nervios. El Sistema Nervioso Periférico (SNP) posee 43 pares de estos nervios, divididos en:  31 pares de nervios raquídeos, que comunican la médula espinal con la periferia, llevando información sensorial y motora.  12 pares de nervios craneanos que conectan el cuello y cara con el cerebro. Estos llevan información sensorial de la musculatura de esas dos regiones hacia el encéfalo y traen de vuelta información motora que controla el movimiento.

3.3.1 Nervios raquídeos Estos nervios no poseen nombres específicos, se les enumera por el nivel de la columna vertebral por donde emergen hacia la periferia. Existen 8 pares de nervios cervicales, 12 torácicos o dorsales, 5 lumbares, 5 sacros y 1 coccígeo. Cada nervio sale del conducto raquídeo por el agujero de conjunción y debajo de cada vertebra respectiva. Sólo el primer par (C1) sale sobre la vertebral cervical 1 y bajo el cráneo (Fig. 3.9). Al salir de la médula cada nervio posee una raíz ventral (anterior), que lleva información motora hacia la periferia y una raíz dorsal (posterior), que lleva información sensorial desde la periferia hacia la médula. La raíz dorsal presenta un engrosamiento llamado ganglio de la raíz dorsal, que es el lugar donde se encuentran los somas de las neuronas sensitivas que llevan la información a la médula espinal (Fig. 3.10). A medida que se alejan un poco de la médula ambas raíces se unen en un sólo conducto por donde viajarán juntas hacia el órgano blanco (de destino). Debido a que

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA todos los nervios poseen una raíz sensitiva y otra motora, reciben el nombre de nervios mixtos.

Figura 3.9 Nervios raquídeos. La médula espinal termina a nivel de la primera vértebra lumbar, de ahí en más los nervios lumbares, sacros y coccígeos salen formando la cola de caballo.

Los nervios raquídeos al salir de la médula espinal forman redes llamadas plexos (Fig. 3.11). De esta forma cada nervio individual que surge del plexo contiene todas las fibras que inervan una región del cuerpo Así, cuando existe lesión de un nervio raquídeo no se produce la pérdida total de la función de una región, ya que esa zona esta inervada por fibras de diferentes nervios raquídeos (Thibodeau y Patton, 2007). Existen cuatro plexos:  Plexo cervical que agrupa de los nervios C1 a C5. Cuya inervación es sensitiva para la parte posterior de la cabeza, anterior del cuello y superior del hombro. También es motora para los músculos del cuello.  Plexo braquial que agrupa de los nervios C5 a T1. Cuya inervación alcanza el diafragma, músculos superficiales de la escapula y pectorales.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Plexo lumbar que agrupa de los nervios L1 a L4. Cuya inervación es sensitiva para el abdomen, genitales y muslo. También es motora para músculos del muslo, pierna y pie.  Plexo sacro y coccígeo que agrupan de los nervios L4 a L5 y S1 a S4 para el sacro y los nervios S5 y coccígeo para el plexo del mismo nombre. Cuya inervación es la misma que el plexo lumbar.

Figura 3.10 Rama sensitiva y motora del SNP. La información sensorial llega a la médula espinal (A) mediante la raíz dorsal o posterior (B), que posee un ganglio de la raíz dorsal (somas de neuronas, ya que recordemos que los nervios corresponden a los axones). La información motora llega a la periferia mediante la raíz ventral o anterior. Ambas ramas en conjunto forman el nervio espinal (E). Las terminaciones libre (F) transmiten información de dolor y temperatura, mientras que los corpúsculos de Meisner (G) y Pacini (H) envían información del tacto y presión respectivamente. La información motora llega mediante los axones de las neuronas al músculo (I). Los nervios L2 a L12 no forman plexos y su inervación alcanza la musculatura del tórax, del hombro, del antebrazo y del brazo. Cada nervio raquídeo posee un componente sensitivo y uno motor. Una vía aferente (sensitiva) de una región de la piel recibe el 85

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA nombre de dermatoma. Por su parte, una vía eferente (motora) de un nervio recibe el nombre de miotoma.

Figura 3.11 Plexo braquial. Los nervios raquídeos C4, C5, C6, C7, C8 y T1 dan origen a los nervios dorsoescapular (A), supraescapular (B), subclavio (C), circunflejo (D), radial (E), musculocultáneo (F), mediano (G) y cúbital (H), entre otros (Modificado de Thibodeau y Patton, 2007).

3.3.2 Nervios craneanos El SNP además de estar constituidos por 31 pares de nervios espinales o raquídeos, también cuenta con 12 pares de nervios craneanos o craneales. Estos nervios pueden ser de tres tipos:  Nervios craneales sensitivos: que sólo tienen axones sensitivos.  Nervios craneales motores: que poseen en su mayoría axones motores, aunque disponen de algunos sensitivos.  Nervios craneales mixtos: que contienen axones sensitivos y motores. Los nervios craneanos emergen en su mayoría del tronco encefálico. Cada par posee un nombre que hace relación con su función y un número que hace referencia al orden en que salen hacia la periferia desde anterior hacia posterior. A continuación se describen cada uno de ellos con sus características más importantes:

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA I- Nervio olfativo Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas Terminaciones de fibras sensitivas Origen de fibras motoras Terminaciones de fibras motoras Función II- Nervio óptico Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas Terminaciones de fibras sensitivas Origen de fibras motoras Terminaciones de fibras motoras Función III- Nervio motor ocular común Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas Terminaciones de fibras sensitivas Origen de fibras motoras Terminaciones de fibras motoras Función

IV- Nervio patético Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas Terminaciones de fibras sensitivas Origen de fibras motoras Terminaciones de fibras motoras Función

Sensitivo mucosa nasal bulbo olfatorio no tiene no tiene olfato

Sensitivo Retina Núcleo geniculado lateral del tálamo no tiene no tiene visión

motor músculos oculares núcleo motor ocular común núcleo motor ocular común músculos oculares movimientos oculares, tamaño de la pupila, propiocepción.

motor Oblicuo mayor mesencéfalo mesencéfalo oblicuo mayor deprime y rota el globo ocular

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA V- Nervio trigémino Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas

mixto piel, mucosa de la cabeza y dientes protuberancia

Terminaciones de fibras sensitivas Origen de fibras motoras protuberancia Terminaciones de fibras motoras músculos de la masticación Función sensación de la cabeza y cara, masticación, propiocepción VI- Nervio motor ocular externo o abducens Tipo de nervio motor Receptores de fibras sensitivas recto externo del ojo Terminaciones de fibras protuberancia sensitivas Origen de fibras motoras protuberancia Terminaciones de fibras motoras músculo recto externo del ojo Función abducción del ojo, propiocepción VII-Nervio facial Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas Terminaciones de fibras sensitivas Origen de fibras motoras Terminaciones de fibras motoras Función

VIII- Nervio auditivo Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas rama vestibular Terminaciones de fibras sensitivas rama vestibular

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mixto papilas gustativas núcleo solitario del bulbo protuberancia músculos cara y cuello, glándulas salivales y lacrimales expresiones faciales, saliva y lágrimas, gusto

sensitivo utrículo y sáculo núcleos vestibulares

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Receptores de fibras sensitivas rama coclear Terminaciones de fibras sensitivas rama coclear Origen de fibras motoras Terminaciones de fibras motoras Función

órgano de Corti núcleos cocleares no tiene no tiene Rama vestibular: equilibrio Rama coclear: audición

IX- Nervio glosofaríngeo Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas

mixto faringe, papilas gustativas, cuerpo carotídeo Terminaciones de fibras núcleo solitario y centro sensitivas respiratorio Origen de fibras motoras núcleo ambiguo y núcleo salivatorio Terminaciones de fibras motoras músculos de la faringe y glándula parótida Función Sensaciones de la lengua, deglución, saliva y control de la presión arterial X-Nervio vago Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas

mixto faringe, laringe, vísceras torácicas Terminaciones de fibras núcleo solitario y núcleo del 5° sensitivas par craneal Origen de fibras motoras núcleo motor dorsal Terminaciones de fibras motoras músculos faringe, laringe y vísceras torácicas Función sensación y movimiento de órganos inervados

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA XI- Nervio espinal Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas Terminaciones de fibras sensitivas Origen de fibras motoras

motor trapecio y esternoclestomastoideo médula espinal

Núcleo motor dorsal del vago y núcleo ambiguo Terminaciones de fibras motoras músculos de las vísceras torácicas, faringe y laringe Función Movimientos del hombro, cabeza y vísceras, fonación XII- Nervio hipogloso Tipo de nervio Receptores de fibras sensitivas Terminaciones de fibras sensitivas Origen de fibras motoras Terminaciones de fibras motoras Función

motor músculos de la lengua núcleo del hipogloso núcleo del hipogloso músculos de la lengua y la garganta Movimientos de la lengua

3.3.3 División del sistema nervioso periférico La división clásica del sistema nervioso se basa en las vías sensitivas y motoras que posee, pese a que los nervios raquídeos y craneales son en su mayoría mixtos.

3.3.3.1 Sistema sensor Este sistema lleva información sensitiva desde la periferia hacia la médula ó cerebro. Para ello es necesario contar con neuronas especializadas en la recepción y transducción de estímulos. Los cinco tipos de neuronas receptoras sensitivas son:

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

I-Nervio olfativo II-Nervio óptico III-Nervio motor ocular común

IV-Nervio patético VI-Nervio abducens

V-Nervio trigémino

VII-Nervio facial

VIII-Nervio auditivo

X-Nervio vago XII-Nervio hipogloso

IX-Nervio glosofaríngeo XI-Nervio espinal

Figura 3.12 Nervios craneanos.

    

Mecanorreceptores: información de presión, tacto o estiramiento. Termorreceptores: información sobre la temperatura. Nociceptores: información sobre el dolor. Fotorreceptores: información sobre la visión. Quimiorreceptores: información sobre olor, gusto, concentraciones de sustancias, etc.

3.3.3.2 Sistema motor Una vez procesada la información sensorial en los centros superiores se envía información motora hacia la periferia con el ajuste muscular necesario como respuesta al estímulo. Desde un punto de vista funcional el sistema motor se divide en sistema nervioso vegetativo y sistema nervioso somático.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA a) Sistema nervioso vegetativo o autónomo: también llamado involuntario. Es el encargado de controlar funciones como la frecuencia cardíaca, la tensión arterial, la distribución de la sangre, la contracción de las pupilas, la frecuencia respiratoria, la actividad hepática, etc. El sistema nervioso autónomo posee tres divisiones:  Sistema simpático: está encargado de activar nuestros sistemas para la lucha o la huida. Nos prepara para una situación de tensión, como el peligro o la actividad física (Tabla 3.1). Este sistema está constituido por ganglios a lo largo de cada lado de la columna vertebral (Fig. 3.13). Las vías autónomas poseen dos neuronas en su camino de inervación de sus órganos blancos, de esa forma el sistema simpático posee una neurona simpática preganglionar que sale de la médula espinal y llega hasta un ganglio de la cadena simpática. Aquí la neurona puede seguir tres caminos: a) realizar sinapsis con una neurona postganglionar; b) puede subir o bajar por la cadena ganglionar simpática; c) puede pasar por los ganglios simpáticos sin realizar sinapsis, viajando a ganglios colaterales (Thibodeau y Patton, 2007). Las neuronas postganglionares tienen sus cuerpos en los ganglios de la cadena simpática, de ahí sus axones (que son amielínico) viajan hasta el órgano blanco. La neurona preganglionar suele sinaptar con varias neuronas postganglionares que se dirigen a diversos órganos (Fig. 3.14).  Sistema parasimpático: está encargado de almacenar y conservar energía. Su actividad se opone al sistema simpático (Tabla 3.1). Las neuronas preganglionares del sistema parasimpático se encuentran en el tronco encefálico y en la médula vertebral sacra (S2-S4). Algunos axones de este sistema se encuentran en los nervios craneanos III, VII, IX y X. Las neuronas postganglionares se ubican en los ganglios parasimpáticos que se encuentran dentro o muy cerca de los órganos blancos. Por esta razón cada neurona preganglionar inerva sólo un órgano. Las neuronas del sistema parasimpático utilizan como neurotransmisor la acetilcolina que actúan sobre receptores α y 92

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA β. En cambio el sistema simpático utiliza noradrenalina actuando sobre receptores nicotínicos y muscarínicos en el órgano efector.  Sistema entérico: está encargado de las actividades digestivas.

Tabla 3.1 Actividades funcionales que produce el sistema nervioso simpático y parasimpático.

       

SISTEMA NERVIOSO SIMPÁTICO Incremento de la frecuencia cardíaca Vasodilatación arterial Broncodilatación pulmonar Incremento de la tensión arterial Estimula la liberación de glucosa en el hígado Incrementa la sudoración Dilata la pupila Estimula la secreción de adrenalina y noradrenalina

        

SISTEMA NERVIOSO PARASIMPÁTICO Disminución de la frecuencia cardíaca Vasocontricción arterial Broncocontricción pulmonar Disminución de la frecuencia respiratoria No tiene efectos en la tensión arterial No tiene efectos en el hígado No tiene efectos en la sudoración Contrae la pupila No tiene efectos en las glándulas suprarrenales

b) Sistema nervioso somático o voluntario: es el encargado del control de la musculatura esquelética, de los movimientos voluntarios. Esta vía implica una neurona motora que sale del asta anterior de la médula espinal e inerva un músculo. El neurotransmisor utilizado es la acetilcolina.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 3.13 Cadena simpática junto a la columna vertebral (A). La vía simpática está formada fundamentalmente por ganglios simpáticos (B) y ganglios colaterales (C). Esta cadena se extiende desde la vertebra torácica 1 hasta la lumbar 2 (Modificado de Thibodeau y Patton, 2007).

Figura 3.14 Vía autónoma simpática. En la médula espinal (A) se encuentra la neurona preganglionar (B), que proyecta su axón hasta el ganglio simpático (C) y ganglio colateral (D), donde se encuentra la neurona postganglionar (E), la que envía su axón a los órganos blancos. La neurona preganglionar también envía su axón a neuronas postganglionares de otros ganglios simpáticos (F y G) (Modificado de Thibodeau y Patton,2007).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 3.4

SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

El Sistema Nervioso Central (SNC) está compuesto por dos grandes estructuras: la médula espinal y el encéfalo. A su vez el encéfalo se divide en el tronco encefálico (el bulbo, la protuberancia y el mesencéfalo), el cerebelo, el diencéfalo y los hemisferios cerebrales o telencéfalo. Lo primer importante a estudiar son las cubiertas protectoras de la médula espinal y el encéfalo, para posteriormente dedicarse a las estructuras que conforman el SNC y que permiten genera la homeostasis corporal.

3.4.1 Meninges y líquido cefalorraquídeo El tejido nervioso es una estructura delicada que es protegida por estructuras óseas como la columna vertebral en el caso de la médula espinal y el cráneo para el encéfalo. Pero también existe un conjunto de membranas que cubre el tejido neural: las meninges (Fig. 3.15 y 3.16). Esta se compone de tres capas: a) Piamadre: es la capa más interna y delgada. Se encuentra en contacto directo con el tejido nervioso y en ella se ubican numerosos vasos sanguíneos b) Aracnoide: es la capa que cubre la piamadre. Es una membrana doble en cuyo interior se encuentra el espacio subaracnoideo con líquido cefalorraquídeo. c) Duramadre: Es la meninge más externa y fuerte, constituida por tejido fibroso. Está formada por dos membranas, estando la más externa unida al hueso (constituyendo el periostio interno del cráneo) y las más interna unida a la capa aracnoidea. En algunas regiones se encuentra un espacio entre la duramadre y la aracnoides llamado espacio subdural, que se encuentra lleno de un líquido seroso denso que actúa como lubricante. También existe un espacio entre el hueso y la duramadre, el espacio epidural, formado por tejido graso. Este se ubica en la médula espinal, pero no se encuentra en el encéfalo, ya que en esa zona la duramadre se une al periostio del hueso

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA craneal. Finalmente, existe un espacio entre la aracnoides y la piamadre, el espacio subaracnoideo, con abundante líquido cefalorraquídeo.

Figura 3.15 Meninges en la médula espinal. Se observa la capa más interna de las meninges, la piamadre (A), sobre ella la aracnoide (B) y más superficialmente la duramadre (C). Entre las dos meninges más externas se encuentra el espacio subdural (D). Finalmente el hueso vertebral (E) cubre y protege a la médula espinal.

Figura 3.16 Meninges en el cráneo. Corte coronal que muestra las meninges en el encéfalo.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA El líquido cefalorraquídeo ayuda a proteger al tejido nervioso contra golpes, pero también sirve para constatar cambios en el medio corporal, así por ejemplo el exceso de CO2 en el líquido cefalorraquídeo estimula la activación de núcleos del tronco encefálico, que provocarán la expulsión de ese gas del organismo. El líquido cefalorraquídeo se forma por la separación de líquido sanguíneo en los ventrículos cerebrales, mediante las células gliales ependimarias, viaja por el espacio subaracnoideo y se reabsorbe en la sangre. Un adulto posee alrededor de 140 ml de éste líquido.

3.4.2 Médula espinal Es un haz de nervios que se extiende desde el cráneo hasta la primera vértebra lumbar. Se ubica dentro del canal medular de la columna vertebral. La médula recibe la información sensitiva que proviene del SNP y contiene las neuronas motoras encargadas del movimiento. Estructuralmente podemos observar dos surcos: un surco medio anterior, de mayor tamaño, y un surco medio posterior. Dos haces de fibras salen de cada lado de la médula espinal: una raíz dorsal sensitiva y una raíz ventral motora. La médula comienza inmediatamente debajo del tronco encefálico y termina en la vértebra lumbar 1. Aquí muchas raíces nerviosas forman una especie de cola de caballo, donde también se encuentra un cordón formado por las meninges llamado filum terminale. La médula espinal termina y los nervios raquídeos descienden hacia el tren inferior. En el centro de la médula espinal se observa una estructura en forma de H formado por sustancia gris (somas y dendritas de neuronas). La médula posee un asta anterior de neuronas sensitivas y un asta posterior de neuronas motoras. Las astas derechas se unen a las izquierdas mediante la comisura gris o central (Fig. 3.17). La sustancia blanca que rodea a la gris, está formada por los axones de las neuronas. La sustancia blanca se divide en cordón posterior, anterior y lateral. Cada cordón está formado por haces de axones llamados tractos, los que forman las vías ascendentes (que llevan

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA información sensitiva al encéfalo) y vías descendentes (que llevan información motora hacia la periferia). La función de la médula espinal es conformar las vías de conducción de los impulsos nerviosos y participar en la generación de los movimientos reflejos.

Figura 3.17 Estructuras de la médula espinal, donde se observa la sustancia gris y blanca, con sus respectivas divisiones. También se observa la vía sensitiva (A) con su ganglio sensitivo (B), que llega al asta posterior. Por su parte la vía motora (C) sale del asta anterior y se une a la vía sensitiva formando el nervio (D) que se dirige a la periferia.

3.4.3 Encéfalo En un adulto el encéfalo pesa alrededor de 1,4 kg. Está conformado por 1x1011 células neuronales y diez veces más glías. El encéfalo experimenta un crecimiento acelerado en el período prenatal y los primeros meses de vida, para estabilizarse en la adultez. Estructuralmente es posible dividir el encéfalo en seis

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA partes: bulbo raquídeo, protuberancia, mesencéfalo, cerebelo, diencéfalo y cerebro.

3.4.4 Tronco encefálico Es el tejido nervioso que se encuentra inmediatamente después de la médula espinal y conecta ésta con el resto del encéfalo. Está compuesto por tres estructuras: el bulbo raquídeo, la protuberancia y el mesencéfalo (Fig. 3.18 y 3.19).

Figura 3.18 Tronco encefálico. Corte sagital del encéfalo, donde podemos apreciar las divisiones del tronco encefálico. Bulbo raquídeo (A), protuberancia (B) y mesencéfalo (C).

Bulbo raquídeo Es la continuación directa de la médula. Mide 2,5 cm de largo. Está compuesto por sustancia blanca y una red de sustancia gris y blanca llamada formación reticular. Posee dos abultamientos de sustancia blanca llamadas pirámides y una proyección oval llamada oliva. En la formación reticular del bulbo se ubican núcleos de neuronas que participan en la regulación de la presión arterial y la respiración. El bulbo también contiene neuronas que participan en el gusto, oído, equilibrio y control motor de la cara y cuello (Kandel et al. 2000). Protuberancia anular También conocida como puente de Varolio. Se ubica sobre el bulbo raquídeo y bajo el mesencéfalo. Posee fibras nerviosas que lo

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA conectan con el cerebelo a través de los pedúnculos cerebelosos medios. La protuberancia contiene la formación reticular, conjunto de neuronas encargadas del control motor somático y cardiovascular, de la modulación del dolor, de los ciclos de sueñovigilia, de los estados de alerta y de la generación del vómito (Kandel et al., 2000). Figura 3.19 Tronco encefálico. En la imagen superior se observa la cara anterior del tronco encefálico, donde observamos los tálamos (A), los pedúnculos cerebrales (B), el mesencéfalo (C), la protuberancia (D), el bulbo raquídeo (E) con la oliva (F) y las pirámides (G). En la imagen inferior tenemos una visión anterior del tronco encefálico, donde observamos los tálamos (H), los pedúnculos cerebrales (I), el mesencéfalo con los tubérculos cuadrigéminos superiores (TCS) e inferiores (TCI), la protuberancia (J) con pedúnculos cerebelosos superiores (PCS), medios (PCM) e inferiores (PCI), el cuarto ventrículo (K), el bulbo raquídeo (L) con la oliva (M).

Mesencéfalo Se ubica sobre la protuberancia y bajo el diencéfalo. Tiene aproximadamente 2,5 cms. de longitud. Se divide en tres porciones: el tectum o techo, el tegmentum y el pie. Contiene la substancia negra y el núcleo rojo, ambos relacionados con el movimiento; los

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA núcleos del colículo superior, relacionado con los reflejos visuales y movimientos oculares; los núcleos del colículo inferior, relacionado con los reflejos auditivos; la sustancia gris periacueductal, relacionada con la analgesia, control de la conducta reproductiva, conductas agresivas, etc. (Bear et al., 1998). 3.4.5 Cerebelo Es la segunda estructura de mayor tamaño del encéfalo y es la que posee mayor número de neuronas en su estructura. Está ubicado detrás de la protuberancia conectado al tronco encefálico mediante haces de fibras, llamadas pedúnculos. Los pedúnculos superiores contienen tractos que van del núcleo dentado del cerebelo al tálamo. Los pedúnculos medios contienen tractos que van de la protubernacia al cerebelo. Los pedúnculos inferiores estas compuestos por tractos que van del bulbo y la médula hacia el cerebelo (Fig. 3.20).

Figura 3.20 Cerebelo. En la imagen superior corte sagital del encéfalo donde se muestra la ubicación del cerebelo (A). En la imagen inferior visión posterior del cerebelo. B=Tálamos; C=Vermis; D=Hemisferio derecho; E=Hemisferio izquierdo; F=Circunvoluciones. El cerebelo presenta una porción central (vermis) y dos porciones laterales (hemisferios cerebelosos). Su estructura es similar a la corteza cerebral. Posee sustancia gris en la periferia

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA formando la corteza cerebelosa y sustancia blanca en su interior, donde se pueden encontrar diversas estructuras como los núcleos dentados, fastigios, emboliformes y globosos. Su función se relaciona con la fuerza y amplitud del movimiento y el aprendizaje motor (Kandel et al. 2000).

3.4.6 Diencéfalo Es la parte del encéfalo ubicado entre el cerebro y el mesencéfalo. Contiene dos estructuras principales: el tálamo y el hipotálamo. Pero también comprende otras estructuras de menor tamaño como el quiasma óptico y la epífisis. Tálamo Es la estructura que se encuentra a continuación del mesencéfalo y cuya región media superior forman las paredes laterales del tercer ventrículo. Muchos axones que provienen de neuronas de la médula espinal, tronco encefálico, los ganglios basales y el cerebelo realizan sinapsis con neuronas del tálamo, las que proyectan sus axones a casi todas las regiones de la corteza cerebral, formando una red denominada corona radiada (Fig. 3.21). Las funciones del tálamo son procesar información sensitiva de dolor, temperatura y tacto. Filtrar la información sensorial y retransmitirla al cerebro (excepto la olfatoria). Asocia emociones con sensaciones de agrado y desagrado. También desempeña un papel importante en los mecanismos de despertar y estados de alerta. Finalmente produce movimientos reflejos complejos (Kandel et al. 2000). Hipotálamo Es una estructura de unos 7 gramos, que se ubica debajo del tálamo y que forma el suelo y las paredes inferiores laterales del tercer ventrículo. Está compuesto por numerosos núcleos (Fig. 3.23) que se encargan de regular el funcionamiento del sistema hormonal, de los impulsos sexuales, de la sed, el apetito, el sueño, etc. El hipotálamo regula las actividades autónomas de centros simpáticos y parasimpáticos del tronco encefálico y la médula

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA espinal. El núcleo supraóptico y paraventricular sintetizan las hormonas antidiurética y oxitocina que serán liberadas por la neurohipófisis y con la cual se comunican mediante una extensión

Figura 3.21 Corona radiada. Corte sagital del encéfalo donde observamos el tálamo (A). Éste es el centro de recepción de axones de múltiples zonas y proyecta a casi todas las regiones de la corteza.

Figura 3.22 Núcleos del tálamo. A=Núcleos del grupo mediano. B=Núcleos del grupo medial. C=Núcleos del grupo anterior. D=Lámina medular interna. E=Núcleos del subgrupo dorsal del grupo lateral. F=Núcleo ventral anterior. G=Núcleo ventral intermedio. H=Núcleo ventral posterolateral. I=Núcleo ventral posteromedial. J=Núcleo centro mediano. K=Núcleos del grupo posterior. L=Cuerpo geniculado lateral. M=Cuerpo geniculado medial. N=Lemnisco medial. Ñ=Lemnisco trigeminal. O=Tracto óptico. P=Brazo del colículo inferior. 103

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 3.23 Hipotálamo. Corte sagital del encéfalo donde se aprecia el hipotálamo con sus núcleos más importantes. A=Núcleo preóptico; B=Núcleo paraventricular; C=Núcleo dorsomedial; D=Núcleo ventromedial; E=Núcleo supraóptico; F=Núcleo supraquiasmático; G=Núcleo posterior; H=Núcleo paraventricular posterior; I=Núcleo dorsal; J=Núcleo tuberoso; K=Cuerpos mamilares (Modificado de Thibodeau y Patton, 2007).

del hipotálamo que se denomina infundíbulo. El hipotálamo libera hormonas que circulan por la sangre y estimulan la secreción de la hormona del crecimiento, de la hormona tiroestimulante, de la adrenocorticotropina, de la prolactina, de la foliculoestimulante y de la luteinizante, todas secretadas por la adenohipófisis. El hipotálamo también se relaciona con los estados de vigilia, de la regulación del apetito y de la temperatura corporal (Thibodeau y Patton, 2007).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 3.4.7 Cerebro El cerebro está constituido por dos hemisferios cerebrales en cuya superficie se concentra la sustancia gris que recibe el nombre de corteza cerebral. Hacia el centro de los hemisferios se encuentra la sustancia blanca formando numerosos tractos y en algunas regiones existen grupos de neuronas formando núcleos profundos del cerebro denominados ganglios basales, que se relacionan con el control del movimiento. También encontramos una estructura profunda de gran importancia llamada hipocampo, cuya función se relaciona con los procesos de memoria. Finalmente tenemos los núcleos amigdalinos que coordinan las respuestas autónomas y endocrinas de las emociones (Kandel et al. 2000). Corteza cerebral Es la parte que podemos ver a simple vista en un cerebro y que se caracteriza por una serie de arrugas en su superficie. La finalidad de los pliegues de la corteza cerebral (al igual que en la corteza cerebelosa) es permitir una mayor superficie de sustancia gris dentro del pequeño volumen el espacio craneano. De esta forma es posible una mayor cantidad de somas y dendritas neuronales lo que está asociado a la complejidad de las conductas que podemos generar. La corteza cerebral posee entre 2 y 4 mm de espesor y está compuesta por millones de neuronas dispuestas en seis capas (Fig. 3.24). Estas reciben información proveniente de la periferia y se relacionan entre sí en complejos sistemas de redes. Los abultamientos de mayor tamaño de la corteza reciben el nombre de circunvoluciones, encontrando cuatro de ellas:  Circunvolución parietal ascendente.  Circunvolución parietal descendente.  Circunvolución del cuerpo calloso.  Circunvolución del hipocampo. Entre estas circunvoluciones encontramos pliegues profundos denominados cisuras y pliegues superficiales denominados surcos. Además, la corteza posee cuatro cisuras que dividen cada hemisferio en cinco lóbulos (Fig. 3.25):

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 3.24 Capas de neuronas de la corteza cerebral. La capa I es la más externa y recibe el nombre de capa molecular. La capa II, granular externa. La capa III, Piramidal externa. La capa IV, granular interna. La capa V, piramidal interna. La capa VI, multiforme la que a su vez se divide en VIa y VIb. En la figura de la izquierda, fibras motoras. En la figura de la derecha, fibras sensitivas. Donde además se aprecian las zonas de Baillanger externa (BE) y Baillanger interna (BI).  Cisura interhemisférica: Divide al cerebro en dos hemisferios.  Cisura central o de Rolando: Divide la corteza en lóbulo frontal y parietal.  Cisura lateral o de Silvio: Divide la corteza en lóbulo temporal y parietal. En el fondo de esta cisura se encuentra la ínsula de Reil.  Cisura perpendicular externa: Divide la corteza en lóbulo parietal y occipital. Las funciones de la corteza son muy amplias, relacionándose con la actividad sensitiva, motora, de asociación, de planificación, de reflexión, del lenguaje, etc. En general se asocias ciertas áreas de la corteza cerebral con ciertas funciones determinadas, denominando a estas áreas funcionales como áreas de Brodmann (Fig. 3.26 y tabla 3.2) que se designan por números (1-48).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 3.25 Corteza cerebrales. En la imagen superior se observan cuatro lóbulos cerebrales, el frontal (A), parietal (B), temporal (C) y occipital (D). Junto con tres cisuras y dos circunvoluciones. En la imagen inferior izquierda se aprecia la ínsula de Reil en la profundidad de la cisura de Silvio. En la imagen inferior derecha un corte coronal del cerebro donde se observa la ínsula de Reil.

Figura 3.26 Áreas de Brodmann. En la imagen izquierda visión externa de la corteza, En la imagen derecha corte sagital del cerebro, mostrando los pliegues internos del cerebro.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Tabla 3.2 Áreas de Brodmann en la corteza cerebral humana Áreas de Brodmann 1,2 y 3 4 5 6y7 8 y 10 9 y 12 9 10 11, 12 y 15 13, 14 ¿15? 17 18 y 19 20 21 22 23 y 26 23 24 25 26 27, 28 y 34 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

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Nombre Córtex somatosensorial primario Córtex motor Córtex somatosensorial asociativo Córtex premotor y postmotor Córtex motor secundario Córtex prefrontal Córtex dorsolateral prefrontal Área frontopolar Área orbitofrontal Circunvoluciones homeostácicas Córtex visual primario Córtex visual asociativo Circunvolución temporal inferior Circunvolución temporal media (córtex de asociación auditiva primaria) Circunvolución temporal superior (córtex de asociación auditiva secundaria) Sistema lunulico Área ventral posterior del cíngulo Área ventral anterior del cíngulo Área subcallosa Área ectoesplenial del cíngulo Rinoencéfalo Corteza piriforme (Córtex olfativo primario) Corteza entorrinal (Córtex olfativo asociativo) Área retroesplenial del cíngulo Área subesplenial del cíngulo Área dorsoposterior del cíngulo Área dorsoanterior del cíngulo Área induseum griseum Área uncus (Córtex olfativo primario) Corteza perirrinal Corteza parahipocampal

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 37 38 22 y 42 39 40 41 42 43 44 y 45 44 45 46 47

Circunvolución occipitotemporal lateral Polo temporal Área de Wernicke Circunvolución angular Circunvolución supramarginal Córtex auditivo primario Córtex auditivo de asociación Córtex gustativo Área de Broca Circunvolución opércural Circunvolución triangular Córtex prefrontal dorsolateral Circunvolución prefrontal inferior

Tractos cerebrales Los axones de la sustancia blanca del cerebro forman tractos que viajan desde neuronas de ciertas regiones de la corteza cerebral a otras o de regiones del tronco encefálico o médula a la corteza y viceversa (Fig. 3.27). Existen tres tipos de tractos cerebrales:  Tractos de proyección: Constituidos por los axones de las vías sensitivas ascendentes y vías motoras descendentes de la médula espinal.  Tractos de asociación: Constituidos por los axones que viajan desde una circunvolución a otra del mismo hemisferio, uniendo diversas regiones funcionales. Son las vías más numerosas del cerebro.  Tractos comisurales: Constituidos por los axones que viajan de una circunvolución a la correspondiente del hemisferio opuesto del cerebro. Estos tractos forman el cuerpo calloso que une los dos hemisferios cerebrales. Ganglios basales Son núcleos de neuronas que se ubican en el interior de cada hemisferio cerebral. Comprenden el núcleo estriado y la sustancia negra. El primero de ellos formado por el núcleo caudado y lenticular. A su vez, el núcleo lenticular se divide en dos estructuras: 109

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA el putamen y el globo pálido (Fig. 3.28). Estos núcleos reciben proyecciones de la corteza y el mesencéfalo y proyectan a la formación reticular y la corteza cerebral. La función de estos núcleos se relaciona con el control motor durante la ejecución de movimientos voluntarios.

Figura 3.27 Tractos cerebrales. En la figura A se esquematizan los tractos de proyección. En la figura B, los tractos de asociación y en la figura C, los tractos comisurales.

Figura 3.28 Ganglios basales y su ubicación en el encéfalo. 110

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Hipocampo Es una estructura cerebral relacionada con la corteza, que se encuentra en el interior del lóbulo temporal. Mide alrededor de 4 cm de longitud, es de color amarillo claro debido a la sustancia blanca (llamada álveo) formada por los axones de las neuronas piramidales del hipocampo. El álveo se continúa en la fimbria y ésta se continúa con los pilares del fórnix (Fig. 3.29). El hipocampo junto al giro dentado y el subículo constituyen la formación hipocampal, cuya función se relaciona con el almacenamiento de la memoria explicita, la memoria episódica y la espacial. Los detalles de las funciones del hipocampo se verán en el capítulo 4.

Figura 3.29 Hipocampo. Corte sagital del encéfalo donde se observa el hipocampo. En las imágenes inferiores tres cortes coronales del hipocampo en distintas regiones. Hipocampo (A, C y E), giro dentado (B, D y G), subículo (F) y fimbria (H).

Amígdala Es un conjunto de núcleos de neuronas que se ubica en el interior del lóbulo temporal. Entre los núcleos encontramos el grupo basolateral, el núcleo centromedial y el núcleo cortical (Fig. 3.30). La función de la amígdala cerebral se relaciona con el procesamiento y almacenamiento de las emociones. El grupo

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA basolateral recibe proyecciones desde diversos sistemas sensitivos. El núcleo centromedial proyecta hacia el basolateral y está involucrado en la activación emocional. El núcleo cortical se relaciona con el olfato, recibiendo proyecciones del bulbo y la corteza olfatoria. En su conjunto, la amígdala proyecta hacia el hipotálamo, encargado de la activación del sistema nervioso autónomo.

Figura 3.30 Amígdala cerebral con los diversos núcleos que la forman. A=Núcleo lateral; B=Núcleo anterior; C=Núcleo central; D=Núcleo accesorio basal; E=Núcleo basal; F=Núcleo medial; G=Núcleo cortical.

3.4.8 Sistemas moduladores difusos En el SNC existen un conjunto de neuronas que se ubican en la formación reticular del tronco encefálico y que proyectan sus axones a grandes áreas del encéfalo (Fig. 3.31). Estas neuronas forman los sistemas moduladores difusos que se relacionan con el procesamiento sensorial, motor y cognitivo, influyendo en las actividades cerebrales como la atención, los estados de vigilia, la motivación, la memoria, las emociones, etc. Estos sistemas se dividen en cuatro:  El sistema noradrenérgico que libera noradrenalina desde el Locus cerúleo (A) hacia el tálamo (B), el hipotálamo (C), cerebelo (D) y la corteza cerebral (E).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  El sistema serotoninérgico que libera serotonina desde los núcleos del rafe (F) hacia el cerebelo (G), el tálamo (H), los ganglios basales (I), la corteza cerebral (J) llegando hasta el lóbulo occipital (K).  El sistema dopaminérgico que libera dopamina desde la sustancia negra (L) y el núcleo tegmental ventral (M) hacia los ganglios basales (N) y la corteza prefrontal (Ñ).  El sistema colinérgico que libera acetilcolina desde los núcleos pontinos (O) hacia el fórnix (P), el giro cingular (Q), la corteza cerebral (r), llegando hasta el lóbulo occipital (S). (Silverthorn, 2008).

Figura 3.31 Sistemas moduladores difusos.

BIBLIOGRAFIA Bear, M.; Connors, B. & Paradiso, M. (1998). Neurociencia. Explorando el cerebro. Barcelona: Masson Ed.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Kandel. E.; Schwartz, J. & Jessel, T. (2000). Principios de neurociencia. Madrid: McGraw- Hill. Mendoza, E.; Valdivia, O. (2010). Desarrollo embriológico del sistema nervioso. Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado, Venezuela. Silverthorn, D. (2008). Fisiología humana. Madrid: Médica Panamericana. Thibodeau, G.; Patton, K. (2007). Anatomía y fisiología. Madrid: Elseiver.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

PARTE II CONTROL MOTOR Y SENTIDOS

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 4

CONTROL NEURAL DEL MOVIMIENTO _______________________________

Cuando nos movemos intervienen un conjunto enorme de músculos, algunos que realizan actividades ligadas con el metabolismo y otros directamente producirán el desplazamiento de los segmentos necesarios para realizar la actividad motora requerida. Por ejemplo, cuando corremos hay musculatura que se encargará de mover las palancas, provocando el desplazamiento de las piernas y realizando el balanceo de los brazos. Por otra parte, órganos como el corazón aumentarán su actividad provocado por el aumento del trabajo de la musculatura cardíaca. También trabajará musculatura relacionada con las vísceras, de manera tal que diferentes tipos de músculos realizarán diversos trabajos orientados a generar la secuencia de movimientos. Desde el punto de vista morfológico y funcional nuestro tejido muscular puede dividirse en: a) Musculatura lisa, que controla el sistema digestivo, la dilatación o constricción de los vasos sanguíneos y en general se relaciona con las vísceras. Esta musculatura es de actividad bajo el umbral de la conciencia. b) Musculatura cardíaca, que es la responsable de generar la actividad de diástole y sístole del corazón. Esta musculatura también es de actividad bajo el umbral de la conciencia. 117

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA c) Musculatura esquelética, llamada así porque su función principal es mover el sistema óseo. Esta musculatura es de actividad conciente, razón por la cual es la que nos resulta más familiar. Nuestro cuerpo posee más de 600 músculos esqueléticos que están íntimamente relacionados con la percepción, ya que esta dará origen al movimiento ó entregará constantemente información que ayudará a regular el movimiento durante su ejecución ó cambio. El sistema nervioso es la base de la ejecución motora de cualquier clase. El tejido neural y el sistema muscular forman un sistema senso-motor que se encarga de la supervivencia del individuo.

4.1

UNIDADES MOTORAS

La unidad motora corresponde a una neurona y las fibras musculares que inerva (López Chicharro y Fernández, 2006). Existen dos tipos diferentes de unidades motoras dependiendo de la mecánica de contracción. Ambas están en todos los músculos pero en diferentes proporciones. a) Unidades motoras con fibras de contracción lenta (Tipo I ó ST, del inglés slow-twitch). Estas necesitan alrededor de 110 ms para su contracción cuando es estimulada (Wilmore y Costill, 2007). Estas fibras son pequeñas, generan poca fuerza, pero por períodos largos de tiempo. Los músculos donde predominan estas fibras son llamados músculos lentos o rojos. Estas fibras se clasifican en tipo Ia y IIb. La primera permite generar actividad por más tiempo y de menor intensidad que la segunda. b) Unidades motoras con fibras de contracción rápida (Tipo II ó FT, del inglés fast-twitch). Estas necesitan alrededor de 50 ms para su contracción cuando es estimulada (Wilmore y Costill, 2007). Estas fibras son grandes, generan mucha fuerza, pero por cortos períodos de tiempo. Los músculos donde predominan estas fibras son llamados músculos rápidos o blancos. Estas fibras se clasifican en tipo IIa, que son de contracción rápida y resisten la fátiga por un par de minutos. Fibras rápidas tipo IIb, que son de

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA contracción rápida, pero no resisten a la fátiga, actuando sólo unos segundos. Las fibras tipo IIc corresponden a un punto intermedio entre la Ib y IIa siendo de contracción rápida, pero que resisten a la fatiga por algunos minutos. Estas fibras son llamadas también fibras mixtas. La contracción muscular genera fuerza, la que permite la movilización de un segmento contra una resistencia (levantar un objeto) ó sin generar movimiento, permite que el músculo genere tensión (empujar una pared). Figura 4.1 Unidad motora. En el esquema observamos la médula espinal (A). El axón de una motoneurona (B) y su respectiva unidad motora (C). Lo mismo ocurre con dos axones más (D y F) y las fibras que inervan (E y G). (Modificado de López Chicharro y Fernández, 2006).

4.2

UNION NEUROMUSCULAR

La información sensorial llega desde la periferia hasta la médula espinal mediante la rama aferente del SNP. Esta información viaja por la médula hasta alcanzar el cerebro quien genera una respuesta motora acorde a la información recibida. Dicha repuesta viaja de vuelta por la médula y la rama eferente del SNP hasta el músculo.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Los músculos esqueléticos están controlados por motoneuronas alfa, que son neuronas colinérgicas, cuyos somas se encuentran en el asta anterior de la médula. Cuando la motoneurona genera un potencial de acción todo el conjunto de fibras musculares que inervan se contraen. La sinapsis entre la neurona y las fibra musculares reciben el nombre de placa motora (Fig. 4.2).

Figura 4.2 La zona de unión entre los botones sinápticos de la Motoneurona y la superficie de la fibra muscular recibe el nombre de placa motora.

4.2.1 Estimulación de la fibra muscular En general cada fibra muscular esta inervada por el axón de una sola motoneurona, donde las células de Schwann cubre el espacio sináptico. El neurotransmisor que actúa en esta región es la acetilcolina (Ach) y su receptor el nicotínico N1 (Fig. 4.3). Cuando llega el potencial de acción hasta el botón terminal, este libera la Ach a la hendidura sináptica y se une al receptor N1 ubicado en la membrana de la fibra muscular provocando su despolarización. La membrana postsináptica presenta pliegues que se invaginan hacia el interior de la fibra, de esta manera existe una mayor cantidad de receptores, ya que existe mayor superficie membranosa (Fig. 4.4).

120

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.3 El receptor de acetilcolina (Ach) posee 5 subunidades. En sus dos unidades alfa se encuentran los sitios activos, donde se une la Ach permitiendo el ingreso del sodio y la salida del potasio.

La cantidad de receptores de Ach en la membrana de la fibra muscular es de 1x108 (Bear et al. 1998). El receptor posee 5 subunidades (2 alfas, 1 beta, 1 gama y 1 delta) donde las dos alfas poseen sitios activos de unión para la Ach y es necesaria la interacción del neurotransmisor en ambas, para la apertura del canal y así producir el potencial de membrana de la fibra llamado potencial de placa motora. Cada impulso nervioso libera alrededor de 60 vesículas de Ach, con 10.000 moléculas de neurotransmisor cada una. Una cantidad suficiente para producir 10 veces un potencial de placa motora (López Chicharro y Fernández, 2006). La Ach es eliminada rápidamente de la hendidura sináptica mediante la enzima acetilcolinesterasa, para evitar una nueva excitación de la fibra.

4.2.2 Estructura de la fibra muscular La fibra muscular posee un diámetro de 10 a 80 µm y la longitud total del músculo al que pertenece. La membrana plasmática que envuelve a la fibra muscular recibe el nombre de sarcolema. Dentro de la célula encontramos las miofibrillas y entre ellas un líquido gelatinoso que forma el citoplasma de la fibra denominado sarcoplasma (fig. 4.5).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.4 Potencial en la fibra muscular. La Ach provoca la apertura de los receptores N1 en la membrana de la fibra muscular, lo que genera un potencial de acción. Este cambio de voltaje provoca la apertura de los canales de sodio que se ubican en la zona profunda de los pliegues (Modificada de Kandel et al. 2000).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA El sarcolema se continúa hacia el interior de la fibra muscular formando los túbulos transversos (túbulos T), cuya función es transmitir el impulso nervioso provocado por la acetilcolina, hacia cada una de las miofibrillas en el interior de la fibra. Estos túbulos T también se conectan con una red de túbulos llamados retículos sarcoplasmáticos (Fig. 4.5) cuya función es almacenar Calcio, elemento fundamental para el proceso de contracción muscular.

Figura 4.5 La fibra muscular está constituida por miofibrillas. Los túbulos T y el retículo sarcoplasmático envuelven las miofibrillas y su accionar es fundamental para la contracción

Las miofibrillas presentan una apariencia rayada, con franjas claras y oscuras que se alternan, razón por la cual ese músculo recibe la denominación de músculo estriado. Las franjas oscuras de la miofibrilla reciben el nombre de bandas A y las franjas claras, bandas I (Fig. 4.6). Cada banda oscura posee en su centro una región más clara llamada zona H y en su centro una línea oscura denominada línea M. Por su parte, cada banda clara posee una región más oscura en su centro llamada zona Z.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Los sarcómeros son la unidad funcional de la miofibrilla. Un sarcómero es la distancia existente entre una línea o banda Z y la siguiente. De esta forma cada sarcómero está constituido por la mitad de una banda I, una banda A (que incluye una banda H y una línea M) y la mitad de otra banda I.

Figura 4.6 Las miofibrillas poseen bandas A e I que se alternan. Las bandas A están constituidas por miosinas y las bandas I por actinas. La distancia entre una línea Z y la siguiente recibe el nombre de sarcómero (Modificado de Wilmore y Costill, 2007)

La banda oscura (A) está compuesta de un filamento grueso de proteína llamada miosina. La banda clara (I) está compuesta de un filamento delgado de proteína llamada actina. Cada miofibrilla contiene unas 1.500 miosinas y 3.000 actinas. Cada molécula de miosina está compuesta de dos hilos de proteínas enrolladas que en sus extremos poseen una cabeza globular denominada cabeza de miosina. En cada fibra de miosina sobresalen muchas de estas cabezas que serán fundamentales durante la contracción muscular (Fig. 4.7). La titina y la nebulina son dos filamentos proteicos que estabilizan la estructura del sarcómero. La primera se encuentra relacionada con la miosina, mientras que la titina se relaciona con la actina.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.7 Estructura del sarcómero (Modificado de Wilmore y Costill, 2007). La actina está formada por proteínas globulares que se enrollan en forma helicoidal (Fig. 4.8). Un extremo de la actina se encuentra unida a la banda Z y el otro se extiende hacia el espacio entre las miosinas. Cada molécula de actina posee un sitio activo donde puede unirse a la cabeza de miosina (Wilmore y Costill, 2007).

Figura 4.8 Moléculas de actina, troponina y tropomiosina entrelazándose. La tropomiosina es una proteína tubular que se enrollan alrededor de la actina. La troponina es una proteína globular que se une a la actina y a la tropomiosina (Fig. 4.8). Ambas funcionan activamente durante la contracción muscular.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 4.2.3 Contracción de la fibra muscular Cuando la motoneurona libera acetilcolina en la hendidura sináptica de la placa motora, se produce un potencial de acción en la fibra muscular. Este impulso viaja a través de los túbulos T hacia el interior de la fibra, provocando la liberación de calcio por el retículo sarcoplasmático. En reposo la tropomiosina cubre el sitio activo de la actina, de manera que ésta no puede unirse con la cabeza de la miosina. Cuando el calcio se libera por el retículo sarcoplasmático se une a la troponina, y esta moviliza la tropomiosina, dejando libre el sitio activo de la actina para unirse con la miosina. La teoría de los filamentos deslizantes explica que al unirse la miosina con el sitio activo de la actina se produce un deslizamiento de una proteína sobre la otra. Cuando la cabeza de miosina se une a la actina se inclina y tira la actina y la miosina en direcciones opuestas (Fig. 4.9). La inclinación de las cabezas de miosina recibe el nombre de ataque de fuerza. Una vez que la cabeza de miosina se inclina, gira y se separa del sitio activo de la actina, uniéndose a un nuevo sitio activo de otra molécula de actina ubicada una o dos moléculas más atrás que la anterior. Este proceso continua hasta que la miosina llega a la banda Z (Fig. 4.10). Todo este proceso necesita energía obtenida de la disociación de ATP (adenosintrifosfato) en ADP (adenosindifosfato) más fosfato y energía, producida por la enzima ATPasa ubicada en la molécula de miosina.

4.3

CONTROL DE LOS MOVIMIENTOS

Ahora que conocemos los mecanismos moleculares por los cuales es posible la contracción muscular, nos enfocaremos en comprender como se produce la estimulación de la motoneurona que genera la liberación de acetilcolina en la placa motora. Para ello comenzaremos por describir los diversos tipos de movimientos.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.9 Proceso molecular de contracción muscular. La miosina se encuentra unida a la actina sin realizar ningún movimiento en tanto la tropomiosina cubre el sitio de unión de la actina. Este proceso se lleva a cabo gracias al ADP que se encuentra unido a la cabeza de miosina (A). Cuando el calcio liberado por el retículo sarcoplasmático se une a la troponina, esta tracciona la tropomiosina dejando al descubierto los sitios activos de la actina (B). La cabeza de la miosina pierde su afinidad con el ADP al unirse a los sitios activos y se inclina traccionando la actina (C). Una molécula de ATP se une a la cabeza de miosina (D) y se degrada en ADP y un fosfato. La cabeza de miosina retrocede y se une al sitio activo de la siguiente molécula de actina (E) y el ciclo vuelve a comenzar (Modificado de Kandel et al. 2000).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 4.10 Durante la contracción muscular la actina y la miosina son las encargadas del acortamiento de la fibra. En la imagen superior un sarcómero en estado de reposo. En la imagen inferior el sarcómero durante una contracción. Nótese que la banda I y la Zona H sufren disminuciones en sus longitudes, al igual que el sarcómero en general. Sin embargo, la banda A se mantiene con una longitud constante (Modificado de López Chicharro y Fernández, 2006).

Movimientos reflejos. Son los menos complejos y su integración sensitiva-motora ocurre en la médula. Aunque los centro superiores del cerebro pueden modular ó incluso inhibir estos reflejos, generalmente la respuesta, que se genera en cosa de milesimas de segundo, es generada en la médula espinal. Movimientos rítmicos. Son una mezcla de movimientos reflejos y voluntarios, que necesitan de señales cerebrales para comenzar, pero una vez iniciado pueden continuar de forma reiterativa sin necesidad de más señales del encéfalo. Luego para finalizar el movimiento debe desencadenarse otra señal del cerebro. Ejemplo de estos movimientos son el caminar y correr. Movimientos voluntarios. Son los más complejos movimientos y necesitan de la participación del encéfalo. Se pueden originar por estimulos externos ó por voluntad.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 4.4

MOVIMIENTOS REFLEJOS

Cuando colocamos nuestra mano sobre algo caliente, los nociceptores y termorreceptores de dolor y temperatura envían información sensorial hasta la médula donde llegan a las interneuronas (neuronas que conectan neuronas sensitivas y neuronas motoras) y luego una respuesta motora viaja por el SNP hasta el músculo, lo que provoca la contracción del mismo y la retirada de la mano. Este tipo de respuesta motora es la más básica, ya que su ejecución depende sólo de las neuronas de la médula espinal, si bien se envía información hacia el encéfalo, sólo somos conscientes de la respuesta cuando el movimiento se está ejecutando ó ya ha sido realizado. Este tipo de acción recibe el nombre de movimiento reflejo.

4.4.1 Clasificación de los reflejos neurales La actividad sensitiva-motora de nuestro sistema nervioso permite dar origen a diversos tipos de movimientos, donde la respuesta motriz sin la necesidad de un procesamiento cerebral avanzado se denomina reflejo neural o movimiento reflejo. Este puede ser clasificado según varios criterios: a) Según la cantidad de neuronas de la vía refleja. Los reflejos monosinápticos poseen sólo dos neuronas en la vía refleja, una sensitiva y una motora (Fig. 4.11). Los reflejos polisinápticos poseen una neurona sensitiva, una motora y una ó más interneuronas (Silverthorn, 2008). b) Según la división eferente que controla el efector. Donde las motoneuronas somáticas controlan la actividad de músculos esqueléticos y las motoneuronas autónomas controlan la actividad del músculo liso y cardíaco (Silverthorn, 2008). c) Según el sitio donde se integre la neurona sensitiva y la motora. Los reflejos espinales se integran en la médula y los reflejos craneales en el cerebro (Silverthorn, 2008).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 4.11 Reflejos. En la imagen superior se observa el reflejo monosináptico. Cuando la información sensorial (A) llega a la médula es excitada una motoneurona alfa (B) quien envía información motora a la periferia (C). Aquí existe una única sinapsis. En la imagen inferior, un reflejo polisináptico. Cuando la información sensorial (A) llega a la médula es excitada una interneurona (B), la que puede ser excitatoria o inhibitoria. Esta a su vez descarga sobre la motoneurona alfa (C) que puede ó no enviar información motora a la periferia (D). Esta clase de reflejo es el más habitual. Los movimientos reflejos son respuestas programadas innatas que se relacionan con movimientos de protección contra agentes externos (Fig. 4.12) ó internos.

4.4.2 Huso neuromuscular Los reflejos somáticos cuentan con receptores especializados para entregar información sensitiva que active la vía refleja, uno de ellos es el huso neuromuscular. El músculo está compuesto por fibras musculares que pueden dividirse en extrafusales e intrafusales. Estas últimas se agrupan entre 4 y 20 formando, junto con las terminaciones nerviosas de las mismas, los husos neuromusculares (Fig. 4.13).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.12 Reflejo. Cuando un estímulo excita un receptor (A) la información sensitiva viaja por la neurona que está en el ganglio de la raíz dorsal (B) hasta la interneurona de la médula espinal (C), esta estimula la motoneurona (D) quien provoca la contracción del músculo (E) y el retiro del segmento del estímulo.

Figura 4.13 Huso neuromuscular. A=Músculo; B=Fibras extrafusales; C=Fibras intrafusales; D=Motoneurona alfa; E=Vía sensitiva; F=Motoneurona gamma (Modificado de Silverthorn, 2008).

El huso posee una cápsula de tejido conjuntivo que se une al endomisio de las fibras extrafusales (Wilmore y Costill, 2007). Las fibras extrafusales son inervadas por las moto-neuronas alfa, en cambio las fibras intrafusales son inervadas por motoneuronas gamma.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Las fibras intrafusales se clasifican en fibras nucleares en bolsa (2-3 en cada huso, siendo algunas estáticas y otras dinámicas) y fibras nucleares en cadena (5 en cada huso). La terminación sensitiva principal, llamada Ia, acaba en la zona central del huso y es sensible al estiramiento y a la velocidad de éste (Fig. 4.14). Las terminaciones sensitivas secundarias, llamadas II, terminan en la zona central de las fibras nucleares y en cadena y son sensibles al estiramiento pero en forma estacionaria (López Chicharro y Fernández, 2006).

Figura 4.14 Fibras intrafusales. A=Cápsula del huso neuromuscular; B=Fibra nuclear dinámica; C=Fibra nuclear estática; D=Fibra nuclear en cadena; E= Terminación sensitiva II; F=Terminación sensitiva Ia. (Modificado de López Chicharro y Fernández, 2006).

Cuando el músculo se elonga las fibras intrafusales también lo hace y sus terminaciones nerviosas Ia y II envían información a la médula espinal sobre la longitud de la fibra. Estas neuronas sensitivas conectan con motoneuronas alfa, quienes disparan potenciales para contraer las fibras extrafusales, de manera de evitar el sobreestiramiento. A esta actividad se le denomina reflejo miotático (Fig. 4.15). Durante la contracción del musculo se activa un sistema llamado coactivación alfa-gamma, de manera que las fibras intrafusales no dejen de funcionar cuando el músculo se acorte. Cuando las motoneuronas alfa generan potenciales de acción y se produce acortamiento de las fibras extrafusales se contrae el músculo lo que provoca un acortamiento de la cápsula del huso neuromuscular y baja la tensión de las fibras intrafusales. Sin 132

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA embargo, al mismo tiempo que disparan las motoneuronas alfa, también lo hacen las motoneuronas gamma, las que producen el acortamiento de los extremos de las fibras intrafusales. Esto conlleva el estiramiento de la región central de la fibra intrafusal, lo que permite mantener la activación de la vía sensitiva del huso neuromuscular aun durante la contracción.

Figura 4.15 Reflejo miotático. Cuando el músculo se elonga las fibras intrafusales (A) también lo hacen. Cuando la elongación es excesiva las neuronas sensitivas (B) envían potenciales hasta la médula espinal (C), donde se excita la motoneurona alfa (D) quien estimula la contracción de las fibras extrafusales (E) para evitar un daño en la fibra muscular (Modificado de Silverthorn, 2008).

4.4.3 Órgano tendinoso de Golgi Otro receptor especializado para entregar información sensitiva que activa un reflejo somático es el órgano tendinoso de Golgi. Este se encuentra en la unión de las fibras musculares y los tendones, generalmente unido con 10 ó 20 fibras. Este receptor responde a la tensión que desarrolla un músculo durante la 133

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA contracción, produciendo el reflejo de relajación, opuesto al huso neuromuscular. El órgano tendinoso de Golgi, esta formado por una cápsula de tejido conectivo y en su interior se mezclan fibras de colágeno con las terminaciones nerviosas de la neurona sensitiva que sale del órgano tendinoso y llega a la médula espinal (Fig. 4.16). Figura 4.16 Órgano tendinoso de Golgi. A= Músculo; B=Fibras extrafusales; C= Cápsula del órgano tendinoso de Golgi; D= Tendón; E= Fibras de colágeno; F= Terminación nerviosa sensitiva (Modificado de Silverthorn, 2008).

Cuando el músculo se contrae, tracciona las fibras de colágeno y comprime las terminaciones nerviosas que disparan potenciales de acción. Estos llegan a la médula donde activan interneuronas inhibitorias que actúan sobre las motoneuronas alfa y disminuye o detienen la contracción muscular. A esta actividad se le denomina reflejo miotático inverso (Fig. 4.17). Siempre existe una resistencia por parte de una articulación a su movimiento en forma pasiva, que es generada por la activación de los reflejos miotáticos al intentar estirar el músculo. Esa resistencia activa del músculo al movimiento pasivo recibe el nombre de tono muscular. Esto es fundamental en los músculos antigravitatorios para mantener la postura, ya que la fuerza de gravedad ejercer presión constante sobre ellos y el reflejo miotático generan la tensión necesaria para mantener los segmentos en una determinada postura.

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Figura 4.17 Reflejo miotático inverso. A= Órgano tendinoso de Golgi; B= Interneurona inhibitoria; C= Motoneurona alfa (Modificado de Bear et al. 1998).

Figura 4.18 Reflejo rotuliano es miotático monosináptico. Cuando se estimula el tendón del cuádriceps con un golpe (A) el huso neuromuscular se estira y su vía sensitiva envía un potencial de acción hasta la médula (B). Ahí excita una motoneurona alfa (C) que provoca la contracción del cuádriceps (D), pero al mismo tiempo la neurona sensitiva estimula una interneurona (E) que inhibe la motoneurona que inerva el isquiotibial (F) lo que provoca la relajación de ese músculo (G). Al proceso en paralelo de contracción de un músculo agonista y relajación del antagonista para realizar un movimiento recibe el nombre de inhibición recíproca.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.19 Reflejo de extensión cruzado. Cuando un estímulo doloroso (A) activa una neurona sensitiva (B), el potencial de acción llega a la médula espinal, donde excita una neurona que proyecta su axón hasta el cerebro (C) y al mismo tiempo inerva interneuronas (D), que inervan motoneuronas alfa. Una de ellas inhibe la contracción del cuádriceps (E) y otra provoca la flexión de la musculatura isquiotibial del lado del estímulo doloroso (F). Al mismo tiempo, otras interneuronas contraen el cuádriceps (G) e inhiben los isquiatibiales (H) de la pierna opuesta, provocando el apoyo del peso corporal en ella.

4.5

MOVIMIENTOS VOLUNTARIOS

Todo organismo con sistema nervioso posee la capacidad de desplazar segmentos o el total de su cuerpo en forma voluntaria de manera de buscar comida, luchar por la reproducción o huir de un predador. En los mamíferos, la información debe viajar desde el encéfalo hasta la motoneurona alfa de la médula espinal, la que excitará la fibra muscular provocando su contracción. Las vías que viajan por la médula llevan información sensitiva hacia el cerebro e información motora hacia la periferia y reciben el nombre de vías o tractos ascendentes y descendentes, respectivamente.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 4.5.1 Vías espinales ascendentes Los impulsos que llegan a la corteza sensitiva cerebral siguen vías que van desde la periferia a la médula espinal y luego a los centro superiores o directamente llegan al cerebro. La mayoría de ellas utilizan tres neuronas de relevo o estaciones, la primera de ellas posee su soma en el ganglio de la raíz dorsal y recibe el nombre de neurona sensitiva primaria. La segunda se encuentra en la médula espinal y recibe el nombre de neurona sensitiva secundaria. La tercera se ubica en el tálamo y recibe el nombre de neurona sensitiva terciaria, esta es la que proyecta finalmente a la corteza cerebral (Fig. 4.20). Las vías senstivas se clasifican en: Espinotalámico lateral: Se origina en el cordón gris posterior de la médula espinal. Su función es transmitir información sensitiva de dolor, temperatura y tracto grosero. Los axones de esta vía decusan (cruzan al lado opuesto) en la médula espinal. Razón por la cual la sensación del lado derecho llega la corteza sensitiva izquierda del cerebro y viceversa (Fig. 4.20). Espinotalámico anterior: Se origina en el cordón gris posterior de la médula espinal. Su función es transmisitr información sensitiva de tacto grosero y presión. Su decusación se produce en la médula. Cordones de Goll y de Burdach: Se originan en los ganglios raquídeos. Su función es transmisitr información sensitiva de tacto discriminante, presión, vibración y cinestesia consciente. Su decusación se produce en el núcleo de Goll del bulbo raquídeo (Fig. 4.20). Espinocerebeloso anterior y posterior: Se originan en el cordón gris anterior y posterior de la médula espinal. Su función es transmitir información sensitiva de la cinestesia inconsciente.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.20 Vías sensitivas. En línea continua la vía espinotalámica lateral y en línea punteada el tracto de Goll. A=Neuronas sensitivas primarias; B=Médula espinal; C=neurona sensitiva secundaria del tracto espinotalámico lateral; D=tracto de Goll; E=Bulbo raquídeo; F=Núcleo de Goll; G=neurona sensitiva secundaria del tracto de Goll; H=Protuberancia; I=Mesencéfalo; J=Tálamo; K=Corteza sensitiva. 138

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 4.5.2 Vías espinales descendentes El cerebro genera y regula el movimiento voluntario mediante dos vías que se conectan con las motoneuronas de la médula espinal: la vía lateral y la ventromedial. La primera vía desciende desde la corteza cerebral hacia la formación reticular, coliculo superior, núcleos vestibulares y médula espinal y participan en le movimiento de la musculatura. La segunda vía desciende desde el tronco encefálico (formación reticular, coliculo superior y núclkeos vestibulares) hasta la médula espinal y se relacionan con la posición y la locomoción (Lopez Chicharro y Fernandez, 2006).

Vía lateral La vía descendente lateral de la médula espinal esta formada por: Fascículo corticoespinal lateral:Se origina en la corteza motora del cerebro, sus axones descienden hasta el bulbo raquídeo formando las llamadas vías piramidales. Los axones decusan al finalizar el bulbo y bajan lateralmente por la médula hasta las motoneuronas (alfa y gamma) de la región dorsolateral del asta anterior, controlando la musculatura del lado contrario del cuerpo. La corteza derecha controla los movimientos del lado izquierdo y vicevera (Fig. 4.21). Fascículo corticoespinal anterior: Se origina en la corteza motora y sus axones descieden por el mismo lado de la médula hasta los motoneuronas. Su función es la misma que la corticoespinal lateral, sólo que controla musculatura del mismo lado. Tracto rubroespinal: El soma de estas neuronas estan en el núclo rojo y sus axones decusan en la protuberancia anular uniendose al fascículo corticoespinal. Pertenece a las llamadas vías extrapiramidales. Su función es coordinar el movimiento y la postura corporal (Fig. 4.21).

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Figura 4.21 Vías laterales descendentes espinales. En línea punteada vía corticoespinal lateral y en línea continua vía rubroespinal. A=Corteza motora; B=Tálamo; C=Mesencéfalo; D=Núcleo rojo; E= neurona motora primaria de la vía corticoespinal lateral; F=neurona motora secundaria de la vía rubroespinal; G=protuberancia; H=bulbo raquídeo; I=Médula espinal; J=motoneuronas terciarias; K=vías motoras.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Vía ventromedial La vía ventromedial de la médula espinal, junto con el tracto rubroespinal, forman las llamas vías extrapiramidales. Esta vía esta formada por: Tracto vestibuloespinal: El soma de sus neuronas se ubican en los núcleos vestibulares, sus axones descienden en forma bilateral por la médula e inervan motoneuronas de la musculatura de las extremidades para compensar el movimiento de la cabeza (López Chicharro y Fernández, 2006). Tracto tectoespinal: El soma de sus neuronas se encuentran en el colículo superior, que recibe información sensorial de la corteza visual y auditiva con lo que elabora un mapa del espacio. Sus axones inervan las motoneuronas de la musculatura encargada del movimiento de la cabeza y los ojos para orientarlos hacia el estímulo visual y auditivo. Tracto retículoespinal pontino: Se origina en la formación reticular, que recibe información desde la corteza. Sus axones inervan las interneuronas de la musculatura extensora del tren inferior y la flexora del tren superior, de esta forma se mantiene la postura erguida (López Chicharro y Fernández, 2006). Tracto reticuloespinal bulbar: Se origina en la formación reticular. Su función es inhibir el reflejo miotático e inhibir el control reflejo de la musculatura antigravitatoria, acción opuesta al trabajo del tracto reticuloespinal pontino (López Chicharro y Fernández, 2006).

4.5.3 Núcleos del tronco encefálico Existen cuatro núcleos del tronco encefálico de gran importancia para la actividad motora: el núcleo rojo, la formación reticular, núcleos vestibulares y el colículo superior.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.22 Vía retículoespinal. A=Corteza motora; B=Tálamo; C=Núcleo lenticular; D=Mesencéfalo; E=Núcleo rojo; F=Protuberenacia; G=Formación reticular; H=Bulbo raquídeo; I=Médula espinal; J=Motoneurona medular.

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Figura 4.24 Ubicación de las vías ascendentes y descendentes en la médula espinal. Las vías ascendentes son de anterior a posterior: tracto espinotálamico (A), tracto espinotectal (B), tracto espinocerebeloso anterior (C), tracto espinotálamico lateral (D), tracto espinocerebeloso posterior (E), fascículo de Burdach (F) y fascículo de Goll (G). Las vías descendentes son de anterior a posterior: tracto corticoespinal anterior (H), tracto tectoespinal (I), tracto vestibuloespinal (J), tracto retículoespinal (K), tracto rubroespinal (L) y tracto corticoespinal lateral (M). (Modificado de Thibodeau y Patton, 2007).

a) Núcleo rojo: Este núcleo se ubica en el mesencéfalo (Fig. 4.25). Recibe información de la corteza motora ipsilateral (del mismo lado) y del núcleo interpuesto del cerebelo contralateral. Sus axones descienden formando el tracto rubroespinal e inervan interneuronas de la zona cervical y lumbar. Su efecto es activar los músculos flexores e inhibir los extensores del tren superior. Tambien se relaciona con el gateo en los bebés (López Chicharro y Fernández, 2006). b) Formación reticular: Los núcleos de la formación reticular se extienden por todo el tranco encefálico. Recibe información de la corteza, el núcleo fastigial del cerebelo, núcleos vestibulares y médula espinal. La información de la corteza controla la 143

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA actividad de la formación reticular para ajustar el movimiento planificado. Sus axones descienden en la médula formando los tractos retículos espinal pontino y bulbar (López Chicharro y Fernández, 2006). c) Núcleos vestibulares: Se ubican en la protuberancia y bulbo raquídeo. La información vestibular le indican a estos núcleos la posición de la cabeza en el espacio. Sus axones proyectan a los núcleos motores oculares para estabilizar los ojos, al tálamo y la corteza para la percepción de la posición de la cabeza y a la médula espinal por los tractos vestibuloespinales (López Chicharro y Fernández, 2006). d) Colículos superiores: Se ubican en el mesencéfalo. Recibe información de la retina y el sistema auditivo. Sus axones proyectan a través del tracto tectoespinal para coordinar la posición de la cabeza frente a estímulos visuales y auditivos (López Chicharro y Fernández, 2006).

Figura 4.25 Núcleos del tronco encefálico relacionados con el movimiento: Colículo superior (A); Núcleo rojo (B); Formación reticular (C) y núcleos vestibulares (D).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 4.5.4 Control del movimiento voluntario Nuestra postura erguida es generada por el reflejo miotático ya que la fuerza de gravedad tiende a extender la musculatura. Las vías descendentes ventromedial aumentan el tono de los músculos extensores y las vías laterales aumentan el tono de los flexores (López Chicharro y Fernández, 2006). El control postural está regulado por núcleos del tronco encefálico, sin embargo, este control durante el movimiento necesita de la dirección de centros superiores que regularan la postura y el movimiento. Existen dos tipos de control neural cuando generamos un movimiento voluntario: control por retroacción y control por anticipación. a) Control por retroacción El SNC utiliza la información sensorial para regular las señales motoras, tanto de la postura como de un movimiento. De esta forma se puede corregir constantemente la ejecución, aún cuando existan cambios externos que influyan sobre el sujeto. En general este control actúa sobre movimientos lentos y de gran precisión. b) Control por anticipación El SNC emplea información sensorial para predecir un movimiento, basándose en la experiencia. Estos movimientos son de gran velocidad y no es posible corregirlos durante su ejecución, por ello el cerebro debe prever y programar el movimiento antes de su ejecución. Aquí resulta fundamental la práctica de un movimiento, ya que así el SNC puede corregir su ejecución antes de realizarla y una vez aprendido el movimiento se vuelve automático.

4.5.5 Movimiento rítmico de locomoción La marcha es un tipo de movimiento estereotipado y repetitivo que no necesita del control directo de centros superiores ni aferencias sensoriales, ya que grupos de neuronas de la médula espinal son las encargadas de generar dicho movimiento. Existen

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA dos redes de neuronas espinales que controlan la marcha, una relacionada con la musculatura flexora y otra con la extensora. Estas redes poseen la característica que una vez han sido estimuladas pueden seguir generando potenciales rítmicamente produciendo la contracción y extensión de la musculatura. Estas interneuronas funcionan como marcapasos de la actividad de locomoción (López Chicharro y Fernández, 2006). Los sistemas visuales, auditivos y propioceptivos son fundamentales en la marcha ya que envían información sobre el entorno y la musculatura del sujeto, para ajustar constantemente el patrón de locomoción. El centro locomotor del mesencéfalo inicia y regula la velocidad de la marcha, la corteza motora modifica la locomoción guiada por las aferencias sensoriales y el cerebelo analiza el movimiento, estableciendo una comparación entre lo que se realiza y lo que se debería realizar.

4.5.6 Corteza cerebral y movimiento La corteza corresponde a una capa de somas neuronales (la sustancia gris) que envuelve el cerebro, estando constituida por seis laminas de neuronas. Esta estructura puede dividirse en cortezas sensoriales (que recibe información aferente), cortezas motoras (que generan información eferente) y cortezas de asociación (zonas de integración de la información sensitiva para generar la motora). Esta última es la más extensa en la corteza, lo que permite una amplia posibilidad de respuestas voluntarias frente a cualquier estímulo (Kandel et al. 2000). La corteza sensorial se ubica en la zona anterior del lóbulo parietal, en tanto que la corteza motora primaria se ubica en la parte posterior del lóbulo frontal, justo antes del córtex sensitivo. Existe una corteza motora secundaria, ubicada en forma anterior a la motora primaria y constituida por la corteza pre-motora (CPM) y la corteza motora suplementaria (CMS). La corteza prefrontal también juega un papel fundamental en la generación y control del movimiento voluntario. En esta región se generan funciones cognitivas muy complejas como las decisiones, el pensamiento, la reflexión, etc. (Fig. 4.26).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.26 Corteza cerebrales relacionadas con el movimiento voluntario. A= Corteza prefrontal; B= Corteza Motora Suplementaria; C= Corteza pre-motora; D= Corteza motora; E= Corteza sensorial.

En la corteza motora primaria y la corteza sensitiva está representado topográficamente la mitad opuesta de cuerpo, donde cada parte ocupa una extensión diferente en la corteza dependiendo de la cantidad y calidad de los movimientos de cada segmento para la primera y de la discriminación sensitiva para la segunda. A esto se le llama organización somatotópica (Fig. 4.27).

Figura 4.27 Organización somatotópica de las corteza sensitiva (A) y motora (B).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Los axones procedentes de las neuronas de la corteza motora bajan por la médula espinal hasta conectar a la motoneuronas o interneuronas que generar el movimiento. Sin embargo, la corteza no activa músculos individuales, sino que estimula grupos de músculos relacionados con varias articulaciones, de esta forma es posible realizar movimientos de varios segmentos para cumplir con un objetivo. Cada movimiento está controlado por un gran número de neuronas en la corteza, ya que mientras más neuronas realicen un movimiento más preciso será éste (López Chicharro y Fernández, 2006). El aprendizaje motor produce variaciones en el mapa somatotópico, de manera que un movimiento muy entrenado genera una mayor representación de los segmentos involucrados en dicho movimiento en la corteza motora primaria. Esta plasticidad neural es fundamental para adquirir y mejorar habilidades motrices (Kandel et al. 2000). La corteza motora primaria contribuye a la planificación del movimiento y controla la actividad de éste. La corteza motora suplementaria participa en la planificación del movimiento voluntario de las manos y funciona activamente cuando se está pensando en cómo ejecutar un movimiento, pero sin realizarlo. La corteza premotora se relaciona con movimiento voluntarios realizados en base a estímulos sensoriales.

4.5.7 Ganglios basales Son núcleos del telencéfalo, compuestos por el núcleo estriado (formado por los núcleos caudado, putamen y pálido), núcleo subtalámico de Luys y la sustancia negra (Fig. 4.28). Reciben información de la corteza, el tálamo y núcleos del mesencéfalo. Sus proyecciones (principalmente del núcleo pálido) llegan a la formación reticular y al tálamo, para luego dirigirse a las cortezas premotoras y motoras suplementarias. Su neurotransmisor es el GABA. El circuito motor más importante de los ganglios basales es el corteza-estriado-pálido, tálamo-áreas premotoras. En primer lugar la

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA corteza excita las neuronas del estriado, el que inhibe el pálido y éste al tálamo. La modulación del movimiento puede realizarse por una vía directa en la que el estriado suprime la inhibición del pálido al tálamo, permitiendo que este active la corteza premotora que facilita el inicio del movimiento. Otra forma de modulación es la vía indirecta, en la que el núcleo subtalámico inhibe al estriado, permitiendo la excitación del pálido que inhibe el tálamo, que no puede activar la corteza premotora y así se detiene el movimiento (López Chicharro y Fernández, 2006).

A

Figura 4.28 Sistema de ganglios basales. En la figura superior, ubicación del Núcleo estriado (A) en vista lateral. En la figura inferior vista frontal del cerebro. Los ganglios basales están constituidos por el núcleo caudado (B), el núcleo subtálamico (C), el globo pálido con su segmento interno (D) y externo (E) y el putamen (F). En la imagen también se aprecia los ventrículos laterales (G), el tálamo (H), la sustancia negra (I), el núcleo amigdalino (J) y el claustro (K). (Modificado de Kandel et al. 2000).

Por otra parte, las vías dopaminérgicas de la sustancia negra reducen la inhibición del tálamo, permitiendo la actividad de la corteza premotora. La disminución de la actividad de los ganglios basales permite una mayor actividad de la corteza premotora, por lo cual la función principal de estos núcleos es regular el movimiento, ya que son

149

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA capaces de facilitar el inicio y el fin de una determinada acción motora. También se relacionan con la planificación de un movimiento, ya que su actividad aumenta previo a la actividad motriz. Finalmente, también poseen importancia en la postura cuando nos desplazamos.

4.5.8 Cerebelo Este órgano se ubica en la parte posterior del cráneo, bajo el lóbulo occipital. Posee una apariencia rugosa semejante al cerebro, dada por los pliegues de la corteza cerebelosa. Su función se relaciona con la coordinación de los músculos durante el movimiento y con el aprendizaje motor. Funcionalmente se divide en (Fig. 4.29): Vestibulocerebelo Que recibe información auditiva y visual. Esto es fundamental para el equilibrio y mantener la imagen en la retina cuando se gira la cabeza (López Chicharro y Fernández, 2006). Espinocerebelo Incluye el vermis y la región media de los hemisferios. Recibe información de los músculos y articulaciones desde la médula e información sensitiva y motora desde la corteza. Su función se relaciona con la postura, la locomoción y regula los movimientos voluntarios mediante señales sensoriales (López Chicharro y Fernández, 2006). Cerebrocerebelo Incluye los hemisferios cerebelosos y el núcleo dentado. Recibe información de la corteza motora y prefrontal y proyecta a la corteza motora. Su función se relaciona con la planificación motora. Cuando recibe información de la corteza, esta región devuelve el tipo de movimiento, la intensidad y la secuencia del movimiento (López Chicharro y Fernández, 2006).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Vermis

Espinocerebelo

Lingula

Lóbulo anterior

Zona lateral del hemisferio

Lóbulo posterior

Cerebrocerebelo B C

A

D

Zona intermedia del hemisferio Uvula

Lóbulo floculonodular

Vestibulocerebelo

Figura 4.29 Cerebelo. En la imagen izquierda estructura anatómica del cerebelo. En la imagen derecha división funcional de cerebelo. A=Vermis; B=Hemisferio intermedio; C=Hemisferio lateral; A=Núcleo fastigio; B=Núcleo emboliforme; C= Núcleo dentado; D=Núcleo globoso (Modificado de Kandel et al, 2000)

El cerebelo se relaciona con los programas motores y con la mejora de los mismos durante la práctica de un movimiento. También puede corregir los movimientos de alta velocidad (balísticos) con las continuas ejecuciones, pero no es posible hacerlo durante su ejecución. De esta forma el cerebelo compara el movimiento deseado con el ejecutado y podrá ejecutarlo de mejor manera la próxima vez que se realice.

4.5.9 Las fases del movimiento voluntario Cuando realizamos un movimiento voluntario es necesario completar tres fases, las que se realizan en diferentes estructuras del sistema nervioso. Plan motor. Hace referencia al establecimiento general de un movimiento en relación a una motivación (acercamiento o alejamiento) o a 151

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA una estimulación sensorial. Participan la corteza prefrontal, el sistema límbico y diversas cortezas de asociación. Programa motor Hace referencia al diseño motor del movimiento, es decir, a la secuencia de músculos que realizarán el movimiento, la velocidad y fuerza de ejecución, inicio y fin del movimiento, etc. Todo orientado a lograr el plan motor previamente generado. En esta fase participan la corteza motora, cortezas premotoras, tálamo, ganglios basales y cerebelo. Ejecución motora Hace referencia a la realización del programa motor, mediante las vías descendentes que actúan sobre motoneuronas alfa y gamma o sobre interneuronas de la medula espinal, quienes finalmente realizan la contracción y relajación muscular necesarias para lograr el movimiento. En esta fase participan la corteza motora, el tronco encefálico, la medula espinal y las unidades motoras (Fig. 4.30).

4.6

TRASTORNOS DEL MOVIMIENTO

Los trastornos del movimiento más importantes están producidos por alteraciones de estructuras encefálicas. Estos pueden ser desordenes hipokinéticos que se caracterizan por una dificultad del inicio del movimiento (akinesia) y una amplitud reducida de la velocidad del movimiento (bradikinesia). Esto es acompañado de rígidez muscular y temblor. El ejemplo más conocido de estos trastornos es la enfermedad de Parkinson. Los trastornos también pueden ser hiperkinéticos, que se caracterizan por una excesiva actividad motora, movimientos involuntarios (disquinesias) y una disminución del tono muscular (hipotonía). Los ejemplos más conocidos son la enfermedad de Huntington y el hemibalismo.

152

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 4.30 Esquema de las fases del movimiento voluntario. Las aferencias sensoriales activan la corteza sensorial, esto provoca la generación del plan motor (Corteza de asociación y prefrontal), posteriormente de elabora el programa motor (Ganglios, talamo, cerebelo y corteza premotora) y finalmente se ejecuta el movimiento (corteza motora, tronco encefálico, médula y unidad motora).

4.6.1 Enfermedad de Parkinson Es una enfermedad neurodegenerativa que fue descrita por primera vez por James Parkinson en 1817. El trastorno se produce por disfunción del sistema nigro-estriado, producto de la pérdida de neuronas en la sustancia negra. Las neuronas sobrevivientes presentan cuerpos de Lewy, que son cuerpos eosinófilos citoplasmáticos. La degeneración de las neuronas de

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA esta región produce una disminución de la dopamina en el estriado y un fallo en la transmisión dopaminérgica. Esto evita la inhibición que ejerce el estriado mediante la dopamina y los sistemas colinérgico-estrio-talámico y estrio-nigrales se tornarían predominantes. La enfermedad de Parkinson se caracteriza por un temblor asimétrico de las manos, bradicinesia (enlentecimiento de los movimientos volunatrios) que afecta la cara y las extremidades, lo que provoca entre otras cosas el caminar a pequeños pasos y el bloqueo, donde el paciente no puede dar un paso, quedándose congelado. También presenta hipertonía (rígidez) por aumento del tono muscular y alteraciones de los reflejos posturales. Los pacientes también pueden presentar trastornos del habla, del sueño, depresión, demencia, etc. La enfermedad de Parkinson presenta tres etapas (Kulisevsky, 2000):  Etapa inicial donde se observa una ligera disminución del braceo, una ligera rígidez y leve temblor.  Etapa intermedia que muestra una rígidez, bradicinesia y temblor marcado, ausencia de braceo y piernas que se arrastran al caminar.  Etapa avanzada que se presenta entre 5 y 10 años después de comenzar los síntomas, donde se observa trastornos graves del movimiento y degeneración cognitiva. La muerte de las neuronas de la sustancia negra está mediada por procesos apoptóticos, donde se cree que intervienen mecanismos oxidativos, razón por la cual los tratamientos protectores apuntan a inibidores de monoaminooxidasas (MAO) que limitan la acción oxídativa como el fármaco selegilina. Para el tratamiento sintomático del Parkinson se utiliza fármacos relacionados con la síntesis de dopamina como el L-dopa. También se utilizan agonistas dopaminérgicos como la bromocriptina, pergolide, lisuride, etc.; fármacos anticolinérgicos, como triexifenidil, biperideno, etc.; fármacos inhibidores de la MAO como la selegilina y rasagilina; y fármacos que mejoran la transmisión dopaminérgica como la amantadina (Kulisevsky, 2000). 154

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA La actividad física puede evitar o enlentecer los problemas de movilidad en la fase inicial, donde se debe incluir trabajos de resistencia al 60% de la frecuencia cardíaca máxima, ejercicios de fuerza y flexibilidad. Es importante el dar énfasis al trabajo de la musculatura extensora para contrarrestar las posturas flexionadas típicas de este trastorno (Kulisevsky, 2000).

4.6.2 Huntington y hemibalismo La enfermedad de Huntington fue descrita inicialmente por George Huntington en 1872. Es un trastorno neuropsiquiátrico que presenta alteraciones cognitivas (alteración de la atención y concentración, pensamiento enlentecido, disminución de la capacidad de aprendizaje, falta de planificación y dificultades en la resolución de problemas) psiquiátricas (problemas afectivos, irritabilidad, brotes psicóticos, deseos de suicidio y demencia) y motoras (movimientos involuntarios y exagerados de las extremidades, muecas repentinas y dificultad en la marcha). Los síntomas aparecen entre los 30 y 50 años en término medio y se extienden entre 15 y 20 años, hasta la muerte del paciente. El Huntington es resultado de una herencia autosómica dominante, es decir hijos con un progenitor que padezca la enfermedad tiene 50% de posibilidad de desarrollarla. Se ha descubierto que el gen responsable del Huntington se ubica en el cromosoma 4. El gen, llamado Huntingtina, produce una proteína llamada igualmente Huntingtina que se relaciona con la neurogénesis y regula la apoptosis. Un aumento en un triplete del gen en mas de 40 repeticiones (8 a 35 es normal) producen la enfermedad, con la acumulación de la proteína mutada de Huntingtina que produce la muerte de neuronas en el caudado y putamen. En etapas avanzadas se observa daño también del tálamo, la corteza parietal y frontal. Actualmente no existe tratamiento para esta enfermedad. El hemibalismo es un trastorno que se caracteriza por movimientos involuntarios, rápidos, sin coordinación y violentos sobre todo de las extremidades superiores. Esto se produce por lesiones del núcleo subtálamico contralateral, lo que produce una

155

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA reducción de la descarga tónica de neuronas del pálido interno, lo que provoca una desinhibición del tálamo. Finalmente esto provoca señales sobre la corteza cerebral en forma constante y que produce movimientos fuertes, rápidos e involuntarios.

BIBLIOGRAFÍA Bear, M.; Connors, B. & Paradiso, M. (1998). Neurociencia. Explorando el cerebro. Barcelona: Masson Ed. Kandel. E.; Schwartz, J. & Jessel, T. (2000). Principios de neurociencia. Madrid: McGraw- Hill. Kulisevsky, J. (2000). Enfermedad de Parkinson. Guía terapéutica de la sociedad Catalana de neurología. Servicio de neurología, Hospital de la Danta Creu i Sant Pau, España. López Chicharro, J.; Fernández, A. (2006). Fisiología del ejercicio. Madrid: Medica Panamericana. Silverthorn, D. (2008). Fisiología humana. Madrid: Médica Panamericana. Thibodeau, G.; Patton, K. (2007). Anatomía y fisiología. Madrid: Elseiver. Wilmore, J.; Costill, D. (2007) Fisiología del esfuerzo físico y el deporte. Madrid: Paidotribo.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 5

PROPIOCEPCIÓN, AUDICIÓN Y ACTIVIDAD FÍSICA _______________________________________________________________

La información sensorial que recibe nuestro sistema nervioso puede provenir del entorno o de nuestro propio organismo, algunas son conscientes y otras actúan bajo ese umbral, pero lo que tienen en común es que todas actúan para mantener la homeostasis del organismo y lograr su supervivencia. Existen decenas de formas de procesamiento de información sensitiva (Tabla 5.1). Sin embargo, estamos más familiarizados con los sentidos especiales como la audición, tacto, gusto, olfato y visión, ya que son los que nos permiten relacionarnos con el medio donde nos desenvolvemos. Un estímulo es una forma de energía física que al entrar en contacto con un receptor es transducida, es decir, convierte el estímulo en un cambio del potencial de membrana en la neurona. Estos receptores pueden clasificarse de tres formas: por su localización, por el estímulo detectado y por su estructura.

5.1

RECEPTORES Y ESTÍMULOS

Un receptor sensorial es una terminación dendrítica especial que genera potenciales de acción cuando un estímulo entra en contacto con ella. Este potencial viaja por la membrana de la neurona sensitiva provocando una sinapsis con otra neurona del SNC. Si la neurona última donde descarga el potencial se ubica en

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA la médula espinal o el tronco encefálico la respuesta será un reflejo musculoesquelético o un reflejo complejo de control de la actividad cardíaca, respiratoria, de concentración de gases, etc., respectivamente. Si la última neurona se encuentra en la corteza cerebral la respuesta será la interpretación de una sensación y una actividad muscular o visceral de gran complejidad, en la que participan diferentes áreas del cerebro dependiendo de la naturaleza del estímulo. Tabla 5.1 Diversas formas de procesamiento de la información sensitiva (Modificada de Silrverthorn, 2008).

PROCESAMIENTO CONCIENTE Sentidos especiales Sentidos somáticos Audición Dolor Equilibrio Propiocepción Gusto Prurito Olfato Tacto Visión Temperatura PROCESAMIENTO INCONCIENTE Estímulos somáticos Estímulos viscerales Longitud muscular Presión arterial Tensión muscular Glucemia Temperatura interna Osmolaridad Insuflación pulmonar pH Oxígeno en sangre

5.1.1 Clasificación de los receptores Clasificación de los receptores según su localización  Exteroceptores: Se ubican en la superficie corporal.  Interoceptores: Se ubican en las vísceras (Visceroceptores). 158

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Propioceptores: Se ubican en el músculo esquelético.

Clasificación de los receptores según el estímulo detectado  Quimiorreceptores: que responden a la concentración de oxígeno, al pH, glucosa, odorantes, sabores, etc.  Mecanorreceptores: que responden a la presión, estiramiento celular, sonido, etc.  Fotorreceptores: que responden a la luz.  Termorreceptores: que responden a la temperatura.  Nociceptores: que responden a daños tisulares.

Clasificación de los receptores según su estructura  Terminaciones libres: Son los más frecuentes y de mayor distribución. Se relacionan con sensaciones como el dolor, la temperatura, el cosquilleo, el tacto, etc.  Terminaciones encapsuladas: Se activan con los estímulos mecánicos y se relacionan con las sensaciones de vibración, tacto grosero, presión, longitud muscular, etc.

5.1.2 Campos perceptivos Los receptores visuales y somatosensitivos poseen un área física donde debe llegar el estímulo, a esto se conoce como campo perceptivo de una neurona. Fuera de esta zona la neurona no dispara potenciales de acción y no existe estimulación sensorial. Esta neurona receptora recibe el nombre de neurona sensitiva primaria y la neurona del SNC con la que hace contacto, neurona sensitiva secundaria (Bear et al. 1998). Existen muchas neuronas sensitivas primarias que superponen sus campos perceptivos y convergen a la misma neurona sensitiva secundaria (Fig. 5.1), de esta manera se suman múltiples estímulos subumbrales (Silverthorn, 2008).

159

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 5.1 Varias neuronas sensitivas primarias (A) convergen sobre una neurona sensitiva secundaria (B), lo que significa que los campos perceptivos individuales de las neuronas sensitivas (C) se superponen formando un campo perceptivo secundario (D). Dos estímulos en campos perceptivos de neuronas sensitivas diferentes serán enviados como una sola señal al cerebro. En cambio en neuronas sensitivas primarias (E) que convergen sobre diferentes neuronas sensitivas secundarias (F) los estímulos que caigan en sus campos perceptivos (G) serán enviadas como señales diferentes al cerebro. (Modificado de Silverthorn, 2008).

5.1.3 Propiedades de un estímulo Todas las señales sensitivas que llegan al SNC se transmiten de la misma forma, en base a potenciales de acción. Por lo tanto, debe existir alguna forma de diferenciar que tipo de sensación debe experimentarse. Esto se logra mediante cuatro propiedades de los estímulos: modalidad, localización, intensidad y duración. La modalidad de un estímulo se relaciona con la sensibilidad de un grupo de neuronas de reaccionar frente a dicho estímulo en particular (por ejemplo, las neuronas de la retina reaccionan con fotones de luz, las del bulbo olfatorio con odorantes, etc.).

160

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA La localización de un estímulo se refiere a la activación de los campos perceptivos de las neuronas que se codifican en zonas específicas del encéfalo, generando una organización topográfica de los receptores. De esta forma es posible localizar espacialmente el lugar de recepción del estímulo. La intensidad de un estímulo se relaciona con la cantidad de receptores activados y la frecuencia de potenciales de acción que generan dichos receptores. Finalmente, la duración de un estímulo se refiere al tiempo durante el cual los receptores generen potenciales de acción (Silverthorn, 2008). En relación a la duración de un estímulo es importante mencionar que existen dos clases de receptores en relación a la estimulación continua: los receptores tónicos que generan potenciales de acción durante toda la duración de un estímulo y los receptores fásicos que generan potenciales de acción cuando inicia el estímulo, pero luego dejan de disparar pese a que continúe presente dicho estímulo (Silverthorn, 2008).

5.2

SENTIDOS SOMÁTICOS

Nos ocuparemos directamente de los sentidos somáticos,los que pueden ser de cuatro tipos: nocicepción, temperatura, tacto y propiocepción. Las vías espinales ascendentes que utilizan estos estímulos sensoriales para llegar a la corteza cerebral y su distribución en la corteza sensitiva fueron expuestas en el capítulo 4. Los receptores de propiocepción y tacto fino en la periferia se comunican a través de la médula espinal con su segunda neurona en el bulbo raquídeo. Esta neurona, a su vez proyecta sobre la tercera neurona sensitiva en el tálamo, la cual sinapta en la corteza sensitiva del cerebro. En el caso de los receptores de nocicepción, temperatura y tacto grueso se comunican con su segunda neurona en la médula espinal, la que proyecta hasta el tálamo a su tercera neurona sensitiva la cual se comunica con la corteza sensitiva.

161

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Una vez recordadas las conexiones sinápticas de ascenso en las vías sensitivas, nos enfocaremos en las características de sus receptores.

5.2.1 Propiocepción y entrenamiento Es definida como la conciencia del movimiento corporal y de la posición del cuerpo en el espacio (Silverthorn, 2008). Los receptores propioceptivos se encuentran en los músculos y articulaciones, siendo algunos de procesamiento bajo el umbral de la conciencia como el huso neuromuscular y el órgano tendinoso de Golgi, y otros de procesamiento conciente como los receptores que indican la ubicación de un músculo en relación a otro, de manera que podemos saber donde se encuentra cada uno de nuestros segmentos. La propiocepción es importante en los movimientos comunes que hacemos cada día y en los movimientos deportivos complejos que requieren un alto grado de coordinación. La información propioceptiva ayuda a mantener posiciones y aprender movimientos nuevos, de manera que un deterioro de este sistema (dado por lesiones o falta de entrenamiento) provoca una disminución en la coordinación. Las articulaciones que han sufrido lesiones provoca daño el sistema de husos neuromusculares y órganos tendinosos de Golgi, razón por la cual resulta ser más propenso a futuras lesiones en la misma región. El entrenamiento propioceptivo permite mejorar mecanismos reflejos, aumentando los estímulos facilitadores y disminuyendo los inhibidores (Tarantino, 2004). El entrenamiento de fuerza máxima ayuda a la facilitación de la musculatura agonista y la inhibición de la antagonista, provocando un mejor control del reflejo miotático y miotático inverso. Por otra parte, el trabajo de flexibilidad activa el órgano tendinoso de Golgi, permitiendo una mayor relajación muscular y por ende, un aumento en la amplitud del movimiento. Los trabajos de elongación neuromuscular propioceptiva mejoran en grandes rangos la flexibilidad. Estos sistemas se basan en la elongación de una articulación en forma relajada, luego mantención de una

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA posición por algunos segundos con contracción del músculo agonista (lo que provoca una inhibición del reflejo miotático y activación del miotático inverso) lo que permite aumentar el estiramiento. De esta forma se alternan períodos de relajación y contracción de la musculatura agonista durante el trabajo de flexibilidad. Los entrenamientos con lanzamientos y recepciones de balones de diversos tamaños y pesos resultan excelentes para mejorar nuestros movimientos en el espacio y realizar un ejecución eficaz, ajustando nuestros movimientos al objetivo buscado (Tarantino, 2004). El entrenamiento repetitivo de un movimiento provoca mejora no sólo de la ejecución motriz (trabajo realizado principal-mente por el cerebelo), sino también de la interpretación de la corteza somatosensitiva en relación a la ubicación espacial de los segmentos. La corteza puede ser entrenada para aprender a ubicar cada segmento del cuerpo en diversas posiciones, con la práctica constante de los movimientos que deseamos ejecutar. Por ejemplo, la realización de parada de manos en gimnasia ayuda al cerebro a localizar desde donde se envían las señales sensitivas, que en ese momento se encuentran en posiciones muy diferentes que al estar de pie, ya que el mundo está de cabeza.

5.2.2 Nocicepción Los receptores que transmiten sensaciones dolorosas son terminaciones nerviosas libres que se ubican tanto en la periferia (Exteroceptores) como en las vísceras (Interoceptores) y se activan ante cualquier estímulo nocivo (Fig. 5.2). Estas fibras nerviosas se clasifican en:  Fibras de dolor agudo o rápido (A) que se concentran en la piel y mucosas. Un ejemplo es la sensación producida por una quemadura.  Fibras de dolor lento (B) que se ubican en las vísceras. Un ejemplo es la sensación de dolor intestinal. Sólo el sistema nervioso carece de nociceptores. 163

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 5.2 Terminación nerviosa libre en la superficie de la piel (epidermis en células ovoideas y rectangulares).

Estos receptores responden a estímulos mecánicos, químicos y térmicos que produzcan lesión. Las vías de acción de las señales de las terminaciones nerviosas libres del dolor pueden ser en forma refleja a nivel medular (cuando se retira la mano de una superficie caliente) o pueden llegar hasta la corteza cerebral haciendo conciente la sensación. Las señales nociceptivas son transportadas por el SNC mediante tres tipos de fibras (Silverthorn, 2008):  Alfa-Beta (Aβ): son grandes y mielínicas, con una velocidad de conducción de 50-70 mt/seg. y responden a estímulos mecánicos.  Alfa-Delta (Aδ): son pequeñas y mielínicas, con una velocidad de conducción de 10 a 30 mt/seg. y responden a estímulos mecánicos, de frío y dolor rápido.  Fibras C: son pequeñas y amielínicas, con una velocidad de 0,5 a 2 mt/seg. y responden a estímulos mecánicos, de frío, calor y dolor lento. Cuando se estimula un subtipo de fibra C se produce la sensación de prurito (comezón). La teoría del control por compuertas del dolor explica que las fibras Aβ transmiten información de estímulos mecánicos que activa interneuronas inhibitorias, las cuales actúan sobre las fibras C que transportan información sobre el dolor, esto produce una 164

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA disminución de la actividad de la fibra C y por ende una disminución en el estímulo doloroso. Esto explica porque al frotarse un codo tras un golpe disminuye la sensación de dolor (Silverthorn, 2008).

5.2.3 Temperatura Los receptores de temperatura son terminaciones nerviosas libres que se ubican en la periferia (Exteroceptores). Los campos receptores de estas neuronas son de alrededor de 1 mm y son exclusivas para el calor o el frío, pero no para ambas. Existen más receptores de frío que de calor. Estos últimos se activan con temperaturas sobre 25º hasta 46º C. Pasado esto se activan las terminaciones libres de dolor. En el caso de los receptores del frío, se activan entre los 10º y 40º C. Bajo los 10º se activa las terminaciones libres de dolor. La sensación térmica es el resultado de la actividad de ambos receptores (Kandel et al. 2001).

5.2.4 Nocicepción y actividad física Hay evidencia de que los nociceptores de dolor y temperatura no se adaptan a un estímulo, pero si se pueden sensibilizar por la repetición incesante del estímulo. Por ejemplo, cuando realizamos un entrenamiento con altas cargas, producimos microdesgarros musculares que provocan dolor entre 24 y 72 horas posteriores a la realización del ejercicio. Pero los entrenamientos posteriores generan cada vez menos dolor muscular por la habituación de las terminaciones libres que se encuentran en el músculo. Situación similar ocurre cuando nos exponemos a temperaturas altas o bajas, un tiempo prolongado de entrenamiento a cierta temperatura permite al organismo la adaptación y la sensibilización, de manera que la temperatura que nos parecía molesta en primera instancia, tras un tiempo, ya no lo es tanto. Sin embargo, no existe evidencia que el entrenamiento deportivo por sí mismo pueda aumentar los umbrales de dolor y temperatura.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 5.2.5 Tacto Las sensaciones táctiles de la piel pueden clasificarse en tacto discriminativo y tacto grueso. El primero de ellos son sensaciones muy sutiles sobre la piel, de difícil localización y que están mediadas por los discos de Merkel. El tacto grueso y presión son sensaciones más profundas, de clara localización y que se generan por cambios mecánicos sobre la piel. Estas sensaciones están mediadas por los corpúsculos de Meissner, bulbos terminales de Krause, corpúsculos de Ruffini y corpúsculos de Pacini. a) Los discos de Merkel que se ubican en la capa superficial de la dermis (Fig. 5.3A). Es un mecanorreceptor del tipo de terminación nerviosa libre, que se activa por presión ligera, permitiendo el tacto discriminativo, detectando cambios sutiles en la forma y contorno de las superficies (Thibodeau y Patton, 2007). b) Los corpúsculos de Meissner que se ubican en la capa superficial de la dermis (Fig. 5.3B). También es un mecanorreceptor, pero una terminación nerviosa encapsulada, que se activa con presión ligera. Están relacionados con el tacto ligero y las vibraciones de baja frecuencia (Bear et al. 1998).

Figura 5.3 Disco de Merkel (A) y corpúsculo de Meissner (B)

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA c) Los bulbos terminales de Krause que se ubican en las membranas mucosas (Fig. 5.4A). Son mecanorreceptores del tipo terminaciones nerviosas encapsuladas, que se relacionan con el tacto discriminativo y las vibraciones de baja frecuencia (Bear et al. 1998). d) Los corpúsculos de Ruffini que se ubican en las zonas profundas de la dermis (Fig. 5.4B). Es un mecanorreceptor del tipo terminación nerviosa encapsulada, relacionado con el tacto grosero persistente, de manera que permite ser la sensación de presión profunda por largo tiempo (Thibodeau y Patton, 2007).

Figura 5.4 Bulbo terminal de Krause (A) y corpúsculo de Ruffini (B)

e) Los corpúsculos de Pacini que se ubican en las zonas profundas de la dermis, son mecanorreceptores del tipo terminaciones libres encapsuladas, que se relacionan con las sensaciones de presión profunda, vibraciones de alta frecuencia y estiramiento. Estos receptores se adaptan rápidamente y la sensación de presión desaparece tras unos instantes (Thibodeau y Patton, 2007). Otro receptor cutáneo es el plexo de la raíz del pelo, que se activa por estímulos mecánicos relacionados con el movimiento del pelo.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 5.5 Corpúsculo de Pacini.

Figura 5.6 Ubicación de los diversos receptores en la piel. Las terminaciones nerviosas libres que transmiten dolor y temperatura son las más superficiales (A). Los discos de Merkel (B) y los corpúsculos de Meissner (C) se encuentran cerca de la superficie. El bulbo terminal de Krause (D) se encuentra más profundo en la dermis, al igual que el plexo de la raíz del pelo (E) que se ubica en la base de éste. Finalmente, los corpúsculos de Pacini (F) y Ruffini (G) son los más profundos de los receptores cutáneos. (Modificado de Kandel et al. 2000). 168

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 5.2.6 Tacto y actividad física La destreza que se define como la habilidad de ejecutar movimientos precisos con las manos (apretar, agarrar, girar, torcer, etc.) está asociado al tacto. De manera que la representación de nuestros movimientos se debe a los receptores de tacto que envían sus señales al córtex somatosensorial, donde podemos tomar conciencia de una ejecución motora. Experimentos en monos muestran cambios en la representación de la mano que estos poseían en su corteza sensorial. Antes del entrenamiento los monos poseían una pequeña representación sensitiva de sus cinco dedos en su córtex somatosensitivo. Una hora diaria, durante unas cuantas semanas, se sometía al mono a un entrenamiento del uso de tres de sus cinco dedos para obtener alimento. Tras este período la representación de los dedos en la corteza sensitiva había aumentado significativamente (Fig. 5.7A). Técnicas de imágenes cerebrales han entregado información sobre las diferencias en la corteza sensitiva entre personas normales y aquellas que padecen sindactilia (dedos unidos) mostrando diferencias en la forma de representar los dedos en la corteza. También se ha observado cambios en la representación sensorial de los dedos que se entrenan constantemente (como el caso de los pianistas). La evidencia sugiere que cualquier actividad motriz que se realice en forma constante debe cambiar la representación sensitiva que poseemos en nuestra corteza cerebral, generado por un aumento en los receptores sensoriales de la región entrenada (Fig. 5.7B). Esto resulta notable cuando observamos la representación sensitiva de los dedos de un pianista profesional en relación a un aficionado. La práctica del movimiento aumenta la capacidad del cerebro para procesar información táctil de manera que se mejora el nivel de destreza del movimiento, gracias al desarrollo de nuevos receptores cutáneos en la región que se utiliza para la realización del movimiento. En el deporte, la práctica constante de determinados movimientos especializados de la actividad conlleva un aumento en

169

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA la información táctil que es enviada al cerebro, de esta forma nuestro encéfalo posee una mejor representación del segmento y puede planificar de mejor manera la realización de una acción motriz.

Figura 5.7 Representación somatotípica de la mano en la corteza cerebral del mono. En la figura A observamos el aumento del área de representación de la mano antes y después de un entrenamiento en que el mono utilizaba solo tres dedos. En la imagen B se aprecia el aumento de receptores sensitivos, graficado como puntos, en los dedos 2, 3 y 4 utilizados por el mono durante el entrenamiento (Modificado de Kandel et al. 2000).

5.3

EL OÍDO: AUDICIÓN Y EQUILIBRIO

El oído es un órgano sensorial que cumple con las funciones de audición y equilibrio, siendo el complejo vestibular el sistema sensor del equilibrio y el resto del oído el sistema de la audición. El oído está constituido por un oído externo que incluye el pabellón auricular y el conducto auditivo. Al finalizar este se

170

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA encuentra la membrana timpánica o tímpano que separa el oído externo del oído medio, una cavidad de aire que se conecta con la faringe a través de la trompa de Eustaquio. Esta permanece generalmente cerrada, excepto durante la masticación, deglución el bostezo, donde se abre para equilibrar la presión del oído medio con la presión atmosférica. En el oído medio encontramos los huesecillos del oído (martillo, yunque y estribo). El último de esto se conecta con la ventana oval, que separa el oído medio del oído interno (la ventana redonda es otra membrana que separa la cóclea del oído interno del oído medio). El oído interno incluye el aparato vestibular (que actúa en el equilibrio) y la cóclea (que actúa en la audición). Las ramas nerviosas sensitivas del VIII nervio craneal, el vestibulococlear, conecta el oído interno con el cerebro (Fig. 5.8).

Figura 5.8 Estructura del oído (las estructuras no se representan a escala). Los huesecillos del oído medio: Martillo (A), yunque (B) y estribo (C).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 5.3.1 Oído interno El oído interno comprende el aparato vestibular, formado por el vestíbulo y los conductos semicirculares, y la cóclea o caracol (Fig. 5.9). Todas ellas son estructuras óseas del oído interno. Dentro de ellas encontramos estructuras membranosas: el utrículo y el sáculo (en el vestíbulo), los conductos semicirculares membranosos (en los conductos semicirculares) y el conducto coclear (dentro de la cóclea). El vestíbulo y los conductos semicirculares intervienen en el equilibrio, la cóclea interviene en la audición.

Figura 5.9 Estructura del oído interno (Modificado de Thibodeau y Patton, 2007). La cóclea está compuesta por tres canales paralelos denominados conducto vestibular, conducto coclear y conducto timpánico (Fig. 5.10A). El conducto vestibular y timpánico están rellenos de un líquido llamado perilinfa, cuya composición es similar al plasma. En cambio el conducto coclear está lleno de un líquido rico en potasio y bajo en sodio (similar al líquido intracelular) llamado endolinfa. Dentro del conducto coclear encontramos el órgano de Corti compuesto por células receptoras ciliadas ubicadas a lo largo de todo el conducto coclear. El órgano de Corti 172

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA está ubicado sobre la membrana basilar y cubierto por la membrana tectoria. Dendritas de neuronas sensitivas se encuentran en la base de las células ciliadas y cuyo axones proyectan hacia la corteza, formando el nervio vestibulococlear (5.10B).

Figura 5.10 Conductos de la cóclea (A) y estructura del órgano de Corti (B). (Modificado de Silverthorn, 2008).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 5.3.2 Ondas sonoras La audición es nuestra percepción de las ondas sonoras, que son presiones del aire, donde las moléculas están más unidas o separadas. Estas ondas poseen una amplitud (alto de la onda) que se mide en decibeles (Fig. 5.11) y que viene a significar el volumen de un sonido para nosotros. La escala de decibeles (dB) es logarítmica, de modo que cada 10 unidades representa un aumento del volumen de 10 veces. Una conversación tiene un nivel de 60 dB. Sonidos sobre 80 dB pueden causar daño en los receptores auditivos. Las ondas sonoras poseen además frecuencia que está dada por la cantidad de pick de onda por segundo (Fig. 5.11). La frecuencia se mide en hertz. El oído humano puede percibir frecuencias de ondas de 20 a 20.000 hertz, que representa una pequeña parte del espectro total de frecuencias.

Figura 5.11 Las ondas sonoras posee una amplitud (dB) y una frecuencia (Hz) particular que procesamos como sonidos diferentes.

5.3.3 Proceso de audición La audición consta de cuatro procesos de transducción (Fig. 5.12). Cuando las ondas sonoras llegan hasta nuestro pabellón auricular son transportadas por el conducto auditivo hasta la membrana timpánica, donde las ondas generan vibraciones del tímpano. Esta primera transducción, ya que la energía de las moléculas del aire es convertida en energía mecánica en la membrana. Este movimiento del tímpano provoca el movimiento 174

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA consecutivo del martillo, el yunque y el estribo, que sirve como amplificación de la vibración timpánica. El estribo produce el movimiento de la ventana oval a la que está unido. La vibración de esta membrana produce ondas en el líquido de la cóclea (segunda transducción).

Figura 5.12 Transmisión del sonido en el oído. Las ondas acústicas llegan al tímpano a través del conducto auditivo. La vibración del tímpano produce el movimiento de los huesecillos (A=martillo; B=yunque; C=estribo) que produce vibración de la ventana oval. Esto produce movimiento del líquido del conducto vestibular, timpánico y coclear. Las ondas que mueven el conducto coclear producen movimiento de la membrana basilar (en lila) y de la membrana tectoria (en verde) que activa el órgano de Corti (rayado), que envía impulsos nerviosos a través del nervio coclear. La presión de la perilinfa generado con el movimiento del líquido se elimina con la vibración de la ventana redonda (Modificado Thibodeau y Patton, 2007). Las ondas se mueven en el líquido de la cóclea y desplazan la membrana basilar y tectoria. El movimiento de estas membranas produce las células ciliadas se muevan en una y otra dirección. Este movimiento produce liberación de neurotransmisor por parte de la

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA célula ciliada (tercera transducción). Este neurotransmisor genera un potencial de acción (cuarta transducción) en la neurona sensitiva con la cual sinápta la célula ciliada. Los axones de esta neurona forman el nervio coclear que proyecta a la corteza cerebral (Silverthorn, 2008).

5.3.4 Anatomía funcional de la cóclea El primer lugar de procesamiento del sonido se da en la cóclea. La membrana basilar tiene 33 milímetros de largo (desenrollada), siendo una característica de los mamíferos la diferencia estructural a lo largo de ella. Presenta un extremo rígido y estrecho cerca de la ventana oval y un extremo ancho y flexible cerca del helicotrema (Fig. 5.13A). Cuando la vibración de la ventana oval produce movimiento de perilinfa la membrana basilar se curva (Fig. 5.13B). Cuando la onda es de baja frecuencia la curvatura máxima de la membrana basilar ocurre cerca del extremo distal donde es más flexible. En cambio en ondas de alta frecuencia la curvatura máxima de la membrana basilar ocurre cerca del extremo de la ventana oval. (Fig. 5.13C). Las diferentes frecuencias de ondas son registradas en diferentes partes de la membrana basilar, siendo los sonidos más fuertes los que producen más rápido los potenciales de acción. El nervio coclear lleva estos potenciales hacia la corteza auditiva, donde se mantiene el orden espacial dado por la membrana basilar, ya que ondas de baja frecuencia son procesadas en ciertas regiones de la corteza auditiva, al igual que las ondas de alta frecuencia, poseen su propia área de procesamiento cortical.

5.3.5 Activación de las células ciliadas Las prolongaciones de la región apical de las células ciliadas reciben el nombre de estereocilios, encontrándose entre 50 y 100 en cada una de estas células (Fig. 5.14). El cilio de mayor tamaño, denominado kinocilio, está unido a la membrana tectoria, de manera

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA que el movimiento de esta membrana produce movimiento del kinocilio que se encuentra unido a otros esterocilios (Fig. 5.15). Figura 5.13 Cóclea. En la imagen superior (A) se observa la cóclea extendida donde se muestra la membrana basilar. En la imagen del centro (B) se observa como los movimientos de compresión de la ventana oval produce una curvatura hacia inferior de la membrana basilar, en cambio los movimientos de rarefacción produce una curvatura hacia superior de la membrana. En la imagen inferior (C) se observan ondas de baja frecuencia (100 Hz) y alta frecuencia (10.000 HZ) con los movimientos respectivos de la membrana basilar. Las ondas complejas (de alta y baja frecuencia) activan diferentes zonas de la membrana (Modificado de Kandel et al. 2000).

Figura 5.14 Célula ciliada del órgano de Corti (Modificado de Kandel et al. 2000).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 5.15 Membrana basilar. En ausencia de ondas acústicas la membrana basilar y tectoria permanecen sin movimiento (A). Cuando una onda produce movimiento de la perilinfa, la membrana basilar se mueve, lo que produce un movimiento de la membrana tectoria a la cual está unida la célula ciliada. Si el movimiento de las membranas es hacia arriba se produce una excitación y señal nerviosa (B). Si el movimiento de las membranas es hacia abajo, se produce una inhibición (C). (Modificado de Kandel et al. 2000).

Cuando no existe movimiento de los cilios, se abren alrededor del 10% de los canales iónicos, lo que provoca la liberación de bajas cantidades de neurotransmisor hacia la neurona sensitiva primaria (Silverthorn 2008). Cuando produce el movimiento de un estereocilio se produce el movimiento de todos los demás, ya que se encuentran unidos por puentes proteicos que se encuentran ligados a receptores de membrana sensibles a estiramientos, de manera que la tensión puente produce apertura de los canales iónicos y entrada

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA de calcio y potasio a la célula (Fig. 5.16). Este cambio iónico produce un potencial de membrana que abre los canales de calcio dependientes de voltaje de toda la célula, también se produce apertura de canales de potasio con la entrada y salida del ión. Este cambio de voltaje de la membrana de la célula ciliada provoca la liberación de neurotransmisores que activan receptores en las células sensitivas nerviosas con las que sináptan. Esto produce un potencial de acción que viaja a través del nervio coclear hasta la corteza auditiva (Fig. 5.17). Figura 5.16 Los canales iónicos de los estereocilios permanecen en su mayoría cerrados cuando no hay movimiento de los cilios (A). Cuando estos se mueven, los puentes de proteínas traccionan las compuertas de los canales, estos se abren y permiten la entrada de calcio y potasio que despolarizan la membrana (B). (Modificado de Kandel et al. 2000).

Figura 5.17 Ubicación de la corteza auditiva primaria.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 5.3.6 Equilibrio Las estructuras del oído interno relacionadas con el equilibrio son el vestíbulo y los conductos semicirculares. En el equilibrio estático, relacionado con la posición de la cabeza en el espacio, actúa el vestíbulo. En el equilibrio dinámico, relacionado con la rotación de la cabeza o movimientos bruscos de ella, actúan los conductos semicirculares.

Equilibrio estático El utrículo y sáculo, ubicados en el vestíbulo, poseen receptores sensitivos ubicados en un epitelio denominado macula. Esta consiste en una membrana gelatinosa (membrana otolítica), en cuyo interior se encuentran los otolitos, que corresponden a partículas compuestas por carbonato de calcio y proteínas. Bajo la membrana otolítica existen células ciliadas iguales que las existentes en el órgano de Corti (Fig. 5.18).

Figura 5.18 El utrículo y sáculo poseen epitelio denominado mácula, donde se encuentran las células ciliadas y la membrana otolítica. (Modificado de Thibodeau y Patton, 2007).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Los otolitos de la mácula del utrículo se encuentran horizontales a la cabeza erecta. Cuando esta se inclina hacia adelante o atrás, los otolitos se deslizan en esa dirección, provocando el deslizamiento de los estereocilios de las células ciliadas y una despolarización de membrana cuando se inclina la cabeza hacia adelante y una hiperpolarización cuando se inclina hacia atrás. Los otolitos de la mácula del sáculo se encuentran verticales a la cabeza erecta. Estas censan los movimientos verticales de la cabeza, por ejemplo, cuando flexionamos las rodillas y bajamos el centro de gravedad en forma vertical. El encéfalo analiza la despolarización e hiperpolarización de las células ciliadas para determinar la posición de la cabeza (Silverthorn, 2008).

Equilibrio dinámico En el extremo de cada conducto semicircular existe un ensanchamiento denominado ampolla. Esta contiene un receptor conocido como cresta acústica, la cual está compuesta de una masa gelatinosa (la cúpula) en donde se introducen los estreocilios de las células ciliadas (Fig. 5.19). Cuando la cabeza gira, el cráneo y las paredes del vestíbulo se mueven, pero la endolinfa permanece igual debido a la inercia. Esa resistencia provoca que la cúpula y los estereocilios se inclinen en dirección opuesta al movimiento de la cabeza. Es interesante mencionar que un giro de la cabeza de corta duración no provoca movimiento de la endolinfa, pero un giro continuo termina provocando el movimiento del líquido en dirección del movimiento. Una detención abrupta del giro de la cabeza provoca que la endolinfa siga moviéndose hacia el lado de la rotación por unos instantes, lo que explica la sensación de mareo una vez terminada una secuencia larga de giros de la cabeza.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 5.19 Cresta acústica. En la imagen superior observamos los conductos semicurculares con sus ampollas. En la imagen inferior estrcutura de la cresta acústica. Cuando la cabeza gira hacia la derecha la endolinfa resiste y se mueve hacia la izquierda.

5.4

OÍDO Y EJERCICIO FÍSICO

En el ámbito de la actividad física el oído tiene relación con el equilibrio estático y dinámico mientras realizamos un acto motor, con el sentido de tiempo, espacio y lateralidad. Las personas que presentan problemas auditivos poseen una motricidad retrasada con respecto a la población promedio. La actividad de este sistema ayuda al desarrollo de la marcha en edades tempranas, ya que los niños escuchan sus propios pasos y deben mantener el equilibrio cada vez que levantan un pie del suelo. Vayer (1977) muestra que los problemas auditivos provocan dificultad en el control postural y en el movimiento de segmentos. Además de retraso en la coordinación y velocidad de reacción. En la actividad física y deportiva el entrenamiento del oído medio expresado como equilibrio resulta fundamental, ya que esta capacidad sumada con la coordinación permite la correcta ejecución de una actividad motriz.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 5.4.1 Entrenamiento del equilibrio El equilibrio depende de tres factores: la visión, el sistema vestibular y la propiocepción. Además debemos recordar que existen dos tipos de equilibrios: estático y dinámico y cada uno deberá ser entrenado en forma particular para su desarrollo. El equilibrio estático nos permite mantenernos de pie en una posición en particular lo que resulta fundamental para actividades como el esquí, surf, baloncesto, gimnasia, etc. además de la vida diaria. También es posible utilizar estos entrenamientos para combatir la crisis vertiginosa y otras enfermedades relacionadas con el mareo. Se recomienda realizar trabajos sobre un pie bajando el centro de gravedad y extendiendo en esa posición diversos segmentos, realizar tareas de equilibrio con ojos cerrados lo que obliga a sensibilizar el sistema vestibular y trabajar con plataformas con movimiento para reforzar la actividad propioceptiva. Se ha mostrado que existe una relación inversa entre el desarrollo del equilibrio estático y dinámico y la cantidad de lesiones deportivas a nivel de rodilla y tobillo. El trabajo con plataformas móviles de equilibrio (Fig. 5.20) puede reducir hasta en un 80% la repetición de esguinces de tobillo y en un 85% la rotura de ligamento cruzado anterior de la rodilla.

Figura 5.20 La plataforma móvil de equilibrio ha mostrado ser el método más efectivo para trabajar equilibrio y disminuir lesiones deportivas. Un estudio de Emery et al. (2005) muestra la efectividad de un programa de equilibrio con plataforma móvil durante 6 semanas

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA para desarrollar la propiocepción en el equilibrio y reducir las lesiones en sujetos sanos. El trabajo de equilibrio durante la realización de movimientos deportivos de hándbol, baloncesto o fútbol ha mostrado ser efectivo en la mejora de la coordinación y ejecución del ejercicio junto con la diminución del riesgo de lesión. Por su parte, el entrenamiento de la agudeza auditiva, entendida como la capacidad de diferenciar dos tonos muy similares, sirve como medio de percepción del medio circundante lo que repercute en una mejor concentración y aumento en la velocidad de reacción que implica mejoras importantes en las ejecuciones deportivas.

BIBLIOGRAFÍA Bear, M.; Connors, B. & Paradiso, M. (1998). Neurociencia. Explorando el cerebro. Barcelona: Masson Ed. Emery, C.; Cassidy, J.; Klassen, T. (2005). Effectiveness of a homebased balance-training program in reducing sports-related injuries among healthy adolescents: a cluster ramdomized controlled trail. Canadian Medical Association Journal, 172, (6): 749-754. Guyton, A.; Hall (2000) Tratado de fisiología médica. Elsevier España. Kandel. E.; Schwartz, J. & Jessel, T. (2000). Principios de neurociencia. Madrid: McGraw- Hill. Silverthorn, D. (2008). Fisiología humana. Madrid: Médica Panamericana. Tarantino, F. (2004). Propiocepción: Introducción teórica. Asociación española de fisioterapia. Thibodeau, G.; Patton, K. (2007). Anatomía y fisiología. Madrid: Elseiver. Vayer, P. (1977). El diálogo corporal. Barcelona: Científico médica.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 6

VISIÓN Y ACTIVIDAD FÍSICA _______________________________

La visión es el sentido que entrega más información a los seres humanos, ya que además de permitirnos conocer las forma y el color de los objetos, nos permite detectar el movimiento de los mismos, también ayuda en el control del movimiento voluntario y nos sirve para el control del equilibrio. El procesamiento de la imagen visual es un suceso que comienza en el globo ocular con la activación de los fotorreceptores en la retina, luego continúa en el tálamo, para llegar finalmente a la corteza visual, donde se analiza el color, movimiento y forma de los objetos en forma separada, para finalmente unificarla en nuestra imagen visual. Sin duda, que la visión es el proceso sensorial más complejo que poseemos, pero al mismo tiempo es el más estudiado por la neurociencia debido a la dependencia que tenemos de él para desarrollarnos hasta en los aspectos más simples de nuestras vidas. En la actividad física también reviste una importancia fundamental, ya que la relación de nuestros movimientos con el entorno dependen de nuestro sistema visual y como se comporte este frente al estrés, la competencia, el entrenamiento, etc. Comenzaremos estudiando el proceso cerebral de la visión para luego abocarnos a su importancia en la actividad física.

6.1

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL OJO

El ojo es un receptor sensitivo que convierte la energía de la luz en señales eléctricas que el cerebro interpreta como visión (Thibodeau y Patton, 2007). El ojo está protegido por huesos 185

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA faciales del cráneo, que forman una cavidad llamada órbita. El globo ocular se ubica dentro de ésta, permaneciendo la mayor parte oculta, ya que la porción que observamos fuera de la cavidad es sólo una pequeña superficie de la esfera ocular. Tres capas componen el globo ocular:  Capa fibrosa: Es la más externa y está formada por la esclerótica, cuya porción anterior se denomina córnea y se localiza sobre el iris (la porción de color del ojo). La córnea transparente y el resto de la esclerótica es blanca (Fig. 6.1).  Capa vascular: Continúa a la capa fibrosa, posee una rica irrigación de vasos sanguíneos y está formada por: a) La región coroides, que se une al cuerpo ciliar. b) El cuerpo ciliar, que une el borde anterior de la retina y el borde posterior del iris. En su región anterior se encuentra el musculo ciliar y en la posterior se ubica los ligamentos suspensorios que mantienen en su lugar el cristalino. c) El iris, que es la parte colorada del ojo, en cuyo centro se encuentra una abertura llamada pupila, cuyo diámetro es regulable para controlar la cantidad de luz que entra al ojo (Fig. 6.1).  Capa interna: Está formada por: a) Retina, la capa más interna del globo ocular y donde se ubican las células fotorreceptoras. Aquí es donde comienza el procesamiento de la información visual. b) Nervio óptico, que corresponde al II par de nervios craneanos y que lleva la información sensitiva desde la retina hasta el encéfalo (Fig. 6.1). El globo ocular posee una cavidad anterior que se divide en la cámara anterior, ubicada entre la córnea y el iris, y la cámara posterior, que se ubica entre el iris y el cristalino. Ambas cámaras están llenas de un líquido llamado humor acuoso. La cavidad posterior ocupa el espacio entre el cristalino y la retina, posee un líquido gelatinoso llamado humor vítreo. Los líquidos de ambas cámaras sirven para generar la presión necesaria dentro del ojo. El ojo posee músculos oculares extrínsecos que se insertan en el globo ocular y los huesos del cráneo. Estos permiten el movimiento voluntario del ojo. Los músculos son el recto superior, interno y externo y los músculos oblicuo mayor y menor. Los 186

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA músculos oculares intrínsecos son el iris y los músculos ciliares que son involuntarios (Thibodeau y Patton, 2007).

Figura 6.1 Estructuras del globo ocular.

6.1.1 Función de la pupila y cristalino durante la visión Cuando la luz del entorno llega al globo ocular la pupila se encarga de regular la cantidad de luz que entra hasta la retina. Esto ocurre mediante los músculos radiales que son activados por el sistema nervioso simpático, que provocan la apertura de la pupila hasta 8 mm (en la oscuridad) y la vía nerviosa parasimpática que provoca el cierre de la pupila de hasta 1,5 mm (en presencia de luz solar brillante). Cuando se aplica una luz a la pupila de un ojo se produce un reflejo pupilar de reducción del diámetro de la misma en ambos ojos, situación conocida como reflejo pupilar consensual (Silverthorn, 2008). Cuando la luz atraviesa la córnea debe pasar a través del humor acuoso, lo que produce la refracción de la luz. Esto es un cambio en el ángulo de los rayos de luz, que se da por la diferencia

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA de densidad entre el medio aéreo y el líquido, y por la curvatura del medio que atraviesan. Rayos de luz que se enfrentan a un lente perpendicular seguirán la misma dirección, en cambio si el lente es curvo cambiarán su dirección. Un lente cóncavo dispersa los rayos de luz, en cambio una lente convexa, los junta (Fig. 6.2). El punto donde convergen los rayos de luz al atravesar un lente cóncavo se llama punto focal y la distancia entre el centro del lente y el punto focal se denomina distancia focal. La luz atraviesa la córnea que provoca la primera refracción y el cristalino que provoca la segunda. El punto focal de la luz debe caer justo sobre la retina para que la imagen sea nítida.

Figura 6.2 Refracción de la luz en lentes cóncavas y convexas.

Cuando un objeto se encuentra a 6 metros o más de distancia creará rayos de luz paralelos, que convergen con la córnea y vuelven a converger con el cristalino aplanado de manera que el punto focal cae sobre la retina. Pero si la distancia es menor, los rayos de luz llegan divergentes sobre la cornea que provoca su convergencia, llevando rayos de luz paralelos sobre el cristalino que al provocar su convergencia provoca un punto focal más atrás de la retina, lo que genera una imagen borrosa. Esta situación se soluciona con el cambio de forma del cristalino que se vuelve más convexo para generar el punto focal en la retina, proceso llamado acomodación (Fig. 6.3).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 6.3 Acomodación. En la figura A observamos como la luz proveniente de objetos ubicados a 6 metros de distancia, es paralela de modo que el punto focal da justo sobre la retina con el cristalino aplanado. En la figura B notamos como objetos ubicados a menos de 6 metros, provocan que el cristalino se redondee aumentando su convexidad de manera que el punto focal vuelva a estar en la retina. En la figura C izquierda el punto focal cae tras la retina (hipermetropía) que se corrige con una lente convexa de manera que el punto focal de sobre la retina como se muestra en la figura C derecha. En la figura D izquierda el punto focal cae antes de la retina (miopía) que se corrige con una lente cóncava, que permite al punto focal caer sobre la retina como se muestra en la figura D derecha.

El músculo ciliar es el responsable de la acomodación del cristalino. Cuando el músculo ciliar se contrae tracciona los ligamentos ciliares (zónula ciliar) que se unen al cristalino,

189

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA provocando el aplanamiento del mismo. Cuando el músculo se relaja, el cristalino se redondea.

6.1.2 Estructura de la retina El espectro electromagnético tienen ondas de una longitud entre 1x10 -5 nm (rayos gamma) hasta 1x103 m (ondas de radio), pasando por rayos X, luz ultravioleta, luz infrarroja, micro-ondas, etc. La luz visible tiene una frecuencia de onda de 4,0 a 7,5 Hz y una longitud entre 400 y 750 nanómetros (nm). La retina es la capa más profunda del globo ocular y es el lugar donde se ubican los fotorreceptores, células que transducen la energía electromagnética en impulsos eléctricos. La retina está formada por capas de neuronas, siendo los fotorreceptores los últimos en recibir los fotones de luz. En el centro de la retina existe una región llamada la mácula, donde se ubica la fóvea, región donde sólo existen neuronas sensitivas a la luz y carece de vasos sanguíneos, de manera que tiene una mejor recepción de los fotones (Fig. 6.4). En esta zona es donde se produce el punto focal cuando observamos algo. La luz atraviesa las capas de neuronas de la retina y llegan a los fotorreceptores. Estos se dividen en dos tipos: Bastones: Son los más abundantes, se encuentran en relación de 20:1 en la retina. Funcionan con poca luz y son los responsables de la visión nocturna en blanco y negro. Conos: son los responsables de la visión en colores de día y de la agudeza visual (capacidad de reconocer dos puntos muy cercanos). En la fóvea existen sólo conos. Los bastones y conos están unidos a una capa de células denominado epitelio segmentario oscuro, cuya función es absorver la luz que no llega a los fotorreceptores, para evitar que la luz se refleje y distorsione la imagen visual. Entre 15 y 45 fotorreceptores hacen sinapsis con una célula bipolar. Por su parte, varias células bipolares hacen sinapsis en una

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA célula ganglionar, la cual proyecta su axón hacia el encéfalo. De esta manera la información de cientos de millones de fotorreceptores convergen en un millón de axones de células ganglionares que forman el nervio óptico (Fig. 6.5). Entre los fotorreceptores y las células bipolares existen neuronas llamadas células horizontales y entre las células bipolares y las ganglionares existen las células amacrinas. Estos dos tipos de neuronas modulan la información que va de una neurona a otra (Silverthorn, 2008).

Figura 6.4 Estructura de la macula y la fóvea de la retina (Modificado de Kandel et al. 2000).

6.1.3 Fototransducción en la retina Los bastones y conos poseen un segmento externo en contacto con el epitelio segmentario, un segmento interno que corresponde al soma de la neurona y un segmento basal que hace sinapsis con la célula bipolar (Fig. 6.6). En el segmento externo la membrana celular forma pliegues en forma de discos, lugares 191

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA donde se encuentran unidos los pigmentos que convierten la luz en potenciales de acción.

Figura 6.5 Células que componen la retina. El epitelio pigmentario (A) se une con los fotorreceptores (B). Las células horizontales (C) modulan la sinapsis entre fotorreceptores y células bipolares (D). Por su parte, las células amacrinas (E) regulan las sinapsis de las células bipolares y las ganglionares (F) cuyos axones forman el nervio óptico.

Los bastones posee un pigmento visual denominado rodopsina, en cambio los conos poseen tres pigmentos diferentes, ya que son estimulados por longitudes de ondas particulares, de manera que tenemos conos especializados para luz roja, verde y azul. El proceso de fototransducción es similar para bastones y conos. En la oscuridad los canales iónicos de la membrana de los bastones permanecen abiertos, permitiendo que el Na+ entre y el 192

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA K+ salga. Un bastón en reposo posee un potencial de membrana de -40 mV y una liberación tónica de neurotransmisor hacia la célula bipolar.

Figura 6.6 Estructuras de los bastones y conos de la retina.

La rodopsina está formada de una proteína llamada opsina y de retinal, un derivado de la vitamina A. En ausencia de luz la opsina y el retinal se encuentran unidos, pero en presencia de luz se disocian en un proceso conocido como blanqueamiento. Esto provoca la activación de una proteína G, la transducina, la que a su vez activa la enzima cGMP fosfodiesterasa que degrada el cGMP y baja su concentración. El nucleótido guanosina 3º-5º monofosfato cíclico (cGMP) se encuentra en altas concentraciones dentro del bastón y mantiene abierto los canales iónicos. La disminución del cGMP produce el cierre de los canales y la hiperpolarización de la membrana del bastón (Fig. 6.7). Todo esto tiene como consecuencia el cese de la liberación de neurotransmisor hacia la célula bipolar. Las células bipolares son de dos tipos: activadas por luz y desactivadas por luz. Así en la oscuridad un fotorreceptor libera glutamato, excitando las células bipolares desactivadas por luz e inhibiendo a las células bipolares activadas por luz. En presencia de luz, el fotorreceptor deja de liberar glutamato, excitando las células

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA bipolares activadas por luz e inhibiendo las células bipolares desactivadas por luz. Figura 6.7 La luz provoca que la rodopsina (A) se disocie y la opsina active la transducina (B), que a su vez activa la enzima cGMP fosfodiesterasa (C). Esta degrada el cGMP, disminuyendo su concentración (D), lo que provoca el cierre de los canales iónicos y la hiperpolarización del bastón. (Modificado de Kandel et al. 2000).

Por su parte, las células ganglionares reciben señales de fotorreceptores ubicados en áreas particulares de la retina conocidas como campos visuales. En la fóvea cada receptor se conecta con una célula bipolar y pocas de esta, con una célula ganglionar de manera que el campo receptivo es pequeño, razón por la cual la agudeza visual es máxima en esta región. Por el contrario, cerca del borde de la retina muchos fotorreceptores convergen a una célula ganglionar, por lo que su campo visual es más amplio y la agudeza visual menor (Bear el at. 1998). Los campos visuales de la retina son circulares, divididos en una región central y otra periférica. Existen campos visuales con centro apagado (centro off) y periferia encendida (periferia on), en donde las células ganglionares se inhiben con luz brillante en el centro y se excitan con luz brillante en la periferia. También existen campos con centro encendido y periferia apagado, donde la luz brillante en el centro excita la célula ganglionar y la luz brillante en la periferia la inhibe. Cuando la luz es difusa sobre ambos campos visuales las respuestas de las células ganglionares son débiles (Fig.

194

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 6.8). De esta forma la retina utiliza el contraste de la luz para la detección de estímulos débiles (Silverthorn, 2008).

Figura 6.8 Campos visuales en la retina. En la figura A vemos que existen campos visuales con centros apagados y periferias encendidas y campos con centro encendidos y periferias apagadas. En la figura B notamos que la luz que cae sobre una parte del centro apagado de las células ganglionares provoca pocos potenciales de acción (graficado en la barra bajo el diagrama), en cambio una parte de luz en el centro encendido genera varios potenciales. En la figura C observamos que una parte de luz en la periferia encendida provoca potenciales de acción, en cambio en la periferia apagada, muy pocos. En la figura D, mucha luz sobre el campo apagado prácticamente no genera potenciales, en cambio mucha luz sobre el centro encendido provoca altísimos disparos de las células ganglionares. En la figura E, mucha luz sobre la periferia encendida provoca gran cantidad de potenciales, en cambio sobre la periferia apagada casi ninguno. Finalmente en la figura F observamos que luz difusa tanto en el centro como la periferia dispara potenciales débiles. (Modificado de Kandel et al. 2000). 195

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Además del contraste de luz el sistema visual utiliza el color, la forma y el movimiento para construir la imagen visual. En la retina de los primates, las células ganglionares se dividen en dos tipos:  Células ganglionares magnocelulares (células M): son sensibles a la información del movimiento.  Células ganglionares parvocelulares (células P): son más numerosas, sensibles a la forma y color. Analizan los detalles finos de la imagen visual. Los campos visuales de centro apagado y periferia encendida y de centro encendido y periferia apagada conectan a ambos tipos de células ganglionares.

6.2

DE LA RETINA A LA CORTEZA VISUAL

Los axones de las células ganglionares forman el nervio óptico que llevará la información al cerebro. La región por donde sale el nervio óptico no posee fotorreceptores, por lo tanto las imágenes que caen sobre esta zona de la retina no pueden ser vistas, esto se conoce como punto ciego del ojo. El nervio óptico sale del ojo y muchas de sus fibras decusan en la cintilla óptica, de manera que la información del lado izquierdo de cada campo visual se proyecta al hemisferio derecho y el lado derecho de cada campo visual proyecta al hemisferio izquierdo. La imagen que cae dentro del campo visual de un solo ojo recibe el nombre de zona monocular, en cambio la zona que se superpone de ambos campos visuales recibe el nombre de zona binocular y es gracias a esto que podemos ver imágenes en tres dimensiones (Fig. 6.9). En la retina la imagen se invierte como en una cámara fotográfica, la región superior de un objeto se proyecta en la región inferior de la retina y viceversa. Esta información abandona el globo ocular por medio del nervio óptico. Algunas fibras se dirigen al pretectum del mesencéfalo donde se controlan los reflejos pupilares, otros se dirigen al colículo superior contralateral que se relaciona con el equilibrio y el movimiento, además de estar 196

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA relacionado con los movimientos sacádicos de los ojos (proceso que se verá más adelante). Sin embrago, la mayoría de los axones del nervio óptico viajan hasta el núcleo geniculado lateral del tálamo.

Figura 6.9 Campo visual del ojo izquierdo (zona monocular izquierda) y campo visual del ojo derecho (zona monocular derecha). En el quiasma óptico las fibras de la región derecha de la retina del ojo izquierdo cruza hacia el hemisferio derecho, lo mismo ocurre con las fibras de la región izquierda de la retina del ojo derecho que cruza al hemisferio izquierdo. NGL=Núcleo geniculado lateral del tálamo.

El núcleo geniculado lateral del tálamo (NGL) de los primates está constituido de seis capas de neuronas. Las capa 1 y 2 recibe información de células ganglionares magnocelulares y de las

197

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA capas 3 a 6 de las células ganglionares parvocelulares (Fig. 6.10). Además las fibras que proyectan de la región derecha de la retina izquierda llegan al NGL contralateral específicamente a las capas 1, 4 y 6. A la capa 2, 3 y 5 llegan las fibras de la región derecha de la retina del ojo derecho (Fig. 6.11).

Figura 6.10 El núcleo geniculado lateral del tálamo está compuesto de seis capas de neuronas. Cada capa recibe información específica de diversas partes de la retina. (Modificado de Kandel et al. 2000).

Figura 6.11 Vías visuales ipsilaterales y contralaterales y lugar de llegada en el núcleo geniculado lateral. Las neuronas de éste núcleo proyectan a la corteza visual primaria mediante una vía magnocelular que sale de las capas 1 y 2 y una vía parvocelular que proyecta de las capas 3, 4, 5 y 6. (Modificado de Kandel et al. 2000).

198

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA La información del campo visual que llega al NGL se organiza en forma topográfica, las capas magnocelulares se relaciona con las formas dinámicas y el movimiento de los objetos. En cambio las capas parvocelulares se relacionan con la forma y el color del entorno. Es interesante hacer notar que la información que llega de la retina al NGLT representa sólo entre el 10 y 20% de la información que llega a este núcleo. El resto son axones que proyectan desde la formación reticular y sobre todo de la corteza cerebral.

6.3

CORTEZA VISUAL

6.3.1 Corteza visual primaria La corteza visual primaria está ubicada en el lóbulo occipital, posee una región externa y otra interna que puede ser vista al separar los hemisferios cerebrales (Fig. 6.12A). Corresponde al área 17 de Brodmann. Como el resto de la corteza está constituida por 6 capas de neuronas, existiendo una subdivisión en la capa cuatro: 4A, 4B, 4Cα y 4Cβ. Esta zona es llamada área visual 1 (V1) ó corteza estriada. Cada corteza visual recibe exclusivamente la información del campo visual contraletaral (Fig. 6.12B). Además, el análisis de la información de la retina se hace invirtiendo el arriba y abajo de manera que la imagen visual vuelve a voltearse, quedando en la misma orientación que el objeto. Las vías magnocelulares que proyectan del núcleo geniculado lateral del tálamo llegan a la capa 4Cα de la corteza visual primaria. Las vías parvocelulares del NGL llegan a la capa 4Cβ y en menor cantidad a las capas 4A y 1. Aquí varias neuronas del núcleo geniculado conectan con una neurona llamada célula simple. Al igual que en la retina en el NGL existen células centro encendido-periferia apagado y centro apagado-periferia encendida. Por su parte, en la corteza visual primaria las células simples responden bien a barras de luz con orientaciones específicas. Por ejemplo, hay células que responden bien a barras horizontales, pero no a barras verticales u oblicuas. Estas neuronas no poseen

199

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA campos receptivos circulares, sino que poseen campos de diversas formas (Fig. 6.13).

Figura 6.12 Corteza visual. En la imagen A observamos la corteza visual primaria en la parte externa e interna del lóbulo occipital. En la imagen B se diagrama el campo visual de ambas retinas divididas en 12 áreas (las áreas 1, 2, 3 y 4 corresponden a las fóveas de las retinas). Cada área llega a una zona específica de la corteza visual primaria en el lado contraleral del ojo. (Modificado de Kandel et al. 2000).

Figura 6.13 A diferencia de los campos receptivos concéntricos de las células ganglionares de la retina y las células del NGL, las células imples de la corteza visual primaria poseen campos de diferentes formas. El gris indica región apagado y el blanco, región encendida. (Modificado de Kandel et al. 2000).

Para Hubel y Wiesel (1962, citado en Kandel et al. 2000) los campos receptivos de las células simples de la corteza visual primaria se forman de la suma de los campos receptivos de las

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA células encendido-apagado del núcleo geniculado (Fig. 6.14A). A su vez, las células simples convergen y se conectan con células complejas, las que poseen campos receptivos dados por la suma de campos receptivos de células simples (Fig. 6.14B). La actividad de ambos tipos de células es importante para el análisis del contorno de los objetos. Figura 6.14 Convergencia. La figura A muestra la convergencia de los campos receptivos de células del NGL que provocan los campos receptivos de las células simples. La figura B esquematiza la convergencia de células simples sobre una compleja y sus campos receptivos. (Modificado de Kandel et al. 2000). En la corteza visual primaria las neuronas se organizan en columnas de 30 a 100 µm de diámetro por 2 mm de largo. Esta se denomina columnas de orientación, ya que sus neuronas responden ante estímulos de luz en diferentes orientaciones espaciales. Dentro de estas columnas existen aglomeraciones de neuronas en las capas 2 y 3 que responden a diferentes colores de la imagen visual. Otro sistema de columnas procesa información separada de cada ojo, estas son llamadas columnas de dominancia ocular, ya que las neuronas de esta zona responden exclusivamente a luz que cae sobre la retina de uno de los dos ojos. Esta información es fundamental para el proceso de visión binocular (Fig. 6.15). Las neuronas de cada capa se comunican en estas columnas verticales, pero al mismo tiempo existe comunicación horizontal entre cada columna. De las capas 3 y 5 surgen largos axones que comunican neuronas de una columna con otra. Situación similar ocurre en la capa 2 desde los grupos de neuronas que responden al color, de manera que los grupos se encuentran conectados entre sí.

201

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 6.15 Diagrama de un corte de corteza visual primaria. Cada color es una columna de orientación, que corresponden a neuronas que se activan con luz en cierta orientación espacial (a la derecha la dirección de las barras de luz y su color). En la capa 2 se observa representaciones de grupos de neuronas que responden al color. Finalmente, con líneas punteadas se clarifican las columnas de dominancia, que abarcan muchas columnas de orientación (Modificado de Kandel et al. 2000).

La corteza visual primaria proyecta axones hacia diferentes regiones del encéfalo. Las neuronas de la capa 4C proyectan hacia áreas corticales y subcorticales, las capas 2 y 3 conectan con otras áreas visuales, en el área 18 de Brodmann (V2, V3 y V4), la capa 4B proyecta al área V5, la capa 5 envía axones al colículo superior y la capa 6 proyecta de regreso al núcleo geniculado lateral del tálamo.

202

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 6.3.2 Cortezas visuales extraestriadas La vía magnocelular que llega a V1, sale de ella mediante la vía dorsal que viaja a la corteza V2 y área temporal medial (MT o V5), de allí proyecta al área temporal medial superior y área intraparietal lateral, las que finalmente conectan con el área parietal posterior (Fig. 6.16). Por su parte la vía parvocelular que llega a V1, sale de ella mediante la vía ventral que viaja a la corteza V2, la cual proyecta hasta V4. La corteza V4 envía axones al área temporal posterior inferior y al área temporal central inferior. Finalmente, el área temporal central inferior proyecta al área temporal anterior inferior (Fig. 6.16).

Figura 6.16 Vías visuales. En la imagen superior se observa la vía dorsal y ventral que salen desde la corteza visual primaria (V1). En la imagen inferior un diagrama de ambas vías. En azul la vía dorsal y en rojo la vía ventral. M=Vía magnocelular; P=Vía parvocelular; V1=Corteza visual primaria; V2=Corteza visual 2; MT=Área temporal medial; V4=Corteza visual 4; AVI=Área ventral intraparietal; ATSM=Área temporal superior medial; AIL=Área intraparietal lateral; ATPI=Área temporal posterior inferior; ATCI=Área temporal central inferior; APP=Área parietal posterior; ATI=Área temporal inferior. (Modificado de Kandel et al. 2000).

203

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA El área MT está relacionada con el análisis del movimiento en una imagen visual. Las neuronas de esta región disparan potenciales de acción en forma selectiva a cierta dirección del movimiento de una barra de luz que cae en, su campo receptivo. De igual forma como en V1 las neuronas responden a cambios de dirección en MT las neuronas responden al movimiento (Fig. 6.17). El área MT está organizada en columnas similares a las de V1, donde cada columna responde al movimiento en una dirección en particular.

Figura 6.17 Las neuronas del área MT responden al movimiento en una dirección determinada (A) generando gran cantidad de potenciales de acción, en cambio movimientos en otras direcciones casi no provocan potenciales (B, C y D).

La corteza visual 2 (V2) continúa con la actividad de V1 analizando el contorno de los objetos. En cambio las neuronas de V4 responden a la forma de un objeto y al color. El área temporal inferior continua con la actividad de V4, donde algunas neuronas responden a la forma y otras al color del objeto, pero en el área temporal inferior también existen neuronas que se activan por combinaciones de formas y colores, incluso algunos grupos celulares responden a un tipo de estímulo en particular como las manos y rostros. Existen neuronas que responden preferentemente a las caras y otras a las expresiones faciales, incluso estas neuronas se activan sin la necesidad del rostro completo, sino con algunos elementos fundamentales de estos, como los muestran experimentos realizados con monos (Fig. 6.18). También se han descubierto neuronas que responden a determinadas dimensiones faciales

204

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA como la separación de los ojos y otras, a la familiaridad de los rostros (Kandel et al. 2000).

Figura 6.18 Tasas de disparos de neuronas del área temporal inferior frente al reconocimiento de rostros (Modificado de Kandel et al. 2000).

Visión del color y corteza V4 El color de la imagen visual es una experiencia subjetiva que nace de la longitud de onda de la luz que reflejan los objetos. En la retina poseemos tres tipos de conos, que son los responsables de la visión en color y cuyo funcionamiento sigue los mismos principios explicados para los bastones. Los tres tipos de conos en la retina son los conos S que se activan con luz de 420 nm, los conos M que se activan con luz de 530 nm y los conos L que se activan con luz de 560 nm. Los colores que permiten captar estos conos son el azul, verde y rojo respectivamente. El resto del espectro de colores son el resultado de la combinación de estos tres, mediante la activación de diversos conos en la retina. La información del color sale de la retina hacia el núcleo geniculado lateral, mediante la vía parvocelular exclusivamente. Después de ese relevo, la información llega a V1 donde solamente se analizan aspectos sobre luz y oscuridad, pero no existe discriminación de colores. Finalmente la información sobre el color llega a la corteza V4 y MT los principales responsables del procesamiento de los colores de la imagen visual. Experimentos muestran que la visión cromática

205

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA provoca actividad en neuronas de estas cortezas y las lesiones en ellas generan imposibilidades de distinguir los colores.

6.4

MOVIMIENTOS OCULARES

Para lograr que la imagen visual caiga sobre la fóvea de la retina son necesarios varios tipos de movimientos oculares, de manera que podamos mantener una imagen fija aun cuando nos movemos. Recordemos que los ojos están insertos en las órbitas oculares y sus movimientos son controlados por seis músculos inervados por los nervios craneanos III, IV y VI. Los músculos son el recto superior e inferior (mueven los ojos en posición vertical), recto interno y externo (mueven los ojos en posición horizontal) y oblicuo superior e inferior (mueven los ojos en forma circular). a) Movimientos compensatorios: Son reflejos que permiten la fijación del campo visual ante el movimiento de la cabeza o tronco. Su funcionamiento depende del sistema vestibular. Uno de estos movimientos es el reflejo vestíbulo ocular (VOR), que a partir de la actividad de los canales semicirculares, ocasiona un rápido movimiento ocular (en unos 16 ml/s) que permite mantener la imagen retiniana cuando se gira la cabeza hacia los costados. b) Sacádicos y fijaciones: Son movimientos voluntarios que nos permiten ver toda una escena visual, proyectando partes de ella sobre la fóvea. Durante el sacádico se ocasiona la supresión sacádica, momento de movimiento en que se interrumpe la recogida de información del ambiente. Estos movimientos oscilan entre 30 y 120 ml/s., y a mayor amplitud del movimiento, la velocidad del mismo también es mayor. Un sacádico alcanza hasta los 30º de exploración, más allá de esto es necesario el movimiento de la cabeza para captar la escena visual. Existe un período de latencia sacádico que oscila entre 180 y 300 ml/s. que consta del tiempo entre la aparición de un estímulo y el inicio del desplazamiento ocular. Entre cada sacádico existen breves períodos de fijación (200 a 350 ml/s) donde obtenemos la información de la imagen visual

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA (Fig. 6.19). Existe una relación entre positiva entre amplitud del sacádico y el tiempo de fijación. c) Micromovimientos de fijación: Durante las fijaciones oculares se producen micromovimientos involuntarios cuya función es ubicar una parte de la imagen justo sobre la fóvea. Existen movimientos lentos ó drifts de 0,1º/seg. y movimientos rápidos de 1º que ocurren cada 20 ml/s. Tambien existen vibraciones del ojo con frecuencias de 30 a 120 Hz. d) Movimientos de seguimiento: Son movimientos lentos cuya función es seguir estímulos que se desplazan lentamente. Son involuntarios, con una velocidad de 1 a 30º/seg. Sin embargo, es posible controlarlos mediante entrenamiento. e) Movimientos de vergencia: Estos movimientos pueden ser de convergencia, que ocurre cuando los ojos se dirigen hacia la nariz y ocurre cuando el objeto se acerca y de divergencia, que ocurre cuando los objetos se alejan del individuo. Ambos movimientos alcanzan los 15º de ángulo visual. f) Nistagmo ocular: Es un movimiento coordinado de oscilaciones rítmicas de dos fases: una lenta, donde el ojo se mueve para focalizar el objeto y una rápida, de vuelta o retorno al objeto.

Figura 6.19 Los movimientos sacádicos permiten proyectar diferentes partes de la imagen visual sobre la fóvea. Las fijaciones nos permiten obtener la información de los puntos más relevantes de la escena. (Modificado de Kandel et al. 2000).

207

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 6.5

CAPACIDAD VISUAL Y EJERCICIO FÍSICO

La optometría es la ciencia que evalúa la función visual, aspecto fundamental en nuestra vida diaria y en actividades deportivas, ya que el 80% de la información que necesitamos para desenvolvernos es visual. Si el rendimiento visual disminuye, se altera la captación de estímulos, los procesos cognitivos y las respuestas motoras (Ozcoidi et al. 2002). La información visual es reconocida como un elemento muy importante para el desempeño motor. Tambien se ha constatado que una óptima capacidad visual es fundamental para lograr adecuadas respuestas motoras. Durante la actividad deportiva resultan fundamentales la coordinación visomotora, dada por la presencia de un estímulo visual y la generación de una respuesta manual; y la búsqueda visual, que corresponde a un proceso de exploración visual del entorno, medida en base a los movimientos sacádicos y fijaciones. En las capacidades visuales mencionadas anteriormente existen dos factores fundamentales para su óptimo rendimiento: la agudeza visual y la visión periférica.

6.5.1 Agudeza visual Hace referencia a la capacidad de reconocer detalles de un estímulo. Esta se puede dividir en: a) Agudeza visual estática: Consiste en la capacidad de reconocer detalles de un estímulo visual, cuando el estímulo y el observador están detenidos. Esta es la evaluación visual típica, que se realiza con el test de Snellen (Fig. 6.20). Sin embargo, para deportistas o conductores no resulta adecuado por carecer de validez ecológica, ya que un seleccionado de deportes colectivos, por ejemplo, permanece durante toda la actividad en movimiento. b) Agudeza visual dinámica: consiste en la capacidad de reconocer detalles de un estímulo visual, mientras éste o el observador están en movimiento. Este tipo de agudeza visual

208

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA resulta ser una mejor medida del rendimiento visual en la vida cotidiana.

Figura 6.20 Test de Snellen para evaluar la agudeza visual. Un nivel de 20/20 es considerado normal.

En general, una mala agudeza visual estática predice una mala agudeza visual dinámica, pero un buen nivel en la primera no se correlaciona con un buen nivel en la segunda. A medida que aumenta la velocidad el estímulo, la correlación entre ambas variables disminuye a partir de 50º/seg (Miller y Ludvigh, 1962). La agudeza visual es una capacidad que se desarrolla rápidamente entre los 5 y 15 años, para comenzar con una disminución lenta a partir de los 20 años, con un deterioro notable a partir de los 50 años.

6.5.2 Agudeza visual y actividad física La influencia de la actividad deportiva sobre una capacidad perceptiva puede ser medida en tres instancias: apenas terminada su realización (en estado de fatiga o no), durante su realización (en presencia de estrés físico) y tras períodos de entrenamiento para ver su influencia dicha capacidad.

209

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Bard y Fleury (1981) muestran que la fatiga física no produce disminución en las tareas de detección visual. Watanabe (1983) observa que la agudeza visual estática aumenta tras la realización de ejercicio aeróbico. Arteaga, Torre y Delgado (2002) comprobaron que los trabajos físicos anaeróbicos no tienen ningún efecto sobre la agudeza visual dinámica o los movimientos oculares. Finalmente, Vivó (2009) muestra que el trabajo físico de larga duración en motociclistas profesionales, no produce disminuciones de la agudeza visual dinámica.

6.5.3 Entrenamiento de la agudeza visual Se han correlacionado una mayor función visual con mejoras del rendimiento en varios deportes. La agudeza visual mejora con el entrenamiento visual (Long y Riggs, 1991). Incluso, los beneficios relativos de la agudeza visual dinámica son mayores cuando el sujeto posee una menor agudeza visual. Por otra parte, los deportistas poseen mejores habilidades visuales que la gente sedentaria (Quevedo, 2007). Dentro de ellos, los deportistas que requieren de la resolución de detalles a gran velocidad (basquetbol, hándbol, fútbol, tenis, etc.) poseen mejores niveles de habilidades visuales, sobre todo agudeza visual dinámica (Vivó, 2009). En el mismo contexto, Banks et al. (2004, citado en Vivó, 2009) muestran que dentro de los deportistas, los de alto rendimiento presentan mejores habilidades visuales que los de categorías inferiores. Para Quevedo y Solo (1995) los principios del entrenamiento visual son:  Principio de participación activa y consciente del entrenamiento visual por parte del deportista conociendo los resultado de cada evaluación.  Principio de desarrollo multilateral, es decir un trabajo de todas las habilidades visuales para luego enfocarse en las necesarias en su deporte en particular.  Principio de especialización, donde cada práctica deportiva produce un desarrollo de ciertas habilidades visuales necesarias 210

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

   





para esa especialidad, con cambios en el sistema locomotor y nervioso. Principio de individualización, donde el entrenamiento se realiza en forma particular con las características de cada deportista. Principio de variedad, con muchas actividades orientadas al desarrollo de la misma habilidad visual. Principio de modelación, que se basa en alcanzar los requisitos de habilidad visual de una disciplina en particular. Principio de progresión aumenta la dificultad de las tareas, en relación a la velocidad, suma de habilidades visuales, duración del estímulo, etc. Principio de continuidad, relacionado con la necesidad de repetir ciertas tareas (que deben ser mezcladas con el principio de variedad). Principio de acción inversa, que establece que la falta de entrenamiento disminuye los resultados obtenidos, de manera que es necesario entrenar constantemente las habilidades visuales (al menos los ejercicios más significativos).

También, Quevedo y Solo (1994) han establecido tres fases del entrenamiento visual:  Entrenamiento visual general: cuyo objetivo es disminuir las deficiencias y fátiga visual.  Entrenamiento visual específico: trabajo de habiliades visuales propias del deporte.  Entrenamiento visual integrado: trabajo en el propio terreno de juego, para adaptar el entrenamiento específico a la realidad del deporte.

6.5.4 Visión periférica La visión periférica es definida como la capacidad de detectar y reconocer modificaciones del medio ambiente dentro de un campo visual funcional, a las que no atendemos directamente. Esto es realizado por los bastones de la periferia de la retina, razón por la

211

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA cual el nivel de resolución es mucho menor que lo que podemos encontrar en la fóvea. Para Davids (1988) la visión periférica es importante para una buena ejecución motora. Para Oliva (1998) esta capacidad visual permite obtener información sobre la relación cuerpo-ambiente y permite una óptima dirección en la ejecución de un movimiento. Un estudio de Amblard y Carblanc (1980) muestra que el equilibrio disminuye significativamente con información visual a nivel de la fóvea en relación a un estímulo del campo visual total. Figura 6.21 Ejemplo de evaluación de visión periférica horizontal. El sujeto (A) se ubica frente a un óptotipo de fijación (B) que debe observar en forma fija. Luego se encienden luces en diferentes ángulos del campo visual (C) hasta alcanzar los 190º. El sujeto debe detectar y reconocer los estímulos mientras mantiene su mirada fija en el óptotipo.

6.5.5 Visión periférica y actividad física Blundell (1983) mostró que la visión periférica de tenistas profesionales era mayor que la de tenistas intermedios e iniciales. Macdonald y Hoffmann (1991) determinan que los individuos inexpertos tienden a fijar la visión tanto en áreas centrales como periféricas del campo visual para obtener la información. En cambio individuos entrenados poseen mejor visión periférica, razón por la cual no necesitan muchas fijaciones periféricas para obtener la información de esa región de su campo visual. En relación a los efectos de la fatiga sobre la visión periférica, Arteaga et al. (2000) muestran que los trabajos anaeróbicos de larga duración no producían disminución de la visión periférica

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA vertical y horizontal. Por su parte, Oliva (1998) muestra que el estrés físico inducido mediante una bicicleta ergométrica produce disminución de la visión periférica en conductores de buses urbanos. También mostró diferencias entre los conductores con diferentes años de experiencia (menos de 5 años, 5-10 años, más de 10 años). Se observan diferencias entre la detección de estímulos y reconocimiento de los mismos para cada grupo y en cada carga de trabajo físico (Fig. 6.22).

Figura 6.22 Grados de visión periférica en conductores de buses. Los esquemas superiores muestran los grados de detección de un estímulo visual periférico en carga leve y máxima en bicicleta ergométrica en tres grupos de conductores (G1=menos de 5 años de experiencia; G2=entre 5 y 10 años de experiencia; G3=Más de 10 años de experiencia). En los esquemas inferiores se observan los grados de reconocimiento de estímulos visuales periféricos en los mismos grupos y con las mismas cargas (Modificado de Oliva, 1998).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Oliva et al. (2000) observaron que seleccionados deportivos universitarios en tres deportes colectivos (hándbol, basquetbol y voleibol) no presentan diferencias en diversas cargas (carga leve, submáxima y máxima en bicicleta ergométrica) por sexo, ni en la detección de estímulos, pero si las hay en el reconocimiento, siendo los mejores resultados de los handbolistas, luego los basquetbolistas y finalmente los voleibolistas.

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PARTE III FUNCIONES COGNITIVAS

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Capítulo 7

SUEÑO, EMOCIONES Y ACTIVIDAD FISICA _______________________________

Cada noche debemos acostarnos y entrar en un período de inconsciencia llamado sueño, donde no tenemos percepciones del mundo, ni de nosotros mismos. Normalmente se pasan 8 horas en este proceso, que resulta obligatorio, ya que podemos intentar no dormir por algunos días, pero finalmente nuestro cerebro cae en esa etapa inevitablemente. El sueño es parte de nuestro ciclo circadiano que posee una etapa de sueño y otra de vigilia y que ha sido objeto de innumerables estudios, tanto para comprender el enigma del porque dormimos, como para tratar alteraciones del sueño que afectan de millones de personas en el mundo. Actualmente se sabe que el sueño es una parte importante del proceso del aprendizaje y resulta fundamental para alcanzar un buen rendimiento académico, además de interferir fuertemente en el desempeño físico que tenga una persona.

7.1 EL SUEÑO El sueño es un estado de inactividad que resulta fácilmente reversible (Silverthorn, 2008). El sistema actual más utilizado para el estudio del sueño es la electroencefalografía (EEG) donde se puede observar la actividad eléctrica del cerebro durante las horas de sueño. En los años de 1950 Moruzzi mostró que la disminución de la actividad de la formación reticular producía sueño. También 219

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA observó que la sección del mesencéfalo y la formación reticular del tronco encefálico reducían el sueño. Desde entonces se ha dejado atrás la idea de que le sueño es un estado inactivo del cerebro, ya que se creía que la supresión de los estímulos producía la etapa de sueño. Ahora se sabe que aunque se eliminen la percepción de estímulos se mantiene activamente los ciclos de sueño y vigilia. Además, Moruzzi mostro la necesidad de actividades del tronco encefálico en la regulación de este fenómeno. También se sabe que el cerebro ocupa tanto oxígeno cuando estamos dormido como cuando estamos despiertos (Silverthorn, 2008), lo que nos permite comprender que el dormir es un proceso activo. También en los años 50 del siglo pasado se mostró que el sueño posee dos fases, una caracterizada por un movimiento rápido de los ojos (MOR o REM) y otra donde no hay movimiento rápido de ojos (no-MOR o no-REM). El sueño se caracteriza por una disminución de la actividad motora, una disminución de las respuestas a los estímulos, posturas estereotipadas y una fácil reversibilidad hacia la vigilia.

7.1.1 Etapas del sueño El sueño no-MOR se caracteriza por la mantención del tono muscular y la temperatura corporal, existe una declinación de la actividad simpática y aumento de la parasimpática. Existe aumento de división celular y síntesis proteica, además de secreción de la hormona del crecimiento. El sueño no-MOR posee a su vez cuatro fases:  Fase 1: Corresponde a la transición entre la vigilia y el sueño. Predominan las ondas alpha en el EEG (8-12 Hz).  Fase 2: Corresponde a una etapa un poco avanzada del sueño, donde predominan las ondas theta en el EEG (3,5 a 7,5 Hz).  Fase 3 y 4: Son las etapas de sueño profundo, donde se reduce en mayor rango la actividad cerebral con ondas Delta (1 a 3 Hz). El sueño MOR presenta una actividad cerebral muy similar al de una persona despierta, con ondas de baja amplitud y alta frecuencia (Fig. 7.1). En esta etapa el cerebro desactiva las 220

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA neuronas motoras, a excepción de las que mueven los ojos y los músculos respiratorios. La temperatura corporal desciende en relación a la temperatura ambiente. En esta etapa se produce un movimiento rápido de los ojos tras los párpados cerrados y ocurre la actividad onírica. Los ojos parecen seguir las imágenes que conforman nuestras escenas oníricas.

Figura 7.1 EEG durante el sueño. Actividad del EEG durante las diversas etapas del sueño. El sueño no-Mor comprende las etapas 1, 2, 3 y 4. (Modificado de Bear et al. 1998).

Las fases de sueño no-MOR y MOR se alternan cíclicamente mientras dormimos, avanzando desde la etapa 1 a la 4 y luego volviendo a la 3 y 2 en un período de unos 70 a 80 minutos desde que comenzamos a dormir. En ese momento se produce el primer sueño MOR con una duración de 5 a 10 minutos. Tras la etapa MOR se comienza el ciclo de nuevo, con alrededor de 6 ciclos por 8 horas de sueño. Cabe destacar que a medida que vamos repitiendo los ciclos del sueño las etapas 3 y 4 disminuyen su duración y aumenta la del sueño MOR (Fig. 7.2).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 7.2 Etapas del sueño (Modificado de Bear et al. 1998).

7.1.2 Control del sueño Se ha demostrado que el sistema tálamocortical está íntimamente relacionado con el control del sueño. Este sistema posee tres componentes de autocontrol (Fig. 7.3):  La información sensorial llega desde la periferia hasta los núcleos talámicos de relevos, los cuales modulan la actividad del núcleo reticular del tálamo y la corteza cerebral.  La corteza proyecta hacia el núcleo reticular talámicos y los núcleos talámicos de relevo.  El núcleo reticular del tálamo proyecta y modula la actividad de los núcleos talámicos de relevo. Durante el período de vigilia la formación reticular, ubicada en el mesencéfalo y en la protuberancia, estimula los núcleos talámicos de relevos, los que activan el circuito tálamocortical. De esta manera se produce una desincronización de la corteza cerebral que genera el estado de vigilia. Durante el sueño no-MOR se produce una sincronización de ondas que barren la corteza cerebral. Esto es resultado de la actividad del núcleo del tracto solitario, del núcleo ventral reticular, 222

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA del núcleo dorsal del rafe y del hipotálamo preóptico medial que inhiben la actividad de la formación reticular mediante la secreción de serotonina y adenosina. Esto genera que el tálamo deje de estimular la corteza cerebral, permitiendo la sincronización de ondas de ésta.

Figura 7.3 Feed-back del sistema tálamocortical.

El sueño MOR se caracteriza por una desincronización de la corteza cerebral similar al estado de vigilia, producto de la actividad del núcleo pedúnculo pontino que activa al núcleo locus coeruleus que secreta noradrenalina sobre la formación reticular la que proyecta hacia el hipotálamo y tálamo. También el núcleo pedúnculo pontino activa el núcleo oculomotor que provoca los movimientos rápidos de los ojos característicos de esta etapa del sueño, y provoca la inhibición de las motoneuronas alfa y gamma de la médula espinal. El sistema diencefálico del despertar está compuesto por el núcleo tuberomamilar (del hipotálamo posterior), el hipotálamo lateral y el sistema colinérgico del prosencéfalo basal. A su vez, el sistema del tronco encefálico del despertar está compuesto por el locus coeruleus, núcleo del rafe y núcleo pedúnculo pontino tegmental. Los núcleos encargados del paso de la vigilia al sueño son los núcleos tuberculomamilares (hacia la vigilia) y el área preóptica ventrolateral anterior (hacia el sueño).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 7.4 Núcleos relacionados con los estados de sueño-vigilia. HL=Hipotálamo lateral; ATV=Área tegmental ventral; PPT=Pedúnculo pontino tegmental; NTM=Núcleo tuberomamilar; APV=Área preóptica ventral; RD=Rafe dorsal; LC=Locus coeruleus.

El homeostato (equilibrio) del sueño está regulado por el prosencéfalo basal y el hipotálamo anterior. El despertar es producto de la actividad del núcleo pedúnculo pontino tegmental que excita mediante acetilcolina y glutamato al sistema colinérgico del prosencéfalo basal, el cual es estimulado a su vez por el hipotálamo lateral mediante el neurotransmisor orexina. El hipotálamo lateral también activa al núcleo pedúnculo pontino tegmental (que así continúa con su activación del sistema colinérgico del prosencéfalo basal), el locus coeruleus y el núcleo del rafe (que mediante serotonina y noradrenalina inhiben al área preóptica ventral) y al núcleo tuberomamilar (el núcleo de la vigilia) que aumenta la inhibición del área preóptica ventral, mediante GABA e histamina. El hipotálamo anterior y el prosencéfalo basal también inhiben el área preóptica ventral (Fig. 7.5). El sueño es producto del cese de la inhibición del hipotálamo anterior y el prosencéfalo basal sobre el área preóptica ventral. Este último núcleo inhibe mediante GABA y galanina la actividad del núcleo tuberomamilar, lo que genera el sueño lento o no-MOR. También inhibe al núcleo pedúnculo pontino tegmental, el locus coeruleus y el rafe dorsal generando el sueño MOR (Fig. 7.5).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 7.5 Vigilia y sueño. A la izquierda sistema de vigilia, donde las flechas gruesas son vías excitadoras y las flechas delgadas son vías inhibidoras. A la derecha sistema del sueño, donde las flechas delgadas son vías inhibidoras.

Existe un núcleo llamado supraquiasmático ubicado en el hipotálamo, quien es el encargado de activar y desactivar el hipotálamo lateral y el prosencéfalo basal. Éste núcleo regula el ciclo sueño-vigilia, mediante la información sobre luz-oscuridad que viaja desde la retina por el tracto retinohipotálamico hasta él. Lesiones en el núcleo supraquiamático han mostrado alteraciones de los ciclos de sueño-vigilia. Por ejemplo, ratas con lesiones de este núcleo duermen tanto de día como de noche (Kandel et al. 2000). Este es el reloj biológico que provoca lo ciclos circadianos. En mamíferos, los ciclos de sueño-vigilia tienen una duración de 24 horas, sin embargo, se sabe que en deprivación de señales de luz-oscuridad, el ciclo tiene una duración de 25 horas. Esto se debe tal vez a que hace millones de años cuando surgieron los mamíferos sobre la tierra, los días tenían una duración de 25

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA horas, lo que provoca este cambio de tiempo del ciclo cuando no es controlado por la luz.

7.1.3 Sustancias biológicas que inducen sueño En 1913 se observó que el líquido cefalorraquídeo de perros con privación de sueño, producía sueño en otros con sueño normal (Silverthorn, 2008). Esto produjo toda una línea de investigación sobre sustancias inductoras del sueño como la interleuquina-1, adenosina, interferón, serotonina, prostaglandina, melatonina, etc. Los estudios también muestran que dos genes (denominados PER y TIM) producen proteínas inductoras de sueño que se degradan con la luz del día hasta niveles tan bajos que provocan la activación de estos genes que comienzan a generar y acumular estas proteínas hacia el anochecer. Esta concentración de proteínas inductoras del sueño podría ser las responsables del ciclo de sueño (Morris y Fillenz, 2003). Un dato interesante es que además de los seres humanos se ha visto la existencia de las etapas de sueño MOR y no-MOR en todas las especies de mamíferos y en muchas de aves.

7.1.4 Función biológica del sueño En la actualidad no se conoce con certeza cuál es la función del sueño, sin embargo diversas teorías apuntan:  A la conservación de energía metabólica por parte del organismo.  Para mejorar nuestra funciones cognitivas, ya que se ha observado que procesos como la memoria se consolidan durante el sueño.  Para la regulación de la temperatura corporal.  Para la maduración neural en los infantes y para una equilibrada actividad mental en los adultos.  El sistema inmunitario trabajaría más eficientemente mientras dormimos, mejorando nuestra respuesta inmunitaria. De esa

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA forma se fortalece cuando estamos sanos y mejora su accionar cuando tenemos alguna enfermedad. La privación de sueño muestra un aumento de los niveles vespertinos de cortisol, de la presión arterial, de la insulina y glucosa en sangre, aumento del tono simpático y disminución del parasimpático. Si la privación aumenta en duración a varios días comienzan a presentarse problemas del habla, incapacidad de concentrarse, problemas de memoria y alucinaciones. Sin embargo, para actividades cotidianas no se presentan problemas físicos mayores, lo que ha llevado a concluir que el sueño es una actividad necesaria básicamente para el cerebro, no así para el resto del cuerpo.

Figura 7.6 Núcleos del sueño. La imagen A muestra la ubicación del núcleo supraquiasmático en el cerebro humano. La imagen B muestra la activación del mismo núcleo en presencia de luz (arriba) y su desactivación en ausencia de luz en un cerebro de roedor (Modificado de Morris y Fillenz, 2003). 227

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 7.1.5 Sueño y actividad física Las horas de sueño tienen una relación directa con el rendimiento académico, ya que se durante el sueño MOR ocurren síntesis de proteínas (como la anisomicina) relacionadas con la consolidación de la memoria, donde inhibidores de síntesis de esta proteína suprimen el sueño MOR y dificultad la consolidación de trazas mnésicas (Guzmán, 1995). El aumento del sueño MOR disminuye a medida que el aprendizaje se logra y la memorización se consolida. Smith y Lapp (1991) evaluaron con EEG durante 4 noches a estudiantes universitarios tras los exámenes, encontrando un aumento de los sueños MOR y de su duración en relación a los mismos estudiantes en un período de clases normales. En ratas trabajos de aprendizaje de muchas sesiones durante 24 fuertes muestran un incremento del sueño MOR durante los 6 días posteriores, en cambio trabajos de pocas sesiones muestra aumento del sueño MOR 10 horas tras la práctica (Smith et al, 1980). El cerebro durante el sueño MOR barre los datos de las percepciones aprendidos durante el día en dos fases: la primera borra las trazas nmésicas que posee una baja consolidación y la segunda consolida los datos que quedan del barrido inicial (Guzmán, 1995). Por su parte, la memoria de corto plazo parece no tener relación con el sueño MOR. También existe una relación directa entre el sueño y el sistema endocrino, por ejemplo, el aumento de la secreción de la hormona del crecimiento durante el sueño. Finalmente, la actividad física ha mostrado tener una relación directa con el proceso de dormir. El ejercicio se ha convertido en un buen inductor del sueño, de manera que se ha visto que personas que realizaban actividad deportiva por 150 minutos semanales mejoraban alrededor de un 60% su calidad de sueño. Además el ejercicio les permitía mantenerse más alerta durante las horas de vigilia, de manera que rendían mejor académicamente y en sus trabajos. Un estudio de Nixon et al. (2009) mostró la importancia de la actividad física en buenas etapas de sueños en 519 niños durante un período de 7 años a partir de su nacimiento. Los niños

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA que presentaban más movimiento durante el día mostraban menos problemas de sueño, al contrario de los que presentaban más horas de actividad sedentaria. Shapiro et al. (1987) reportaron aumento de las ondas lentas al dormir en sujetos que habían realizado actividad física de larga duración. Otros estudios mostraron que las ondas lentas durante el sueño no aumentaban en personas no entrenadas. Este tipo de ondas se asocia con la restauración orgánica, que se produciría de mejor manera en personas con experiencia deportiva. También se ha visto que las personas que practican deportes llegan más rápido a las etapas de sueño profundo que las sedentarias. En relación al desempeño físico, se ha observado que la velocidad de reacción de deportistas se ve afectada con una disminución importante en las horas de sueño. También se ven disminuido el rendimiento en pruebas de verbalización y cálculo. Sin embargo, en las actividades físicas de larga duración no se observa un efecto negativo importante por falta de horas de sueño, sino más bien en tareas cortas y que requieran gran concentración, bajos tiempos de reacción y procesamientos sensoriales y cognitivos complejos. Mah et al. (2011) mostraron que aumentar las horas de sueño durante un período de siete a ocho semanas a diversos deportistas ayudaba a mejorar sus rendimientos físicos. Esto se vio en futbolistas, tenistas y nadadores. El aumento de horas fue de las 8 horas tradicionales a 10 horas diarias. La relación entre las horas de sueño y el desempeño deportivo está bien documentada, sobre todo en la relación de alerta, vigilancia, reacción y procesamiento sensorial, pero en el ámbito del desempeño físico propiamente tal aún existen muchas dudas.

7.2

EMOCIONES Y SENTIMIENTOS

La obra de Darwin “The expresión of emotion in Man and animals” de 1872 marca el inicio de la investigación biológica de las emociones. Hoy en día existe mucha polémica con respecto a éste

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA tema, y si bien los científicos no se ponen de acuerdo en la naturaleza de las emociones, lo que está claro es que son procesos regulados por el sistema nervioso de los organismos. “La emoción es un proceso adaptativo que forma parte de los procesos afectivos. Es decir, si bien toda emoción puede ser considerada como una forma de proceso afectivo, no todos los procesos afectivos son procesos emocionales” (Palmero et al. 2006:16-17). Finalmente en este capítulo definiremos las emociones como disposiciones funcionales para genera diversos movimientos de un organismo. Las emociones corresponden a los funcionamientos neurobiológicos que permiten generar un conjunto de conductas que se asocian con una emoción (Maureira, 2008). Existen otros dos conceptos que suelen confundirse con las emociones: el afecto y los sentimientos.  Afecto: Desde el punto filogenético el afecto es el más antiguo, ya que representa un tono o valencia, que puede ser positiva o negativa. También posee una intensidad que puede ser alta o baja. La valencia está regulada por el hipotálamo y la intensidad por la formación retícular del tronco encefálico. El afecto se relaciona con la preferencia (Palmero et al. 2006).  Sentimiento: Para Damasio (1998) y Palmero et al. (2006) el sentimiento es la experiencia subjetiva de la emoción, es decir, el tomar conciencia de la emoción que se está viviendo. Esta puede ser expresa en forma lingüística y se identifica por la descripción de quien la vivencia.

7.2.1 Estructuras cerebrales de las emociones En 1937 James Papez propone la existencia de un sistema cerebral encargado de las emociones, llamado sistema límbico. Actualmente se sabe que es muy antiguo filogenéticamente e incluye el giro cingulado, la circunvolución parahipocampal, los cuerpos mamilares, el fórnix, el hipocampo, el hipotálamo, el área

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA septal, el núcleo accumbens, el núcleo amigdalino, el área orbitaria y la corteza frontal (Fig. 7.7). Las primeras pruebas de la relación entre el sistema límbico y las emociones fueron dadas en 1939 por Heinrich Klüver y Paul Bucy, quienes removieron la amígdala y el hipocampo en monos, lo que produce absolutos cambios en las conductas emocionales de estos animales, mostrando una hipersexualidad, incluso con animales de otras especies u objetos. También se llevaban a la boca todo estímulo visual, aun cuando no eran comestibles y no presentaban emociones como el miedo frente a estímulos agresivos y peligrosos.

Figura 7.7 Estructuras del sistema límbico. En la actualidad el estudio central de las emociones abarca las aéreas frontales, el hipocampo y la amígdala (Modificado de Kandel et al. 2000).

7.2.2 Núcleo amigdalino y emociones Las emociones están reguladas por la amígdala cerebral y el hipocampo. La expresión de las emociones está dada por la actividad del hipotálamo y núcleos del mesencéfalo. Finalmente, la conciencia de la emoción (sentimiento) se produce por actividad del cíngulo, el giro parahipocampal y la corteza prefrontal. Personas con lesiones en la amígdala cerebral son capaces de reconocer fotografías de parientes, pero no las expresiones emocionales que presentan. Esto muestra la existencia de una 231

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA región de memoria explícita de identificación facial (corteza inferotemporal) y otra de reconocimiento de emociones en la expresión facial (núcleo amigdalino). La amígdala es un conjunto de 10 núcleos asociados en tres grupos (Kandel et al. 1997):  El grupo medial que presentan conexiones con el bulbo olfatorio y la corteza olfatoria.  El grupo basolateral que se conecta con la zona orbitaria y medial de la corteza prefrontal y la zona de asociación de la corteza temporal anterior.  El grupo central que muestra proyecciones con el hipotálamo y núcleos del tronco del encéfalo como el núcleo parabraquial y el núcleo del tracto solitario. Dentro de estos el complejo basolateral ha mostrado ser fundamental en al aprendizaje emocional. En ratas que asociaron un sonido con una descarga eléctrica en la patas, mostraban miedo y alta actividad en estos núcleos cuando escuchaban el sonido aún antes de la descarga. La amígdala cuenta con proyecciones recíprocas con el hipotálamo, el mesencéfalo, el hipocampo, el tálamo y el neorcórtex. De esta forma, la estimulación eléctrica de los núcleos centrales de la amígdala produce una serie de cambios en la homeostasis corporal (Fig. 7.8).

7.2.3 Corteza frontal y emociones La estimulación eléctrica del córtex orbitofrontal produce respuestas autonómicas relacionadas con la emociones (aumento de la presión arterial, dilatación de las pupilas, salivación, etc.). El córtex frontal ventromedial se relaciona con el control emocional. Lesiones de esa región produce desinhibición y conductas sociales inapropiadas. Las vías de conexión entre la amígdala y la corteza frontal es la responsable de nuestra conciencia de emociones, además de permitirnos experimentar emociones sin estímulos externos, cuando recordamos o imaginamos diferentes situaciones. 232

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 7.8 Conexiones de la amígdala cerebral y otras regiones del cerebro responsables de respuestas orgánicas emocionales (Modificado de Kandel et al. 2000).

7.2.4 Miedo Emoción que se manifiesta bajo respuestas de huida o de congelamiento. El miedo puse ser de dos tipos: a) incondicionado, cuando las respuestas son parte de nuestra programación genética. b) condicionado, que se da con nuestras experiencia (Aggleton y Young, 2000). Los cambios fisiológicos más característicos de esta emoción son el aumento del metabolismo celular, aumento de la presión arterial, mayor frecuencia cardíaca, mayor irrigación sanguínea a los músculos esqueléticos, detención del sistema inmunológico y dilatación pupilar (Bear et al. 1998). El circuito del miedo se basa en el núcleo amigdalino con la participación del hipotálamo. La extirpación de la amígdala en monos produce una disminución drástica o total del miedo en ellos y su estimulación produce miedo sin la presencia de ningún estímulo. Huber et al. (2005, citado en Maureira, 2011) mostró que la administración de oxitocina suprime la actividad de la amígdala y suprime el miedo. Un estímulo sensorial llega al tálamo y pasa a la amígdala mediante la vía directa de gran rapidez. Así es posible generar respuestas en tiempos muy breves. También existe una vía

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA indirecta (más lenta), que lleva información del tálamo hacia la corteza sensorial y luego de asociación, lo que permite una respuesta más elaborada y a nivel consciente. Esta vía indirecta funciona 300 milisegundos después que la vía talámica directa (Kandel et al. 2000). Brandão et al. (2003, 2005) han mostrado que núcleos del tronco encefálico se activarían incluso antes que la amígdala en la emoción del miedo. El núcleo medio del rafe reconoce los ambientes asociados a un trauma, los colículos inferiores distinguen sonidos amenazadores y normales y la parte dorsal de la sustancia gris periacueductal se relaciona con la reacción de congelamiento.

7.2.5 Ira Para Palmero et al. (2000) la ira y la rabia se activan cuando ocurren frustraciones y tiene como finalidad la supervivencia del individuo. Zalcman y Siegel (2006) mostraron que la ira puede ser defensiva, donde un animal golpeará un objeto y realizará una serie de movimientos y ruidos orientados a la protección de su territorio o crías. Esta ira se produce al estimular eléctricamente el hipotálamo preóptico intermedio y el mesencéfalo gris periacueductal. En cambio la ira de ataque se provoca al estimular el hipotálamo perifornical lateral, la zona ventral del mesencéfalo gris periacueductal y el tegmentum. La activación de los receptores alfa-2 de norepirefrina y D2 de dopamina en el hipotálamo medial y anterior generan la ira defensiva, en cambio los receptores D2 por si solos generan ira y ataque predador (Zalcman y Siegel, 2006).

7.2.6 Tristeza Es un estado que señala la necesidad de afiliación y funciona para motivar a un individuo a buscar relaciones sociales (Maureira y Sánchez, 2011). Esta emoción se expresa desde el nacimiento, como se ha visto en monos infantes que sufren interrupciones prolongadas de relación con su madre, ya que ellos no actúan con

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA otros monos, no juegan y no muestran interés sexual (Harlow, 1976). Los neurotransmisores relacionados con la tristeza parecen ser los opioides endógenos de la corteza rostrada del cíngulo, que disminuyen durante la tristeza; la oxitócina, que también disminuye y la dopamina que aumenta cuando se extraña a alguien (Feed y Mann, 2007). Algunas de las regiones cerebrales relacionadas con la tristeza son la corteza cingulada anterior, corteza ventrolateral prefrontal, la corteza lateral prefrontal, corteza dorsolateral prefrontal, el giro superior, el giro mediotemporal, la ínsula, los ganglios basales y el cerebelo.

7.2.7 Alegría Esta emoción positiva puede ser medida en humanos con escalas tipo Likert y por respuestas condicionadas, como la sonrisa de Duchenne (Fig. 7.9). La alegría se relaciona con estados afectivos positivos de acercamiento y consumación de relaciones sociales. Para Burgdorf y Panksepp (2006) las emociones positivas pueden surgir de la necesidad física, por acciones emocionales (juego, por ejemplo) y por sentimientos de fondo como la angustia y el alivio. La alegría es producida por actividad del sistema límbico y regiones como el área orbitofrontal, el cíngulo anterior y la ínsula (Panksepp, 1998). El estímulo eléctrico del núcleo accumbens produce risa y euforia (Okun et al. 2004). Se va visto que la actividad de la amígdala cerebral se reduce en las emociones positivas.

7.2.8 Emociones sociales Los seres humanos presentan un segundo tipo de emociones, que van más allá de nuestro repertorio genético y que nacen de nuestras relaciones culturales, las emociones sociales. Estas emociones dependen del contexto en donde el individuo ha crecido,

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA de manera que diferentes estímulos provocaran la emoción, no existiendo un factor universal que la provoque, como en el caso del miedo, la ira o la alegría.

Figura 7.9 Sonrisa de Duchenne. Es un tipo de sonrisa que involucra la contracción de los músculos cigomático mayor y menor cerca de la boca y el músculo orbicular cerca de los ojos. La mayoría de las personas no pueden contraer a voluntad el músculo orbicular, por lo que esta sonrisa es símbolo de emoción genuina. Esta contracción muscular es producida por los ganglios basales por estimulación del sistema límbico. En cambio la sonrisa voluntaria es producida por la actividad de la corteza motora, razón por la cual podemos manejarla y es considerada un símbolo de emoción fingida.

Algunas emociones sociales son la culpa, la vergüenza, el odio, la impotencia, los celos, etc. Debido a su origen, el córtex prefrontal resulta fundamental para el surgimiento de estos estados, el cual deberá conectarse con estructuras subcorticales que activarán las respuestas orgánicas que se experimentan durante una vivencia de culpa o vergüenza, con sus características conductas. Las emociones sociales poseen un origen subjetivo, ya que su génesis no se da por necesidades fisiológicas de homeóstasis, sino por procesos cognitivos estructurados en la experiencia cultural del individuo. Por ejemplo, en algunas culturas africanas y de asia polinésica el desnudo no es motivo de vergüenza, ya que ellos viven sus relaciones culturales de esa forma, la tribu entera realiza sus rutinas diarias desnudos. En cambio en nuestra cultura, ser vistos desnudos resulta en la mayoría de los casos en la vivencia de

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA una emoción de vergüenza, que surge de la subjetividad de nuestro acervo cultural. El estudio de las emociones sociales es más reciente debido a la necesidad de realizar la investigación en seres humanos, ya que estas no se presentan en otras especies. Sólo el estudio de imaginería cerebral y daños cerebrales producidos por derrames o tumores han permitido comenzar con esta línea de conocimiento.

7.2.9 Trastornos del estado del ánimo Son definidos como sentimientos prolongados y relativamente estables relacionados con la experiencia de bienestar (Silverthorn, 2008). Antiguamente se creía que los estados de ánimo eran un proceso puramente psicológico, pero actualmente se ha mostrado las bases neurales que sustentan esta vivencia, que puede notarse fácilmente en los trastornos del ánimo producto del desbalance de ciertos neurotransmisores cerebrales. La depresión es el trastorno del ánimo que se presenta con mayor frecuencia con casi el 10% de la población. Se caracteriza por alteraciones del sueño, el apetito, el estado de ánimo y el deseo sexual, los cuales pueden afectar seriamente sus relaciones sociales, su desempeño académico o laboral. La depresión unipolar afecta al 5% de la población, presentándose entre 2 y 3 veces más en las mujeres que en los hombres. Se caracteriza por largos períodos (4-12 meses) de falta de ánimo (disforia), angustia mental, de falta de ánimo (disforia), angustia mental, incapacidad de vivir experiencias placenteras (anedonia), desinterés de todo, falta de energía y en ocasiones con ideas suicidas. La depresión bipolar presenta alternancia de períodos de euforia y depresión, que afecta de igual manera a hombres y mujeres. El episodio de depresión es muy similar al de la depresión unipolar y los períodos de euforia se caracterizan por un aumento de la irritabilidad, incremento de la energía y el deseo sexual, ideas de grandeza, dificultad para dormir y en algunos casos se presentan alucinaciones. Los episodios de depresión y euforia se alteran y pueden cambiar de uno a otro en cosa de minutos.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA La depresión tiene una fuerte predisposición genética, que se manifiesta con actividad anormal en la región del córtex prefrontal y el cuerpo calloso. Actualmente estas alteraciones se tratan en forma farmacológica con tres tipos de antidepresivos:  Inhibidores de monoámina oxidasa: el primer antidepresivo descubierto, que en la actualidad se usa poco.  Antidepresivos tricíclicos: como la amitriptilina, que inhiben la recaptación de aminas biógenas como la serotonina y norepirefrina.  Inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina: como la fluoxetina y sertralina, que hacen más lenta la eliminación de serotonina inhibiendo la recaptación de la misma, de manera que se mantenga por más tiempo en la hendidura sináptica, para su unión con receptores. Además de la serotonina y norepirefrina, otro neurotransmisor relacionado con el estado de ánimo es la dopamina. Los antidepresivos de última generación (inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina) presentan una efectividad del 85%. Estos fármacos necesitan de varias semanas de consumo para generar los efectos esperados en la regulación del ánimo y el tratamiento suele durar desde meses hasta años.

7.2.10 Emoción y actividad física Las emociones guían el proceso de aprendizaje, ya que toda la acción de posibles conductas a realizar se funda sobre la emoción que se experimenta. Las emociones positivas permitirán la realización de acciones tendientes al aprendizaje y las emociones negativas no lo harán. Un estudiante aburrido, enojado o con miedo no realizará las acciones necesarias para memorizar y aprender una temática propuesta por el profesor, de manera contraria un sujeto alegre y entusiasmado focalizará su atención, se motivará, tratará de comprender y reflexionar, podrá memorizar y recuperar información para su uso y de esa manera se enfrentara a un exitoso proceso de aprendizaje. 238

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Algunos autores (García, 1997, Goleman, 1997, Vallés y Vallés, 2000, citados en Ruano, 2004) plantean la necesidad de una educación de las emociones para lograr un autocontrol emocional en los estudiantes, pudiendo cambiar una emoción por otra y expresándolas correctamente nos permitirá mejorar nuestra calidad de vida. En el mismo estudio de Ruano (2004) se observó que un trabajo de expresión corporal por varios meses disminuía la vergüenza frente a situaciones nuevas, pero no así el miedo, la alegría o la ansiedad. La misma intervención mejoró los niveles de habilidades sociales de los sujetos. Las emociones tienen una relación importante para llevar a cabo actividad física que se planifica con anticipación y no sólo intervienen variables cognitivas como la valoración de la actividad física, si es significativa o si el sujeto posee control conductual, manteniendo la motivación (Ries y Sevillano, 2011). Algunas investigaciones muestran que la educación emocional mejora las relaciones de los estudiantes y sus rendimientos académicos. También, presentan menos tendencias a la violencia, embarazo o suicidio. Debido a esto Pellice (2007) generó un programa llamado educación física emocional donde busca dar cuenta de estrategias para el desarrollo de competencias emocionales de los estudiantes en torno a 5 ejes:  Conciencia emocional, trabajada mediante la expresión de sentimientos y emociones de forma verbal y no verbal. El reconocimiento de sus propias emociones y de los demás.  Regulación emocional, mediante el trabajo de expresión de sentimientos y emociones, diálogo y reflexión.  Autonomía emocional, trabajada mediante el diálogo de cualidades positivas y negativas de sí mismo y el aprender a dar y recibir elogios.  Habilidades socio-emocionales mediante la resolución de conflictos, aprender a pedir y recibir disculpas, expresar quejas, etc.  Habilidades de vida, mediante la creatividad, la risa y las actividades de tiempo libre.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA El equilibrio emocional resulta fundamental a la hora de establecer nuestras relaciones sociales, razón por la cual es necesario un trabajo educativo al respecto, que permita generar un ambiente académico más grato y al mismo tiempo prepare al estudiante para enfrentar de manera más acorde los problemas que resulten en implicancias emocionales en su diario vivir. Por otra parte, desde principios de 1900 que se ha visto una relación interesante entre actividad física y depresión, convirtiendo la primero en un buen antidepresivo (Craft y Perna, 2004). Por ejemplo, actividad física moderada de 20 a 40 minutos, 3 veces por semana, durante 6 semanas reduce síntomas de la depresión (McNeil et al. 1991). Dimeo et al. (2001) muestra que 30 minutos de trabajo aeróbico en treadmill por 10 días consecutivos son suficientes para disminuir síntomas de depresión medidos con la escala de Hamilton. Un estudio de Blumenthal et al. (1999) comparó los resultados obtenidos en los niveles de depresión de un grupo que recibió antidepresivos y otro que realizó actividad física 3 veces. Ambos grupos redujeron sus síntomas de depresión después de 16 semanas, pero no existió diferencia significativa entre los grupos de fármacos y ejercicio, por lo que la actividad física resulta ser tan efectivo como la medicamentación y es un excelente complemento al tratamiento de esta patología. También se ha visto que no existen diferencias significativas en la disminución de los síntomas de depresión si el trabajo es aeróbico o anaeróbico. Para Craft y Perna (2004) los motivos que podrían influir en que la actividad física reduzca los síntomas de la depresión son:  Hipótesis termogénica, que plantea que un aumento de temperatura del mesencéfalo produciría relajación y disminución del tono muscular.  Hipótesis de la endorfina, que plantea que la liberación de β endorfinas durante el ejercicio produciría un cambio químico cerebral que ayudaría a reducir la depresión.  Hipótesis de las monoáminas, que plantea que el ejercicio aumenta la secreción de neurotransmisores cerebrales como la dopamina, serotonina y norepirefrina. 240

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Hipótesis de la distracción, que plantea que la actividad física permite al sujeto distraerse mejorando algunas percepciones negativas características de la depresión. La actividad física resulta ser un mejor método de distracción que la relajación, la educación en salud o el contacto social. Brooks et al. (1998) también demostraron que el ejercicio aeróbico durante 10 semanas reduce los niveles en desordenes de pánico y agorafobia, siendo un excelente complemente al tratamiento farmacológico de clomipramina en estos pacientes.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 8

MOTIVACION, ATENCION Y ACTIVIDAD FISICA _______________________________

La motivación es un proceso biológico que se relaciona íntimamente con el placer, ya que todo organismo dedica tiempo y energía a buscar aquello que desea y se aleja de aquello que le causa dolor. La motivación también se relaciona con los estados de adicción, ya que esto provoca la activación de los circuitos cerebrales del placer y la búsqueda motivada del mismo. Las emociones y la motivación están fuertemente relacionadas y constituyen las bases fisiológicas de las funciones cognitivas más complejas como la memoria, el aprendizaje, el lenguaje, etc. En los seres humanos, la actividad motivada hacia un fin puede ser de dos tipos: el logro de la homeostasis orgánica mediante la satisfacción de una necesidad biológica (comer, beber, copular, regular temperatura, etc.) y el logro de aspiraciones personales en el contexto social dado por la experiencia cultural de cada individuo.

8.1

LA MOTIVACION

Tradicionalmente, las orientaciones biológicas en psicología de la motivación se han centrado en el estudio de las bases orgánicas que permiten entender y explicar las distintas conductas motivadas (Palmero et al. 2005). La motivación tiene relación con la búsqueda o rechazo de ciertos estímulos, la motivación es un

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA conjunto de acciones conductuales tendientes a buscar el placer o huir de estímulos dolorosos (Maureira, 2009), es decir, que un estímulo provocará un conjunto de posibles respuestas tendiente a la atracción o aversión hacia dicho estímulo. Para Davidson (1993, 1999) las acciones de comer, beber y copular son los ejes motivacionales que llevan a un organismo a generar un conjunto de conductas que busquen alcanzar estos fines, esto conocido como motivación de aproximación. Por el contrario, la motivación de evitación, lleva a un sistema biológico a alejarse de la fuente que genera una experiencia desagradable, dolorosa y aversiva. Para Palmero et al. (2005) los estudios biológicos de la motivación están orientados a conocer los procesos de activación y autorregulación homeostática. También plantean que cualquier conducta se produce por una activación en el sistema biológico, la que posee tres componentes: una fisiológica, otra cognitiva y otra motora.

8.1.1 Componente fisiológico de la motivación “El componente fisiológico de la activación se refieren al ajuste interno del organismo en aquellas situaciones en las que tiene que llevar a cabo alguna actividad importante” (Palmero et al. 2005: 24). Para Brown y Pluck (2000, citado en Palmero et al. 2005) las estructuras implicadas en la auto-regulación de la activación son el circuito tálamo-corteza-estriado-pálido. Para Palmero et al (2005) este circuito está formado por tres sub-circuitos: dos de retroacción positiva y uno de retroacción negativa.  El sub-circuito I está formado por la corteza sensorio-motora y núcleos ventral-anterior y ventral-lateral talámicos. Es de retroacción positiva y su principal neurotransmisor es el glutamato (GLU), produciendo la activación recíproca de ambas estructuras.  El sub-circuito II está formado por la corteza sensorio-motora, el cuerpo estriado dorsal, el núcleo pálido dorsal y los núcleos ventral-anterior y ventral-lateral talámicos. También es de 246

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA retroacción positiva activada por GLU. El tálamo estimula la corteza, que activa al estriado, que a su vez inhibe al núcleo pálido, el cual inhibe al tálamo, el cual con esto no puede inhibir la información sensorial que llega al tálamo, lo que produce una activación de la corteza.  El sub-circuito III está formado por las mismas estructuras que el sub-circuito II más ciertos centros mesencefálicos. Es de retroacción negativa. El estriado dorsal inhibe al núcleo pálido impidiendo que éste inhiba a los centros mesencefálicos que entonces pueden inhibir al estriado mediante la dopamina (DA). Cuando la sustancia nigra inhibe al estriado dorsal, éste ya no inhibe al pálido dorsal que actúa sobre los núcleos talámicos, inhibiendo la influencia sensorial sobre la corteza. Todo estos sub-circuitos permite la regulación y control de la activación (Fig. 8.1).

Figura 8.1 Circuito de activación que da origen al componente fisiológico. Glu=Glutamato; DA=Dopamina; GABA=Acido gamma amino butírico. (Modificado de Palmero et al. 2005)

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 8.1.2 Componente cognitivo de la motivación El componente cognitivo de la activación se refieren a todos los procesos desde que detectan la presencia de un estímulo hasta que le dan significación al mismo (Palmero et al. 2005). Aquí son varias estructuras implicadas: la estimulación sensorial llega a los núcleos del tálamo que se proyecta a la corteza sensorial primaria, esta conecta con su respectiva corteza de asociación, la que proyecta a la corteza frontal, la que a su vez proyecta al lóbulo parietal, que también recibe estímulo del hipotálamo y el sistema límbico. Las estructuras implicadas en el análisis de la significación motivacional de un determinado estímulo, configuran un circuito en el que la formación reticular, el tálamo, la corteza sensorial y las cortezas frontal y parietal desempeñan papeles de gran trascendencia (Palmero et al. 2005) En la figura 8.2 se muestra todo el circuito.

Figura 8.2 Circuito de regulación del componente cognitivo de la activación (Modificado de Palmero et al. 2005)

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 8.1.3 Componente motor El componente motor hace referencia a la preparación y ejecución de la conducta (Palmero et al. 2005). El estímulo activa la formación reticular que estimula al tálamo que entra en el circuito de la significación. La corteza frontal dorsolateral que recibe proyecciones del circuito cognitivo y del hipotálamo y el sistema límbico. La corteza proyecta sobre el estriado dorsal, núcleos inespecíficos del tálamo (NIE) y el área promotora. Con el estriado comienza el sub-circuito III de la activación, de esta forma la corteza frontal regula la activación. Los NIE participan en la activación y en la regulación motora (Fig. 8.3). La corteza frontal dorsolateral proyecta hacia las áreas premotoras que provocará la conducta. En todo esto es la corteza frontal dorsolateral la encargada de controlar el grado de activación para realizar la conducta motivada de aproximación o evitación (Palmero et al. 2005).

Figura 8.3 Circuito de regulación del componente motor de la activación. NIE=Núcleo inespecíficos del tálamo. (Modificado de Palmero et al. 2005)

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 8.1.4 Motivación en el contexto social humano La motivación se relaciona con la necesidad de satisfacer una necesidad, donde ésta última genera una tensión que a su vez da origen a impulsos que promueven comportamientos orientados que satisfacen la necesidad, provocando una reducción de la tensión. En el caso de los seres humanos la motivación se convierte en un factor que permite guiar los esfuerzos hacia el logro de objetivos biológicos y culturales. Los primeros están dados por el comer, beber, copular, resguardo de la temperatura, dormir, etc. Los segundos, son de naturaleza abstracta y que han surgido de la historia de nuestra cultura: dinero, trabajo, bienes materiales, viajes, etc. Las teorías que tratan de explicar las conductas motivadas en los seres humanos pueden clasificarse en reactivas y de activación. a) Teorías reactivas: Surgen de la base de que toda actividad motivacional se produce por la necesidad homeostática de un organismo, donde la teoría expectativa/valencia que plantea que la conducta es intencional en la medida que obedece a un propósito orgánico funcional, donde las expectativas y valencias son las responsables de la acción motivada (Barberá, 2002). Los estímulos externos, ya sean apetitivos o aversivos, generan un impulso homeostático de necesidad, emoción o curiosidad y que genera expectativas, atribuciones y valencias que provocan satisfacer la necesidad y restablecer el equilibrio orgánico. b) Teorías de la activación: Aquí la conducta humana es considerada propositiva, en tanto es impulsada por planes, objetivos y metas y no sólo por una estimulación específica (Barberá, 2002). Aquí es donde surge el concepto de motivación intrínseca, que se relaciona con una actividad realizada por placer o interés. En este caso la conducta motivada sería realizada como parte de un equilibrio homeostático, en tanto la novedad, complejidad e imprevisibilidad de un estímulo, provocaría curiosidad y la satisfacción de ésta.

250

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 8.1.5 Sistema neural del placer Desde que Olds y Milner (1954) descubrieron el sistema del placer, se ha estudiado este circuito neural en diversas situaciones, como la obtención del alimento, el agua, la cópula o las drogas. Estos centros de recompensa obedecen a estímulos naturales, generando la experiencia placentera, mediante la secreción de neurotransmisores específicos. Por ejemplo, cuando un mamífero ve alimentos, siente la necesidad de comer situación gatillada por la dopamina. La acción de salir a buscar comida esta mediada por la adrenalina. Finalmente, una vez consumado el acto de comer, la satisfacción de la necesidad es mediada por la serotonina (Kandel et. Al. 2000). La adicción a las drogas está determinada por la conducta de búsqueda y autoadministración (antiguamente se creía que estaba determinada por la tolerancia y síndrome de abstinencia, pero hoy se sabe que esto no ocurre en todas las adicciones de drogas). La búsqueda está determinada por tres propiedades: las drogas como reforzantes positivos, las drogas como estímulos discriminativos internos y la propiedad aversiva de las drogas. Investigaciones con neuroimagen muestra que el consumo de glucosa en el estriado dorsal, amígdala y corteza cerebral, disminuye en gente adicta a la cocaína y este no vuelve a niveles normales aún después de cuatro meses de abstinencia (Ambrosio y Fernández, 2011). Las estructuras más importantes del sistema de recompensa cerebral se encuentran en zonas mesolímbicas y mesocorticales, siendo el área tegmental ventral, centro de la dopamina, que proyecta hacia el núcleo accumbens y éste a su vez hacia la corteza prefrontal (Fig. 8.4) y el hipotálamo lateral. El sistema mesocorticolímbico y de otras partes del cerebro producen neuroadaptación, entendido como los cambios en la regulación de receptores, cambios en los canales de calcio dependientes de voltaje, segundos mensajeros, etc. (Kandel et al. 2000). Siendo estos cambios los responsables de las adicciones a diversas sustancias. La dopamina es el neurotransmisor principal en el circuito mesocorticolímbico, siendo el principal responsable del refuerzo de

251

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA conductas que generan placer. Se cree que la función de esta sustancia es avisar cuando un estímulo va a ser placentero. Las drogas como los estimulantes y el alcohol aumentan la actividad de este sistema cerebral. Para Coria-Avila et al. (2008) las drogas actúan de manera similar a las recompensas naturales como la bebida, el sexo ó las relaciones sociales. Para Corominas et al. (2007) la adicción es una conducta cuyo objetivo es la obtención de la droga en base a sus cualidades placenteras, provocando un aumento en la frecuencia y cantidad de consumo. Para Beninger et al. (1998) la dopamina es el neurotransmisor clave para el aprendizaje de consumo.

Figura 8.4 Sistema dopaminérgico mesocorticolímbico, sustrato neural principal del sistema de recompensa. A=Área tegmental ventral; B=Núcleo accumbens; C=Corteza prefrontal.

Se ha observado que un consumo crónico de drogas produce una reducción de los receptores de dopamina D2, pero no de los D1 que se relacionaría con el deseo de consumir, en cambio la disminución de D2 mantendría la conducta de consumo por una disfunción de la comunicación neural que provoca que el consumo ya no genere las misma sensaciones que ocasionaba al principio (Ambrosio y Fernández, 2011). Sin embargo, también se ha visto que los opiáceos producen efectos reforzantes de forma independiente del sistema mesocorticolímbico. Estos se ubican en el área tegmental y núcleo accumbens y son los responsables de la adicción a la heroína (Ambrosio y Fernández, 2011). 252

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA La dopamina se relaciona con las conductas preparatorias del consumo, es decir, la conducta de búsqueda, ya que la conducta consumatoria esta medida por glutamato (Kalivas, 2009). Durante el consumo de drogas se produce una elevación en los niveles de dopamina extracelular, que decae al dejar de consumirlas. En un principio el consumo provoca euforia y placer, pero con el tiempo se produce habituación que está determinada en un principio por actividad del córtex prefrontal, pero se va transfiriendo a los núcleos subcorticales que controlan la conducta automática (Corominas et al. 2007). De esta forma el consumo deja de ser voluntario. Las adicciones producen cambios neuroadaptativos y neuroplásticos de extensas regiones cerebrales, entre ellas núcleos mesencefálicos, regiones límbicas, el hipocampo, regiones sensoriomotoras y regiones prefrontales (Corominas et al. 2007).

Figura 8.5 Estructuras implicadas en las adicciones de cocaína y anfetaminas (arriba izquierda), opiáceos (arriba derecha) y el alcohol (abajo). CPF=Corteza prefrontal; NAc=núcleo accumbens; ATV=área tegmental ventral; Amg=amígdala; LC=locus coeruleus; Hi=hipocampo; C=cerebelo.

253

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 8.1.6 Motivación y actividad física La importancia de la motivación en la actividad física y el deporte viene establecida por que son actividades voluntarias, que requieren esfuerzos progresivos y posee resultados visibles (Cantón, 1990). La necesidad de estrategias motivacionales en éste ámbito se dirigen hacia la participación en los programas deportivos y una buena preparación para los máximos rendimientos físicos (Cantón, 1990). Según Heckhausen (1974) para que el resultado de una acción pueda considerarse como rendimiento existen cuatro condiciones: la actividad puede tener éxito o fracaso; las actividades se deben diferenciar según su complejidad; debe existir una medida antes de realizar la acción como sistema de contraste; el efecto de la actividad debe repercutir en la persona. Motivar un rendimiento se relacionará con el esfuerzo que realice la persona para obtener un resultado. En el ámbito del deporte, el rendimiento está dirigido por la necesidad innata del ser humano de competir, contra otros o contra sí mismo. Vencer a un oponente o disminuir una marca son importantes factores que motivan la realización del deporte. Algunas conclusiones generales que se han obtenido de la motivación para el deporte son (Bakker et al. 1993):  Existen motivos específicos para realizar una actividad deportiva dependiendo de cuál sea ésta.  Los motivos más importantes de la práctica deportiva son la diversión y el placer, la necesidad de afiliación, deseos de logro y motivos de salud.  La diferencia fundamental entre deportistas y no deportistas parece ser que los primeros poseen más necesidad de logros. Entre los descubrimientos relacionados con la motivación y el deporte encontramos que los deportistas con niveles de motivación de logro elevado prefieren situaciones con dificultad moderada, en cambio lo que presentan niveles de logros bajos eligen tareas más fáciles o muy difíciles (Mayor y Canton, 1995 citado en Cantón, 2000).

254

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Cantón (2000) también menciona que la tendencia a evitar el fracaso se relaciona con los niveles de ansiedad, que las recompensas extrínsecas afectan a la motivación intrínseca, que la experiencia afecta a las atribuciones causales de éxito y fracaso, etc. Feltz (1988) establece la relación entre auto-eficacia (convicción de poder realizar con éxito una tarea) con la persistencia en el deporte o la actividad física rehabilitadora. Balague (1987) muestra la existencia de dos tipos de objetivos en el deporte: objetivo de aprendizaje y objetivo de mostrar superioridad. El primero permite al individuo mayor persistencia, en cambio el segundo se asocia con mayor abandono deportivo. Trabajos con el test MIMCA (Marrero et al. 1997) han permitido conocer los motivos más habituales para iniciar, mantenerse, cambiar y abandonar la práctica deportiva, de manera de genera estrategias que permitan motivar el inicio de la actividad deportiva en la población en general y evitar la deserción de la práctica física. También se ha utilizado este tipo de test para establecer diferencias entre género, edad, tiempo de práctica y tipo de deporte (Marrero et al., 1999). En el ámbito de la práctica física Weinberg (1984, citado en Balague, 1990) sugiere los siguientes pasos para mejorar la motivación de los atletas:  Todos los deportistas deben tener la oportunidad de tener éxito algunas veces.  Darle responsabilidades al deportista y que sea participe de las decisiones.  Aprobar su acción siempre que sea posible.  Establecer objetivos alcanzables.  Tener variedad en el programa de entrenamiento. Por su parte, Rejeski y Kenney (1988, citado en Balague, 1990) sugieren en la actividad física para la rehabilitación o bienestar:  Educar con respecto a los beneficios de la actividad física.  Tener en cuenta otros objetivos que se puedan lograr con la actividad física más allá de los beneficios corporales. 255

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Contraatacar ideas negativas. Favorecer la acción en grupos. Crear experiencias positivas con el deporte. Utilizar técnicas de auto-registro. Establecer objetivos a corto y largo plazo. Entregar toda la información sobre logros alcanzados.

     

8.2

LA ATENCION

La atención es un proceso cerebral muy complejo, al cual se le había tomado poco en cuenta a la hora de estudiar los procesos cerebrales, enfocándose en la memoria y el aprendizaje. Sin embargo, hoy en día cada vez toma más peso la investigación neurocientífica de la atención sobre todo por la proliferación de problemas relacionados como el trastorno de déficit atencional con y sin hiperactividad, heminegligencia, dislexia negligente, etc. Incluso actualmente se especula la participación de la atención en trastornos como la depresión y la esquizofrenia (Estévez et al. 1997). La atención es considerada como la focalización selectiva de nuestras percepciones, donde seleccionamos alguna información en particular y desechamos las restantes. A cada instante nuestro sistema sensorial es blanco de una gigantesca cantidad de estímulos los cuales serían imposibles de procesar, razón por la cual nuestro sistema nervioso debe escoger a cuales estímulos atender, los que resulten más relevantes en cada situación y nos permiten dirigir nuestra conducta. Las estructuras cerebrales implicadas en la atención visual incluyen regiones subcorticales y corticales (Fig. 8.6). El circuito subcortical incluye las proyecciones del caudado a la sustancia negra, de ésta al colículo superior y de ahí al tálamo. El circuito cortical se conforma de tres subcircuitos: a) El occipitotemporal, que inicia n V1 hasta zona temporal inferior con conexiones con la corteza prefrontal dorsolateral. Se relaciona con el reconocimiento de los objetos.

256

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA b) El occipito-parieto-frontal, que inicia en V1 que conecta con el córtex parietal posterior. Éste se conecta con el campo ocular frontal y el córtex prefrontal dorsolateral se conecta con el córtex orbitofrontal. Se relaciona con el reconocimiento espacial. c) Interconexiones del córtex parietal posterior con el córtex prefrontal dorsolateral y el cíngulo (Estévez et al. 1997).

Figura 8.6 Regiones subcorticales (izquierda) y corticales (derecha) implicadas en la atención. COF=Campos oculares frontales; CPD=Córtex prefrontal dorsolateral (Modificado de Estévez et al. 1997). La atención posee un sistema voluntario y un sistema automático, ambos involucrados en diferentes actividades y con una base neuroanatómica igualmente diferente.

8.2.1 Atención voluntaria y automática Cuando se dirige y mantiene la atención se activan dos regiones del área prefrontal dorsolateral: la región ubicada donde el surco frontal superior intersecta con el surco precentral y la región del surco intraparietal. Las neuronas de estas regiones están distribuidas en base a un mapa espacial del campo visual y se activan cuando la persona prepara un movimiento ocular o manual (Corbetta, 1998). El pulvinar también funciona durante este tipo de atención, ya que posee conexiones con ambas regiones del prefrontal dorsolateral. El sistema de atención voluntario se

257

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA relaciona con la capacidad de mantener la información en la memoria (Awh et al. 2006). La atención automática se relaciona con la detección de un estímulo al que no se le presta atención y esto depende giro frontal inferior, giro supramarginal y córtex temporal superior del hemisferio derecho. Este sistema provoca la alerta de reorientación de la atención. Se ha observado que a mayor actividad del sistema de atención voluntaria es menor la actividad del sistema automático y viceversa. De esta forma se regula la actividad atencional de modo que podamos fijar un estímulo por un momento y luego podemos cambiar nuestro foco de atención, logrando un equilibrio entre lo que seleccionamos del entorno en un momento y el cambio hacia otro estímulo.

8.2.2 Tipos de atención Estévez et al. (1997) realizan una revisión sobre los tipos de atención existentes. Estos se pueden clasificar en 9 categorías: a) Vigilia o alerta (arousal): estado de conciencia a diferencia del estado de sueño. Estado de receptividad a los estímulos del entorno. También se le denomina consciencia o tono de atención. Las estructuras cerebrales relacionadas son el sistema reticular, tálamo, sistema límbico, ganglios basales, córtex prefrontal. b) Span atencional: amplitud de nuestra atención. Capacidad de distinguir diversos estímulos al mismo tiempo, estos pueden ser visuales, auditivos, táctiles, etc.). El span es indistinguible de la amplitud de memoria y se distingue por el número de estímulos que somos capaces de repetir. c) Atención selectiva: corresponde a la atención voluntaria sobre todo de las búsquedas visuales donde se responde a un estímulo y se ignoran otros. Las estructuras cerebrales relacionadas son el pulvinar lateral y el córtex parietal posterior. d) Atención de desplazamiento: Proceso para seleccionar información en uno de los hemicampos visuales, para luego

258

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

e)

f) g)

h)

i)

enfocarse en el otro o el mismo. La estructura cerebral relacionada es el córtex parietal posterior. Atención serial: Corresponde a un proceso de búsqueda y cancelación de estímulos repetidos, desestimando otros distractores. Atención dividida: Proceso en que se responde a dos o más estímulos a la vez. Atención de preparación: Proceso de preparación de respuestas apropiadas a un estímulo. La estructura cerebral relacionada es el colículo superior. Atención sostenida: Proceso de mantención del foco atencional en forma persistente. También conocida como concentración. Inhibición: Atención para suprimir una respuesta natural o automática.

8.2.3 Pruebas y test para medir la atención A continuación se presenta una lista de algunas pruebas y test para medir diferentes tipos de atención. a) BTA (Brief Test of Attentional), 1996: El test breve de atención trata de la lectura de 10 listas de letras y números que varía entre 4 y 18 elementos. El paciente debe indicar cuantos números tiene cada lista ignorando las letras. Posteriormente debe indicar cuantas letras tiene cada lista ignorando los números. El test tiene un puntaje máximo de 20. El BTA mide la atención dividida. b) WMS-R (Weschler Memory Scale Revised), 1987: El paciente debe repetir la secuencia de colores rojos mostrada por el examinador. Posteriormente, el paciente debe repetir en orden inverso una secuencia de colores verdes mostrado por el examinador. Las secuencias se hacen progresivamente más largas. El test mide el Span atencional visual.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA c) PASAT, 1998: El paciente debe sumar pares de dígitos en voz alta. A cada resultado se le suma el digito precedente, por ejemplo, 2+3=5; 5+3=8; 8+5=13; 13+8=21, etc. La primera parte consta de 60 dígitos con un tiempo de 3 segundos por suma. En la segunda parte consta de 60 dígitos con un tiempo de 2 segundos por suma. El PASAT mide la atención mantenida, dividida, inhibición de respuesta y velocidad de procesamiento. d) Tarea Stroop, 1935: Consisten en una lista de palabras de colores como verde, azul, rojo, etc., impresos en tinta de otro color, por ejemplo verde en color rojo. Luego aparecen rectángulos de colores y finalmente palabras de colores en tinta negra. Los tiempos empleados para las láminas de palabras de colores en tinta de otro color es mayor que las de los rectángulos de colores, debido a la necesidad de suprimir la respuesta automática de decir la palabra. Esta prueba mide atención selectiva. e) Test de cancelación de letras, 1998: El paciente debe marcar aquellos ítems objetivos entre otros que son distractores. f) WCST (Wisconsin Card Sorting Test): Evalúa la capacidad del paciente para cambiar estrategias según las demandas de la tarea. Los pacientes con lesiones del lóbulo frontal muestran resultados pobres en esta tarea. El test consta de 4 tarjetas modelo que se le presentan al paciente y 64 tarjetas que se le entregan. Las tarjetas constan de formas (cruces, círculos, triángulos o estrellas), colores (rojo, azul, amarillo ó verde) y número de figuras (uno, dos, tres o cuatro). Se le pide al paciente que clasifique las tarjetas según el criterio que quiera (el orden correcto e invariable debe ser color, forma y número). Así cuando el paciente agrupa su primera tarjetas por forma, se le dice incorrecto y se observa si el paciente cambia de estrategia o continua ejecutando la misma y cometiendo más errores. Si tras el primer dictamen de incorrecto, el paciente cambia y ordena la tarjeta por color, se le avisa que su respuesta es correcta. El WCST mide la atención ejecutiva.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA g) Test de la letra A: El paciente debe escuchar una serie aleatoria de letras entre las cuales debe buscar una letra objetivo “A”. El paciente debe dar un golpe cada vez que escuche la letra. Estas se leen a la velocidad de 1 letra por segundo. Este test mide la atención sostenida. h) TAP (Test of Attentional Performance),1995: Corresponde a un set de pruebas computarizadas que incluye los siguientes subtests:  Alerta de una señal visual y auditiva.  Cambio encubierto de atención.  Atención dividida.  Movimiento ocular.  Flexibilidad en el lugar de aparición de un estímulo.  Tarea Go- no Go  Incompatibilidad estímulo-respuesta.  Integración de modalidades.  Vigilancia sensorial.  Examen de campo visual.  Búsqueda visual.  Memoria de trabajo N-n. El TAP mide la atención ejecutiva. i) Tarea de costos y beneficios, 1980: Posner propone una evaluación que cosiste en presentar un punto de fijación en el centro de la pantalla y luego una señal visual (flecha) sobre el punto de fijación indica el lugar más probable en el que aparecerá un estímulo visual (un punto de luz o una letra en los costados de la pantalla. El sujeto debe detectar si estímulo aparece en el lugar que indica la flecha. Esta tarea evalúa la atención espacial. j) Tarea de búsqueda visual, 1980: Consiste en encontrar un estímulo objetivo dentro de un conjunto de distractores. Este tipo de tareas permite evaluar la atención de búsqueda espacial.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA k) Test de Toulouse-Piéron, 1904: Consiste en una serie de columnas y filas con cuadrados que poseen un guión en diversas direcciones, con dos figuras de muestra en la parte superior. La idea es encontrar las figuras que posean la misma orientación que las 2 superiores en un tiempo de 10 minutos. Este test mide la atención selectiva.

8.2.4 Trastorno por déficit atencional e hiperactividad El trastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH) es un desorden psiquiátrico que aparece entre los 3 y 7 años, que se caracteriza por inatención, hiperactividad e impulsividad. Afecta entre el 3 y 9% de los niños menores de 18 años (Schachter et al. 2001). Entre el 31 y 71,5% de los niños con diagnóstico de TDAH lo seguirán padeciendo en la adolescencia y de ellos el 50% continuara en la etapa adulta (Dueñas, 2002). El TDAH es más frecuente en niños que niñas, con una prevalencia de tres a uno. Este trastorno presenta tres subtipos: con predominio de inatención, con predominio de hiperactividadimpulsividad y mixto. Para el diagnóstico del TDAH se utilizan 18 síntomas agrupados en dos secciones: inatención e hiperactividadimpulsividad. Si el paciente presenta 6 o más síntomas de una sección se diagnostican con su respectivo subgrupo. Los síntomas deben presentan durante más de 6 meses, antes de los 7 años y en dos o más ambientes diferentes (American Psychiatric Association, 1994). Los efectos del TDAH provocan problemas de relaciones sociales de los niños, déficit emocional y cognitivo y disfuncionalidad. El origen del trastorno es altamente genético con una heredabilidad de 0,77 (Faraone et al. 2005, citado en Bakker y Rubiales, 2010). También existen factores ambientales relacionados con el TDAH como consumo materno de alcohol durante el embarazo, bajo peso al nacer, estrés perinatal, etc. Desde un punto de vista anatómico el TDAH presenta disfunciones en varias regiones cerebrales: el circuito frontoestriado, incluyendo la corteza prefrontal dorsolateral, corteza

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA cíngulada anterior y el núcleo estriado (Zimmer, 2009, citado en Bakker y Rubiales, 2010). Esta anomalía produce el déficit ejecutivo y el bajo nivel de inhibición característicos de este trastorno. Desde un punto de vista genético molecular se asocia el TDAH con trastornos del sistema dopaminérgico. Específicamente el receptor DRD4 muestra una alteración en las personas que padecen el TDAH. El gen que codifica para este receptor presenta una secuencia de 48 pares de bases en el exón III, que en los seres humanos se puede repetir 2, 3, 4 y 7 veces. La secuencia con 7 repeticiones se ha observado en individuos con el trastorno (7R-48 pb DRD4), si bien se cree que no es el único causante, sino que deben existir más genes involucrados. Las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra, además de modular la actividad de los ganglios basales, también produce un hiperpolarización de sus propias neuronas, mediante la liberación dendrítica de dopamina y genera una auto-inhibición (Dueñas, 2002). La anomalía en el receptor DRD4 provoca una baja sensibilidad a la dopamina, razón por la cual disminuye la inhibición de las neuronas de la sustancia negra lo que trae como consecuencia una continua estimulación motora. Las anfetaminas, entre ellos el metilfenidato ha mostrado ser buen para controlar los síntomas del TDAH. Esto debido a la capacidad de estos estimulantes de liberar mayores cantidades de dopamina (relacionado con la adicción a drogas, situación expuesta en páginas anteriores de este capítulo), lo que compensaría la baja actividad del receptor DRD4 (Barr, 2001, citado en Dueñas, 2002). También se ha observado la incidencia que tiene la norepirefrina en el TDAH. Este neurotransmisor se relaciona con las actividades de la corteza prefrontal, donde se regulan las conductas impulsivas, la flexibilidad de pensamiento, las conductas ejecutivas, etc. Los síntomas de impulsividad del TDAH podría ocurrir por un bajo nivel de estimulación de los receptores a2 de norepirefrina dela corteza prefrontal y/o una excesiva estimulación de los receptores a1 (Arnsten, 2000, citado en Dueñas, 2002).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 8.2.5 Atención y actividad física La atención es una función cognitiva que puede ser entrenada y que puede ser aprendida. En el ámbito deportivo esta función permite tomar conciencia de los aspectos relevantes de la actividad, dejando de lado los estímulos irrelevantes, de manera que el estrés, el cansancio o las preocupaciones por el desempeño físico se convierten en factores atencionales que cambian el foco de estímulos desde la competencia hacia la persona lo que aumenta los errores en al ejecución deportiva (Ferreyra et al. 2011). Según García (2004, citado en Ferreyra, 2011) se pueden distinguir cuatro aspectos del proceso atencional en el deporte:  Amplitud: cantidad de información que se puede atender al mismo tiempo.  Intensidad: cantidad de atención que se utiliza en una tarea.  Oscilamiento: cambio de foco atencional de una tarea a otra.  Control: Capacidad de aplicar la atención a demandas necesarias del ambiente en forma voluntaria. Se ha evidenciado una relación directa en los niveles de atención y el rendimiento deportivo, de manera que el control de la atención-conducta es denominado rendimiento ideal (Löehr, 1982). La práctica de actividad física provoca aumento en la atención sostenida aumentando las habilidades cognitivas y el rendimiento escolar. Ferreyra et al. (2011) estudiaron los efectos de la actividad física aguda sobre la atención en estudiantes universitarios. A estos se les aplico actividad física aeróbica (30 minutos de trote) y actividad física anaeróbica (trabajo de pesas y abdominales), realizando mediciones pre y post intervención. El instrumento de medición de la atención fue el Test de Toulouse-Piéron. Los resultados muestran que la actividad aeróbica muestra mejoras significativas sobre el nivel de atención. Esto se explica por la posible acción de un nivel aumentado de oxígeno cerebral, lo que produce un aumento en el nivel de síntesis de glucosa y nueva generación de neurotransmisores.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Resulta necesario seguir estudiando los efectos de la actividad física sobre la atención, al igual que sobre otras funciones cognitivas, ya que los resultados actuales parecen mostrar una relación directa en actividad física realizada y desempeños cerebrales.

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Capítulo 9

PLASTICIDAD, MEMORIA Y APRENDIZAJE _______________________________

El aprendizaje es resultado de los genes y el ambiente, convirtiéndose en la única manera que posee un organismo para sobrevivir. Todos los sistemas vivos aprenden, en un rango muy diferente según la existencia o no de sistema nervioso y dentro de los organismos que los poseen, depende de la complejidad de redes que lo conformen. Este proceso es la base de la adaptación al medio y se ha convertido en el centro del traspaso de información cultural en nuestra especie, razón por la cual estructuramos un sistema de educación escolar y universitaria, con la finalidad de entregar conocimiento que debe ser aprendido y aplicado por el estudiante en el ámbito de desarrollo profesional que realice. Si bien el aprendizaje depende de muchas funciones cerebrales como la percepción, la motivación, la emoción, la atención, etc. es sin duda, la memoria la que se encuentra más íntimamente relacionada con ella. No por nada la memoria y el aprendizaje componen nuestra manera biológica de adaptación. En el ámbito de la educación resulta fundamental no sólo conocer las estrategias didácticas para un buen proceso de enseñanza aprendizaje, sino también comprender como es que cada estudiante lleva a cabo dicha tarea, la cual depende de estructuras y funcionamientos cerebrales específicos que constituyen la base de nuestra individualidad. Conocer los procesos cerebrales que subyacen al aprendizaje nos abre nuevas puertas,

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA desechando antiguos mitos y utilizando los nuevos conocimientos para estructurar un mejor sistema de enseñanza.

9.1

PLASTICIDAD CEREBRAL

Durante nuestra vida nuestro cerebro sufre modificaciones que son gatilladas por estímulos o experiencias, si bien están modificaciones no pueden abarcar todo el encéfalo, si son responsables de cambios conductuales importantes, ya que la modificación en el número y estructura de las neuronas, permite aumentar o disminuir ciertas funciones cerebrales. La memoria, por ejemplo, es el resultado de cambios conformacionales de las redes neurales y de las neuronas en forma individual. Todos esos cambios que sufre nuestro sistema nervioso reciben el nombre de plasticidad, ya que es posible cambiar de forma la estructura básica de nuestro cerebro, la neurona (Fig. 9.1). La plasticidad cerebral se aprecia en forma notable cuando el cerebro sufre una lesión, entonces ocurre una modificación en la organización y función del sistema nervioso. Si bien estos cambios pueden ocurrir durante toda la vida, es en la niñez cuando se producen cambios más notorios y veloces.

Figura 9.1 Crecimiento axonal. En la secuencia se observa como un axón se dirige hacia otra neurona con sus respectivos tiempos de crecimiento (Modificado de Kandel et al. 2000).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Los cambios más importantes que ocurren en el cerebro se relacionan con la estructura, distribución y número de sinapsis (Kandel et al. 2000), que se manifiesta mediante aumento de neurotransmisor, aumento de receptores, aumento de espinas dendríticas, etc. La plasticidad cerebral o neuroplasticidad es la base de la memoria y el aprendizaje.

9.1.1 Formación de sinapsis en el embrión El modelo más utilizado para comprender como se forman las conexiones nerviosas entre dos células es la unión neuromuscular. Los eventos que intervienen en la sinaptogénesis son la formación y selección de conexiones entre el axón en desarrollo y su objetivo; la diferenciación en la formación del cono y del terminal axónico; y la elaboración del aparato postsináptico de la célula objetivo (Kandel et al. 2000). La unión neuromuscular consta de un terminal axónico, con las vesículas sinápticas, una fibra muscular, con receptores de acetilcolina y una célula de Schwann que protege la zona de unión sináptica. En la hendidura sináptica se forma la lámina basal de materiales extracelulares, donde se encuentra la enzima acetilcolinesterasa, encargada de hidrolizar la Ach tras el potencial de acción. El axón es guiado hacia la fibra muscular mediante diversos factores de crecimiento secretados por glías en el músculo, sin embargo las zonas de unión específicas que se formarán son completamente al azar. Una vez que el axón alcanza la fibra los receptores de Ach son redistribuidos por traslocación de receptores de regiones no-sinápticas a regiones sinápticas y por activación y represión de genes que darán origen a receptores en la región sináptica y no sináptica, respectivamente. La molécula que provocará la activación de los genes que expresarán los receptores de Ach recibe en nombre de neuregulin (Fig. 9.2). Una vez formada la lámina basal una célula de Schwann envuelve varios axones que alcanzan la fibra muscular en el mismo lugar, sin embargo posteriormente sólo un axón permanece en sinapsis con la fibra.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 9.2 La molécula de regulin se encuentra en el espacio extracelular. Cuando esta es activada por el terminal axónico, activa a la molécula erbB kinasa, quien comienza una cascada intracelular de segundos mensajeros, que finalmente activan la Map kinasa. Esta entra al núcleo de la fibra muscular y activa los genes que comienzan a expresar receptores de Ach, los que viajan a la membrana a la zona sináptica (Modificado de Kandel et al. 2000)

9.1.2 Mecanismos de neuroplasticidad Para Aguilar (2003) los mecanismos de plasticidad cerebral son:  Ramificación o sinaptogénesis reactiva: Corresponde a crecimiento de dendritas o colaterales axónicos, orientadas hacia otra célula. Un espacio vacío puede ser llenado por gran cantidad de ramificaciones, guiadas por proteínas como integrinas y cadherinas. Esto ocurre en el sistema nervioso central.  Sensibilidad de denervación: Corresponde a un aumento de la respuesta neuronal por disminución de neuronas sensitivas, así

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA



 







los receptores postsinápticos aumentan provocando mayor sensibilidad al neurotransmisor. Neurotransmisor por difusión no sináptica: Corresponde a un aumento de la regulación de receptores extrasinápticos (en la periferia de la sinapsis) por destrucción de algunas vías de transmisión nerviosa. Desenmascaramiento: Corresponde a conexiones sinápticas que inicialmente se encontraban inhibidas. Factores tróficos: Corresponden a sustancias que permiten el desarrollo y crecimiento de neuronas. Los más estudiados son las neurotrofinas, donde se encuentran el factor de crecimiento neuronal (NGF), factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), neurotrófina 3 (NT3), neurotrofina 4/5 (N4,5), las integrinas, el factor neurotrófico ciliar, etc. Sinapsinas y neurotransmisores: Las sinapsinas corresponden a fosfoproteínas que unen vesículas sinápticas al citoesqueleto. Un aumento de estas moléculas, provoca aumento de vesículas unidas a la membrana durante un potencial de acción. Por su parte, los neurotransmisores pueden inducir cambios estructurales y funcionales de la sinapsis. Regeneración: Las neuronas pueden regenerar sus ramificaciones cuando son denervadas. Esto ocurre principalmente en el sistema nervioso periférico.También es posible que un axón genere un colateral para inervar una fibra muscular, que ya no posea estímulo nervioso por denervación. Potenciación a largo plazo: Corresponde a un mecanismo de plasticidad que permite aumento de los receptores postsinápticos o mejoras en la eficacia de los mismos. Este proceso es la base de la memoria y aprendizaje. Este sistema se analizará en detalle más adelante en este capítulo.

9.1.3 Experiencia y conexiones sinápticas Durante el desarrollo embrionario las células de la retina extienden sus axones hacia neuronas en el núcleo geniculado lateral del tálamo y estas hacia la corteza visual primaria. De esta forma se establece la red sináptica, sin embargo, se ha observado 273

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA que la afinación de estas conexiones depende de la experiencia del organismo tras el nacimiento. Investigaciones en monos muestra que la deprivación de estimulación visual en un ojo durante los 6 primeros meses de vida, provoca la disminución de neuronas en el córtex visual del ojo deprivado, por lo tanto la incapacidad de percibir con él, siendo esto un proceso irreversible. Esto generó el concepto de período crítico de maduración. Dentro del mismo sistema visual, las neuronas se organizan después del nacimiento, de forma que una deprivación visual causa una organización deficiente y bajo niveles de desarrollo de ramificaciones neuronales. De esta forma encontramos períodos críticos tras el nacimiento, que resultan fundamentales para el desarrollo de las capacidades perceptuales, pero también la existencia de estos períodos para el desarrollo de conductas más complejas en los seres humanos. La deprivación de madre en los primeros meses de vida muestra dificultades para relacionarse socialmente por parte de los niños en forma posterior. De la misma forma, trabajo con monos aislados desde el nacimiento hasta los 18 meses, han entregado información importante sobre sus relaciones con otros individuos: no muestran conductas sociales, no juegan con otros monos y no presentan interés sexual, junto con retraimiento y aislamiento del grupo. La deprivación sensorial y social puede modificar estructuras cerebrales, provocando problemas en el desarrollo y las conductas del organismo.

9.1.4 Potenciación y depreciación a largo plazo Es un tipo de plasticidad neural producto de la acción de neurotransmisores, cuya característica fundamental es que produce cambios en las sinapsis que perduran por mucho tiempo. Estos cambios pueden ser potenciación a largo plazo (PLP) lo que aumenta la fuerza de la sinapsis o depreciación a largo plazo (DLP) lo que disminuye su fuerza. El neurotransmisor más importante en la PLP y DLP es el glutamato, el cual se une con receptores postsinápticos entre las que encontramos el AMPA, NMDA y Kainato, los tres receptores

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA ionotrópicos, y mGluR, un receptor metabotrópico (para más detalles ver capítulo 2). Los tres primeros al entrar en contacto con el glutamato generan potenciales de acción postsinápticos excitatorios. El mGluR al entrar en contacto con el glutamato modula la intensidad y duración de la respuesta con la activación de cascadas de segundos mensajeros intracelulares de la neurona postsináptica. Cuando un estímulo es lento y de corta duración, el glutamato liberado se une rápidamente a los receptores AMPA por unas milésimas de segundo y luego es eliminado de la hendidura sináptica. En cambio, cuando los impulsos son rápidos y múltiples, el glutamato también activa los receptores NMDA, lo que en suma produce una gran despolarización de la neurona postsináptica. Los estímulos lentos activan los receptores AMPA que se abren y permiten la entrada y salida de iones a través de la membrana, mientras que los receptores NMDA se encuentran bloqueados por magnesio (Mg2+). Cuando los estímulos son rápidos, repetitivos y lo suficientemente largos, el receptor NMDA expulsa el Mg2+ por repulsión eléctrica, permitiendo la entrada y salida del Na+ y K+ (Morris y Fillenz, 2003). También los receptores NMDA activan canales de calcio (Ca+) en la membrana. Cuando el Ca+ entra activa la proteíncinasa calcio/calmodulina dependiente II (CaMK II) y cinasas dependientes de tirosina. Esto produce finalmente la fosforilación de proteínas que estimulan la actividad de factores de transcripción en el núcleo de la neurona, de modo que ciertos genes se expresan y codifican proteínas que formarán nuevos receptores AMPA, que se movilizarán y anclarán en la región sináptica de la membrana postsináptica (Fig. 9.3). El proceso de PLP puede modificar la cantidad de neurotransmisor secretado por la neurona presináptica, puede aumentar la cantidad de receptores de la membrana postsináptica, puede aumentar la afinidad de los receptores ya existentes en la membrana postsináptica o incluso puede aumentar la superficie de sinapsis aumentando las espinas dendríticas de la neurona postsináptica.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 9.3 Potenciación a largo plazo. Un potencial normal produce la activación de los receptores AMPA en la membrana postsináptica (A). Potenciales rápido, continuos y de larga duración producen activación de los receptores AMPA y NMDA, el cual activa canales de calcio, que al entrar a la neurona activan la enzima CaMK II, la que fosforila proteínas que van al núcleo de la neurona activando genes que producen la PLP (B). El proceso de PLP puede ser de dos tipos: un aumento de los receptores AMPA en la membrana postsináptica (C) ó una mejora en la afinidad de los receptores AMPA ya existentes (D). (Modificado de Morris y Fillenz, 2003).

276

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA También puede ocurrir que en las espinas dendríticas que no poseen receptores sinteticen y ubiquen receptores en su superficie tras estímulos constantes y de larga duración sobre la membrana. El neurotransmisor liberado a la hendidura sináptica puede variar, aumentando su descarga cuando se produce un tren de impulsos nerviosos, es decir, una cantidad alta de potenciales de acción que se generan durante un tiempo prolongado. Esto produce un aumento en la liberación del neurotransmisor y por ende ayuda a genera la PLP. Sin embargo, si el estímulo es demasiado largo, puede disminuir la liberación del neurotransmisor, debido a la disminución de vesículas sinápticas en la neurona. Un tipo de PLP es la potenciación asociativa. Supongamos que tenemos varias neuronas que sináptan con otra, cada una por sí sola no producen un potencial de acción postsináptico. Pero si estimulamos dos neuronas presinápticas rápidamente y en forma consecutiva logramos una sumación espacial de impulsos que producen el potencial de acción postsináptico. Luego estimulamos cada uno de las dos neuronas y vemos que por separado ahora sí producen un potencial de acción. Lo que ha ocurrido es una potenciación del potencial de acción de las dos neuronas presinápticas. En cambio, ahora estimulamos cualquier otra neurona del grupo y no es capaz de producir el potencial postsináptico. La potenciación asociativa necesita del trabajo conjunto de la neurona pre y postsináptica al momento de generar ambas el potencial de acción, así la potenciación se hace específica a la sinapsis donde ambas neuronas funcionan en conjunto. La PLP es producida por un incremento en la concentración de calcio en la neurona postsináptica debido a la activación de los receptores NMDA que permiten la entrada de este a la célula. Por otra parte, la DLP es producida por un pequeño incremento en la concentración de calcio intracelular, lo que produce una menor sensibilidad de los receptores AMPA de la membrana, además de no aumentar su número en forma importante. Ambos procesos, el PLP y el DLP, son la base de la memoria y el aprendizaje.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 9.2

LA MEMORIA

Cuando escuchamos una palabra y deseamos repetirla es fundamental poder recordar que fue lo escuchado, del mismo modo parte del conocimiento cultural que poseemos es traspasado a los nuevos individuos de nuestra especie y resulta fundamental poder recordar ese contenido para lograr aplicar o desarrollar una solución a una problemática. ¿Qué sería de una persona que no puede recordar ni tan sólo como se llama? La memoria es una función cerebral que nos permite conocer nuestro nombre, lo que hacemos, reconocer nuestros padres e hijos, conocer que son y cómo funcionan las cosas, nos permite ser quienes somos. También es la base de nuestras diferencias como individuos, ya que cada uno recuerda cosas en particular y de manera diferente, aun cuando varias personas vivan la misma situación, los recuerdos de los acontecimientos, emociones, motivaciones, etc., serán diferentes. Si bien el aprendizaje y la memoria están fuertemente relacionados, es importante comprender que son dos procesos diferentes. El aprendizaje es el cambio del conocimiento mediante la experiencia de un organismo, por su parte la memoria es el proceso por el cual retenemos, almacenamos y evocamos un conocimiento cualquiera. Las primeras ideas que la memoria se procesaba en una región en particular del cerebro datan de la década de 1950 cuando se observó que un paciente llamado H.M. al que le fueron extirpados bilateralmente la formación hipocampal, la amígdala y parte de córtex temporal, presentaba problemas graves de memoria. Pese a que podían recordar cosas de su infancia, nombre y trabajo, no era capaz de recordar nada desde el momento de la operación en adelante. Si bien podía repetir por unos segundos un número, no era capaz de hacerlo una vez que se distraía. Su memoria de corto plazo no se convertía en memoria a largo plazo. En términos muy generales la memoria a corto plazo ó memoria de trabajo es la capacidad de recordar información durante segundos o minutos, como cuando nos dictan un número de teléfono y nosotros somos capaces de recodarlo mentalmente, sin embargo después de un rato o una distracción lo olvidamos. La capacidad de la memoria a corto plazo es pequeña pero su

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA precisión es muy grande. Se ha visto que en promedio la capacidad de esta memoria bordea los 7 objetos (con una variación de 2) como un número de teléfono, una lista de palabras u objetos. Por su parte, la memoria a largo plazo es el almacenamiento de información de manera tal que somos capaces de recordarlo días, meses incluso años después. Por ejemplo, cuando aprendemos la dirección de nuestro casa, nuestro número de carnet, la fiesta de cumpleaños de un amigo, etc. La capacidad de esta memoria es muy grande pero su precisión es pequeña, ya que podemos recordar hechos concretos de nuestra infancia, pero no podemos recordar todos los detalles ocurridos en ese momento.

9.2.1 Tipos de memoria a largo plazo En individuos normales se pueden observar dos tipos de memoria a largo plazo: memoria explicita y memoria implícita. 9.2.1.1 Memoria explícita La memoria explícita también llamada memoria declarativa, es de tipo consciente, es la que usamos en forma deliberada, recordando fecha, lugares, emociones, etc. Generar esta memoria depende del uso de la inferencia, comparación y evaluación. Este conocimiento puede ser comunicado en forma verbal o escrita (Silverthorn, 2008). Esta memoria se divide en memoria episódica (se relaciona con el recuerdo de eventos y experiencias personales) y memoria semántica (se relaciona con las palabras, reglas y lenguaje). Ambas memorias dependen de la actividad del lóbulo temporal y el diencéfalo medial. Una vez que percibimos un estímulo comienza el proceso de memoria que consiste en cuatro fases:  Codificación: son los procesos por los cuales se presta atención y se elabora la información nueva aprendida.  Consolidación: corresponde al proceso de transformación de un conocimiento presente a una memoria de largo plazo.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Almacenamiento: corresponde al almacenaje de la información que dependerá de la motivación, las emociones y la atención de la persona.  Recuperación: es traer al presente la información almacenada.

9.2.1.2 Memoria implícita La memoria implícita también llamada memoria no declarativa, que corresponde a una memoria bajo el umbral de la conciencia y que es característica de las actividades motrices, por ejemplo andar en bicicleta o realizar un movimiento deportivo, y de la actividad perceptual. La recuperación de esta información es automática, se adquieren lentamente a través de la repetición e involucra regiones de la amígdala, el sistema límbico y el cerebelo. Esta memoria se divide en:  Memoria procedimental: se relaciona con el recuerdo de habilidades y hábitos, mediado por el striatum.  Sensibilización: se relaciona al recuerdo que genera un estímulo sensorial fuerte, mediado por la neocorteza.  Aprendizaje asociativo: se refiere al recuerdo de relación entre dos estímulos. Las respuestas emocionales están mediadas por la amígdala, en tanto las respuestas motoras están relacionadas con el cerebelo.  Aprendizaje no asociativo: se relaciona con la habituación y sensibilización. Está mediado por actos reflejos.

Figura 9.4 Tipos de memoria de largo plazo. 280

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA En ocasiones la memoria explícita puede convertirse en implícita, siendo el ejemplo más claro una actividad motriz. En un comienzo un movimiento debe ser realizado en forma consciente y deliberada, donde se analiza la ejecución del mismo, además requiere muchas repeticiones para memorizarlo. Tras eso es posible realizar el gesto deportivo sin un trabajo consciente, pudiendo atender otras situaciones como el adversario, el terreno de juego, etc. En ese momento es posible realizar el movimiento de forma automática. Esto recibe el nombre de memoria muscular.

9.2.2 Memoria a corto plazo La memoria activa es una forma de memoria a corto plazo que posee un sistema de atención localizado en la corteza prefrontal, que regula el flujo de información y permite mantener recuerdo en forma momentánea. El bucle articulatorio del lenguaje nos permite recordar mediante repetición un nuevo número de teléfono mientras marcamos. El bloc de notas visuoesapaciales nos permite recordar por unos instantes las características y localización de objetos y personas (Kandel et al. 2000). El proceso por el cual la memoria de corto plazo se transforma en memoria explícita de largo plazo recibe el nombre de consolidación. Estructuras subcorticales son las responsables de la memoria a corto plazo, pero cuando esta ha sido consolidada, ya no resultan necesarias estructuras hipocampales para almacenar o recordar experiencias o eventos, dependiendo ahora de la neocorteza donde se almacena la memoria a largo plazo.

9.2.3 Bases anatómicas de la memoria Experimentos con animales han puesto de manifiesto un conjunto de estructuras cerebrales relacionadas con la memoria, como el lóbulo temporal incluido el polo temporal, la corteza temporal media y ventral, la amígdala, el hipocampo, el subículum y el giro dentado (Fig. 9.5). El conjunto del hipocampo, el giro dentado

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA el subículum, el presubículum, el parasubículum y la corteza entorrinal recibe el nombre de formación hipocámpica. En el proceso de memoria explícita la información visual, auditiva y somática es procesada en áreas de asociación del córtex que luego proyectan a la corteza parahipocampal y perirhinal.

Figura 9.5 Estructuras del hipocampo relacionados con la formación de la memoria. En la imagen superior un corte sagital del encéfalo. En la imagen inferior un corte coronal-diagonal del hipocampo mostrando la corteza entorrinal, parahipocampal y el giro dentado (Modificado de Kandel et al. 2000).

Ambas proyectan a la corteza entorrinal que ha mostrado ser la región más importante del circuito de memoria explícita (el Alzheimer afecta principalmente esta región). La corteza entorrinal proyecta en forma principal hacia el giro dentado mediante la vía perforante, también envía axones al hipocampo en CA3, CA1 y al subículum. El giro dentado se comunica con CA3 mediante la vía de fibras de Mosby. El hipocampo CA3 se conecta con CA1 a través de 282

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA las vías colaterales de Schaffer y CA1 proyecta al subículum, el que a su vez envía axones hacia la corteza entorrinal y este hacia el córtex parahipocampal (Fig. 9.6).

Figura 9.6 Circuito hipocámpico en la memoria explícita. Las corteza de asociación proyectan hacia las neuronas de la corteza parahipocampal y estas a la corteza entorrinal (A). Esta células proyectan a la neuronas granulares dentadas del giro dentado (B), las que a su vez envían axones formando la vía perforante (C) hacia las neuronas piramidales de CA3 (D). Las fibras de Mosby (E) conducen desde CA3 hasta las células piramidales de CA1 (F), donde estas neuronas proyectan al subículum (G) y estas envían axones de vuelta a la corteza entorrinal (H) que proyecta a la corteza parahipocampal (I).

La evidencia muestra que el hipocampo es una estructura que funciona como una estación de paso de la memoria a largo plazo. El daño de esta región, no evita el recordar eventos anteriores a la lesión, pero no es posible la creación de nueva memoria explícita a partir de entonces. La corteza perirhinal, parahipocampal y entorrinal, también resultan fundamentales para la formación de la memoria episódica y semántica.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Las personas afectadas por un trastorno llamado amnesia no son capaces de recordar lo que hicieron hace 30 minutos atrás. Esta enfermedad es causada por derrames cerebrales, tumores o infecciones virales en regiones de la formación hipocámpica. En otros casos tampoco son capaces de recordar lo que hacían antes de la enfermedad, la cual es denominada amnesia retrógrada.

9.2.3.1 Corteza cerebral y memoria a largo plazo Una vez consolidada la memoria (proceso que veremos más adelante en este capítulo) la información explícita se encuentra en el neocórtex. La memoria semántica nos permite asociar una palabra con un conjunto de información sobre lo nombrado. Por ejemplo, al nombrar una mesa podemos recordar las características que tiene una mesa ó podemos evocar una imagen de ella. Lesiones en la corteza parietal posterior produce agnosia visual asociativa, donde un paciente puede copiar un dibujo, pero es incapaz de identificar verbalmente el objeto. Al contrario, lesiones en el lóbulo occipital produce agnosia visual aperceptiva, donde el paciente puede identificar verbalmente un objeto, pero es incapaz de copiarlo. Para cada categoría de objetos existe un correlato neural específico, se ha visto al menos que la memoria de un animal activa regiones corticales diferentes al recuerdo de un objeto. Las regiones que se activan durante un recuerdo dependen en parte de las características intrínsecas del objeto. La memoria episódica se relaciona con áreas de asociación del lóbulo frontal que trabajan con el córtex prefrontal almacenando recuerdos de eventos y experiencias pasadas. Lesiones en estas regiones produce amnesia retrógrada, de manera que el paciente es incapaz de recordar rostros familiares, lugares donde ha estado o experiencias que ha tenido antes de la lesión.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 9.3

APRENDIZAJE

El aprendizaje es toda modificación del comportamiento de un organismo. También es entendida como todo cambio del conocer, en tanto conocer es entendido como toda acción que realiza un sistema vivo (Maturana y Varela, 1984). Los estudios del aprendizaje se han centrado en la habituación, sensibilización y condicionamiento clásico.

9.3.1 Habituación y sensibilización Se ha observado que un estímulo sensitivo que provoca un reflejo genera habituación cuando el estímulo es reiterativo y no nocivo. Esto se origina por una diminución de descarga de neuronas sensitivas sobre interneuronas y sobre la misma neurona motora, de manera que la actividad motriz de reflejo disminuye (Fig. 9.7). Se ha descubierto que la disminución de la acción de las neuronas sensitivas sobre la motoras se debe a una disminución de vesículas de neurotransmisor movilizadas y liberadas en los botones sináptico sensitivos. Esto representa las bases celulares de la memoria a corto plazo por habituación. Estas variaciones son provocadas en diferentes partes del circuito reflejo, por lo que la memoria está distribuida por todo el circuito y no en un lugar en particular (Kandel et al. 2000). La duración de almacenamiento de la memoria a corto plazo está determinada por la duración de los cambios sinápticos. Del total de neuronas sensitivas que sináptan funcionalmente con neuronas motoras, la habituación provoca una reducción de hasta un 70%, situación que puede durar varias semanas. En todos los organismos existen sinapsis que son muy estables y no varían pese a la estimulación, pero otras relacionadas con la memoria y aprendizaje son altamente plásticas. Por su parte, la sensibilización utiliza las mismas vías que la habituación, pero su proceso molecular es diferente. Un estímulo nocivo aplicado en una región corporal de un animal provoca actividad sensitiva de neuronas de esa región que conectan con

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA interneuronas facilitadoras que a su vez sinaptan con neuronas sensitivas de otras región provocando un aumento de la respuesta de esta y una activación motora, pese a que la segunda neuronas sensitiva reciba un estímulo no nocivo. (Fig. 9.7 y 9.8). Es posible que la sensibilización a un estímulo anule una habituación, proceso conocido como deshabituación.

Figura 9.7 Habituación y sensibilización. Esquema de los procesos celulares de habituación (izquierda), donde la neurona sensitiva produce menos activación sobre la interneurona y neurona motora. La sensibilización (derecha) provoca que una neurona sensitiva active una interneurona facilitadora que a su vez excita a la neurona sensitiva de otra región, a la interneurona y la neurona motora, de manera que existe una respuesta motriz para un estímulo que no está ligado directamente con dicha neurona motora

9.3.2 Condicionamiento clásico Corresponde en la asociación entre dos estímulos. El introductor de este tipo de aprendizaje fue el ruso Ivan Pavlov. Un estímulo condicionado (un estímulo débil como una luz, sonido, 286

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 9.8 Durante la sensibilización se produce la facilitación presináptica mediante tres vías: el neurotransmisor serotonina se une a un receptor postsináptico (A) que se une a una proteína G (B) está activa la adenilciclasa (C) que aumenta la concentración de AMPc (D) que activa la proteincinasa A dependiente de AMPc (E). Esta fosforila los canales de K+ (F) permitiendo que los canales de Ca++ (G) permanezcan abiertos aumentando la concentración de calcio dentro del terminal. Esto provoca más liberación de neurotransmisor glutamato. En otra vía la misma proteincinasa A dependiente de AMPc movilizada directamente las vesículas sinápticas para su liberación (H). En una tercera vía la proteincinasa A dependiente de AMPc abre los canales de Ca++ tipo L (I) lo que produce un aumento de liberación de neurotransmisor. Por otro camino la serotonina activa un receptor (J) que activa una proteína G (K) que activa la fosfolipasa C (L). Esta libera diacilglicerol (M) que activa la proteincinasa C (N) que actúa sobre las vesículas sinápticas para su liberación o sobre los canales de Ca++ tipo L. (Modificado de Kandel et al. 2000).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA etc.), se sigue con un estímulo no condicionado (un estímulo fuerte como comida, agua, golpes, etc.) que produce una respuesta condicionada. Cuando se aplican los dos estímulos emparejados a un organismo éste asocia la aparición del primero con una anticipación de la aparición del segundo. Si a una rata le aplicamos una luz y luego una descarga eléctrica, el animal asocia el primer estímulo (luz) con la aparición del segundo (descarga) y posteriormente bastará la aparición de la luz para que se comporte con miedo debido al aprendizaje de que la luz antecede a la descarga eléctrica. Cuando un estímulo no condicionado es grato se denomina apetitivo y cuando es doloroso, se denomina defensivo. Si tras la presentación del emparejamiento de estímulos se presenta el primero sin el segundo en reiteradas ocasiones comienza a disminuir la respuesta al primer estímulo, situación conocida como extinción. Si tras el experimento anterior con la rata, continuamos presentando la luz pero sin descargas, la rata disminuirá paulatinamente su respuesta de miedo ante el estímulo luminoso. En este aprendizaje el estímulo no condicionado (Fig. 9.9) activa las interneuronas facilitadoras provocando un proceso de sensibilización molecular, pero si agregamos un estímulo condicionado emparejado al no condicionado las interneuronas reguladoras activadas por el estímulo no condicionado excitarán las neuronas sensitivas justo después que el estímulo condicionado active las neuronas sensitivas, de manera que se produce mayor facilitación presináptica (Kandel et al. 2000). La entrada de calcio a la neurona sensitiva provocada por el estímulo condicionado genera la activación de la calmodulina que junto al Ca++ se unen a la adenilciclasa aumentando la producción de AMPc. La adenilciclasa responde tanto al estímulo condicionado (calmodulina y Ca++) como al estímulo no condicionado (proteína G). También existe una señal retrógrada generada por la neurona motora que indica a la neurona sensitiva una mayor liberación de neurotransmisor.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 9.9 Condicionamiento clásico. En la imagen izquierda vemos que la estimulación de una neurona sensitiva provoca la liberación de neurotransmisor sobre la neurona motora. En la imagen derecha notamos que en el condicionamiento clásico el estímulo emparejado condicionado y no condicionado aumenta la liberación de neurotransmisor de la neurona sensitiva a la motora en relación al estímulo aislado de la misma neurona sensitiva

9.3.3 Condicionamiento operante Corresponde a la asociación entre un estímulo y una conducta. Este modelo estudiado por Skinner muestra que un estímulo (comida, golpes, etc.) que preceden a una conducta provocará que el organismo o repita la misma conducta o la evite, ya sea que produzca placer o aversión respectivamente. A esto se le conoce como ley del efecto y parece gobernar gran parte de la conducta voluntaria de todos los organismos. El cerebelo y en particular el vermis y el núcleo interpositus se relacionan con el condicionamiento clásico de un sonido y un soploen el ojo, lo que ocasiona el parpadeo. Posteriormente el sonido sólo provocará el parpadeo en el animal, situación que se anula con la lesión de cualquiera de las dos regiones del cerebelo nombradas anteriormente (Kandel et al. 2000).

289

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Por otra parte, lesiones de la amígdala afectan el aprendizaje implícito relacionado con el temor.

9.3.4 Bases moleculares del aprendizaje Las experiencias que se repiten una y otra vez consolidan la memoria de corto plazo convirtiéndola en información accesible tiempo después. Si bien ambas memorias se enlazan, sus bases moleculares son independientes. Los procesos en común son los cambios de fuerza en las conexiones sinápticas, la mayor liberación de neurotransmisor y el AMPc junto a la proteincinasa dependiente de AMPc (PKA) que participan en ambos procesos. La consolidación de la memoria implícita requiere procesos que son exclusivos de la memoria a largo plazo:  Expresión génica: La aplicación repetida de serotonina provoca que la PKA active una segunda mensajera la proteincinasa activada por mitógeno (MAP), las que juntas son llevadas al núcleo y activan un factor de transcripción (CREB-1) e inhiben a CREB-2 un factor que impide la transcripción. Estas dos situaciones provocan la expresión de genes específicos.  Nueva síntesis de proteínas: CREB-1 provoca la expresión de genes que generan la activación de proteosomas que activan persistentemente PKA de manera que la cinasa funciona hasta por 24 horas sin necesidad de serotonina.  Crecimiento o poda sináptica: CREB-1 también provoca la expresión de genes que activan cascadas de procesos moleculares orientados al crecimiento de nuevas conexiones sinápticas lo que consolida definitivamente la memoria. La habituación provoca una disminución de las conexiones (poda) y la sensibilización un aumento de ellas. 9.3.5 Potenciación a largo plazo e hipocampo Una estructura fundamental de los vertebrados para almacenar la memoria explícita a largo plazo es el hipocampo. Esta estructura posee tres vías: 290

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  La vía de fibras musgosas: que conectan las células granulosas con las células piramidales de CA3. La potenciación a largo plazo (PLP) depende de la entrada de Ca++ en la neurona presináptica, mediante el aumento del AMPc y PKA.  La vía colateral de Schaffer: que conecta las células piramidales de CA3 con las piramidales de CA1. La PLP depende de la activación simultánea de la neurona pre y postsináptica.  La vía perforante: que conecta la corteza entorrinal a las células granulosas. La PLP de esta vía es igual a la colateral de Schaffer. Las características de la PLP ya fueron explicadas, sin embargo es bueno aclarar la existencia de un PLP a corto plazo denominado PLP precoz y un PLP a largo plazo o PLP tardío. El primero se relaciona con un incremento funcional en la liberación de neurotransmisor, en tanto el segundo está dado por la síntesis de nuevas proteínas y cambios estructurales en las conexiones sinápticas (Fig. 9.10). Se ha observado que la inhibición de los procesos de PLP precoz y tardío en la vía colateral de Schaffer afecta la memoria a corto y largo plazo.

9.4

TRASTORNOS DE LA MEMORIA

9.4.1 Enfermedad de Alzheimer Alois Alzheimer fue el primer médico en constatar esta enfermedad en 1907. El Alzheimer es una patología neurodegenerativa que se puede presentar a partir de los treinta años, pero la mayoría de los casos se observan a partir de los 60años de edad. En los países occidentales el nivel de incidencia alcanza casi el 16% en poblaciones mayores de 65 años. Hoy en día se ha estructurado la enfermedad en tres fases (Inestrosa, 2007):  Fase I: los pacientes evidencian pérdida de la memoria reciente, cambios de ánimo y personalidad. 291

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 9.10 En el PLP precoz unos cuantos potenciales de acción provocan la activación de los receptores NMDA y la entrada de calcio a la neurona. Este activa la ca/calmodulina que a su vez comienza una cascada de segundos mensajeros que generan un señal retrógrada que sale de la espina dendrítica y vuelve al botón presináptico aumentando la liberación de neurotransmisor glutamato, se cree que este mensajero es el oxído nítrico (ON). Si los potenciales de acción son repetidos, el calcio provoca la activación de la adenilciclasa (Ad) que activa la proteincinasa dependiente de AMPc, la cual comienza una nueva cascada que finalmente fosforila la proteína CREB-1 que provoca la expresión de genes (CRE) que sintetizan proteínas reguladoras como factores de transcripción (C/EBPβ) y factores efectores (BDNF) que provocan cambios estructurales y nuevas sinapsis (PLP tardía). (Modificado de Kandel et al. 2000).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Fase II: aumento de pérdida de memoria, problemas para reconocer familiares y aumento de la confusión, dificultades de lectura y escritura de números.  Fase III: dificultad en el reconocimiento de parientes y en su propia persona, pérdida de habilidades de comunicación. A los 65 años la masa cerebral ha disminuido casi un 10% en forma natural, pero los pacientes que sufren Alzheimer posee una pérdida de casi el 25% de ella, expresada en muerte de neuronas selectivas en regiones relacionadas con la memoria y el aprendizaje: la corteza entorrinal, el hipocampo, las cortezas de asociación y la corteza prefrontal. También se produce un aumento de los surcos cerebrales y del tamaño de los ventrículos (Inestrosa, 2007). Se ha visto una relación directa entre el desarrollo intelectual en la edad adulta y vejez y baja tasa de aparición de la enfermedad de Alzheimer, lo que muestra la continua actividad cognitiva como un factor de protección. Otros factores importantes en el surgimiento de esta enfermedad son la edad y el sexo (las mujeres presentan esta enfermedad en mayor cantidad de casos). Las neuronas más afectadas por el Alzheimer son las glutamatérgicas del hipocampo, sobre todo las que poseen receptores NMDA y las colinérgicas del núcleo basal de Meynert, de la corteza frontal y temporal. Las neuronas GABAérgicas son poco afectadas. Las neuronas afectadas por esta enfermedad presentan ovillos neurofibrilares que corresponden a filamentos compuestos por proteínas MAP. La proteína Tau presenta modificaciones que provoca menor interacción con los microtúbulos y retracción de las ramificaciones neuronales y su agregación es la responsable de la formación de los ovillos neurofibrilares. Sin embargo, la principal característica en estas neuronas es la presencia de placas seniles, que son estructuras extracelulares compactas y esféricas de 60 μm de diámetro, constituido por fibras de amiloides de 10 nm. Se ha visto que el péptido Aβ que es soluble, se vuelve insoluble agregándose en una estructura llamada hoja β plegada antiparalela. Los amiloides también se depositan en los vasos sanguíneos de las meninges cerebrales (Inestrosa, 2007). 293

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA La proteína precursora de amiloide (PPA) es una glicoproteína que se encuentra anclada a la membrana neuronal, siendo el péptido Aβ una porción de ella. La enzima α-secretasa corta el péptido Aβ en el aminoácido 16 del PPA generando un PPA soluble. Por otra parte, las enzimas β-secretasa y γ-secretasa cortan el péptido Aβ intacto, siendo este el responsable de la acumulación de los amiloides. Este proceso es producido en baja relación por un componente genético, siendo factores ambientales como la alimentación, alteraciones metabólicas y factores sociales los principales responsables del origen de esta enfermedad. En relación a las causas que pueden originar esta acumulación de amiloides se cree que el estrés oxidativo generado por los radicales libres sería un proceso que desencadenaría la acumulación de estas placas. Por otra parte, la inflamación del sistema nervioso sería otra causa del origen de la enfermedad. En base a lo anterior se estudia los efectos benéficos que podrían tener las sustancias anti-oxidantes como la vitamina E, presente en uvas, moras, berries, etc. y sustancias anti-inflamatorias. Sin embargo, aún no existe un tratamiento eficaz para esta enfermedad (Inestrosa, 2007).

9.5

APRENDIZAJE Y ACTIVIDAD FISICA

¿Puede la actividad física tener alguna influencia sobre procesos tan complejos como la memoria y el aprendizaje? Se ha observado que el trabajo aeróbico es un importante factor de protección en contra de la degeneración neuronal, posiblemente debido al aumento de la oxigenación cerebral y aumento de la concentración y utilización de glucosa por partes de estas células. Neeper et al. (1996) mostraron que la actividad física aeróbica en ratas estimula la producción de componentes moleculares de glías y neuronas del cerebro. Los beneficios detallados de la actividad física sobre la percepción, motivación, emociones y atención han sido explicados en capítulos anteriores. Se ha visto que estas mejoras ocurren tanto en adultos mayores como en niños (Sibley y Etneir, 2002). El trabajo físico de trote de 30 minutos 3 veces por semana durante 12

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA semanas provoca una mejora en el rendimiento en pruebas cognitivas de atención y memoria de trabajo. Linder (2002) muestra una relación directa entre la actividad física realizada y el rendimiento académico de escolares. También se ha observado una relación importante entre coordinación, ritmo y rendimiento cognitivo en niños. Linder (1999) observó la existencia de una relación directa entre la cantidad de actividad física practicada por niños y el rendimiento académico de estos. Todo esto lleva a comprender que la actividad física sistemática ayuda no sólo al desarrollo de cualidades físicas como la fuerza, velocidad, resistencia, etc. sino también a la supervivencia neuronal, al aumento de vascularización del cerebro, estimula la neurogénesis, ayuda al aprendizaje y contribuye a mantener y mejorar las funciones cognitivas (Cotman y Berchtold, 2002). Cuando el músculo es ejercitado libera muchas sustancias al torrente sanguíneo, pero resulta muy interesante la liberación de IGF-1 (un factor de crecimiento) que estimula la producción de BDNF (factor de neurotrófico derivado del cerebro) en el encéfalo. Recordemos que el BDNF está relaciona con la producción de nuevas sinapsis en la PLP. La actividad física ha mostrado aumentar el BDNF en el hipocampo, sobre todo en la región del giro dentado y la región CA3. También se ha visto aumento del RNAm de BDNF en la médula espinal lumbar, cerebelo y el córtex cerebral (Cotman y Berchtold, 2002). La actividad física también induce la producción factor de crecimiento nervioso (NGF) y cerebral de factor de crecimiento de fibroblasto 2 (FGF-2). El BDNF facilita el aprendizaje espacial y la actividad física a su vez facilita la producción de BDNF en el sistema nervioso como se ha visto en experimentos con ratas (Fig. 9.11). La actividad física activa la transcripción de genes que se asocian con neuroplasticidad y nuevas estructuras neurales, por aumentos del exón 1 de BDNF, la sinaptotagmina 5, la proteína 17 asociada a la Clathrina, la cicloxigenasa isomorfa COX-2, integrina β5, receptores de polipéptidos vasointestinales, factores de crecimiento nervioso (VGF), etc. (Cotman y Berchtold, 2002). De todo lo anterior se desprende que la actividad física posee un control directo sobre la plasticidad cerebral, lo que conduce a

295

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA una mejora de los procesos cognitivos y por ende de la memoria y el aprendizaje, ahora es necesario que la educación física continúe con estas investigaciones y puede explotar un enfoque cognitivista, y no sólo motor, de su disciplina.

Figura 9.11 Efectos del ejercicio sobre el hipocampo de rata. En la imagen A se observa la expresión de ARNm de BDNF en el giro dentado y regiones CA1 y CA3 de ratas control. En la imagen B se observa las mismas regiones tras haber realizado actividad física por siete días (Modificado de Cotman y Berchtold, 2002).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Linder, K. (1999). Sport participation and perceived academic performance of a school children and youth. Pediatric Exercise Science, 11: 129-144. Linder, K. (2002). The physical activity participation academic performance relationship revisited: perceived and actual performance and the effect of banding. Pediatric Exercise Science, 14: 155-170. Maturana, H.; Varela, F. (1984). El árbol del conocimiento. Santiago: Universitaria. Morris, R.; Fillenz, M. (2003) La ciencia del cerebro. Liverpool: Asociación británica de neurociencia. Neeper, S.; Gómez, F.; Choi, J.; Cotman, C. (1996). Physical activity increases mRNA for brain-derived neurotrophic factor and nerve growth factor in rat brain. Brain Research, 726, (1-2): 49-56. Sibley, B., Etnier, J. (2002). The relationship between physical activity and cognition in children: a meta-analysis. Pediatric Exercise Science, 15: 243-256. Silverthorn, D. (2008). Fisiología humana. Madrid: Médica Panamericana.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 10

LENGUAJE, PENSAMIENTO E INTELIGENCIA _______________________________

El lenguaje es una característica primordial de nuestra especie, un proceso que en su complejidad y elaboración no se aprecia en ningún otro organismo. La comunicación y traspaso de información puede ser por sonido, tacto, vista, olor, etc. situaciones que encontramos en innumerables especies no solo vertebrados como los mamíferos, sino también en invertebrados como los insectos, crustáceos, arácnidos, anélidos, cnidarios, etc. Pero la riqueza de la palabra hablada y escrita que presenta el ser humano, no es comparable con ningún otro sistema de comunicación en la naturaleza. Todo nuestro mundo cultural ha sido construido sobre el lenguaje, con el describimos, pedimos, exigimos, agradecemos, etc. Por muchos tiempo se consideró el lenguaje como una actividad pasiva cuyo único fin era describir el mundo, sin embargo durante el siglo veinte se ha formulado un lenguaje más activo, un agente creador cultural y social, donde el habla representa un accionar y no meramente un ente pasivo. Esta nueva conceptualización del lenguaje nace de filósofos como Wittgenstein (1953), Austin (1962) y Searle (1979). El lenguaje humano utiliza una comunicación de sonidos, lenguaje de señas o gestos faciales, que requieren de información sensorial y que es distinto a la lectura o escritura (estas últimas relativamente recientes en la etapa de existencia de nuestra especie).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA En la actualidad el estudio del lenguaje resulta fundamental para comprender las implicancias sociales de nuestras experiencias, además de constituir el medio fundamental de comunicación y expresión humana.

10.1 CARACTERISTICAS DEL LENGUAJE HUMANO La definición del lenguaje ha resultado muy compleja ya sea desde la educación, la filosofía, la psicología o la neurociencia. Para algunos es cualquier sistema de comunicación estructurado, para otros es un sistema de códigos con los cuales se designa el mundo exterior, etc. En el presente texto definiremos el lenguaje como un conjunto de acciones conductuales recursivas coherentes en la experiencia generada en la relación con los otros (Maureira, 2009). Es decir, que cuando las conductas reiteradas en un grupo de individuos que se relacionan diariamente comienzan a tener un significado para todos ellos, porque asocian dicha conducta con un fenómeno, se origina el lenguaje. Pero además existe otro elemento fundamental: la recursividad. Esto es la capacidad de construir frases y posteriormente intercalar nuevas frases dentro de la misma continuando con un sentido. Por ejemplo, al decir la mañana esta fría en la ciudad, hemos declarado un hecho al que podemos agregar más detalle: la mañana de invierno esta fría pese a un tenue sol que podemos vislumbrar en la ciudad. Este ejercicio es posible de hacer una y otra vez construyendo frases con sentido. Además la recursividad del lenguaje nos permite hacer una descripción de una descripción y nuevamente una descripción de la segunda descripción y así hasta el infinito. La recursividad es una característica que sólo se encuentra en nuestro lenguaje, es lo que lo hace tan complejo y diferencia de otros modos de comunicación animal. Una vez surgido el lenguaje se asigna un sonido específico y consensuado a dicha conducta de manera que surgen las palabras. Es importante resaltar que la palabra no constituye el origen ni la base del lenguaje, ya que este surge antes que las palabras (Maturana y Varela, 1984).

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Cabe señalar importantes:

la

diferencia

entre

algunos

conceptos

 Pre-lenguaje: es el sistema de comunicación de los bebés y de donde surge posteriormente el lenguaje. Para esta etapa es necesaria la percepción, motricidad y memoria.  Lenguaje: propiamente tal, un sistema de comunicación especializado que nace en el contexto social. Este nos permite conceptualizar, abstraer y reflexionar.  Lengua: es lo que conocemos como idioma.  Habla: constituye la materialización de la lengua mediante un acto individual de fonación o escritura.  Dialecto: es la variable geográfica de una lengua.

10.1.1 Lenguaje hablado El lenguaje hablado posee dos componentes: palabras y gramática. Las primeras son una asociación arbitraria entre un sonido y un objeto (por ejemplo, una mesa es un sonido que arbitrariamente hemos asociado a un objeto de madera con patas sobre el que colocamos cosas). Un niño a los 6 años maneja alrededor de 13.000 palabras. La gramática, representa las reglas de las lenguas y la organización de las palabras dentro de las oraciones. Esta a su vez se constituye de la morfología (que estudia la estructura de las palabras y la formación de nuevas palabras), la sintaxis (que estudia la forma como se combinan las palabras) y la fonología (que estudia el modo en que los sonidos funcionan en las lenguas).

10.1.2 Bases biológicas del lenguaje El lenguaje no es instintivo, sino que debe ser adquirido en la relación social con otros seres humanos, lo que da cuenta del sentido social del mismo. Se cree que su origen fue hace unos 2 o 2,5 millones de años con el Homo habilis, sin embargo toda 301

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA explicación sobre el lugar y origen del lenguaje sólo es especulación. Si bien el lenguaje tiene su origen en relaciones de individuos, existen áreas cerebrales determinadas encargadas de permitir el surgimiento de este, que requiere fundamentalmente de dos entradas sensoriales: audición y visión. En la mayoría de las personas las regiones para el procesamiento lingüístico se encuentran en el hemisferio izquierdo del cerebro, incluso el 70% de la personas zurdas o ambidiestras utilizan ese hemisferio para el trabajo lingüístico (Silverthorn, 2008). El área Wernicke en el lóbulo temporal y el área de Broca en el lóbulo frontal (Fig. 10.1) se relacionan con la audición y la escritura de las palabras. Ambas regiones se conectan mediante el fascículo arqueado. Otras estructuras implicadas en el lenguaje son el giro supramarginal, el giro angular, el córtex auditivo primario, el córtex motor, el córtex somatosensorial, el lóbulo temporal izquierdo, el córtex inferotemporal izquierdo, el córtex prefrontal izquierdo y los ganglios basales (Kandel et al. 2000).

Figura 10.1 Lenguaje. En la imagen superior se muestran algunas zonas de la corteza implicadas en el lenguaje. En la imagen inferior izquierda el circuito cerebral utilizado para repetir palabras oídas y en la imagen inferior derecha, para repetir palabras vistas (Modificado de Silverthorn, 2008).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Los estudios sobre el lenguaje provienen básicamente por lesiones encefálicas, donde es posible determinar la implicancia de cada región en una parte de la construcción lingüística. La investigación de esta área en animales no humanos no es posible, ya que aún los primates que puede lograr una comunicación con lenguaje de señas, no alcanzan el rico y complejo lenguaje de nuestra especie.

10.1.3 Afasias La afasia es la pérdida de la capacidad de producir o comprender el lenguaje. Las causas de este problema pueden ser por accidente cerebrovascular, traumatismo, infección cerebral o tumores. Las afasias se clasifican en: a) Afasia de Broca: Se caracteriza por la imposibilidad de articular frases y el uso de frases cortas. Por ejemplo, caminar mamá, que puede significar que salió a caminar con su mamá o que su mamá quiere salir a caminar, según la circunstancia. A nivel de comprensión no tiene problemas con frases cortas y sencillas y presentan alguna dificultad cuando las oraciones son más extensas y complejas. Además no son capaces de repetir frases oídas, hablan poco y son conscientes de sus errores pero no pueden corregirlos, su hablar es de tipo telegráfico y las palabras que emiten están deformadas. La afasia de Broca se produce por una lesión en la circunvolución frontal inferior (área de Broca). b) Afasia de Wernicke:Se caracteriza por un problema en la comprensión del lenguaje y del habla fluida. Las personas con este trastorno hablan con oraciones largas que carecen de sentido, agregan palabras innecesarias y las cambian. Por ejemplo, Usted sabe que el pichicho locucio y que quiero rodearlo y atenderlo como usted desea anteriormente, que significa el perro necesita ir fuera, así que lo llevaré a dar un paseo. Estos pacientes no comprenden el habla, razón por la cual no son conscientes de sus propios errores al comunicarse y

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA no son capaces de repetir frases oídas. La afasia de Wernicke se produce por lesiones del área temporoparietal (área de Wernicke). c) Afasia de conducción: Se caracteriza por la incapacidad para repetir frases. Cuando un paciente habla lo hace utilizando entre 3 y 5 palabras por frase de forma relativamente normal. La comprensión del lenguaje oral es casi normal, pero la lectura en voz alta y la escritura están alteradas. Sin embargo, la comprensión lectora se mantiene. La afasia de conducción se produce por lesión en el fascículo arqueado que conecta el área de Wernicke con el área de Broca. d) Afasia global: Se caracteriza por una comprensión y expresión alteradas. Este trastorno se presenta inicialmente con mutismo que luego pasa a verbalizaciones de sílabas repetitivas. La afasia global es una suma de afasia de Broca y Wernicke, de ahí su nombre, que se produce generalmente por interrupción del riego sanguíneo en la arteria cerebral media. e) Afasia transcortical motora: Se caracteriza por una reducción importante del habla, con dificultad y frases cortas. La repetición es buena y puede hacerlo incluso con frases largas. La comprensión oral y escrita esta preservada. Generalmente los pacientes de este tipo presentan alteraciones motoras derechas. La afasia transcortical motora se produce por lesiones en los axones anteriores al asta frontal del ventrículo izquierdo o por lesiones de áreas prefrontales y premotoras. f) Afasia transcortical sensorial: Se caracteriza por una lectura y escritura alterada. El hablar es fluido, pero la comprensión está muy alterada. La repetición se mantiene sin alteraciones. La afasia transcortical sensorial se produce por una lesión en la zona posterior e inferior del área de Wernicke.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 10.1.4 Otros trastornos del lenguaje  Alexia y agrafía: Ciertas lesiones en el cerebro pueden producir alexia (perdida de la capacidad de leer) y agrafia (perdida de la capacidad de escribir). Estos trastornos pueden presentarse en forma separada o en conjunto. Estos pacientes no pueden reconocer palabras deletreadas ni en voz alta ni deletrear ellos palabras en voz alta. La alexia es producida por una lesión en el cuerpo calloso cerebral, de manera que la información visual derecha, no puede alcanzar las áreas del lenguaje del hemisferio izquierdo.  Dislexia: Es la dificultad en la lectura que impide su comprensión. Es un trastorno que presentan entre el 10 y 20% de los niños, cuya causa es de tipo genética. Se ha observado una baja actividad del giro angular en niños que padecen dislexia. De 3 a 5 años el niño presenta habla lenta y dificultades de pronunciación. Entre los 6 y 8 años el problema se centra en la dificultad de asociación entre la letra y el sonido. En la edad adulta el problema se presenta como dificultad para comprender lo que se lee.  Logorrea: Utilización de largas frases para hablar.  Parafasia: cambio de una palabra por otra al hablar.  Jergafasia: Sustitución de palabras que hace imposible de entender el habla.  Anosognosia: inconsciencia de los errores al hablar.  Ecolalia: repetición casi directa de frases de su interlocutor.  Circunloquio: rodeos continuos para explicar la palabra que se busca utilizar.  Discalculia: déficit en la comprensión matemática.  Disgrafía: Dificultades en la escritura.

10.2 LENGUAJE V/S PENSAMIENTO El dilema de la relación lenguaje-pensamiento se orienta al origen de cada uno de estos conceptos y la posibilidad de la supeditación de un proceso al otro. Con respecto a esto se han generado tres teorías: 305

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  La primera postula que el lenguaje surge antes que el pensamiento. El impulsor de esta idea es Chomsky (1957) quien articula que el lenguaje al surgir en forma innata corresponde a la base del pensamiento que debe surgir de la estructura del lenguaje. En esta línea el pensamiento surge como una forma de lenguaje interno.  La segunda teoría plantea que el pensamiento es anterior y genera el lenguaje. El impulsor de esta idea es Piaget (1931), quien resalta la naturaleza del lenguaje como una herramienta para expresar lo que pensamos.  La tercera teoría plantea que el lenguaje surge en forma paralela al pensamiento. El impulsor de esta idea es Vygotsky (1934) quien establece que el pensamiento es lingüístico por naturaleza y que ambos se rigen por las mismas normas de construcción y co-surgen al mismo tiempo en el ser humano. La relación lenguaje–pensamiento sólo puede ser analizada en los seres humanos, ya que el primero de estos procesos sólo se encuentra en nuestra especie. El pensamiento, por otra parte, es una función presente en otros organismos, por lo tanto la respuesta sobre que surge primero, al menos en el ámbito filogenético, es el pensamiento. Pero en nuestra especie parecen surgir al mismo tiempo (Maureira, 2011).

10.2.1 El pensamiento Para Herrera (2004) el pensamiento es el proceso o sistema de procesos que establecen, justifican y determinan las relaciones entre estímulos y respuestas. Para Pylyshyn y Eysenck (1984, citado en Herrera, 2004) el pensamiento es el sistema procesos que operan sobre las representaciones del mundo real. Desde un punto de vista biológico, el pensamiento lo podemos relacionar a la resolución de problemas. “El pensamiento es todo acto cognitivo que permita la resolución de un problemas referente a la forma de mantener la organización funcional sistémica dentro de un entorno” (Maureira, 2011: 157).

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Esto muestra los diferentes niveles de pensamiento que pueden desarrollar los organismos, situación que se encuentra en directa relación con el desarrollo del sistema nervioso, pero lo más importante no niega la existencia de pensamiento en otros sistemas vivos, ya que todo se enfrentan a problemas que resolver dentro de sus relaciones sociales y con su entorno, los cuales de no poder ser superados significarán la muerte del organismo. Si el pensamiento es un proceso, necesita de herramientas para su realización, que en los individuos con sistema nervioso están dados por la atención, las percepciones, las emociones, la motivación, la memoria y el aprendizaje. Para Herrera (2004) el proceso de pensamiento comienza con la atención que permite captar alguna información del entorno, se continúa con la percepción de dicha parte de la realidad, para luego pasar a la memoria corto plazo tras lo cual se realiza un breve análisis de la información llamado apercepción, que corresponde al darse cuenta. Si es primera vez que captamos esa información se forman el concepto natural a través de la generalización (determinación de la familia a la que pertenecen los datos) y la discriminación (determinación de las diferencias con la familia de los datos). Además en la infancia contamos con conceptos básicos, como el arriba, abajo, delante, atrás, etc. que permiten crear relaciones entre los conceptos naturales. En el ser humano el lenguaje se convierte en un proceso que modifica todas las actividades cognitivas y nos convierte en humanos. El pensamiento en nuestra especie es siempre lingüístico, razón por la cual contamos con una serie de problemas que abarcan aspectos sociales-culturales que no se relacionan con las homeostasis sistémica en los demás organismos. Nosotros debemos relacionarnos con un entorno en el cual la depredación, busca de alimentos y parejas no se establecen con leyes naturales, razón por lo que nuestro pensamiento elabora estrategias culturales para solucionar estos inconvenientes. El lenguaje surge en el bebé y a medida que lo hace, se genera su mundo lingüístico y los problemas de la misma naturaleza, de manera tal que ambos procesos (lenguaje y pensamiento) poseen un origen en común, se construyen con las mismas reglas y surgen en forma paralela.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA El pensamiento lingüístico es la herramienta para resolver problemas de la vida cotidiana o de las actividades laborales y académicas que nos impone nuestra cultura. Cuando los docentes evalúan el proceso de enseñanzaaprendizaje, lo que en realidad hacen es cuantificar la capacidad de utilización de pensamientos en la resolución de problemas, ya sean estos de tipo descriptivos (básicamente memoria), correlacionales (relacionar cosas) o explicativos (comprender como surge un hecho a partir de otro). La evolución del pensamiento comienza en los niños con la función simbólica basado en la imitación, el juego simbólico, el dibujo, significación de los objetos, memorización y lenguaje. En la etapa de pensamiento intuitivo del niño el procesamiento de los datos se basa en la información percibida, de manera que la interpretación de la realidad estará condicionada a las características de los objetos y por ende es posible la distorsión de la misma (por ejemplo, un niño asumirá que una figura es tal sólo cuando se encuentre en la misma posición o una palabra posee cierto significado solo cuando está en cierta posición en la oración). El pensamiento lógico permite al niño librarse de la percepción, estableciendo relaciones lógicas, no se apega al punto de vista particular de él, pudiendo ver las situaciones de diferentes puntos de vista, pero siempre dependiendo de la realidad física. En la adolescencia surge el pensamiento lógico formal donde lo posible subordina lo real, surgiendo el pensamiento hipotéticodeductivo donde los hechos ya no se refieren al mundo real sino más bien a hipótesis o proposiciones planteadas en forma independiente de los hechos actuales. Este proceso comienza con la observación de la realidad, la formulación de hipótesis y finalmente la comprobación, situación que no es alcanzada por todas las personas y no todas la desarrollan plenamente. Esto se conoce también como el pensamiento abstracto.

10.3 INTELIGENCIA El estudio de la inteligencia es una de las grandes líneas investigativas que ha tenido la psicología durante el siglo XX, siendo

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA aún hoy en día un tema muy controvertido, sin una conceptualización unitaria. Para Herrera (2004) la inteligencia es una especie de operadora o calculadora que utiliza los conceptos para resolver las situaciones problemáticas y así adaptarnos al entorno. Para Papalia (1994) la inteligencia es la cualidad mental que consiste en la capacidad para aprender de las experiencias, resolver problemas y adaptarse a las nuevas situaciones. Por su parte, Myers (2007) la inteligencia es la aptitud de las personas para desarrollar el pensamiento abstracto y razonar, resolver problemas y adaptarse al ambiente. A principios del siglo XX surgieron las primeras mediciones de la inteligencia de la mano de Alfred Binet (1857-1911) quien propuso el primer modelo monolítico de la inteligencia, ya que formulaba la existencia de un factor como determinante de esa capacidad. Propuso un método para calcular la inteligencia en base a tareas de comprensión, capacidad aritmética y dominio de vocabulario para diferenciar a los niños con retraso y los de inteligencia media. Fue el creador del concepto de edad mental en su libro Estudios experimentales sobre la inteligencia de 1903. Posteriormente en 1905 junto con Theodore Simón elaboraron la primera escala Binet-Simón para medir la edad mental, la cual fue revisada y mejorada consecutivamente en 1908 y 1911. Lewis Terman en 1911 reviso y adapto el test de Binet-Simón al inglés y a la población estudiantil de Estados Unidos, escala que recibió el nombre de Stanford-Binet. William Stern en 1912 desarrollo el concepto de Cociente Intelectual (CI), valor numérico dado a la inteligencia en base a los resultados de una prueba de inteligencia. El CI es el resultado de la Edad Mental dividida por la Edad Cronológica y el resultado multiplicado por 100. 10.3.1 Teorías sobre la inteligencia Las teorías de la inteligencia evolucionaron desde el modelo monolítico (un componente estructural) de Binet y Stern, hacia modelos bifactoriales, multifactoriales y finalmente modelos cognitivos.

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Figura 10.2 Curva del cociente intelectual. Los números de la primera fila marcan las puntuaciones en una prueba de inteligencia y en la línea inferior el porcentaje de la población que se ubican en dichos rangos.

10.3.1.1 Teoría bifactorial Desarrollada por Charles Spearman (1863-1945), estableció la existencia de un factor general de la inteligencia (Factor G) dado por la capacidad de establecer relaciones entre conocimientos abstractos adquiridos y cuya naturaleza sería hereditaria y no presentaría variaciones durante la vida y un factor especial o específico (Factor S) dada por la habilidad de un sujeto para realizar ciertas tareas y la cual sería posible desarrollar con la educación. Raymond Cattell (1905-1998) propuso la existencia de una inteligencia fluida como las habilidades de imágenes espaciales y visuales y la capacidad de notar detalles y memorizarlos y una inteligencia cristalizada relacionada con las habilidades de razonamiento y aptitud verbal y numérica.

10.3.1.2 Teoría multifactorial Louis Thurstone (1887-1955) considerado uno de los más grandes representantes de las mediciones mentales en la línea funcionalista, en 1938 identifico 7 factores relacionados con la construcción de la inteligencia, a los que llamo capacidades mentales primarias:

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Habilidad espacial: capacidad para resolver problemas relacionados con las formas en el espacio.  Rapidez perceptual: capacidad de percibir información con rapidez y precisión.  Habilidad numérica: capacidad para resolver problemas expresados en números.  Significado verbal: capacidad de encontrar palabras que expresen los pensamientos o sentimientos.  Memoria: capacidad para almacenar información.  Fluidez verbal: capacidad para resolver problemas expresados en palabras.  Razonamiento: capacidad para llegar de premisas iniciales a conclusiones en base a las estructuras formales de las primeras. Thurstone nunca compartió la idea bifactorial de Spearman, sin embargo, los estudios posteriores con su modelo mostraron una tendencia leve de los sujetos que habían obtenido buenos resultados en una de las capacidades a tener buenos resultados en las otras, lo que llevó a pensar en la existencia de evidencia sobre el Factor G. Joy Guilford en 1958 establece un modelo de estructura de la inteligencia constituido por tres dimensiones (Fig. 10.3):  Operaciones: dado por los procesos intelectuales de valoración (decisiones acorde con un criterio dado), producción convergente (logro de resultados únicos), producción divergente (logro de resultados variados a partir de una fuente), memoria (almacenaje de información) y cognición (conocimiento).  Contenidos: dado por la información (visual, auditivo, simbólico, semántico y comportamental).  Productos: dado por la forma que adopta la información (unidades, clases, relaciones, sistemas, transformaciones e implicaciones).

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Figura 10.3 Cubo de Guilford sobre la inteligencia.

10.3.1.3 Teoría cognitiva Howard Gardner (1983) formula su teoría de las inteligencias múltiples ampliando el campo de la inteligencia a ámbitos más allá del académico. Sin negar el factor genético en estos procesos, el autor propone la existencia de siete inteligencias:  Inteligencia verbal-lingüística: se relaciona con la sensibilidad especial hacia el lenguaje, aprendizaje de otros idiomas, la construcción del lenguaje escrito, la utilización del mismo para solucionar problemas, etc. Es una de las inteligencias clásicas de la psicología, además de poseer un correlato neural que avala su existencia (el área de broca y Wernicke expuestos a principios de este capítulo). En este ámbito se destacan escritores, poetas, abogados, oradores, etc.  Inteligencia lógico-matemática: es la capacidad de analizar problemas de una manera lógica, resolver problemas matemáticos y aplicar el método científico para la resolución de problemas. Es la inteligencia base que miden las pruebas de

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

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inteligencia. En este ámbito destacan matemáticos, lógicos, ingenieros, científicos, etc. Inteligencia musical: es la capacidad de componer, interpretar y apreciar pautas musicales, es la sensibilidad al tono, volumen, timbre y patrones musicales. Las áreas cerebrales relacionadas con esta inteligencia parecen estar en el hemisferio derecho, pero no existe una claridad sobre su ubicación específica. En este ámbito destacan los compositores, cantantes, intérpretes, etc. Inteligencia cinestésico-corporal: es la capacidad de utilizar el cuerpo para resolver problemas o crear productos. El área motora de la corteza cerebral es la encargada de permitir esta habilidad y se relaciona con la zona opuesta del cuerpo (córtex motor derecho controla la parte izquierda del cuerpo y viceversa). En este ámbito destacan bailarines, actores de teatro, deportistas, cirujanos, artesanos, etc. Inteligencia espacial: es la capacidad de hacer uso del espacio en la resolución de problemas de orientación como en la navegación, la visualización de objetos desde diferentes ángulos, etc. El hemisferio derecho parece ser la región del cerebro encargada del cálculo espacial. En este ámbito destacan los navegantes, pilotos, escultores, jugadores de ajedrez, etc. Inteligencia interpersonal: es la capacidad de conocer el ánimo, temperamento, motivaciones, emociones e intenciones de los demás, lo que permite un exitoso trabajo otros. El lóbulo frontal tiene relación con esta inteligencia. En este ámbito destacan los líderes políticos, religiosos, terapeutas, profesores, padres, etc. Inteligencia intrapersonal: es la capacidad de conocer los propios sentimientos, emociones, deseos, etc. y utilizarlos en la regulación de la propia vida, para guiar nuestra conducta. La corteza frontal parece ser la base de esta inteligencia. En este ámbito destacan algunos escritores, psicoanalistas, filósofos, etc.

Por su parte, Robert Sternberg (1985) elaboró un modelo de la inteligencia que la divide en tres subtipos: 313

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

 Inteligencia componencial-analítica: es la habilidad para adquirir nuevos conocimientos y solucionar problemas. El autor asocia esta subteoría con la capacidad analítica que tiene que ver con la separación de problemas y encontrar soluciones no evidentes. Es la inteligencia individual y académica.  Inteligencia experiencial-creativa: es la habilidad para adaptarse de manera creativa a nuevas situaciones. Se relaciona con la capacidad para realizar bien una tarea en relación a lo familiar que sea, teniendo una mayor capacidad quien puede enfrentarse a tareas que nunca antes había realizado y encontrar una o más soluciones.  Inteligencia contextual-práctica: es la habilidad para seleccionar contextos en los que se puede sobresalir. Es un proceso de ajuste al entorno, donde las personas pueden tener éxito en cualquier situación. También se relaciona con modificación del ambiente por parte del sujeto para resaltar sus habilidades. Para Sternberg una persona no está restringida a una sola de estas inteligencias, pudiendo destacar en una, dos o tres de ellas.

10.3.2 Instrumentos para medir la inteligencia Las pruebas para medir la inteligencia están relacionadas con las dos corrientes psicológicas que tratan de explicarla durante el siglo pasado. La corriente del factor general considera posible obtener un cociente intelectual que muestra una inteligencia genética, fija y general. Los representantes de esta línea son Binet, Stern, Weschler, Raven, etc. Por otra parte, la corriente de factores específicos parte de la base que la inteligencia es flexible y puede desarrollarse. Los representantes de esta forma de explicar la inteligencia son Thurstone, Cattell, Guilford, Gardner, Sternberg, etc. Algunos test para medir la inteligencia son:

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA a) Weschler adult intelligence scale (WAIS): Formulado por David Waschler en 1939, posteriormente fue revisado en 1949, 1955 y 1981. El test cuenta de dos escalas:  Escala verbal, compuesta de sub-escalas de información (29 preguntas), comprensión (14 preguntas), aritmética (14 preguntas), semejanza (13 preguntas), dígitos (9 series) y vocabulario (40 preguntas).  Escala manual, compuesta de sub-escalas de símbolos (90 casilleros), completación (21 preguntas), cubos (10 dibujos), ordenación (8 historietas) y ensamblaje (4 figuras). b) Test de matrices progresivas de Raven: Formulado por John Raven en 1938. Es un test de inteligencia no verbal que consiste en encontrar la pieza faltante en una serie de figuras en una secuencia horizontal y vertical. La aplicación dura aproximadamente 60 minutos. La escala general consta de 5 series (A, B, C, D y E) de 12 elementos que se presentan en tinta negra con fondo blanco. Se aplica en sujetos de 12 a 65 años. La matriz progresiva avanzada contiene 48 ítems que aumentan su dificultad a medida que se avanza en el test. Se aplica en adolescentes y adultos con una inteligencia superior a la media. c) Primary Mental Abilities (PMA): Creado por L. Thurstone en 1938. Su aplicación es desde los 10 años en adelante. El tiempo de respuesta es de 26 minutos. La batería PMA consta de cinco pruebas que miden cinco factores:  Factor V: se relaciona con comprensión verbal. Consta de 50 problemas de elección múltiple, donde el sujeto debe hallar los sinónimos de las palabras propuestas.  Factor E: se relaciona con la concepción espacial. Consta de 20 elementos en los cuales se presenta un modelo y luego el sujeto debe elegir entre 6 figuras similares giradas, cual es la que coincide con el modelo.  Factor R: se relaciona con el razonamiento. Consta de 30 elementos donde el sujeto debe determinar qué letra continua en una serie de ellas.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA  Factor N: se relaciona con el cálculo numérico. Consta de 70 problemas donde el sujeto debe determinar si la suma de 4 números de 3 dígitos es correcta.  Factor F: se relaciona con la fluidez verbal. El sujeto debe escribir palabras con la letra que se le determine. . d) Test de factor g: Creado por R. Cattell en para medir la capacidad mental general mediante tareas no verbales. Consta de tres escalas:  Escala 1: se utiliza en niños de 4 a 8 años. Trata de 8 pruebas: sustitución, clasificación, laberintos, errores, semejanzas, identificación, órdenes y adivinanzas.  Escala 2: se utiliza en niños entre 8 y 14 años. Compuesto por cuatro subtest: series, clasificación, condición y matrices. El sujeto debe determinar relaciones entre formas y figuras.  Escala 3: se utiliza a partir de los 15 años. Es igual al anterior pero de mayor complejidad. e) Test de inteligencias múltiples: creado por H. Gardner en 1983. Consta de 84 ítems, con para cada una de las 7 inteligencias. La prueba es de respuesta dicotómica: Sí y No. La revisión se realiza restándole al número de SI el número de N por cada inteligencia, de esta manera da un valor en cada una de ellas. f) Sternberg Triarchic Abilities Test (STAT): creado por R. Sternberg en 1991. Costa de 3 categorías:  Inteligencia individual: compuesta por la escala 1 (modalidad verbal), escala 2 (modalidad numérica) y escala 3 (modalidad figurativa). Cada escala consta de 10 ítems.  Inteligencia práctica: compuesta por la escala 4 (modalidad verbal), escala 5 (modalidad numérica) y escala 6 (modalidad figurativa). Cada escala consta de 10 ítems.  Inteligencia experiencial: compuesta por la escala 7 (modalidad verbal), escala 8 (modalidad numérica) y escala 9 (modalidad figurativa). Cada escala consta de 10 ítems. El test contiene una escala 10 para la evaluación de los procesos de automatización. 316

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 10.4 DIFERENCIAS COGNITIVAS ENTRE HOMBRES Y MUJERES Además de diferencias estructurales, el sexo masculino y femenino presenta diferencias funcionales cerebrales que pueden ser observadas como mejores desempeños en ciertas pruebas de habilidades. Por ejemplo, las mujeres recuerdan mejor una lista de palabras que los hombres y al contrario ellos resuelven mejor tareas en que haya que realizar giros mentales de imágenes. Si bien aún no se conoce con exactitud qué áreas o funciones son responsables de estos desempeños, si se ha constatado diferencias importantes en rendimientos de tipos cognitivos ante la resolución de problemas. Las mujeres presentan:  Una mejor memoria verbal.  Una mejor habilidad lingüística sobre todo en el área de fonética.  Mayor velocidad perceptiva que los hombres.  Mayor destreza en tareas que requieran actividad motora fina.  Mayor coordinación motora que los varones. Los hombres por su parte, presentan:  Mejor habilidad visuoespacial, relacionada con la rotación mental de imágenes y con la percepción de distancias y profundidad.  Mejor razonamiento matemático.  Se ha observado que durante la realización de una tarea matemática, el hombre utiliza bilateralmente su lóbulo temporal, en cambio las mujeres tienden a utilizar más regiones cerebrales sin mostrar una especificidad. Los hombres presentan mayor porcentaje de zurdería y una mayor lateralización de las funciones. En cambio las mujeres tienden a ser más bilaterales en las tareas lingüísticas, razón por la cual los daños causados por derrames cerebrales en un hemisferio generan menores daños del lenguaje en mujeres que en hombres. Individuos de un año de vida de ambos sexos expuestos a diferentes tipos de juguetes eligen claramente los que poseen una orientación hacia su propio sexo: los niños eligen autos y pelotas y las niñas muñecas. Pese a no tener una orientación sexual de tipo social, eligen innatamente juguetes relacionados con su sexo lo que 317

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA muestra una tendencia natural e instintiva hacia el desarrollo de actividad fuertemente marcadas desde el punto de vista sexual.

BIBLIOGRAFIA Austin, J.L. (1962) Como hacer cosas con palabras. Barcelona: Paidos, 1982. Bear, M.; Connors, B. & Paradiso, M. (1998). Neurociencia. Explorando el cerebro. Barcelona: Masson Ed. Gardner, H. (1983). Frames of mind. Herrera, M. (2004). Teorías, programas y estrategias del desarrollo del pensamiento. En Gómez, J. Ed. (p. 192-232). Neurociencia cognitiva y educación. Lambayeque: Fondo Editorial FACHSE. Kandel. E.; Schwartz, J. & Jessel, T. (2000). Principios de neurociencia. Madrid: McGraw- Hill. Maturana, H.; Varela, F. (1984). El árbol del conocimiento. Santiago: Universitaria. Maureira, F. (2009). Tratado ontológico humano. Revista de Psicología Iztacala, 12, (2): 187-223. Maureira , F. (2011). Formas de pensamiento y reglas del lenguaje: algunas características. Ludus Vitalis, 19 (35), 153-160. Myers, D. (2007). Psicología. Madrid: Editorial Médica Panamericana. Papalia, D. (1994). Psicología. Madrid: McGraw-Hill. Searle, J. (1979) The philosophy of language. Oxford: Oxford University press. Silverthorn, D. (2008). Fisiología humana. Madrid: Médica Panamericana. Sternberg, R. (1985). Beyond IQ: a triarchic theory of intelligence. Cambridge: Cambrigde University Press. Wittgenstein, L. (1953) Investigaciones filosóficas. México: Instituto de Investigaciones Filosóficas UNAM, 1988.

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Capítulo 11

ESTILOS DE APRENDIZAJE Y EDUCACION FISICA _______________________________

El aprendizaje se relaciona con el cambio del conocimiento que experimenta un organismo, situación que depende de muchos factores como ya hemos visto en el presente libro. Un ámbito muy importante para el aprendizaje en general y para el proceso de enseñanza-aprendizaje en particular es la forma mediante la cual los seres humanos podemos adquirir información. En el capítulo nueve exploramos las bases biológicas que sustentan la memoria y el aprendizaje. Este se inicia por estímulos del entorno que somos capaces de captar con nuestros sentidos, sin embargo, en el contexto cultural humano existe un tipo de conocimiento en particular que es traspasado transgeneracionalmente y resulta ser la base de nuestra constitución como humanos: el lenguaje. Todo nuestro conocimiento como civilización se erige sobre el lenguaje, todo aspecto cultural y social que constituyan los ejes centrales de los procesos de enseñanza formal académica (en cualquiera de sus niveles) se genera en nuestra relación lingüística. Los estímulos culturales tendrán necesariamente este componente y nosotros debemos responder a dichos estímulos para generar nuestro aprendizaje social. Enfocándose en este ámbito, nos damos cuenta que las formas como los seres humanos recibe, procesan y utilizan la información lingüística es diferente según diversas funciones cerebrales. De ahí que resulta fundamental para el docente conocer cómo es que sus estudiantes trabajan con la información recibida, un parámetro fundamental para sustentar el

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA proceso de enseñanza orientado a la mejora de los niveles educacionales de los niños y jóvenes. Para eso estudiaremos los estilos de aprendizaje y su relación con la educación física.

11.1 ESTILOS DE APRENDIZAJE El concepto de estilo de aprendizaje posee variadas definiciones según el marco teórico que lo sustente. Para Dunn y Dunn (1984) son el modo preferido de cada sujeto para aprender nueva información. Para Kolb (1984) es el método preferido por cada uno para percibir y procesar la información. Finalmente la definición más aceptada es la Keefe (1988) que los describe como indicadores cognitivos, afectivos y fisiológicos en que cada estudiante percibe, interactúa y utiliza la información que aprende. Para Kolb (1981) los estilos de aprendizaje dependen de la forma como procesa la información nuestro cerebro y la experiencia de los individuos. Dentro de los modelos teóricos que se relacionan con la forma de aprender en el ámbito académico creemos importantes tres propuestas: el modelo de VeerLee y Herrmann (1988, 1989) con el uso de hemisferios cerebrales predominantes; el modelo de Rita y Keneth Dunn (1978) con estilos visuales, auditivos y kinestésicos de aprendizaje; y el modelo de Kolb (1981) que clasifica a los estudiantes en asimiladores, convergentes, divergentes y acomodadores.

11.1.1 Modelo de los hemisferios cerebrales No todos los seres humanos organizamos la información lingüística de la misma forma, de hecho nuestro cerebro presenta cierta lateralización de la información, como hemos explicado anteriormente, el hemisferio izquierdo es el encargado del lenguaje, ya que ahí se encuentra el área de Broca y Wernicke. La información recibida que debe ser procesada en forma lógica, secuencial y lineal se realiza en este hemisferio. Por otra parte, la información global, intuitiva y emocional, se procesa

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PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA preferentemente en el hemisferio derecho. Este modelo fue establecido por Linda VeerLee (1988, citado en VeerLee, 1995). Al respecto Robles y Metts (1999, citado en Gómez, 2004) establecen características de estos estilos de aprendizaje y de sus implicancias en las habilidades académicas y comportamientos durante el proceso escolar: a) Modo de pensamiento preferentemente izquierdo  Características: lógico y analítico, abstracto, secuencial, lineal, verbal, simbólico, cuantitativo.  Sus habilidades académicas se relacionan con: escritura, símbolos, lenguaje, lectura, ortografía, localización de detalles, localización de hechos, procesamiento de una cosa por vez.  Su comportamiento en el aprendizaje: no tiene problemas para comprender conceptos abstractos, verbaliza sus ideas, aprende de los detalles a lo global, absorbe rápidamente detalles, le gusta las cosas bien organizadas, le incómoda las actividades poco estructuradas, le preocupa el resultado final, le parece importante no equivocarse. b) Modo de pensamiento preferentemente derecho  Características: Intuitivo, concreto, global, no verbal, lateral, cualitativo, analógico.  Sus habilidades académicas se relacionan con: relaciones espaciales, formas, canto y música, sensibilidad al color, expresión artística, creatividad, emociones, procesamiento de todo al mismo tiempo.  Su comportamiento en el aprendizaje: visualiza en imágenes, no verbaliza sus ideas, aprende de lo global a las partes, sintetiza la información, le interesa saber cómo se relacionan las cosas, aprende mejor con actividades poco estructuradas, le preocupa más el proceso que el resultado final, no le gusta comprobar las tareas realizadas.

321

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 11.1.2 Modelo de cuadrantes cerebrales Herrmann (1989) elaboró un modelo basado en la división del procesamiento cerebral en hemisferios izquierdo y derecho, y en la implicancia de la actividad cortical y límbica durante el proceso de aprendizaje. De esta forma creo cuatro cuadrantes: Cortical izquierdo, cortical derecho, límbico izquierdo y límbico derecho. Cada uno representa diferentes formas de relacionarse con el mundo. Las características de estos cuatro procesamientos se observan a continuación (modificado de Gómez, 2004): a) Cuadrante cortical izquierdo: lógicos, analíticos basados en hechos, cuantitativos, distantes, intelectualmente brillantes, críticos, irónicos, competitivos, individualistas, razonadores lógicos, gustan de modelos y teorías, gustan de palabras precisas, rigurosos, analizadores.  Docente: Profundiza en la asignatura, demuestra hipótesis, da importancia a la palabra correcta, le molesta la imprecisión, es riguroso, fiable, creíble, competente, se apoya en los hechos, exigente, estimula una sana competencia, utiliza bien el materia, se dirigen a él cuando no saben algo. Sus desventajas son: falto de contacto, despreciativo, intolerante, muy exigente, abstracto, se interesa por los mejores de la clase, crítico, irónico, muy directivo, destroza la imaginación.  Estudiante: Le gusta las clases argumentadas apoyadas en hechos, toma apuntes, es un buen estudiante cuando se le da la materia. Sus desventajas son: es poco creativo, le falta imaginación, no expresa sus emociones, tiene pocas ideas personales, es demasiado individualista, tiene poca aptitud para el arte. Con él el profesor debe: dar prioridad al contenido, utilizar libros, dar definiciones concretas, usar esquemas abstractos, partir de la hipótesis hacia la experimentación, partir de lo sencillo a lo complejo, hacer que haga disertaciones, enseñar a ver las cosas globales, transformar los símbolos en metáforas e imágenes, desarrollar su sentido espacial.

322

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA b) Cuadrante límbico izquierdo: organizadores, secuenciales, planeadores, detallados, introvertidos, emotivos, minuciosos, conservadores, les gustan las fórmulas, aman el poder, planificadores, secuenciales, ritualistas, metódicos, organizadores, les gusta la oratoria.  Docente: Realiza clases muy estructuradas, termina en el tiempo previsto, da más importancia al forma que al fondo, es minucioso, puntual, metódico, seguro, se controla a sí mismo, dirige su clase, da normas para la vida, da instrucciones claras, realiza evaluación con regularidad. Sus desventajas son: da mucha importancia al horario, monótono, autoritario, falta de apertura, no le gusta el cambio, corta la inspiración, provoca pasividad, le gusta el papeleo, le atraen poco las nuevas pedagogías.  Estudiante: Metódico, organizado, toma muchos apuntes, le gusta las clases rutinarias y conocidas, copia de nuevo las lecciones para despejar confusiones. Sus desventajas son: le falta apertura, no sabe resumir textos, no sabe qué hacer frente a un imprevisto. Con él el profesor debe: estructurar un clima de seguridad, escribir la programación, darle instrucciones estrictas, realizar trabajos de experimentación (manuales), proponer objetivos a corto plazo, darle confianza a sí mismo, utilizar su faceta de líder, desarrollar su memoria, enseñarle a globalizar, enseñar a exponer en tiempos breves, utilizar su sentido de organización. c) Cuadrante cortical derecho: intuitivos, integradores, sintetizadores, originales, arriesgados, espaciales, futuristas, les gustan las discusiones, independientes, les gusta conceptualizar, tienen imaginación, son buenos para la creación y la innovación.  Docente: Presenta su clase avanzando en forma global, tiene inspiración, le gusta filosofar, no le gusta repetir las mismas clases, es imaginativo, creativo, innovador, propone novedades pedagógicas, estimulante, va directo a lo esencial, favorece la experimentación, propone ejemplos concretos, tolerante. Sus desventajas son: desconcertante, desorienta, falta de estructura, 323

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA se dispersa, demasiado general, produce inseguridad, deja a los alumnos la responsabilidad de sí mismos, salta de un tema a otro, comprueba poco lo que han aprendido.  Estudiante: Es intuitivo y animoso, toma pocas notas, es un soñador, genera observaciones inesperadas y proyectos originales. Sus desventajas son: le falta organización, estructura, lógica, rigor, claridad, trabajo de grupo. Con él el profesor debe: realizar una pedagogía imaginativa, original y concreta, dar ejemplos concretos, utilizar el método experimental, dar la ocasión de inventar e innovar, ayudar a clarificar sus ideas, enseñarle metodologías de trabajo que estructure sus ideas, a justificar sus respuestas, que construya el camino que ha recorrido para obtener una respuestas, que reformule un argumento en base a las conclusiones. d) Cuadrante límbico derecho: interpersonales, sentimentales, estéticos, emocionales, extrovertidos, lúdicos, habladores, idealistas, mal reacción a las críticas, se rigen por el placer, necesitan compartir, son buenos enseñando, son buenos escuchando, poseen buena expresión oral y escrita, son buenos preguntando.  Docente: Se inquieta por la forma de entregar el conocimiento, se pregunta de vez en cuando si los estudiantes entienden el tema, establece un buen ambiente en la clase. Es cálido, humano, lúdico, mediador, disponible, comprensivo, tiene sentido del diálogo, le gusta trabajar en equipo, hace evaluaciones formativas. Sus desventajas son: demasiado paternalista, tiene preferidos, inconstante, subjetivo, redundante, charlatán, cuenta su vida, no termina sus clases, evalúa más el comportamiento.  Estudiante: Trabaja si el profesor es de su gusto, no soporte críticas severas, le gustan algunas materias y detesta otras, gusta de clases informales. Sus desventajas son: le falta rigor, conocimientos precisos, saber escuchar, control de sí mismo, organización y tiene poca autonomía. Con él el profesor debe: crear ambientes cálidos y acogedores, elogiar sus progresos, favorecer los trabajos en grupos, partir de imágenes para llegar 324

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA a la abstracción, ayudarle a organizarse, a buscar el sentido de las palabras, a clarificar sus ideas antes de hablar, a acatar leyes y normas, utilizar su habilidad de negociador.

11.1.3 Estilo VAK Este modelo fue propuesto por Rita y Keneth Dunn (1978, 1982) y considera la vía de entrada de la información (percepciones) lo que da una preferencia de cada sujeto por el sistema visual, auditivo o kinestésico (VAK). Para Romo et al. (2006) un sujeto utiliza los tres sistemas sólo que uno es preponderante en relación a los otros dos. Para Dunn y Dunn (1982, citado en Maureira et al., 2012) los tres procesos contienen las siguientes características:  La representación visual es el proceso de pensar en imágenes, lo que permite absorber más información en menos tiempo. A estos estudiantes les gusta leer textos, estudiar de diapositivas, etc.  La representación auditiva es el proceso de captar información mediante la escucha, siendo ordenada y secuencial. A estos estudiantes les gusta oír la materia, grabar clases, etc.  La representación kinestésica es el proceso de adquirir información mediante las sensaciones y movimientos. A estos estudiantes les gusta estudiar en base a las emociones experimentadas en clases, realizar trabajos prácticos, etc. Este modelo se relaciona con la forma que recordamos con mayor facilidad un hecho (rostro, nombre ó impresión). En la tabla 11.1 se muestran las características más relevantes de los estudiantes de cada estilo de aprendizaje perceptual.

11.1.4 Estilos de Kolb Este modelo fue propuesto por David Kolb (1981), donde se plantea que un estudiante puede captar la información en forma de 325

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Tabla 11.1 Características de los estilos visual, auditivo y kinestésico. ESTILO VISUAL

ESTILO AUDITIVO

 Conducta organizada  Ordenados  Observadores  Tranquilos  Piensan en imágenes  Captan inforción leyendo, viendo y observando  Toman notas en conferencias, charlas, etc.

 Facilidad de palabra  Aprenden lo que escuchan  Piensan en sonidos  Le gusta el dialogo  Le gusta verbalizar  Recuerdan mjor si leen en voz alta  Aprenden a través de explicaciones orales

    



ESTILO KINESTÉSICO Aprenden de los que tocan Les gusta hacer Aprenden con sensaciones Sus recuerdos son generales Utilizan la memoria muscular Estar sentados mucho tiempo le es incómodo

conceptualización abstracta o experiencia concreta. También se puede procesar la información mediante la observación reflexiva o la experimentación activa (Fig. 11.1). Cada una de estas formas posee las siguientes características:  Conceptualización abstracta: Se capta la información en forma lógica para entender y solucionar problemas. Se aprende a través del pensamiento, analizando y planificando en forma sistemática.  Experiencia concreta: Se capta la información a través de sentimientos y experiencias específicas. Se aprende mediante la relación con la gente o el objeto de estudio en forma real o concreta.  Observación reflexiva: Se procesa la información a través de la observación y la escucha. Observando cuidadosamente, viendo 326

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA las cosas desde diversas perspectivas y buscando significado a las cosas.  Experiencia activa: Se procesa la información en forma activa, experimentando y cambiando situaciones. Se realiza una acción práctica, tomando riesgos e influenciando en las cosas. De la combinación de estas cuatro formas de aprendizaje surgen cuatro tipos de aprendedores (Fig. 11.1) en base a las preferencias en relación a la forma de captar y procesar la información:  Divergentes: captan información por medio de las experiencias concretas y la procesan mediante observación reflexiva. Aprenden escuchando y compartiendo ideas. Aprecian el pensamiento profundo, necesita estar personalmente involucrado, las personas y la sociedad les parecen interesantes. Utilizan su imaginación, analizan desde muchas perspectivas, producen muchas ideas, son sensibles en la solución de problemas, les interesa el arte (Álvarez y Domínguez, 2001).  Convergentes: captan información mediante la conceptualización abstracta y la procesan mediante experimentación activa. Aprende al experimentar y aplicar el sentido común, es pragmático, soluciona problemas, va directo al tema, valora el pensamiento estratégico, necesita conocer cómo funcionan las cosas, experimenta y manipula las cosas. Aplican en forma práctica las ideas, poseen un buen uso del razonamiento hipotético-deductivo, poseen un buen desempeño en pruebas de inteligencia, son poco sensibles, prefieren las cosas que las personas, poseen intereses técnicos (Álvarez y Domínguez, 2001).  Acomodadores: captan información de experiencias concretas y procesan mediante experimentación activa. Integra experiencia y aprendizaje, aprende por ensayo-error, le gustan las cosas nuevas, flexible, toma riesgos, acomoda ideas opuestas. Cree en el autodescubrimiento, es bueno para realizar proyectos, experimentar, emprender nuevas experiencias, ejecutar soluciones, se adapta bien a las nuevas situaciones, buscan 327

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA modelos de cómo deben ser las cosas (Álvarez y Domínguez, 2001).  Asimiladores: captan información mediante la conceptualización abstracta y procesan mediante la experiencia activa. Forman teorías y conceptos, necesitan conocer los que los expertos piensan, aprende al pensar sobre las ideas, necesita detalles, es perfeccionista, dedicado y no le gustan los juicios subjetivos. Elabora modelos teóricos, posee un razonamiento inductivo, le interesan los conceptos abstractos y la investigación, es buen planificador (Álvarez y Domínguez, 2001).

Figura 11.1 Estilos de aprendizaje según el modelo de Kolb (Modificado de Bitrán et al. 2003).

Estos cuatro tipos de aprendedores nos entregan dos formas de adquirir la información:  Aprendices abstractos (asimilador y convergente)  Aprendices concretos (divergente y acomodador). También estos cuatro tipos de aprendedores nos entregan dos formas de procesar la información:  Aprendices reflexivos (asimilador y divergente)  Aprendices activos (convergente y acomodador). 328

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 11.1.5 Modelo de Honey-Alonso El modelo propuesto por Alonso, Gallego, y Honey (1994) se basa en los estilos de aprendizaje generado por Kolb. Ellos elaboraron el Cuestionario Honey-Alonso de Estilos de Aprendizaje (CHAEA), que incluye las experiencias concretas y abstractas, además de la forma de captar la información del medio. Este modelo asume la existencia de cuatro estilos de aprendizaje: a) Activo: son estudiantes que reaccionan espontáneo, son entusiastas, primero actúan y después piensan, se guían por la intuición, son impulsivos, son originales y creativos, les gusta hacer cosas nuevas, les aburren los planes a largo plazo y prefieren hablar a escuchar. Para Manzano (2007) el estudiante activo es:  Animador, improvisador, arriesgado, espontáneo, creativo, innovador, divertido y participativo.  Aprende mejor cuando intenta nuevas experiencias, compite en equipo, no tiene limitaciones formales, realiza muchas cosas a la vez, realiza debates, hace presentaciones, no tiene escuchar sentado.  Su aprendizaje es más difícil cuando se exponen temas teóricos, asimilan muchos datos que no están claros, tienen que prestar atención a los detalles, trabajan solos, tienen que repetir la misma actividad, tiene que estar pasivo escuchando. b) Reflexivo: son estudiantes que analizan sus experiencias, recogen y analizan datos, son precavidos, escuchan antes de hablar, identifican problemas, son objetivos, son perfeccionistas, son rigurosos, pasivos y observadores. Para Manzano (2007) el estudiante reflexivo es:  Receptivo, analítico, exhaustivo, cuidadoso, paciente, observador, prudente y detallista.  Aprende mejor cuando observa, reflexiona sobre las actividades, intercambia opiniones, revisa lo aprendido, piensa antes de actuar, escucha, hace análisis detallados.  Su aprendizaje es más difícil cuando tiene que ser líder, está a cargo de reuniones, participa en actividades no programadas, no 329

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA tiene datos suficientes, está presionado por el tiempo, tiene que hacer un trabajo superficial. c) Teórico: son estudiantes que se fundan en teorías lógicas, piensan en forma secuencial, les gusta analizar y sintetizar la información, le incomodan las ideas subjetivas, son metódicos, les gustan las cosas ordenadas, son cuidadosos, son creativos, discriminativos y perfeccionistas, son objetivos y desapasionados. Para Manzano (2007) el estudiante teórico es:  Metódico, lógico, objetivo, crítico, estructurado, disciplinado, pensador y razonador.  Aprende mejor cuando está en situaciones estructuradas, se trabaja con teorías, tiene posibilidad de cuestionar, pone a prueba métodos, se siente intelectualmente presionado, participa en situaciones complejas, recibe ideas interesantes, enseña a personas exigentes.  Su aprendizaje es más difícil cuando hace algo sin finalidad clara, en las situaciones que predominan las emociones, participa en problemas abiertos, los temas son poco profundos, trabaja con sujetos que considera intelectualmente inferiores. d) Pragmático: son estudiantes sinceros, prácticos, son realistas, creativos, son constantes, les gusta probar ideas, les aburren las discusiones largas, les gusta tomar decisiones y siempre buscan mejores maneras de hacer las cosas. Para Manzano (2007) el estudiante pragmático es:  Experimentador, práctico, eficaz, realista, útil, rápido, decidido y concreto.  Aprende mejor cuando tiene un modelo al que imitar, aprende técnicas prácticas, aplica de inmediato lo aprendido, da indicaciones, recibe muchos ejemplos, resuelve problemas reales, recibe muchas indicaciones prácticas.  Su aprendizaje es más difícil cuando el aprendizaje no tiene una utilidad práctica, aprende cosas abstractas, aprende teorías, trabaja sin instrucciones claras, no hay recompensa por el aprendizaje, considera que las personas avanzan muy despacio.

330

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA 11.2 ESTILOS DE APRENDIZAJE Y ESTUDIANTES UNIVERSITARIOS En nuestro país se han realizado variados estudios para conocer cuáles son las preferencias en las formas de aprender de los estudiantes universitarios. A continuación se presentan algunos de esos resultados. Test de Kolb Utilizando el Inventario de Estilos de Aprendizaje de Kolb se mostró que los estudiantes de primer año de la carrera de Medicina de la Pontificia Universidad Católica de Chile eran asimiladores en 54%, convergentes en un 23%, divergentes en un 14% y acomodadores en un 9% (Bitrán et al. 2003). Los estudiantes de imagenología de tercer año de odontología de la Universidad de los Andes presentaron una preferencia por el estilo convergente con un 51%, el estilo asimilador con un 18%, el estilo acomodador con un 16% y el estilo divergente con un 15% (Concha y López, 2009). Test CHAEA Utilizando el Test CHAEA de Honey-Alonso, se encontró que los estudiantes de primer año de la carrera de trabajo social de la Universidad de Concepción son preferentemente reflexivos y pragmáticos, los estudiantes de primer año de bioingeniería de la misma universidad son reflexivos y teóricos, al igual que bioquímica y nutrición (Witham et al. 2008). Los estudiantes de obstetricia de la Universidad de Concepción también mostraron un preferencia por el estilo de aprendizaje reflexivo con un 58,3% y el teórico con un 18, 1% (Villalobos, 2009).

11.2.1 Estilos de aprendizaje y educación física en nuestro país Las investigaciones en relación con los estilos de aprendizaje y la carrera de educación física en nuestro país no son muy numerosas, siendo un área incipiente de estudio.

331

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Utilizando los estilos de aprendizaje visual auditivo y kinestésico (VAK) se encontró que los estudiantes de educación física de la Universidad Internacional SEK (UISEK) de Chile muestran una preferencia por el estilo kinestésico para captar la información del entorno en todo los años de carrera (Fig. 11.2). En el mismo trabajo se muestra que no existen diferencias en los estilos de aprendizaje VAK entre damas y varones.

Figura 11.2 Estilos de aprendizaje VAK de los estudiantes de educación física de la UISEK de Chile (Sacado de Maureira et al. 2012).

En un estudio de Maureira y Bahamondes (2013) sobre los estilos de aprendizaje según el modelo de Kolb de estudiantes de la carrera de educación física muestran que los estudiantes de primer año de la Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación (UMCE) son preferentemente divergentes con un 48%, en cuarto año continuando siendo en su mayoría divergentes en un 62% (Fig. 11.3). En el mismo estudio se muestra que los estudiantes de primer año de educación física de la UISEK son acomodadores en su mayoría con un 32%, en cambio en cuarto año son divergentes en un 59% (Fig. 11.4) Entre los estudiantes de las dos universidades se aprecia que sólo hay diferencias en el estilo divergente en primer año y no existe ninguna diferencia en los

332

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA estudiantes de cuarto año. Tampoco se aprecian diferencias entre sexos en ninguna de las dos universidades. Se hace necesario el estudio más detallado de los estilos de aprendizaje y las estrategias de enseñanza en las carreras relacionadas con la actividad física, con la finalidad de actualizar el curriculum, los contenidos y la manera efectiva de realizar clases, orientadas a una mejora en la formación profesional que finalmente, repercutirá en mayor pensamiento crítico y fundamentación teórica de los profesionales de la educación física de nuestro país.

Figura 11.3 Estilos de aprendizaje según el modelo de Kolb de los estudiantes de primer año de la carrera de educación física de la UMCE de Chile (Sacado de Maureira y Bahamondes, 2013).

333

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

Figura 11.4 Estilos de aprendizaje según el modelo de Kolb de los estudiantes de cuarto año de la carrera de educación física de la UISEK de Chile (Sacado de Maureira y Bahamondes, 2013).

BIBLIOGRAFIA Alonso, C.; Gallego, D.; Honey, J. (1994). Los estilos de aprendizaje: procedimiento de diagnostico y mejora. Bilbao: Ediciones mensajero. Álvarez, D.; Domínguez, J. (2001). Estilos de aprendizaje en estudiantes de posgrado de una universidad en particular. Persona, 4: 179-200. 334

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Bitrán, M.; Zuñiga, D.; Lafuente, M.; Viviani, P.; Mena, B. (2003). Tipos psicológicos y estilos de aprendizaje de los estudiantes que ingresan a medicina en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Revista Médica de Chile, 131: 1067-1078. Chomsky, N. (1957). Estructuras sintácticas. Buenos Aires: Siglo XXI (1999). Concha, G.; López, I. (2009). Estilos de aprendizaje y rendimiento teórico-práctico de alumnos de imagenología, tercer año de odontología. Int J Odontostomat, 3, (1): 23-28. Dunn, R. & Dunn, K. (1978). Teaching students through their individual learning styles: A practical approach. Reston, VA: Prentice Hall. Dunn K. y Dunn R. (1984). La Enseñanza y el estilo individual de aprendizaje. Madrid: Anaya. Gómez, J. (2004). Neurociencia cognitiva y educación. Perú: Fondo Editorial FACHSE. Herrmann, M. (1989). The creative brain. Brain books. Keefe, J. (1988). Profiling and utilizing learning style. Reston Virginina: NASSP. Kolb, D. (1981). Inventario de estilos de aprendizaje: Inventario autoevaluativo y su interpretación. TRG Hay/Mc Ver. Manzano, M. (2007). Estilos de aprendizaje, estrategias de lectura y su relación con el rendimiento académico en la segunda lengua. Tesis Doctoral, Universidad de Granada, España. Maureira, F. (2011). Formas de pensamiento y reglas del lenguaje. Algunas características. Ludus Vitalis, 19, (35):153-160. Maureira, F.; Bahamondes, V. (2013). Estilos de aprendizaje de Kolb de los estudiantes de educación física de la UMCE y UISEK de Chile. Revista Estilos de Aprendizaje, 11 (11), 139150. Maureira, F.; Gómez, A.; Flores, E.; Aguilera, J. (2012) Estilos de aprendizaje visual, auditivo o kinestésico de los estudiantes de educación física de la UISEK. Revista de Psicología Iztacala, 15, (2): 405-415. Piaget, J. (1931). El lenguaje y el pensamiento del niño pequeño. Buenos Aires: Paidos (1965). Romo, M.; López, D. & López, I. (2006). ¿Eres visual, auditivo o kinestésico? Estilos de aprendizaje desde el modelo de la

335

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA programación neurolingüística (PNL). Revista Iberoamericana de Educación, 38 (2), 1-9. VeerLee, L. (1995). Aprender con todo el cerebro. Madrid: Martínez Roca. Villalobos, E.; Guerrero, M.; Pérez, R.; Avendaño, A.; Ceballos, A.; Ortiz, J.; Parra, C. (2009). Estilos de aprendizaje y metodologías de enseñanza en estudiantes de obstetricia. Educación Médica, 12, (1): 43-46. Vygotsky, L. (1934). Thougt and language. Cambridge: The MIT Press (1987). Witham, P.; Mora, O.; Sánchez, M. (2008). Estilos de aprendizaje en estudiantes universitarios de Concepción. Revista Electrónica de Trabajo Social, 7: 1-11.

336

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA

FIGURAS

Figura 1.1 Evolución del sistema nervioso.

21

Figura 1.2 División anatómica del sistema nervioso

22

Figura 1.3 La corteza frontal

23

Figura 1.4 Diferentes áreas del cerebro que trabajan en la realización de diferentes acciones

24

Figura 1.5 Escala de tamaños utilizados en biología celular y molecular.

25

Figura 1.6 La electrofisiología

27

Figura 1.7 El electroencefalograma

27

Figura 1.8 Imagenología cerebral

30

Figura 2.1 Principales estructuras de una neurona

39

Figura 2.2 Citoesqueleto de una neurona

42

Figura 2.3 Membrana plasmática

43

Figura 2.4 Esquema de las espinas dendríticas de una neurona Figura 2.5 Transporte axonal

44 45

Figura 2.6 Clasificación de las neuronas según sus prolongaciones

47

Figura 2.7 Células gliales

50

Figura 2.8 Canales iónicos

52

Figura 2.9 Ecuación de Nernst

53

Figura 2.10 Ecuación GHK

54

Figura 2.11 Esquema con las diversas etapas del potencial de acción.

55

Figura 2.12 Período refractario

57

Figura 2.13 Propagación saltatoria

58

337

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 2.14 Sinapsis eléctrica

59

Figura 2.15 La sinapsis química

60

Figura 2.16 El potencial de acción abre canales de calcio

62

Figura 2.17 Estructura química de algunos neurotransmisores

338

66

Figura 2.18 Receptor ionotrópico

67

Figura 2.19 Receptores metabotrópicos

69

Figura 3.1 Planos neuroanatómicos

76

Figura 3.2 Embrioblasto

77

Figura 3.3 Línea y fosita primaria

78

Figura 3.4 Disco trilaminar

78

Figura 3.5 La formación de la notocorda

79

Figura 3.6 Formación del tubo neural

80

Figura 3.7 Vesículas neurales

81

Figura 3.8 De las tres vesículas cervicales

81

Figura 3.9 Nervios raquídeos

84

Figura 3.10 Rama sensitiva y motora del SNP

85

Figura 3.11 Plexo braquial

86

Figura 3.12 Nervios craneanos

91

Figura 3.13 Cadena simpática

94

Figura 3.14 Vía autónoma simpática

94

Figura 3.15 Meninges

96

Figura 3.16 Meninges en el cráneo

96

Figura 3.17 Estructuras de la médula espinal

98

Figura 3.18 Tronco encefálico

99

Figura 3.19 Tronco encefálico

100

Figura 3.20 Cerebelo

101

Figura 3.21 Corona radiada

103

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 3.22 Núcleos del tálamo

103

Figura 3.23 Hipotálamo

104

Figura 3.24 Capas de neuronas de la corteza cerebral

106

Figura 3.25 Corteza cerebrales

107

Figura 3.26 Áreas de Brodmann

107

Figura 3.27 Tractos cerebrales

110

Figura 3.28 Ganglios basales

110

Figura 3.29 Hipocampo

111

Figura 3.30 Amígdala cerebral

112

Figura 3.31 Sistemas moduladores difusos

113

Figura 4.1 Unidad motora

119

Figura 4.2 La zona de unión

120

Figura 4.3 El receptor de acetilcolina

121

Figura 4.4 Potencial en la fibra muscular

122

Figura 4.5 La fibra muscular

123

Figura 4.6 Las miofibrillas

124

Figura 4.7 Estructura del sarcómero

125

Figura 4.8 Moléculas de actina, troponina y tropomiosina entrelazándose

125

Figura 4.9 Proceso molecular de contracción muscular

127

Figura 4.10 Durante la contracción muscular

128

Figura 4.11 Reflejos

130

Figura 4.12 Reflejo

131

Figura 4.13 Huso neuromuscular

131

Figura 4.14 Fibras intrafusales

132

Figura 4.15 Reflejo miotático

133

Figura 4.16 Órgano tendinoso de Golgi

134

Figura 4.17 Reflejo miotático inverso

135

Figura 4.18 Reflejo rotuliano

135

339

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 4.19 Reflejo de extensión cruzado

136

Figura 4.20 Vías sensitivas

138

Figura 4.21 Vías laterales descendentes espinales

140

Figura 4.22 Vía retículoespinal

142

Figura 4.24 Ubicación de las vías ascendentes y descendentes en la médula espinal

143

Figura 4.25 Núcleos del tronco encefálico relacionados con el movimiento

144

Figura 4.26 Corteza cerebrales

147

Figura 4.27 Organización somatotópica

147

Figura 4.28 Sistema de ganglios basales

149

Figura 4.29 Cerebelo

151

Figura 4.30 Esquema de las fases del movimiento voluntario

340

153

Figura 5.1 Varias neuronas sensitivas primarias

160

Figura 5.2 Terminación nerviosa libre

164

Figura 5.3 Disco de Merkel

166

Figura 5.4 Bulbo terminal de Krause

167

Figura 5.5 Corpúsculo de Pacini

168

Figura 5.6 Ubicación de los diversos receptores en la piel

168

Figura 5.7 Representación somatotípica de la mano

170

Figura 5.8 Estructura del oído

171

Figura 5.9 Estructura del oído interno

172

Figura 5.10 Conductos de la cóclea

173

Figura 5.11 Las ondas sonoras

174

Figura 5.12 Transmisión del sonido en el oído

175

Figura 5.13 Cóclea

177

Figura 5.14 Célula ciliada

177

Figura 5.15 Membrana basilar

178

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 5.16 Los canales iónicos de los estereocilios

179

Figura 5.17 Ubicación de la corteza auditiva primaria

179

Figura 5.18 El utrículo y sáculo

180

Figura 5.19 Cresta acústica

182

Figura 5.20 La plataforma móvil

183

Figura 6.1 Estructuras del globo ocular

187

Figura 6.2 Refracción de la luz en lentes cóncavas y convexas

188

Figura 6.3 Acomodación

189

Figura 6.4 Estructura de la macula y la fóvea de la retina

191

Figura 6.5 Células que componen la retina

192

Figura 6.6 Estructuras de los bastones y conos de la retina

193

Figura 6.7 La luz provoca que la rodopsina

194

Figura 6.8 Campos visuales en la retina

195

Figura 6.9 Campo visual

197

Figura 6.10 El núcleo geniculado lateral del tálamo

198

Figura 6.11 Vías visuales

198

Figura 6.12 Corteza visual

200

Figura 6.13 A diferencia de los campos receptivos

200

Figura 6.14 Convergencia

201

Figura 6.15 Diagrama de un corte de corteza visual primaria

202

Figura 6.16 Vías visuales

203

Figura 6.17 Las neuronas del área MT

204

Figura 6.18 Tasas de disparos de neuronas

205

Figura 6.19 Los movimientos sacádicos

207

Figura 6.20 Test de Snellen

209

341

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 6.21 Ejemplo de evaluación de visión periférica horizontal

212

Figura 6.22 Grados de visión periférica en conductores de buses

213

Figura 7.1 EEG durante el sueño

221

Figura 7.2 Etapas del sueño

222

Figura 7.3 Feed-back del sistema tálamocortical

223

Figura 7.4 Núcleos relacionados con los estados de sueño-vigilia

224

Figura 7.5 Vigilia y sueño

225

Figura 7.6 Núcleos del sueño

227

Figura 7.7 Estructuras del sistema límbico

231

Figura 7.8 Conexiones de la amígdala cerebral

233

Figura 7.9 Sonrisa de Duchenne

236

Figura 8.1 Circuito de activación que da origen al componente fisiológico

247

Figura 8.2 Circuito de regulación del componente cognitivo de la activación

248

Figura 8.3 Circuito de regulación del componente motor de la activación

249

Figura 8.4 Sistema dopaminérgico

252

Figura 8.5 Estructuras implicadas en las adicciones

253

Figura 8.6 Regiones subcorticales y corticales implicadas en la atención

342

257

Figura 9.1 Crecimiento axonal

270

Figura 9.2 La molécula de regulin

272

Figura 9.3 Potenciación a largo plazo

276

Figura 9.4 Tipos de memoria de largo plazo

280

PRINCIPIOS DE NEUROEDUCACIÓN FÍSICA Figura 9.5 Estructuras del hipocampo relacionados con la formación de la memoria

282

Figura 9.6 Circuito hipocámpico en la memoria explícita Figura 9.7 Habituación y sensibilización

283 286

Figura 9.8 Durante la sensibilización se produce la facilitación presináptica

287

Figura 9.9 Condicionamiento clásico

289

Figura 9.10 En el PLP

292

Figura 9.11 Efectos del ejercicio sobre el hipocampo de rata

296

Figura 10.1 Lenguaje

302

Figura 10.2 Curva del cociente intelectual

310

Figura 10.3 Cubo de Guilford sobre la inteligencia

312

Figura 11.1 Estilos de aprendizaje según el modelo de Kolb

328

Figura 11.2 Estilos de aprendizaje VAK

332

Figura 11.3 Estilos de aprendizaje según el modelo

333

de Kolb Figura 11.4 Estilos de aprendizaje según el modelo

334

de Kolb

343

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