우리의 뇌는 경험으로부터 배웁니다 . 환경에 직면하면 신경계의 수정을 통해 행동이 바뀝니다 (Carlson, 2010). 우리가이 과정에 참여하는 각각의 신경 화학적 및 물리적 메커니즘을 정확히 모든 수준에서 아는 것과는 거리가 멀다는 사실에도 불구하고, 다른 실험적 증거는 학습 과정과 관련된 메커니즘에 대해 상당히 광범위한 지식을 축적했습니다.
뇌는 우리 삶 전반에 걸쳐 변화합니다. 그것을 구성하는 뉴런은 다양한 원인의 결과로 변형 될 수 있습니다 : 발달, 뇌 손상, 환경 자극에 대한 노출, 그리고 근본적으로 학습의 결과 (BNA, 2003).
두뇌 학습의 기본 특징
학습은 기억과 함께 생명체가 우리 환경의 반복되는 변화에 적응하는 주요 수단 인 필수적인 과정입니다.
우리는 학습이라는 용어를 사용하여 경험이 우리의 신경계 (NS)에 변화를 일으킨다는 사실을 언급하는데, 이는 오래 지속될 수 있고 행동 수준에서 수정을 포함 할 수 있습니다 (Morgado, 2005).
경험 자체는 NS의 수정을 통해 우리 몸이 인식, 행동, 생각 또는 계획하는 방식을 바꾸고 이러한 과정에 참여하는 회로를 변경합니다 (Carlson, 2010).
이런 식으로 우리 몸이 환경과 상호 작용하는 동시에 뇌의 시냅스 연결이 변화하고, 새로운 연결이 설정 될 수 있으며, 행동 레퍼토리에서 유용한 연결이 강화되거나 유용하지 않거나 효율적이지 않은 다른 연결이 사라집니다 (BNA, 2003).
그러므로 학습이 우리의 경험의 결과로 우리 신경계에서 일어나는 변화와 관련이 있다면, 이러한 변화가 통합 될 때 우리는 기억에 대해 말할 수 있습니다. (Carlson, 2010). 기억은 NS에서 발생하는 변화로부터 추론되는 현상이며 우리 삶에 연속성을 부여합니다 (Morgado, 2005).
다양한 형태의 학습 및 기억 시스템으로 인해 현재 학습 과정과 새로운 기억의 형성은 뉴런이 서로 의사 소통하는 능력을 변경하는 현상 인 시냅스 가소성에 의존한다고 생각됩니다 (BNA, 2003). ).
뇌 학습의 유형
학습 과정에 관련된 뇌 메커니즘을 설명하기 전에 학습의 다른 형태를 특성화해야합니다. 그 안에서 학습의 두 가지 기본 유형 인 비 연관 학습과 연관 학습을 구별 할 수 있습니다.
-비 연관 학습
비 연관 학습은 단일 자극의 제시에 대한 반응으로 발생하는 기능적 반응의 변화를 의미합니다. 비 연관 학습은 습관화 또는 민감화의 두 가지 유형이 될 수 있습니다 (Bear et al., 2008).
습관
자극의 반복적 인 표현은 그것에 대한 반응의 강도를 감소시킨다 (Bear et al., 2008).
예 : 전화기가 한 대만있는 집에 살고있는 경우. 벨이 울리면 그는 전화를 받기 위해 달려가지만 그가 할 때마다 다른 사람을위한 것입니다. 이 이벤트가 반복적으로 발생하면 전화에 대한 반응이 멈추고 심지어는 소리가 들리지 않을 수도 있습니다 (Bear et al., 2008).
감작
새롭거나 강렬한 자극의 제시는 모든 후속 자극에 대해 증가 된 반응을 생성합니다.
예 : 밤에 조명이 밝은 거리의 보도를 걷고 있는데 갑자기 정전이 발생했다고 가정 해 보겠습니다. 발소리를 듣거나 다가오는 자동차의 헤드 라이트를 보는 것과 같은 새롭거나 이상한 자극이 나타나면이를 화나게 할 것입니다. 민감한 자극 (블랙 아웃)은 모든 후속 자극에 대한 반응을 강화하는 민감화로 이어졌습니다 (Bear et al., 2008).
-연관 학습
이러한 유형의 학습은 서로 다른 자극 또는 이벤트 간의 연관성 설정을 기반으로합니다. 연관 학습 내에서 우리는 고전적 조건화와 도구 적 조건화라는 두 가지 하위 유형을 구분할 수 있습니다 (Bear et al., 2008).
고전적 조건
이러한 유형의 학습에서는 반응을 유발하는 자극 (무조건 반응 또는 무조건 반응, RNC / RI), 무조건 또는 무조건 자극 (ENC / EI), 일반적으로 반응을 유발하지 않는 다른 자극간에 연관성이 있습니다. 조건부 자극 (CS), 그리고 훈련이 필요합니다.
CS와 미국의 쌍을 이룬 프리젠 테이션에는 훈련 된 자극에 대한 학습 된 반응 (조건부 반응, CR)의 프리젠 테이션이 포함됩니다. 컨디셔닝은 자극이 동시에 제공되거나 CS가 매우 짧은 시간 간격으로 ENC에 선행하는 경우에만 발생합니다 (Bear et al., 2008).
예 : 개의 경우 ENC / EC 자극은 고기 조각이 될 수 있습니다. 고기를 보면 개는 타액 분비 반응 (RNC / RI)을 방출합니다. 그러나 개가 종소리에 의해 자극으로 제시되면 특별한 반응을 나타내지 않습니다. 두 자극을 동시에 나타내거나, 반복 훈련 후 종소리 (CE)와 고기를 먼저 내면. 소리는 고기가 없어도 타액 분비 반응을 유발할 수 있습니다. 음식과 육류 사이에는 연관성이 있습니다. 소리 (EC)는 조건 반응 (CR), 타액 분비를 유발할 수 있습니다.
경음악 컨디셔닝
이러한 유형의 학습에서는 반응 (운동 행위)을 중요한 자극 (보상)과 연관시키는 방법을 배웁니다. 도구 적 조건화가 발생하려면 개인의 반응 후에 자극 또는 보상이 발생해야합니다.
또한 동기 부여도 중요한 요소가 될 것입니다. 반면에, 보상 대신 개인이 혐오 적 원자가 자극의 실종을 얻는 경우 도구 유형의 조건화도 발생합니다 (Bear et al., 2008).
예 : 배고픈 쥐를 음식을 제공하는 레버가있는 상자에 넣으면 상자를 탐색 할 때 쥐가 레버를 누르고 (운동 작용) 음식이 나타나는 것을 관찰합니다 (보상). 이 작업을 더 많이하면 쥐는 레버를 눌러 음식을 얻는 것과 연관시킵니다. 따라서 만족할 때까지 레버를 누릅니다 (Bear et al., 2008).
뇌 학습의 신경 화학
권한 부여와 우울증
앞서 언급했듯이 학습과 기억은 시냅스 가소성 과정에 의존하는 것으로 생각됩니다.
따라서 여러 연구에서 학습 과정 (위에서 설명한 과정 중)과 기억이 뉴런 간의 강도와 의사 소통 능력을 변경하는 시냅스 연결성의 변화를 일으킨다는 것을 보여주었습니다.
연결성의 이러한 변화는 구조적 가소성을 조절하는 신경 흥분 및 억제의 결과로이 활동을 조절하는 분자 및 세포 메커니즘의 결과입니다.
따라서 흥분성 및 억제 성 시냅스의 주요 특징 중 하나는 활동과 시간의 경과에 따라 발생하는 형태와 안정성의 높은 수준의 가변성입니다 (Caroni et al., 2012).
이 분야를 전문으로하는 과학자들은 장기 강화 (PLP) 및 장기 우울증 (DLP) 과정의 결과로 시냅스 강도의 장기적인 변화에 특히 관심이 있습니다.
- 장기 강화 : 시냅스 연결의 자극 또는 반복적 인 활성화의 결과로 시냅스 강도가 증가합니다. 따라서 감작의 경우와 같이 자극이있을 때 일관된 반응이 나타납니다.
- 장기 우울증 (DLP) : 시냅스 연결이 반복적으로 활성화되지 않아 시냅스 강도가 증가합니다. 따라서 자극에 대한 반응의 크기는 더 적거나 0이 될 것입니다. 습관화 과정이 일어난다 고 말할 수 있습니다.
습관과 인식
학습과 기억의 기초가되는 신경 변화를 확인하는 데 관심이있는 첫 번째 실험 연구는 습관화, 민감화 또는 고전적 조건화와 같은 간단한 학습 형태를 사용했습니다.
이러한 배경에 대해 미국 과학자 Eric Kandel은 신경 구조가 이러한 시스템과 상위 시스템간에 유사하다는 전제에서 시작하여 Aplysia Califórnica의 아가미 후퇴 반사에 대한 연구에 집중했습니다.
이 연구는 기억과 학습이 행동에 관여하는 뉴런 사이의 시냅스 연결의 가소성에 의해 매개된다는 첫 번째 증거를 제공했으며, 학습이 기억 저장에 수반되는 심오한 구조적 변화로 이어진다는 것을 보여줍니다 (Mayford et al., 2012).
Ramón y Cajal과 마찬가지로 Kandel은 시냅스 연결이 불변이 아니며 구조적 및 / 또는 해부학 적 변화가 기억 저장의 기초를 구성한다고 결론지었습니다 (Mayford et al., 2012).
신경 화학적 학습 메커니즘의 맥락에서 습관화와 민감화 모두에 대해 서로 다른 이벤트가 발생할 것입니다.
습관
앞서 언급했듯이 습관화는 반복되는 자극의 결과 인 반응의 강도 감소로 구성됩니다. 감각 뉴런이 자극을 감지하면 효과적인 반응을 가능하게하는 흥분성 잠재력이 생성됩니다.
자극이 반복됨에 따라 흥분 전위는 점차적으로 감소하여 근육 수축을 가능하게하는 시냅스 후 활동 전위를 생성하는 데 필요한 최소 방전 임계 값을 초과하지 못할 때까지 감소합니다.
이 흥분 전위가 감소하는 이유는 자극이 지속적으로 반복됨에 따라 칼륨 이온 (K + )의 출력이 증가 하여 칼슘 채널의 폐쇄를 유발하기 때문입니다 ( 칼슘 이온의 유입을 방지하는 Ca 2+ ). 따라서이 과정은 글루타메이트 방출 감소에 의해 생성됩니다 (Mayford et al, 2012).
감작
민감화는 습관화보다 더 복잡한 형태의 학습으로, 강렬한 자극은 이전에 거의 또는 전혀 반응을 유도하지 않았던 모든 후속 자극에 대해 과장된 반응을 생성합니다.
기본적인 학습 형태 임에도 불구하고 장단기의 단계가 다릅니다. 단기 민감화는 빠르고 역동적 인 시냅스 변화를 의미하지만, 장기 민감화는 심오한 구조적 변화의 결과 인 장기적이고 안정적인 변화로 이어질 것입니다.
이러한 의미에서 민감성 자극 (강렬하거나 새로운)이있는 경우 글루타메이트가 방출되고, 시냅스 전 말단에서 방출되는 양이 과도하면 시냅스 후 AMPA 수용체를 활성화합니다.
이 사실은 Na2 +가 시냅스 후 뉴런으로 들어가는 것을 허용하여 탈분극과 NMDA 수용체의 방출을 허용합니다. 이는 지금까지 Mg2 + 이온에 의해 차단되었으며, 두 이벤트 모두 시냅스 후 뉴런으로 Ca2 +의 대량 유입을 허용합니다.
민감성 자극이 지속적으로 제시되면 Ca2 + 입력이 지속적으로 증가하여 다른 키나제를 활성화시켜 유전 적 요인과 단백질 합성의 초기 발현을 시작합니다. 이 모든 것이 장기적인 구조적 수정으로 이어질 것입니다.
따라서 두 과정의 근본적인 차이점은 단백질 합성에서 발견됩니다. 첫 번째는 단기 감작에서는 그 행동이 일어나기 위해 필요하지 않습니다.
한편, 장기 감작에서는 새로운 학습의 형성과 유지를 목표로하는 지속적이고 안정적인 변화가 일어나도록 단백질 합성이 일어나는 것이 필수적입니다.
두뇌 학습의 통합
학습과 기억은 시냅스 가소성의 결과로 발생하는 구조적 변화의 결과입니다. 이러한 구조적 변화가 일어나려면 장기적인 강화 과정 또는 시냅스 강도 강화가 필요합니다.
장기 감작 유도와 마찬가지로 단백질 합성과 구조적 변화를 유발할 유전 적 요인의 발현이 모두 필요합니다. 이러한 이벤트가 발생하려면 일련의 분자 요인이 발생해야합니다.
- 말단에 Ca2 +의 유입이 지속적으로 증가하면 다른 키나아제가 활성화되어 유전 인자의 조기 발현이 시작되고 단백질이 합성되어 새로운 AMPA 수용체가 막 및 PLP를 유지할 것입니다.
이러한 분자 이벤트는 특정 영역에서 수지상 가시의 수를 증가 또는 감소시킬 수있는 가능성과 함께 수지상 크기 및 모양의 변경을 초래합니다.
이러한 국지적 변화 외에도 현재 연구에 따르면 뇌가 통합 시스템으로 작용하기 때문에 변화가 전 세계적으로 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다.
따라서 이러한 구조적 변화는 학습의 기초이며, 이러한 변화가 시간이 지남에 따라 지속되는 경향이있을 때 우리는 기억에 대해 이야기 할 것입니다.
참고 문헌
- (2008). BN 협회 및 BNA, 신경 과학. 뇌의 과학. 어린 학생들을위한 소개입니다. 리버풀.
- Bear, M., Connors, B., & Paradiso, M. (2008). 신경 과학 : 뇌 탐구. 필라델피아 : Lippincott Wiliams & Wilkings.
- Caroni, P., Donato, F., & Muller, D. (2012). 학습시 구조적 가소성 : 규제 및 기능. Nature, 13, 478-490.
- 행동 생리학의 기초. (2010). N. Carlson에서. 마드리드 : 피어슨.
- Mayford, M., Siegelbaum, SA 및 Kandel, ER (nd). 시냅스 및 메모리 저장.
- Morgado, L. (2005). 학습 및 기억의 심리학 : 기초 및 최근 발전. Rev Neurol, 40 (5), 258-297.