La concepción de Piaget sobre el sustrato neurobiológico del conocimiento • HUGO ARÉCHIGA Introdm:ción Se cumple este año e! primer centenario de! natalicio de Jean Piaget y en distintos foros se recuerda su obra. Dada su vastedad, se requerirá de! concurso de muchos especialistas para analizarla en la perspectiva apropiada. Un aspecto central en ella es el gran interés que e! investigador dedicó a los aspectos biológicos de la actividad cognitiva. Pocos epistemólogos han poseído una base tan sólida en biología como Piaget, quien, como es bien sabido, hizo sus primeras contribuciones científicas precisamente en el campo de la biología y dedicó siempre una especial atención a los fenómenos de la vida. Así, es natural que en el vasto·análisis que hace de k naturaleza del conocimiento a lo largo de su obra, el estudio de los mecanismos biológicos subyacentes ocupe un lugar central. Dedica al asunto, entre muchos escritos de importancia, el libro Biología y conocimiento. Su concepción de! papel fundamental de la biología para abordar los problemas del conocimiento es inequívoca. Llega, por ejemplo, al punto de hacer suya la expresión darwiniana de que "quien comprenda al babuino hará más que Locke por la metafísica", o bien, a afirmar que I I , • 23 • es imposible suministrar una epistemología algo completa de la noción o de los esquemas del tiempo [oo.] sin romar en cuenta las relaciones remporales de múltiples grupos de animales. por ejemplo, las relaciones entre las reacciones temporales y los ritmos en las abejas. Jean Piaget rastrea las bases biológicas del conocimiento a lo largo de la ontogenia y de la filogenia. Se apoya en conceptos fisiológicos de índole general y se!eccciona algunos niveles de análisis en los que sus tesis pueden distinguirse con claridad. Para· los fines de este escrito, sólo destacaré aquellos que tienen que ver directamente con la participación del sistema nervioso en los procesos cognoscitivos. A primera vista, podría suponerse que la relación entre el sistema nervioso y el conocimiento fuese una superposición total, ya que éste, en lo que tiene de actividad mental, es íntegramente consecuencia de la actividad cerebral. Así lo entienden tanto psicólogos como neurobiólogos. Sin embargo, Piaget usa e! término 'conocimiento' en un sentido más amplio. Por ejemplo, sostiene que "los procesos cognoscitivos se nos manifiestan, entonces, simultáneamente como la resultante UNIVERSIDAD de la autorregulación en el seno de las interacciones con el exterior", "de manera que terminan en el hombre, por extenderse éstas al universo entero". Los procesos cognoscitivos se asientan, pues, según Piaget, en el organismo entero, se nutren de sus regulaciones. Él mismo califica de "hipótesis directriz" de su obra la que sostiene que "las funciones cognoscitivas reflejan los mecanismos esenciales de la autorregulación orgánica". Todo ello, pues, ubica a lo cognoscitivo como caso particular de un fenómeno más amplio: el conjunto de las regulaciones fisiológicas de! organismo. Así, dentro de este marco de integración de las funciones cognoscitivas en el conjunto de las regulaciones orgánicas, Piaget reconoce que "el hecho fundamental del que vamos a partir es el de que sólo el sistema nervioso, instrumento de las regulaciones cognoscitivas, constituye un órgano especializado de la regulación funcional". Es evidente que la organización del sistema nervioso, el funcionamiento de sus células y su dinámica molecular son comunes a los procesos funcionales que rigen a todas las células del cuerpo. Pero también es verdad que sólo el sistema nervioso es capaz de efectuar las transferencias de información que dan lugar á lo que llamamos operaciones intelectuales, características de las formas más elevadas de actividad cognoscitiva, hecho reconocido por Piager. El sustrato neurobiológico del conocimiento En cuanto a la forma en que el sistema nervioso organiza las regulaciones de las que depende la actividad cognoscitiva, Piaget nos ofrece un esquema claro para analizar las operaciones neuronales que subyacen tras la generación de conocimientos, cuando propone "tres clases posibles de conocimiento": a) los ligados a mecanismos hereditarios, como son los instintos y las percepciones, fundamentalmente hereditarios; así, por ejemplo, afirma que "los esquemas más elementales a los cuales se asimilan las percepciones son esquemas reflejos o instintivos, es decir, hereditarios en una buena parte de su programación"; b) los obtenidos de la experiencia y que él asimila al concepto de "adaptaciones fenotípicas", y c) los conocimientos lógicomatemáticos, resultantes de coordinaciones operatorias (funciones, etcétera) que corresponden biológicamente a "los sistemas de regulación de cualquier escala, operados por e! órgano regulador fundamental de la inteligencia". Los mecanismos de organización del aparato cognoscitivo, si somos congruentes con esta apreciación, se dividen en: a) el de lo adquirido genéticamente, que determina conceptos a priori, y que ha sido ampliamente estudiado por los etólogos. De hecho, Piaget toma algunos conceptos centrales de la etología, particularmente de Konrad Lorenz, reconociendo las raíces kantianas de sus postulados, y b) lo adquirido mediante las relaciones sociales y la actividad mental. En la interacción entre ambos niveles encuentra los mecanismos que generan el conocimiento, y, así, afirma que las funciones cognoscitivas • DE M~xlcO en su conjunto "son el producto de interacciones estrechas entre el genoma y el medio". Un aspecto fundamental en la tesis estructuralista de Piaget es, desde luego, que el manejo de la información que lleva a cabo e! sistema nervioso sobre e! espacio sensorial no lo hace tener una copia pasiva del medio exterior, sino realizar una construcción activa; así, afirma categóricamente que "ningún conocimiento, ni siquiera perceptivo, constituye una simple copia de lo real, puesto que supone siempre un proceso de asimilación a estructuras anteriores". Además, este proceso se desenvuelve en el tiempo. En consecuencia, la filogenia y la ontogenia se convierten en instrumentos básicos de la epistemología de Piager. ¿Pero qué tan válidos son los elementos de neurobiología en los que basa Piaget su epistemología? No olvidemos que el cuerpo conceptual en que se apoya data al menos de tres décadas. En este lapso, han hecho eclosión la neurobiología molecular, la cibernética y los métodos no invasivos de estudio de! cerebro, que hacen ahora posible seguir la activación de grandes conjuntos neuronales durante la actividad mental. También se ha desarrollado la inteligencia artificial, que genera nuevas formas de inferir la lógica de las operaciones neuronales. Ello hace oportuno revisar el tema. Piaget maneja los grandes niveles de organización biológica, desde lo molecular hasta lo subjetivo, con gran habilidad. Veamos los principales aspectos de su tesis: a) Nivel molecular. El concepto entonces novedoso de genes reguladores es utilizado por Piager. En la regulación del genoma encuentra el espacio conceptual que le permite evitar los extremos del neodarwinismo y e1lamarckismo. Por medio de este acierto se coloca en una corriente que cobra gran vigor en la actualidad. Se conoce ahora la modulación de múltiples funciones mediante la regulación de la expresión genómica. El número de factores de transcripción y el conocimiento de sus mecanismos de acción aumentan continuamente. Así pues, hoy se conoce el gran valor de la tesis central de Piaget. Si acaso, algunos de sus aspectos más sutiles podrían ser cuestionados, como la distinción tan marcada que establece entre el sistema nervioso y el endócrino, suponiendo que el primero realiza sólo ajustes de tipo funcional y el segundo los de tipo morfogenético. Hoy sabemos que el sistema nervioso puede tener acciones morfogenéticas fundamentales. En tiempos de Piaget, la distinción entre neurotransmisores y hormonas era tajante. Una sustancia sólo podía ejercer una función. Hoy sabemos que hay muchas que pueden actuar como neurotransmisores en un sistema y como hormonas en otro. Además, la misma sustancia puede encontrarse en muy diversas especies biológicas, cumpliendo idéntica función, u otras diferentes, lo cual apoya a nivel molecular la tesis de la continuidad biológica que tan enfáticamente sostuvo Piager. b) Nivel celular. Piaget emplea poco el concepto de neurona, que ha sido piedra angular de la neurobiología moderna. De hecho, no menciona en su obra el concepto de sinapsis, que es el sitio de unión entre neuronas vecinas. Es algo extraño, ya que precisamente es en el nivel neuronal donde se puede fun- 24 • UNIVERSIDAD damentar mejor la unicidad fUncional del sistema nervioso con I M~xlcO con modificaciones de acuerdo con el tipo de neurona, también describen comportamientos no digitales, incluyendo un tipo de asigna Piaget en sus conceptos sobre la maduración yel desarroactividad en la que Piaget se interesó particularmente: la capallo de los seres vivos, en el caso del cerebro, son linajes celucidad del sistema nervioso de generar actividad espontánea, lares, estirpes de neuronas que pueden caracterizarse de muchas requisito esencial para postular su actividad independiente del maneras. La neurona, considerada como una célula, es decir, medio externo. Así, afirma que "conocer no consiste, en efecto, como una unidad, que guarda semejanzas y diferencias con en copiar de lo real, sino en obrar sobre ello y en transformarel resto de las células del organismo, debió ser un concepto lo (en apariencia o en realidad) a fin de comprenderlo en fUncentral para Piaget, y llama la atención como el nivel celular ción de los sistemas de transformación a los que están ligadas intermedio. estas acciones". Ello implica, desde luego, la capacidad del sisEn cambio, el estudio de las propiedades de circuitos y tema nervioso de realizar actividades independientes de las redes en el cerebro sí recibió la atención de Piaget, quien que están ocurriendo en el medio ambiental. toma los conceptos de McCulloch y colaboradores sobre las La existencia de actividad eléctrica espontánea, tanto en características lógicas del funcionamiento cerebral. Le entuel cerebro (electroencefalograma y otras manifestaciones) como siasma la aplicación del álgebra booleana en el estudio de en neuronas individuales, en ganglios de invertebrados y en las intercomunicaciones cerebrales. Este modelo, si bien sigue segmentos aislados del sistema nervioso de los vertebrados, es teniendo gran utilidad en el diseño de computadoras digiconocida desde hace más de medio siglo, por lo cual llama la tales, ha sido ya superado en el análisis del fucionamiento atención que Piaget no haga mayor aprecio de un fenómeno cerebral. que pudo serie de gran utilidad. De hecho, la actividad marHoy sabemos que, en los circuitos neuronales, los potencapaso, aludida por Piaget en su obra, a pesar de ser conociciales de acción no constituyen la única forma de comunicada en neuronas, sólo es mencionada por él para el caso del ción, sino que también hay señales corazón. En la actualidad, el estudio de los mecanismos celulares analógicas, graduadas, que revisten y moleculares que genera la actividad espontánea en conjuntos gran significación. De esta manera, neuronales es un campo muy desarrollado de la neurobioen muchos modelos actuales se inlogía. Se sabe también que en algunos ciurcuitos neuronales cluyen las ecuaciones completas, la actividad espontánea, si bien es intrínseca al sistema, puede descriptivas de la generación de ~-...........;::-.. estas señales, empezando por ser modulada por influencias extrínsecas. c) Nivel integrativo. Aquí encontramos uno de los grandes las de Hodgking y Huxley aciertos de la tesis de Piaget. Por una parte, su postulación de para describir la naturala influencia del medio para moldear las conexiones neuronales leza iónica del potenha resultado acertada. Hoy en día, sigue siendo inobjetable su cial de acción y que, afirmación de que "la competencia (Waddington) o estado fisiológico de un tejido, que le permite reaccionar específicamente a estímulos dados [oo.], está sujeta a las condiciones temporales, [y] puede manifestarse en una fase dada y no en otra". La existencia de periodos críticos en el desarrollo, postulada por Piaget, ha sido ampliamente confirmada en años recientes, y el origen de algunos de sus mecanismos moleculares, aún desconocido para Piaget, ha sido ya esclarecido. En particular, en lo que respecta al estudio del sistema nervioso, Torsten Wiesel y David Hubel, aparentemente desconocidos para Piaget, demostraron hace más de treinta años que en animales de experimentación (gatos), la supresión de la información visual derivada de un ojo, impedía la maduración de las conexiones en la corteza visual provenientes de ese ojo, quedando los animales desprovistos de neuronas visuales con entrada binocular, esenciales para la integración de la visión estereoscópica. La privación de la entrada visual binocular debe ocurrir en un lapso definido, poco después del nacimiento, que es justamente cuando maduran las conexiones interneuronales del sistema visual. Con estos experimentos se encontró la explicación del hecho, observado tiempo atrás por médicos, de que el estrabis- el resto del organismo. Las creadas a las que tanta importancia I DE • 25 • UNIVERSIDAD mo en niños, cuando se corrige quirúrgicamente a edad remprana, permite una recuperación cabal de la función binocular, mientras que cuando la intervención es tardía ya no se da esta recuperación. También resultó posible explicar por qué la recuperación tardía de la sensibilidad visual, en ciegos de nacimiento, no les permitía ya tener una visión normal. Cabe destacar aquí la exactitud de una apreciación de Piaget sobre la base de esta acción plástica, que reside en la corteza cerebral y no en etapas periféricas del cerebro. De hecho, la retina no parece estar bajo ningún ajuste plástico de esta naturaleza. En general, el manejo del tiempo biológico que hace Piaget resulta impecable. Los datos recientes han apoyado su visión de una integración gradual, tanto en lo filogenético como en lo ontogenético. Piaget claramente especifica que U[...] el proceso epigenético que conduce a la construcción de las operaciones intelectuales es comparable, de manera muy estrecha, a la epigénesis embriológica y a la formación orgánica de los fenotipos". Y afirma incluso, con mayor precisión, que el crecimiento intelectual tiene su ritmo ysus "creadas", lo mismo que el crecimiento físico. lo que no significa, naturalmente, que mejores métodos pedagógicos (en el sentido de "más activos"), no acelerarían un poco las edades críticas señaladas hasra ahora. Ello ha sido confirmado ampliamente con experiencias recientes, en las que se ha podido identificar el curso temporal de la DE maduración de circuitos neuronales, tanto en el aspecto morfológico como en el funcional. Los mecanismos neuronales del conocimiento En cuanto a los mecanismos neuronales subyacentes tras la integración funciona!, propia de la actividad cognoscitiva, Piaget destaca cuatro: a) la memoria; b) los circuitos de realimentación; c) el reforzamiento de asociaciones, y d) la reorganización de conexiones propia de la asociación. Veamos cómo ahonda en ellos y lo que se ha avanzado en este terreno. a) Memoria. Piaget define la memoria como "la utilización de las adquisiciones anteriores" y le adscribe una base molecular, que en su tiempo era completamente actual. Sobre la controversia entonces vigente acerca de la posibilidad de transferir conocimientos mediante extractos de cerebro, o moléculas específicas, su escepticismo estuvo totalmente justificado. Los datos que dieron origen a esos planteamientos jamás fueron la base para consideraciones actuales sobre el sustrato genómico del almacenamiento de información. Hoy sabemos que la activación neuronal se basa en la producción de moléculas específicas, que pueden ser utilizadas como marcadores de la función plástica. Piaget no dedica ninguna atención al fenómeno de la memoria de corto plazo, dependiente de la actividad eléctrica neuronal, al punto de que puede ser bloqueada al suprimirse ésta. En cuanto a la memoria de larga duración, la intervención del sustrato molecular es clara, y se han descriro proteínas que sólo se fosforilan bajo el efecto de algún neurotransmisor _.':'~." • M¡;xICO 26 • UNIVERSIDAD de los que se sabe que inducen cambios de larga duración en I I I la actividad neuronal. b) Circuitos de realimentación. De manera enfática, Piaget afirma que "los aprendizajes por ensayo y error (o tanteos) suponen regulaciones en circuitos de realimentación". Sin grandes reservas, habla de "máquinas que aprenden". El enlace que realiza entre aprendizaje y cibernética está fundamentado en el papel central que asigna a los circuitos de realimentación en el desarrollo de las autorregulaciones, ya que, como vimos antes, el conocimiento, para Piaget, es sólo un caso particular de una regulación fisiológica, y la realimentación forma parte de cualquier regulación, incluidas, deSde luego, las dos funciones que estudia en el sistema nervioso, la reguladora y la cognoscitiva. También en este caso Piaget acierta, y abundan actualmente los ejemplos de circuitos de realimentación con un papel fundamental en la reestructuración de funciones neuronales durante la adquisición de patrones conducruales. Entre los grandes avances de la neurobiología en el último medio siglo está la superación del concepto de arco reflejo, inmerso en la tradición sherringroniana y pavloviana; a este concepto se le añade la existencia de circuitos de realimentación que permiten ajustar la respuesta neuronal, y la existencia, ya mencionada, de actividad espontánea, independiente de los estímulos ambientales. c) El reforzamiento de asociaciones. Piaget, con mucha razón, acepta los conceptos de Hebb sobre el reforzamiento de conexiones neuronales ya existentes, como parte de la integración de nuevos conocimientos. Estos conceptos han sido motivo de importantes estudios recientes y, de hecho, los modelos experimentales más válidos de retención de información en redes neuronales, como la potenciación de larga duración, que se produce al estimular reiteradamente una vía sináptica, implican justamente el reforzamiento de la conexión estimulada. Además, por este medio se ha llegado a analizar el sustrato molecular de dicho reforzamiento, al encontrarse la activación de genes específicos durante esta potenciación. d) Las asociaciones selectivas. Aquí Piaget muestra la influencia decisiva de Pavlov, pero también estudia la asociación propia de los reflejos condicionados dentro de un marco biológico más amplio, considerando que la asociación pavloviana "no es sino un momento parcial, artificialmente separado en el proceso de la asimilación", ya su vez, considera a la asimilación en forma tan general que la define como "integración en estructuras previas". El conocimiento sería, en el plano intelectual, equiparable a la nutrición en el plano vegetativo. Además, también en la integración de los reflejos condicionados, Piaget hace participar a los circuitos de realimentación, al afirmar que: "el reflejo condicionado es más complejo de lo que se creyó: neurológicamente, en la medida en que es dependiente de la formación reticular y no solamente de la corteza, y funcionalmente, puesto que intervienen feedbacks, etcétera". En efecto, la concepción pavloviana sobre el asiento cortical de las asociaciones propias del condicionamiento se cues- • DE M"xICO tionó ya al encontrarse una influencia clara de otras áreas del sistema nervioso sobre la evolución del condicionamiento. Por otra parte, se han descrito respuestas condicionadas en invertebrados, desde luego, carentes de corteza cerebral. En este campo, de hecho, algunos de los avances más importantes en el conocimiento de los mecanismos celulares y moleculares del aprendizaje han venido precisamente de estudios en invertebrados. Pero también en el sistema nervioso central del ser humano, mediante técnicas de visualización de la actividad neuronal, ha sido posible demostrar el reclutamiento de la actividad neuronal, pues se ha demostrado el reclutamiento de nuevas unidades neuronales durante la asociación de estímulos propia del condicionamiento. Estamos aún lejos de validar, sin embargo, la amplia visión de Piaget sobre el sustrato general morfogenético de las asociaciones neuronales propias del condicionamiento. Al menos no en la forma en que él lo expresa, al afirmar que las coordinaciones generales de la acción, condicionantes de la formación de los conocimientos fundamentales, suponen no solamente las coordinaciones nerviosas, sino esas coordinaciones, todavía más profundas, que son las interacciones que dominan roda la morfogénesis. Incluso cuando Piaget no pudo anticipar el gran desarrollo de la inteligencia artificial -que ha hecho al conocimiento más abordable, desde el punto de vista lógico, que lo que él anticipó-, y que algunos de sus conceptos sobre la disociación entre forma y función se han desdibujado con el tiempo -al tenerse mejor información que la disponible cuando escribió su obra-, aún resulta admirable el marco tan amplio y congruente dentro del que planteó la relación entre el conocimiento y la actividad biológica en sus diversas manifestaciones, y en particular el funcionamiento del cerebro. Conclusión Lo anterior nos lleva al último tema de esta revisión, a la pregunta implícita en muchos de los planteamientos de Piaget sobre la naturaleza biológica de! conocimiento. ¿Lograremos saber qué es el conocimiento una vez que sepamos cómo funciona e! cerebro? Hay momentos en que Piaget parece dudarlo. Así, en clara actitud dualista, afirma que "la conciencia utiliza nociones específicas, ajenas a la causalidad física o fisiológica", y que "la neurología [...] nunca explicará, sin duda, por qué 2 y 2 son 4". No han faltado neurobiólogos que han sostenido puntos de vista análogos, y sólo e! tiempo permitirá saber si el fenómeno mental puede ser cabalmente reducido a operaciones neuronales definidas. Sin embargo, el ritmo con que avanza nuestro conocimiento de la actividad neuronal permite una imagen más optimista que la dejada por Piaget. • 27 •