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miércoles, 11 de septiembre de 2013

Modelos animales del estudio del aprendizaje

Es curioso que cuando menciono que mi objeto de estudio es el aprendizaje, las personas piensan que sé mucho de educación. En distintos foros he explicado que el aprendizaje escolarizado es un modelo completamente humano, y que por alguna extraña razón, somos la única especie que piensa que debemos pasar en la escuela la mayor parte de nuestras vidas, respondiendo exámenes de cosas que muchas veces no vamos a usar en otro lugar.
 
El resto de las especies, brindan modelado solo a las habilidades más básicas, usualmente a modo de juego, y el mayor examen será sobrevivir en el mundo hostil, y tener descendencia con el fin de favorecer a la especie. En algunos casos, las especies harán modificaciones adaptativas a partir de las necesidades del ambiente, como el ejemplo de los pájaros Europeos que han aprendido a medir los límites de velocidad de las carreteras, para determinar su velocidad y cruzar con éxito los caminos (Legagneux, & Ducatez, 2013).  Un error de cálculo y verán sus cerebros sobre los parabrisas de los autos que cruzan a mayor velocidad.

Con la gran cantidad de ejemplos presentados por otras especies, y entendiendo que el aprendizaje se puede definir como la capacidad de responder ante el entorno, modificando conductas dependiendo de las necesidades, en mi búsqueda de respuestas de cómo es que el aprendizaje se desarrolla, comencé a emplear modelos animales y vegetales, debido a que una vez que me quedo claro que el aprendizaje se lleva a cabo en el cerebro, la pregunta siguiente fue: ¿cómo diablos llegó ahí?.

El gran problema de seguir por la línea de los análisis de la neurociencia, es que  es complicado explicar un sistema tan complejo como el cerebro. Partiendo del principio en ciencia de que no es posible explicar algo a partir de si mismo (la paradoja de Russell), entonces es complicado explicar muchos de los principios cerebrales solo con el cúmulo de datos que se obtienen de los estudios de neuroimagen, ya que se sabe que el connectome se modifica y que además es un proceso personalizado.

De ahí que como saben, he usado los modelos proteínicos y aquí presento un modelo animal (Dzib Goodin, 2013).

Uno de los grandes retos de la comprensión de los modelos complejos es hacerlos simples, me parece que el problema del estudio del cerebro es la cultural que el ser humano crea a partir de su propia evolución, misma que se observa en otras especies.

La mayoría de los estudios, incluyendo los clásicos estudios pavlovianos, han empleado  a perros o ratas de laboratorio. El problema de la cognición canina es que esta se desarrolla con mayor complejidad ante la domesticación. Diversos estudios apuntan que a mayor nivel de domesticación, mayor funcionamiento social y cognitivo   del perro doméstico (Canis familiaris), en este sentido la competencia social como noción evolutiva garantiza la competencia social del desarrollo (Miklós, & Topál, 2013; Cook, 2013), pero justo éste era el componente que deseaba evitar en mi investigación

El principal problema de entender la complejidad o varias formas de cognición llamémosle avanzados y compararlos entre especies para estudios de evolución, es que deben considerarse los mecanismos neuronales computacionales que puedan estar involucrados, e identificar los cambios genéticos que son necesarios para mediar en los cambios en las funciones cognitivas (Green, McCormick , 2013; Heyes, 2012).

Como explican  Chittka, Rossiter, Skorupski y Fernando  (2012), la misma capacidad cognitiva podría estar mediada por diferentes circuitos neuronales en diferentes especies, con una relación entre las rutinas de comportamiento y sus implementaciones neuronales.  Por lo que la investigación del comportamiento comparativo debe complementarse con un enfoque ascendente en el que los análisis neurobiológicos y genético-molecular permiten observar las bases neuronales y genéticas que limitan la variación cognitiva (Dickinson, 2012). Esta idea me hizo renunciar a los modelos caninos.

Sin embargo, cuando me mudé a Chicago hace ya varios años, encontré diversas especies, prácticamente salvajes que me permitieron aprovechar al máximo sus recursos cognitivos,  que si bien tienen un componente heredado, son capaces de modificar conductas mediante la experiencia, lo cual  facilita la recombinación de los elementos de un repertorio conductual existente, y permite así observar la innovación.

Esta ventaja, no deja de tener reservas, ya que como explica Shanahan (2012) en un sistema que comprende masivamente muchas conexiones anatómicamente distribuidas en el entorno neuronal, no es sencillo saber como se conectan las secuencias de respuestas, es por ello que comencé a observar otros modelos naturales.

Es cierto que en la gran lucha darwiniana por la existencia, todos las especies  deben hacer frente a los problemas planteados por entornos variables, ya sea la búsqueda y el procesamiento de alimentos, el reconocimiento y la atracción de parejas potenciales, evitar a los depredadores, la competencia entre rivales o la navegación de vuelta a los sitios de anidación o de manada  y que los procesos mentales por los que las diferentes especies se ocupan de esos problemas son variados, es claro que todos los animales comparten el problema fundamental de tener que hacer frente a la enorme cantidad de información en el ambiente, mucha de la cual es probable que sea irrelevante para la tarea en cuestión. El primer paso, por lo tanto, es tratar de tamizar a través de la masa de datos y atender a lo que pueden informar la toma de decisiones de adaptación. Después de adquirir los datos pertinentes, los animales pueden entonces beneficiarse de establecer cómo las diferentes piezas de información se relacionan entre sí.


En entornos complejos, puede ser ventajoso no sólo tener en cuenta estadística co-ocurrencia de diferentes estímulos, sino también para extraer reglas generales, por lo que es posible actuar de manera flexible y resolver una amplia variedad de problemas en diferentes contextos.

Esto permite creer que algunas especies animales también pueden formar representaciones mentales o modelos de la forma en que funciona el mundo. Estas representaciones internas se pueden usar para razonar sobre la conveniencia de las acciones o escenarios, basados ​​en las expectativas de su resultado probable alternativas, orientando así el comportamiento del individuo. Así, por ejemplo, un animal con una representación mental de la acción de la gravedad sobre los objetos podría utilizarlo para razonar que un alimento va a caer fuera de su alcance cuando esté presionado hacia un precipicio. La posibilidad de que los animales pueden emplear a ese razonamiento humano ha intrigado a los observadores a lo largo de los siglos (Thorton, Clayton y Grozinski , 2012).

Es entonces que decido observar a las ardillas especialmente la conocida como Ardilla Zorro (Fox Squirrel) y los Chipmunks que es común en los suburbios de  Chicago. Ambos son roedores pequeños de la familia de los Sciuridae. Estos roedores viven prácticamente en todo el mundo, con excepción de Australia, lo cual permite observar su capacidad de adaptación al medio. Ambas especies conviven en ambientes prácticamente naturales, cuyos principales predadores son los halcones, y los búhos. Su alimentación natural se basa en bellotas y frutas de los arboles de la región, pero que con la llegada de la especie humana a su entorno, aprendieron a comer maíz y semillas variadas que los vecinos brindan libremente como alimento para los pájaros.

Es así que el comedero de los pájaros fue lo que las atrajo, es curioso que todos los comederos de aves tienen una leyenda que dice: a prueba de ardillas, misma que me parece como la de los objetos que presumen ser a prueba de niños (cabe recordar que ni las ardillas ni los niños pequeños saben leer).
  

La misión, si acaso desean comer de las semillas, consiste en escalar hasta el balcón a dos y medio metros a distancia del suelo, en el caso de las ardillas, tienen un árbol de pino cercano que usan como trampolín, ellas tienen la habilidad de trepar a los árboles sin problema y brincar de rama en rama.

A diferencia, los chipmunks, no suelen trepar a los arboles, así que usan sus pequeñas garras para trepar por la madera y subir hasta donde se encuentra la comida.


Al principio ambas especies eran muy asustadizas, parece que un tema clave para su adaptación y su emisión de conductas es la confianza (lo mismo se observa con los niños con dificultades del aprendizaje), es complicado que emitan respuestas ante cambios en el entornos, y lo que más les asusta son los movimientos rápidos, principio compartido por los humanos ya que somos presas fáciles en entornos hostiles, por lo que la observación requiere que ellas se sienten en confianza para permitirme tomar fotografías y observarles.

El siguiente aspecto es que en general no han diseñado conductas nuevas, sino que usan aquellas preestablecidas de manera sistemática buscando que éstas sean lo más eficaz posible, creando conductas adaptativas ante el medio.

El paso uno fue separar a las ardillas de los pájaros. Quienes piensen que los pájaros están indefensos ante las ardillas están equivocados. En dos ocasiones he visto ataques de pájaros hacia las ardillas, ante esto, da la impresión que ajustaron horarios, las ardillas permiten comer a los pájaros por la mañana y la tarde y el comedero les pertenece durante el día. Es un pacto de no agresión interesante.

Su alimentación cambio de frutas y semillas del entorno a maíz, semillas de avena, arroz y girasol, mismo que es su máximo manjar. A pesar de ello, no modificaron su predisposición a guardar comida, enterrándola en las macetas o en el patio, misma que a veces brotaba y si huelen las semillas de girasol, no evitan desenterrarlas, asi que le dije adiós a mi jardín con girasoles.

Con el interés de mantener separadas a las especies, instituí tazones especiales para las ardillas, mismos que rompieron en dos ocasiones, pero en un par de días aprendieron que podían comer de él, e incluso permitieron compartirlo con los pájaros en los horarios establecidos.

Cuando no había comida en el comedero o el tazón, aprendieron a mendigar por ella, parándose frente a la ventana de la cocina en el horario en que saben que me encuentro ahí ¿Cómo negarle algo a esta hermosura?.

Ambas especies hibernan, así que durante el primer invierno, que además fue el clásico invierno del medio oeste en los Estados Unidos con nieve desde principios de diciembre hasta mayo, solo las ardillas se aventuraron de vez en cuando a salir de las madrigueras, pero los dos siguientes inviernos, sabiendo que hay comida permanente en los comederos, rompieron su conducta y enviaban a las ardillas más jóvenes en busca de comida, aun a costa de que tanto los halcones como los búhos los pueden ver con mayor facilidad corriendo sobre la blancura de la nieve, y sin hojas en las ramas de arboles que las protejan. Sus horarios de comida se modificaron y se limitaron a no más de 20 minutos al medio día.

En cuanto el invierno dio tregua, aun las ardillas más viejas salieron a pedir comida, en este caso, no se trata de una ardilla enferma, sino de una ardilla que permaneció en hibernación y sufrió de alopecia por un par de semanas.

Una vez lograda su confianza y con la claridad de que aceptaban el lugar de comida, cuyo única variación era el comedero o el tazón, se hizo un cambio más, se cambió el tipo de comedero por uno que juraba ser a prueba de ardillas. Se pretendía observar la conducta ante la comida que no les sería fácil obtener. 

Sin embargo, empleando las respuestas empleadas en otros entornos, este espécimen emulando a Tom Cruise en misión imposible, logró demostrar que las respuestas adaptativas no requieren de exámenes departamentales.

Los chipmunks habían estado siempre en los alrededores, pero las ardillas tenían pésimos hábitos de comida, comían y al mismo tiempo regaban comida por todas partes, esta conducta es una forma de compartir con otras ardillas que no son capaces de subir al balcón, es una especie de apoyo social, compartiendo el botín.

Esto no había sido un problema, hasta que descubrimos un ratón de campo cerca de la casa, la comida que tiraban las ardillas era aprovechada por las propias ardillas, algunos pájaros, conejos, chipmunks y ratoncillos, convirtiendo nuestro entorno en un espacio perfecto para que los halcones y los búhos tuvieran comida, no se olvide que el ambiente no deja de ser hostil para ellos. De un año a otro fue notorio el aumento en la población de halcones y búhos y la disminución en la población de conejos, ardillas y chipmunks.

Ante esto, se cambio el uso del tazón y el comedero por una caja transparente que les permitiera comer dentro de ella sin tirar la comida por todas partes.

Una vez instalada la caja, las ardillas tardaron un par de semanas en acercarse, siendo un entorno cerrado, lo entendieron como una trampa. Se acercaron poco a poco hasta que una entró, pero ante el sonido de la cámara salió corriendo. Regresó a las pocas horas y lo intentó de nuevo, así que decidí evitar la cámara para ganar la confianza.

Era claro que los chipmunks no tenían ninguna necesidad de subir al balcón hasta entonces, ellos recogían la comida que las ardillas y los pájaros tiraban, pero cuando este restaurant se cerró, tuvieron que buscar la comida, trepando por el balcón, observando por todo el entorno y respondiendo ante el menor movimiento, ya que son criaturas muy asustadizas.  Pero un día, uno se quedó lo suficiente y se armó de valor para trepar dentro de la caja. La observación fue sin cámara, pero aprendió que ahí había comida.

Este modelo animal permite observar la innovación y las respuestas adaptativas en entornos donde son necesarias, éstas se exhiben para conseguir lo que se busca y el aprendizaje depende del nivel de disonancia que el entorno propone. No se usan habilidades innecesarias, a menos que la medición de la complejidad de la tarea así lo requiera, no debemos olvidar que estos especímenes no están domesticados y su única motivación es la comida.

En futuras entradas, compartiré otros modelos como el observado gracias a las babosas y caracoles y en especies vegetales, especialmente el diente de león.

 Nota: Todas las fotografias tienen derecho de autor.

Referencias:

Chittka, L., Rossiter, SJ., Skorupski, P., and Fernando, C. (2012) What is comparable in comparative cognition? Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological Science. 367 (1603) 2677-2685.

Cook, G. (2013) Inside the Dog Mind. Scientific American Mind. 24. 28-29.

Dickinson, A. (2012) Associative learning and animal cognition. Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological Science. 367 (1603) 2733-2742.

Dzib Goodin, A. (2013) La evolución del aprendizaje: más allá de las redes neuronales. Revista Chilena de Neuropsicología.  8 (1) 20-25.

Heyes, C.  (2012) Simple minds: a qualified defence of associative learning. Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological Science. 367 (1603) 2695-2703.

Green, MR., McCormick , CM. ( 2013) Effects of stressors in adolescence on learning and memory rodent models. Hormones and behavior. 64 (2) 364-379.

Legagneux, P., & Ducatez, S. (2013) European birds adjust their flight initiation distance to road speed limits. Biology Letters. 9 (5) 417.

Miklós, Á. & Topál. J. (2013) What does it take to become “best friends”? Evolutionary  changes in canine social competence. Trends in Cognitive Science. 17 (6) 287-294.

Shanahan, M. (2012) The brain’s connective core and its role in animal cogntion. Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological Science. 367 (1603) 2704-2714.

Thornton, A., Clayton, NS., and Grodzinski, U. ( 2012) Animal minds:  from computation to Evolution. Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological Science. 367 (1603) 2670-2676.

2 comentarios:

Anónimo dijo...

Hace un tiempo les dábamos alpiste a los pajaritos libres, y venían cada mañana, dejamos de hacerlo un tiempo y no se aparecían, volvimos a hacerlo y regresaron poco a poco, lo volvimos a dejar de hacer y seguían regresando, pero ya no han vuelto, Cómo es que saben cuándo si y cuando no?, Pienso volver a darles su alpiste, para q regresen a mi ventana y podamos comunicarnos de nuevo. La maravillosa naturaleza.

Alma Dzib-Goodin dijo...

Estimado Anónimo:

Los pajaritos son muy observadores de su entorno, deben serlo pues aunque no lo parezca tienen prestadores, por lo cual desarrollan especial atención a los detalles. Cuando pones alimento, puede ser que vean el contenedor que puede ser algo extraño, o bien, pueden detectar a otras criaturas que se hacen cargo del alimento que cae. No podría decir que huelen el alimento, pues los pájaros son más visuales y aditivos, pero no podría descartar esa posibilidad.

Alimentar a las aves silvestres tiene dos vertientes, por un lado les alimentas y les haces fácil el encontrar comida, pero por otro lado, lentamente cambias un patrón de conducta. Es por ello que si lo haces de manera intermitente, solo regresan por unos días, pero si lo haces por un periodo largo y todos los días encuentran alimento seguro, aprenden a que no deben esforzarse por buscar. Aún así, no deja de ser lindo observarlos, siempre y cuando no pongas en riesgo su vida, pues hay personas que ponen los corderos y los gatos domésticos atrapan a los pajaritos:(