Validación observacional de la teoría del aprendizaje pedagógico de Juan Enrique Azcoaga con ratones CD1

Observational validation of Juan Enrique Azcoaga's pedagogical learning theory with CD1 mice

INTRODUCCIÓN

Según Zenoff [30], el aprendizaje es el resultado de un proceso multifactorial en el que intervienen factores biológicos, psicológicos, fisiológicos y ambientales y por ende también actúan diversas estructuras del ser humano.

Por otra parte, el aprendizaje según Azcoaga [2], como se citó en Martínez-Suarez y col. [16] es visto como un proceso que afecta al comportamiento humano o animal, y que se elabora frente a modificaciones del ambiente externo, construyendo habilidades y estructuras conceptuales en base a la interacción del sujeto con la nueva información adquirida [6, 27].

Es por esto que el aprendizaje no debe verse como una expresión de la conducta pura o como un acto mecánico [28], por el contrario se debe indagar sobre los dispositivos y procesos del sistema nervioso central proporcionando orientaciones que hacen posible su manifestación [4, 11], esto lleva a decir que existe una correlación real y verificada de la implicación de las funciones cerebrales superiores (FCS) en el aprendizaje pedagógico (AP) [12, 30], por tanto, se debe conocer que éstas son parte de un proceso continuo fundamentado en las experiencias que inicia en edades tempranas y culmina en la vida adulta [24].

En este sentido, según Azcoaga [2] como se citó en Feld [7], señala que el AP está basado en los contenidos formales de la escolaridad, la pedagogía y didáctica, y que sirve de complemento para el aprendizaje fisiológico, por lo que ambos se basan en cuatro pilares fundamentales que son: Actividad Nerviosa Superior (ANS), Base Afectiva – Emocional (BAE), Dispositivos Básicos del Aprendizaje (DBA) y FCS. Para que el AP pueda manifestarse es necesario que los procesos del aprendizaje fisiológico se hayan establecido previamente [17].

Aunado a esto se encuentra otra definición acerca del AP en la que se señala que, se desarrolla en un entorno educativo y nace a partir de experiencias previas [9], es decir, es la base de los contenidos formales de la etapa escolar, y de las condiciones pedagógicas y didácticas que se establecen para este proceso. Al hablar de didácticas, Azcoaga hace referencia a la habilidad que tiene un individuo, misma que le permite alcanzar ciertos objetivos, cuando esto ocurre nace la interrogante de ¿cómo se establece el proceso de aprendizaje? y el ¿por qué no se da de la misma manera en todos los individuos? es así que se puede establecer un nexo entre la pedagogía y el aprendizaje propiamente dicho [16, 22].

Dentro de la aplicabilidad de la teoría del AP se deben considerar las desviaciones que se pueden manifestar en este proceso, considerando que como primera barrera para que este aprendizaje se dé, es la adaptación del sujeto al medio en donde va a ser instruido [18]. También se considera importante la motivación (como característica propia) que tiene para llegar a realizar una tarea o una acción.

La diferencia entre el aprendizaje fisiológico y pedagógico es que, el primero es innato, es decir propio del individuo, mientras que el segundo es cognitivo, lo que significa que es aprendido por medio de las experiencias vividas, y el tiempo de exposición del sujeto al estímulo a fin de obtener una respuesta. La teoría propuesta por Azcoaga constituye una base sustentada para conceptualizar el proceso del aprendizaje que tiene gran significancia en la adquisición de un hábito o habilidad.

Por esta razón, surge el interés de estudiar el “aprendizaje animal”, que se define como una reorganización de las experiencias pasadas con el conocimiento recientemente adquirido y provee al ser vivo de propiedades como: anticipación, predicción y previsión mismas que le serán útiles para su desarrollo y supervivencia [23].

El interés por conocer acerca de cómo aprenden los animales nace en la época del conductismo al observar los datos obtenidos de los estudios desarrollados en el laboratorio, en los cuales se utilizaban ratas (Rattus norvegicus) para poder explicar el comportamiento humano [14] y con ello poder conocer más sobre la capacidad que tiene el hombre de aprender, recordar, reconocer estímulos y asociarlos, que le permite orientarse; característica que también la poseen algunas especies animales, en particular las ratas y ratones (Mus musculus). En ellos, el aprendizaje de orientación se basa en la búsqueda de movimientos que aprenden mientras realizan una tarea, por ejemplo, el atravesar un laberinto, en donde se denota la capacidad de asociar los estímulos tales como la señal y meta que le ayudan a resolverlo después de varios ensayos y errores [29]. Esta capacidad para asociar estímulos fue señalada por Krech, al describir que las ratas que han sido entrenadas con pruebas de ensayo y error, aprenden en menor tiempo ciertas tareas que otras [23].

Este aprendizaje se da, de acuerdo al tamaño del cerebro y la compleja estructura de la corteza cerebral, en el caso de las ratas y ratones el tamaño de su cerebro al igual que el de la corteza es reducido, sin embargo, Grandin y Dessing afirman que todos los animales poseen patrones motores innatos y propios de su especie, que al interactuar con la experiencia, forman el aprendizaje que derivará en una conducta; y según sea el desarrollo y evolución cerebral será el tipo de conducta que rija su comportamiento [15].

Otra de las estructuras cerebrales implicadas en el aprendizaje, procesamiento de información y memoria espacial y contextual es el hipocampo, en el caso de las ratas su hipocampo contiene células de lugar (place cells) las cuales entran en funcionamiento cuando el animal se encuentra en un lugar o ambiente particular, permitiéndole crear un mapa cognitivo que le ayudará a moverse reconociendo distancias y asociando estímulos [5].

En relación a esto, el mecanismo que emplea la especie animal para adquirir conocimientos que le servirán para la toma de decisiones cruciales, tales como: dormir, dónde, cuándo y qué comer, se da a través de la impronta o ¨imprinting¨, que es un proceso de aprendizaje rápido e irreversible que ocurre a las pocas horas o días (d) después del nacimiento [26], y tiene como concepto básico la capacidad de cada animal para reconocer quién es y a que especie pertenece, proceso que es visto como un aprendizaje para la pronta adopción de una gama de comportamientos propios de cada especie. Por consiguiente, en los últimos años se ha presentado mayor interés en la capacidad que tienen los animales de imitación y de aprendizaje por observación de la conducta de los demás miembros de su especie [15, 18].

En cuanto a la experimentación con ratones de laboratorio consanguíneos, la cepa CD-1 es un grupo de gran utilidad, esto debido a características tales como: excelente capacidad de reproducción y docilidad para el manejo en el laboratorio, sin dejar de lado que el costo es menor al de otras líneas consanguíneas [3].

Esto hace ideal a este biomodelo para validar la teoría del AP de Juan Enrique Azcoaga (JEA) mediante la utilización de la técnica de observación directa y los registros de respuestas.

Finalmente, se pretendió conocer si los resultados de esta investigación de tipo observacional permitieron validar la teoría del aprendizaje con el biomodelo de ratones de la cepa CD1, siendo el aporte principal la validación, visibilización y aplicación etológica del modelo teórico de JEA.

MATERIALES Y MÉTODOS

Protocolo

El proceso metodológico se basó en la revisión literaria de la teoría del aprendizaje pedagógico de JEA, de tipo observacional, con un nivel explicativo y de enfoque cualitativo, en el que se consideraron como elementos el tiempo de reacción y los errores en el transcurso de la investigación y los DBA: motivación, atención tónica-sostenida y memoria de corto y largo plazo, para la validación de la teoría del AP en ratones CD1 genéticamente modificados.

Biomodelos

Se utilizaron dos ratones, una hembra y un macho de la cepa CD1, de aproximadamente cuatro meses de edad, los mismos que fueron mantenidos en jaulas (elaboradas en polisulfona, con rejilla metálica fabricadas en Guayaquil-Ecuador), independientes bajo condiciones óptimas para su bienestar, según lo establecido en el Código Orgánico del Ambiente en su Art. 147 de las prohibiciones específicas. Señala en su numeral 3 que queda prohibido: “La captura de animales en las calles con fines de experimentación. Los animales utilizados deberán provenir de criaderos especializados autorizados en animales de experimentación” Código Orgánico del Ambiente (Art. 147 de 2017) [1].

Además, se consideraron las normas de cuidado y protección para el manejo de animales de laboratorio, que implican que la persona encargada de su manipulación y cuidado utilice guantes acordes al tamaño del operario, mascarilla y bata de protección [8]

En cuanto a las pruebas, éstas se realizaron con intervalos de descanso de entre 5 a 15 minutos (min) para evitar que los animales se saturen y pierdan el interés en las mismas, y éstas se llevaron a cabo, tanto en el d como en la noche durante un periodo determinado de tiempo.

Instrumentos

Se utilizó una base de madera de 80 x 70 centímetros (cm), aproximadamente, para elaborar el laberinto de Tolman [10], el cual se realizó con cartón prensado siguiendo el modelo original, además se utilizaron diversos objetos como: focos de luz cálida, amarilla y roja, así como un silbato, parlante, caja de cartón con espejos, juguetes de luces-colores llamativos y de diversas texturas para llevar a cabo cada prueba explicada anteriormente. Todas las actividades fueron registradas utilizando la técnica de observación directa, además se utilizó la cámara de 64MP del celular Xiaomi Redmi 8 Pro de fabricación china y el registro del tiempo se realizó con el uso del cronómetro del mismo equipo celular antes mencionado.

Manipulación y acercamiento

En vista de que se ha demostrado que los ratones no se acostumbran fácilmente a las personas, a diferencia de las ratas, pero si se logran acostumbrarse a una técnica de manejo específica, ésta debe emplearse considerando que el pequeño tamaño del animal lo hace propenso a lesionarse con facilidad, por lo que el manejo debe ser realizado con firmeza, pero con suavidad y confianza hasta conseguir que el animal se acerque voluntariamente al investigador [20]. Es así que, durante 2 d consecutivos, el investigador aprendió de manera práctica cómo manejar correctamente al ratón, esto se lo hizo durante 15 min con el objetivo de familiarizar al animal con el nuevo investigador, quién estará a cargo de su cuidado durante el periodo de experimentación.

En cuanto al acercamiento se debe realizarlo de manera suave, para lograr que el animal se sienta confiado y no responda de manera agresiva, por otro lado, la manipulación y traslado del animal debe hacerse sujetándolo de la región media de la cola, utilizando los dedos índice y pulgar, no se debe mantener suspendido por mucho tiempo al ratón, para esto se debe asentar al animal sobre la palma de la otra mano hasta colocarlo en su nueva ubicación [8].

Entrenamiento

El periodo de entrenamiento para la adquisición del AP tuvo una duración de 9 d, misma que se realizó en dos fases: la primera en se llevó a cabo durante 4 d consecutivos, mientras que la segunda se la realizó en 5 d consecutivos; en ambas fases se realizaron varias pruebas de manera diaria, en distintos intervalos de tiempo y respetando tiempos de descanso. Tomando en cuenta que diariamente se evalúa cada dispositivo básico de aprendizaje, las pruebas se combinan de manera aleatoria.

Muestreo observacional

Muestreo de intervalos fijos. Se registró de forma discontinua, para ello se empleó la regla de registro RAT (registro activado por transiciones) de los cuales se reclutaron los: registros de eventos y registros de estados que permitieron denotar el desirandum (frecuencia, duración y patrón conductual).

Procedimiento

Previamente a la ejecución de las tareas, se realizaron tres experimentos pilotos, uno por cada DBA: motivación, atención tónica-sostenida, y memoria de corto y largo plazo, posteriormente se realizaron 30 tareas de forma aleatoria a los dos ratones de la cepa CD1 (hembra/macho), en donde 10 son el DBA motivación, 10 DBA atención tónica y 10 del DBA de memoria de corto y largo plazo.

Cabe indicar que durante el proceso observacional se tomaron los pesos con una balanza de precisión de la serie AC, fabricada en ABS-España; de los biomodelos de manera diaria, con el fin de controlar su optima condición antes de ejecutar alguna tarea, estos datos se detallan en la TABLA I, a continuación:

El proceso observacional se llevó a cabo en el Bioterio del Centro de Investigación, Innovación y Transferencia de Tecnología (CIITT), dando cumplimiento a lo establecido en el Código Orgánico del Ambiente, en su Art. 47 de las prohibiciones específicas, numeral 3 queda prohibido: “La captura de animales en las calles con fines de experimentación. Los animales utilizados deberán provenir de criaderos especializados autorizados en animales de experimentación” [1], por lo que para este estudio se consideró un universo de estudio comprendido por dos ratones (hembra y macho) de la cepa CD1, cuyo objetivo fundamental fue comprobar la aplicabilidad de la teoría del AP de JEA, en la interpretación del comportamiento animal con ratones CD1, aplicando para esto diferentes pruebas en base a tres DBA: motivación, atención tónica y memoria de corto y largo plazo, que pretendieron demostrar dicho aprendizaje.

Evaluación

Once d después de la primera fase se aplicaron nuevamente las pruebas por cada DBA, además se incorporaron otras nuevas correspondientes a la segunda fase, para corroborar los resultados obtenidos en el primer momento, también se realizaron pruebas de contraste entre hembra y macho con el fin de conocer si existen diferencias significativas en cuanto a sus respuestas.

Análisis cualitativo de datos

Análisis de sistema de categorías (E/EM) exhaustividad y mutua exclusividad): todas las categorías del estudio tenían una categoría y fueron bien definidas de acuerdo al biomodelo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El aprendizaje y la memoria son procesos estrechamente relacionados que se manifiestan de manera conjunta [19], es así que en este estudio se aplicaron treinta tareas en las que se emplearon los DBA, ejecutándose diez tareas de motivación, diez de atención tónica-sostenida y diez de memoria de corto y largo plazo.

Es así que en un principio los ratones (hembra/macho), tuvieron que enfrentarse ante un objeto, alimento, o prueba nueva en su ambiente, que pudieron reconocerlo utilizando los órganos de los sentidos (vista, oído, olfato, gusto y tacto), se acercaron a él como reflejo primitivo de “curiosidad”, empleando para ello su actividad motora, para así poder vincularse con el ambiente [17]; el mismo que es reconocido por su instinto innato como seguro o no, si en este momento el ambiente es alterado por un nuevo objeto, ruido, alimento o cualquier factor interno como externo, la conducta del animal se modificará en función de este, adoptando una postura defensiva, evasiva o de huida, y por lo tanto la capacidad de aprendizaje también varía.

Por esta razón se realizó un análisis observacional, en el que los resultados obtenidos fueron analizados por bloques es decir cada dispositivo DBA en conjunto con sus diez tareas o pruebas se analizaron por separado, formándose tres bloques para el análisis de los resultados, lo que permitió realizar una relación directa entre cada uno de los DBA y la respuesta concreta del animal frente a cada prueba, evitando la interferencia de datos.

En un primer momento se recogieron los resultados obtenidos del DBA-Motivación (TABLA II) en donde se pudo observar que, si los estímulos positivos (táctiles, olfativos y gustativos) son del agrado de los roedores, provocan la motivación apropiada para que el animal ejerza una acción, dirigida a satisfacer necesidades básicas como dormir y alimentarse, por consiguiente, para que el aprendizaje se manifieste es necesario que este antecedido por la motivación.

Mientras que la TABLA III recoge los datos de las pruebas del DBA - Atención Tónica/Sostenida, en donde se evidenció que el grado de esta atención depende, tanto de la motivación como del nivel de receptividad, mediante los órganos de los sentidos y se mantiene el tiempo si el estímulo resulta atractivo para el animal, si por el contrario es estimulo es percibido como una amenaza o no le resulta agradable su atención disminuye, adicionalmente al exponer al animal reiteradamente al mismo estímulo, se produce un rechazo hacia este, manifestándose la habituación.

Por consiguiente, la TABLA IV señala datos obtenidos en las pruebas del DBA - Memoria de corto y largo plazo, en donde fue posible comprobar que la memoria de reconocimiento fue impecable en el animal, al observar que este tuvo la capacidad de evocar un recuerdo, tanto reciente como antiguo, que ha almacenado en su memoria, producto de la reiterada exposición del animal al estímulo, evocando recuerdos que le permiten ejecutar exitosamente una acción concreta.

Finalmente, la TABLA V recogió las observaciones resultantes del contraste de respuestas de los biomodelos hembra y macho, sometiéndolos a pruebas alternadas, es decir las pruebas que en un inicio se ejecutaron con el macho, posteriormente se realizaron con la hembra y viceversa, encontrándose que ambos ratones tienen un promedio de atención un tanto similar, destacando que la hembra es capaz de sostener su atención por un tiempo un poco más prologando que el macho, además el macho tiene una tendencia mayor a la agresividad que la hembra, ambos se muestran motivados con estímulos agradables como el alimento, tanto el macho como la hembra rechazan el estímulo olfativo desagradable y se muestran inquietos ante el mismo, los dos biomodelos tienen la capacidad de recordar con precisión la ubicación de los objetos y del alimento (memoria de reconocimiento), así como ambos son capaces de resolver problemas siempre y cuando el reforzador sea positivo y agradable, cabe señalar que el macho es un tanto más ágil que la hembra al ejecutar cada prueba.

Por lo mencionado anteriormente y considerando la revisión literaria se entiende que, la expresión de la memoria es un proceso mediante el cual se almacena y recupera información, esto, responde al aprendizaje y a su vez facilita la evocación de recuerdos [21], es por esto que tanto el reconocimiento como almacenamiento de los objetos y tareas en la memoria del animal, mediante la atención sostenida que se mantiene en ellos durante un tiempo determinado, logrando adquirir un recuerdo familiar, el cual les permite diferenciar un objeto, alimento, o tarea de otra, de la misma manera le permite superar cada prueba planteada siempre y cuando la acción le resulte motivante y cuyo fin sea satisfacer una necesidad para la supervivencia.

En concordancia con lo expresado anteriormente, los resultados obtenidos se pueden ver a detalle en las siguientes tablas:

En la TABLA V se detallan los datos obtenidos como resultado del contraste de respuestas ante ciertas tareas por cada DBA, lo que quiere decir que las actividades que en un inicio se ejecutaron con el macho, posteriormente se realizaron con la hembra y viceversa, con el fin de observar si la capacidad de respuesta (motora, cognitiva y fisiológica) que promueven el aprendizaje, está determinada por el sexo. Es importante señalar que dichas pruebas de contraste se realizaron únicamente con las tareas que se detallan a continuación.

Se inició esta investigación teniendo como objetivo analizar la aplicabilidad de la teoría del AP de JEA, en la interpretación del comportamiento animal con ratones de la cepa CD1, para lo cual se aplicaron de manera aleatoria entre hembra y macho, diez pruebas por cada DBA: los animales fueron sometidos a pruebas de motivación, atención tónica o sostenida y memoria de corto y largo plazo, en las que se emplearon distintos objetos llamativos y de diferentes texturas, alimentos diversos, y tareas como: laberinto de Tolman y rueda giratoria, 11 d después de la aplicación de las primeras pruebas, se evaluaron nuevamente los biomodelos, además se aplicaron nuevas pruebas. Durante esta fase también se realizaron pruebas de contraste, es decir ciertas pruebas que en un principio fueron aplicadas al macho, en esta ocasión se le aplicaron a la hembra y viceversa, con el fin de observar alguna diferencia en las respuestas entre ambos sexos.

Dentro de los resultados obtenidos en este estudio se pudo observar que, el tiempo de reacción o respuesta ante cada actividad por cada DBA fue estrechamente diferente, por lo que fue evidente que no existió diferencia significativa entre hembra y macho en cuanto a la adquisición de un nuevo conocimiento, desarrollo de alguna habilidad o resolución de algún conflicto, puesto que ambos biomodelos emplearon los mismos recursos, son capaces de mantener su atención el tiempo necesario mientras resuelven un problema, así como para ambos sexos resulta gratificante y motivador el ser recompensados con un reforzador positivo como ingerir alimento de su agrado, beber agua y descansar entre cada tarea; es decir satisfacer necesidades fisiológicas básicas que les otorguen bienestar, también se puede decir que el aprendizaje depende, tanto de factores externos (ambiente propicio) como de internos (DBA) para que pueda manifestarse, esto independientemente de variables como sexo y edad

Existen algunos trabajos en los que muestran estudios realizados en ratones de diversas cepas, en los cuales estos biomodelos son sometidos a pruebas experimentales de laboratorio, en donde se pretende medir su capacidad de aprendizaje, o reconocimiento de los objetos mediante el color, en este sentido se expone un estudio realizado por Sherwin y Glen [25] quienes mostraron que, sí colocaban a ratones en cajas blancas, éstas tenían un efecto significativo, tanto en la alimentación como en el peso del animal. Al contrario de lo que pasaba en las cajas rojas, en donde los ratones que pasaban más tiempo ahí mostraban un mayor nivel de ansiedad, sugiriendo que ese color podría inducir estrés en el animal, e incidir en su rendimiento y emocionalidad, exponiendo la capacidad de aprendizaje de esta especie para reconocer los colores, objetos y ambientes.

A diferencia del estudio realizado por Magani y col. [13], quienes manifiestan que no existe preferencia innata de los ratones por algún color en particular de los objetos utilizados en su estudio, lo que sugiere que los ratones son capaces de identificar colores y objetos mediante la información recibida por los órganos de los sentidos (vista y tacto), para formar recuerdos que almacenan en su memoria de largo plazo, la cual está estrechamente ligada al aprendizaje y que es útil para la retención y formación de memoria de reconocimiento.

Algo semejante ocurrió con este estudio, en el que se evidenció que la información adquirida por los biomodelos CD1, fue mediante los sentidos del olfato, vista, gusto, especialmente el tacto, que al ser estos animales nocturnos presentan mayor facilidad para formar memoria de los objetos a través de este sentido, esta información les permitió discriminar unos objetos y alimentos de otros, así como resolver conflictos y realizar pruebas de manera exitosa, evocando recuerdos de su memoria de largo plazo, e incrementando su nivel de atención lo que podría interpretarse como aprendizaje.

Es importante señalar que para el desarrollo de este estudio no se encontró bibliografía previa, que brindara un sustento teórico en el cual se basara exclusivamente el estudio sobre el AP realizado en animales. Sin embargo, en base a los datos aquí expuestos se puede considerar a este trabajo como punto de partida para la realización de nuevos estudios relacionados con el AP y memoria en animales.

En otras palabras, el aporte de este trabajo se basa en mostrar al ratón de la cepa CD1 como un biomodelo apto a utilizar en nuevos estudios y contribuir de este modo al aporte sobre los procesos de aprendizaje en vertebrados.

CONCLUSIONES

Tomando en cuenta los resultados obtenidos se puede concluir que, los biomodelos CD1 de experimentación animal muestran una semejanza en cuanto a la atención sostenida, motivación y memoria de corto y largo plazo, dispositivos de aprendizaje que al igual que los seres humanos, emplean los ratones CD1 (hembra y el macho) en el proceso de aprendizaje. Por lo que se puede decir, en base a la revisión literaria, que la teoría del AP de JEA, mediante la implementación de DBA, es aplicable en la conducta animal, específicamente en ratones de la cepa CD1, entendiéndose que esta especie de roedores tiene similar capacidad de memoria y aprendizaje que los seres humanos, la cual adquieren y desarrollan a lo largo de su vida para construir nuevos conocimientos.