¡15 minutos de clase es suficiente! Psicobiología, Electrofisiología y Neuroeducación de la Atención Sostenida

Catalogación en la publicación – Biblioteca Nacional de Colombia

Rodríguez De Ávila, Ubaldo Enrique

¡15 minutos de clase es suficiente! : psicobiología, electrofisiología y neuroeducación de la atención sostenida / Ubaldo Enrique Rodríguez De Ávila. -- 1a. ed. -- Santa Marta : Universidad del Magdalena, 2020.

(Ciencias sociales. Psicología)

Incluye datos del autor en la pasta. -- Contiene referencias bibliográficas.

ISBN 978-958-746-364-4 (impreso) -- 978-958-746-363-7 (pdf) -- 978-958-746-362-0 (e-pub)

1. Atención 2. Aprendizaje 3. Neuroeducación 4. Psicopedagogía I. Título II. Serie

CDD: 153.1532 ed. 23

CO-BoBN– a1068714

Primera edición, diciembre de 2020

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Santa Marta, Colombia, 2020

ISBN: 978-958-746-364-4 (impreso)

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ISBN: 978-958-746-362-0 (epub)

DOI: 10.21676/9789587463644

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Contenido

Agradecimientos

Presentación

Aprendizaje en contextos educativos aplicados

Teorías conductistas

Teorías cognitivas

Desempeño académico, procesos y estilos de enseñanza y de aprendizaje

La atención sostenida y sus bases psicobiológicas

Base cerebral del aprendizaje y la cognición

¿Cuál es el papel del docente?

Del sistema cardiovascular a la variabilidad de la frecuencia cardiaca

Variabilidad de la frecuencia cardíaca

La perspectiva polivagal de Porges y el modelo de la Red Central Autonómica

Variabilidad de la frecuencia cardíaca como medida objetiva de la atención sostenida

Estudios sobre la atención sostenida y variabilidad de la frecuencia cardíaca

Bases empíricas del estudio sobre atención sostenida

La variabilidad de la frecuencia cardiaca como marcador electrofisiológico de la atención sostenida

Resultados de la validación del ADS-VHR1

Personalidad, emoción, cronotipo y variabilidad de la frecuencia cardíaca

Teorías de la personalidad

Teoría de la emoción

Personalidad, emoción y variabilidad de la frecuencia cardíaca

Teoría sobre cronotipo

Cronotipo y variabilidad de la frecuencia cardíaca

Resultados respecto a la personalidad, la emoción y el cronotipo en estudiantes universitarios

La atención sostenida a lo largo de una clase de 60 minutos

Resultados generales

Dominio de tiempo de la VFC

Dominio de la frecuencia de la VFC

Medidas no lineales de la VFC

Modulación de la atención sostenida y VFC por la personalidad, la emoción y el cronotipo

Conclusiones y consideraciones finales

Referencias

Anexos

Anexo 1. Sixteen Personality Factor Questionnaire (16PF)

Anexo 2. Escala de Afecto Positivo e Negativo (EA).

Anexo 3. Morningness-eveningness Questionnaire – MEQ.

Anexo 4. Estadísticos descriptivos y prueba de normalidad para los datos de los sistemas ADS-VHR1

Anexo 5. Correlación y análisis de la Varianza en datos de los sistemas pareados

Agradecimientos

Al profesor John Fontenelle Araujo y al Laboratorio de Neurobiología e Ritmicidade Biológica de la UFRN, por la orientación científica oportuna.

A la profesora Fivia de Araujo Lopes, por su calidez humana y apoyo constante durante mi instancia en la UFRN Laboratório de Evolução do Comportamento Humano Natal, Brasil.

A la Organización de Estados Americanos y a la Universidad del Magdalena, por el apoyo en la realización del estudio.

Presentación

¿Cuánto tiempo un estudiante puede sostener la atención de manera ininterrumpida en la sala de clase? ¿La atención sostenida puede ser registrada con tecnología válida no invasiva, mediante la actividad fisiológica del estudiante, en el salón de clase y sin interrumpir la metodología del profesor? ¿Será que la atención sostenida es modulada por la personalidad, la emoción y el cronotipo del estudiante?

El interés de estudiar la atención sostenida no es nuevo. Este proceso psicológico propicia que la demanda educativa de la enseñanza/aprendizaje se centre en él, pues de alguna manera una “atención adecuada” del estudiante terminará en un buen “desempeño académico”. Otro fenómeno fundamental es el de los tiempos de clase que el sistema educativo exige a los protagonistas directos de los procesos de enseñanza/aprendizaje, pues se quiera o no el sistema de contratación de docentes en ciertos niveles les exige que dediquen tiempos rígidos a las clases sin tener en cuenta otros fenómenos intrínsecos de la cognición y la fisiología de los estudiantes. Por todo esto, y para que se evidencie el aprendizaje, hay una necesidad de que la atención sea continua en un largo periodo de tiempo.

Pero lo que se tiene en cuenta muy poco es que la atención sostenida está determinada por diferentes factores, como las características físicas de los estímulos, el número de los estímulos, el ritmo de su presentación y la indeterminación temporal y espacial del estímulo (grado de desconocimiento de cuándo y dónde surge el estímulo) (Cuervo y Quijano, 2008). Es por esto que la medición de la atención mediante una respuesta fisiológica, de manera precisa, sencilla, económica y confiable, capaz de ser aplicada en ambientes educativos naturales (sala de clase), fue el desafío logrado en la investigación que dio lugar a la presente obra.

De esta manera, la premisa teórica de partida es que la atención sostenida puede ser medida a partir de la respuesta autonómica del corazón (respuesta que identificaremos como Variabilidad de la Frecuencia Cardíaca [VFC]) y el mayor desafío fue la construcción de un instrumento confiable para registrar la VFC en el tiempo exacto en que se desarrolla una clase convencional. Por esto, el estudio realizado encuentra bases sólidas en la hipótesis de los “Marcadores Somáticos”, que dice que la actividad autonómica que se produce en respuesta a estímulos específicos desempeña un papel fundamental en el aprendizaje implícito (Forman-Alberti y Benjamin-Hinnant, 2016) y que el Sistema Nervioso Autónomo (SNA) tiene una profunda relación con la red cognitiva al realizar tareas específicas (Ohyama et al., 2016), concluyendo que las respuestas emocionales autonómicas afectan la función cognitiva, especialmente la función ejecutiva. Por otro lado, como indicador de respuesta autonómica, la VFC es una medida que puede ser utilizada para evaluar la modulación del SNA bajo condiciones fisiológicas precisas —como sueño-vigilia, posturas físicas y entrenamiento físico—, en condiciones patológicas (De Abreu, 2012; Serrano-Trejo et al., 2012) y hasta en situaciones concretas de aprendizaje (Frausto, 2011), entendidas en términos de sustitución o transferencia de funciones de forma inter-ligada, en lo que vamos a definir como “dimensión global de la cognición humana” (DGCH) en ambientes aplicados de procesos de enseñanza-aprendizaje (Rodríguez-de Ávila et al., 2018).

Por lo anterior, son dos las tesis teóricas que sustentan el andamiaje conceptual de la presente obra: 1) Solo hay aprendizaje eficaz durante los procesos de enseñanza-aprendizaje si se movilizan todos los componentes de la cognición humana, siendo la DGCH la integración de las categorías que encierran las diferentes variables cognitivas. 2) La DGCH puede ser medida mediante la respuesta autonómica de VFC, pues se sabe que la frecuencia cardíaca varía en función de las demandas de la tarea cognitiva, altamente sensible a las demandas globales de atención sostenida por encima de la influencia de otros procesos cognitivos (Luque-Casado et al., 2016), de las dimensiones estructurales de la personalidad, del estado de ánimo y de la preferencia circadiana, del sueño, del comportamiento emocional y del aprendizaje (Bermúdez et al., 2016; Itzek-Greulich, Randler y Vollmer, 2016; Graveline y Wamsley, 2017).

El estudio que se realizó fue apoyado por la Coordinación de Perfeccionamiento de Personal de Nivel Superior-Brasil (CAPES), con código de financiamiento 001, e inscrito en el comité de ética de la Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), con el “PARECER CONSUBSTANCIADO DO CEP” Número 2.683.191, en el marco de la Tesis Doctoral del autor, quien realizó estudios doctorales mediante una beca otorgada por la Organización de los Estados Americanos en convenio con el Grupo Coimbra de Universidades Brasileras, en particular con la UFRN en Natal, Brasil, contando además con el apoyo de la Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia. El doctorado fue realizado en el programa de Pós-graduação en Psicobiología y el estudio fue realizado en el Laboratorio de Neurobiología e Ritmicidade Biológica de la UFRN, bajo la dirección del profesor John Fontenelle Araujo.

Aprendizaje en contextos educativos aplicados

Es conveniente partir de la idea de que el aprendizaje puede ser medido a partir de la VFC de manera indirecta. Sin embargo, es necesario presentar las formas de comprensión teórica del aprendizaje, siendo el objetivo fundamental de los procesos educativos y teniendo como soporte principal la cognición, cuya base o comienzo es la atención. Así, se presentan a continuación las teorías conductistas y cognitivas del aprendizaje. Igualmente, se aborda el desempeño académico, los procesos y los estilos de enseñanza y aprendizaje, y, de manera resumida, la base cerebral del aprendizaje y la cognición.

Teorías conductistas

Muchos historiadores de principios del siglo XX consideraron a John B. Watson (1879-1958) como el fundador del conductismo, reconociendo en él a un catalizador de un movimiento que ya estaba en marcha (Pellón, 2013) y que había sido inaugurado por la doctrina funcionalista de William James (1842-1910), John Dewey (1859-1952) y James Angell (1869-1949).

Watson (1913) propone un cambio en el objeto de estudio tradicional de la psicología; ya no el estudio de la mente o de la consciencia, sino el análisis experimental de la conducta: “La psicología como la ve el conductista es una rama de las ciencias naturales, objetiva y experimental. Sus metas teóricas son la predicción y el control de la conducta” (Watson, 1913, p. 158). De esta forma, “conducta” es cualquier cosa que un organismo hace (Watson, 1914). Sin embargo, desde un punto de vista experimental, algunos individuos pueden estar aprendiendo una tarea determinada y no ejecutar en ese momento la respuesta requerida por el experimentador, llamándose a ese fenómeno “silencio conductual” o “aprendizaje latente” (Blodgett, 1929; Tolman y Honzik, 1930; Tolman, 1932).

Por su parte, Skinner (1975, 1986) propone que la conducta voluntaria aparece sin la intervención de un estímulo antecedente observable, cuya característica fundamental es que se origine, mantenga o modifique por sus consecuencias (reforzadores), con las cuales mantiene una relación sinérgica permanente (conducta-estímulo-consecuencia-conducta): a esto lo denominó “conducta operante libre”, lo que sugiere que hay un aprendizaje en el organismo cuando se demuestra una respuesta apropiada seguida de la presentación de un estímulo ambiental determinado (Moreno, 2013; Gispert, 2014).

Desde esta perspectiva, no se tiene en cuenta la memoria para explicar el aprendizaje y, a pesar de que se postula la adquisición de hábitos, se otorga poco valor a cómo esos hábitos se almacenan o se recuperan para uso futuro, siendo el olvido atribuible a la “falta de uso” de una respuesta con el paso del tiempo (Moreno et al. 2017). Así, la práctica sistemática y la revisión que ocurren en los salones de clase son útiles para mantener al estudiante listo para responder; es decir, atento (Peña-Correal, 2014). Por esto, desde esta perspectiva, al estudiante se le comprende como agente reactivo a las condiciones del ambiente (Ertmer y Newby 1993).

Por otro lado, Albert Bandura introduce otra fórmula en el análisis del aprendizaje a partir de lo que denominó Social Learning Theory, además de la Social Cognitive Theory, la Self-regulation y, principalmente, el concepto de Self-efficacy (Bandura, 1977; 1986; 1991; 1997). Desde sus postulados, la expectativa de autoeficacia o eficacia percibida es un determinante importante de la conducta, que fomenta la salud por la influencia de dos niveles (Bandura, 1999): 1) como mediador cognitivo de la respuesta de estrés (la confianza de las personas en su capacidad para manejar los estresores a los que se enfrentan activa los sistemas biológicos) y 2) en cuanto variables cognitivo-motivacionales que regulan el esfuerzo y la persistencia en los comportamientos elegidos. Los conceptos de “Refuerzo Vicario” (experiencia reforzada por las consecuencias recibidas en “otro”) y del “Determinismo Recíproco” abren la posibilidad de tener en cuenta variables cognitivas a la fórmula conductista.

Por su parte, desde la teoría del aprendizaje social de Bandura se expone la “autorregulación del aprendizaje” (self-regulated learning), la cual fue estudiada recientemente por Navea-Martín (2017) y por Hernández y Camargo (2017), que consiste en la organización deliberada de actividades cognitivas, conductuales y ambientales que conducen al éxito en el aprendizaje del estudiante. Es así que la “autorregulación del aprendizaje” puede entenderse como un constructo psicológico que hace referencia a un “proceso mediante el cual el estudiante configura su actividad y organiza su entorno en procura de alcanzar los objetivos que se le imponen, o que se impone, frente a una actividad académica, de manera autónoma y motivada” (Hernández y Camargo, 2017, p. 147); es decir, que las implicaciones del alumno no solo dependen de la combinación de metas de aprendizaje, sino que también dependen del nivel de expectativas de autoeficacia (Valle et al., 2015).

Teorías cognitivas

La teoría cognitivista del aprendizaje enfatiza que el aprendizaje del alumno se produce en gran medida en un entorno social. Esta postura reúne varias concepciones en las que se incluye el aprendizaje significativo y, en su conjunto, sugiere que la organización cognitiva antecedente del alumno guarda nexos con la nueva información (Mayorga, Ruiz y González, 2016). La estructura cognitiva es el conjunto de conceptos e ideas que un sujeto tiene en un campo definido del conocimiento, así como la organización que el alumno tiene del mismo (Orozco, Vizcaíno y Méndez, 2012). Dentro de la teoría cognitiva o cognitivista del aprendizaje se destacan dos clásicos importantes: Piaget y Vygotsky, quienes influenciaron la perspectiva biológica, psicológica y social de la actualidad.

Desde la epistemología genética enmarcada en el constructivismo (Raynaudo y Peralta, 2017), Piaget (1979) postula que los seres humanos no acceden a una realidad objetiva externa, sino que esta se construye. El sujeto es un organismo en desarrollo, no solo en un sentido físico o biológico, sino también en un sentido cognitivo (Piaget, 1970), y el conocimiento no constituye una copia de la realidad, sino que conocer el objeto es transformarlo en función de los esquemas del organismo (Piaget, 1991). Los procesos por los que se desarrollan formas lógicas de razonamiento —complejos y avanzados— son la asimilación y la acomodación (Piaget, 1991; Piaget y Inhelder, 1997), dando origen de forma paulatina a esquemas de asimilación novedosos, con lo que se alcanza un nuevo estado de equilibrio; así, cada estadio del desarrollo cognitivo representa un nivel cualitativo mayor respecto al modo de conocer o pensar (Piaget, 1991; Piaget y Inhelder, 1997).

En cambio, para Vygotsky (1978, 2007) la constitución de las funciones psicológicas se explica a través del proceso dialéctico de internalización y externalización entre el sujeto y su cultura y, en la medida en que se hacen sucesivas, habilitan el desarrollo de procesos psicológicos superiores más avanzados y mediados culturalmente, que se diferencian cualitativamente de los anteriores. Esta postura permite comprender el desarrollo como un complejo proceso dialéctico y no solamente como una acumulación de cambios. Las funciones psicológicas superiores representan nuevos sistemas psicológicos que no se contraponen a los procesos elementales (Raynaudo y Peralta, 2017). Es así que Vygotsky, al igual que Piaget, sostiene que el aprendizaje se construye a partir de la relación entre los que él denominaba “pseudoconceptos” y “conceptos científicos”.

Son denominados “pseudoconceptos” porque la generalización que aparece en el pensamiento del niño es semejante fenotípicamente al concepto utilizado en la actividad intelectual del adulto (Raynaudo y Peralta, 2017). Sin embargo, debe entenderse que, por su naturaleza psicológica, los pseudoconceptos son distintos a los conceptos en el sentido más estricto de la palabra (Vygotsky, 2007).

Por otro lado, dentro de los postulados cognitivistas se procesa una nueva idea de aprendizaje significativo, elaborado por David Ausubel, el cual, inicialmente, abordó la idea de aprendizaje de recepción significativa, aplicado al aprendizaje y a la enseñanza de conceptos (Ausubel, 1996) para llevar a cabo una tarea de manera significativa por parte del estudiante. Es así que, a partir de estos conceptos, Ausubel aborda la distinción entre “aprendizaje por descubrimiento” y “aprendizaje significativo” a todo proceso que se relaciona con los intereses inmediatos para ser aplicados por el aprendiz en un contexto real o abstracto. En fin, lo que rescatamos del posicionamiento de Ausbel es la idea de que, al existir un proceso con significado para el estudiante, la demanda atencional será mayor para su sistema cognitivo; por tanto, la atención será sostenida en el tiempo de clases, facilitando los procesos de enseñanza/aprendizaje.

Desempeño académico, procesos y estilos de enseñanza y de aprendizaje

En los procesos cognitivos, los estilos de aprendizaje son claves para entender el desempeño en el contexto educativo y se debe entender por “desempeño” o “rendimiento académico” la cuantificación del aprendizaje en un contexto educativo. De esta manera, el desempeño académico debe considerarse como un constructo que adopta valores cuantitativos, por medio de los cuales existe una aproximación a la evidencia del perfil de habilidades, conocimientos, actitudes y valores desarrollados por el alumno en los procesos de enseñanza/aprendizaje (Edel, 2003).

Como se ve, el constructo “desempeño académico” está regulado de alguna forma por las actividades de enseñanza y aprendizaje. El primero (enseñanza) hace referencia a las características complejas del profesor y el segundo (aprendizaje) a las características complejas del estudiante. Sin embargo, el sistema educativo se convierte en otro elemento fundamental, donde la enseñanza y el aprendizaje casi se convierten en un solo complejo dinámico que los regula a las exigencias particulares de dicho sistema. De ahí que se acostumbre a hablar de “procesos (en plural) de enseñanza y aprendizaje”.

Ahora bien, cuando se habla de “estilos de aprendizaje” se hace referencia a los estudiantes, mientras que “estilos de enseñanza” se refiere a los profesores. Así, las estrategias de aprendizaje deben ser consideradas como un conjunto de procesos mentales que se ponen en marcha intencionalmente, planificados, que se usan para controlar la actividad cognitiva (López, García y Ballester, 2003), mientras que los estilos de enseñanza se refieren al método que el profesor usa en sus aulas de clase: las características personales, preocupaciones, concepciones sobre el aprendizaje y la enseñanza, la dinámica metodológica y la evaluación en una asignatura específica (Rendón, 2013). Es así que los estudiantes autorregulados utilizan estrategias tanto cognitivas como metacognitivas (regulación y control de la propia cognición), además de gestionar y controlar sus propios recursos de aprendizaje en sus estudios universitarios (Navea-Martín, 2017).

De esta forma, los estilos de aprendizaje implican el procesamiento de la información (Cabrera, 2004), de herramientas que rentabilizan el estudio y que lo vuelven más eficaz, como puede ser la repetición, la organización del material, la elaboración o el pensamiento crítico (Navea-Martín, 2017), la capacidad de leer y escribir correctamente en niveles de lectura literal, inferencial y crítica, cuya manifestación objetiva se relaciona con el desempeño académico (Domínguez et al. 2015).

Por otro lado, las estrategias de aprendizaje reflejan procesos utilizados por el aprendiz para responder a las demandas de un aprendizaje y los estilos reflejan el modo en que una persona piensa. De esta forma, los estilos de aprendizaje están constituidos por el conjunto de estrategias que utilice el estudiante para aprender. Así, en el producto concreto de su participación activa en el proceso de enseñanza y de sus propias experiencias, el estudiante desarrolla sus propias estrategias para lograr un mejor aprovechamiento de sus esfuerzos, para asimilar la información que recibe; tales estrategias definen los estilos de acción que el estudiante desarrolla por cuenta propia sobre la base de sus creencias y experiencias particulares (Cazau, 2001; Martínez, 2003; Castañeda, 2004, 2006).

Por otro lado, hablando de los estilos de enseñanza se ha demostrado que los docentes inciden en los estilos de aprendizaje de los estudiantes universitarios (Ventura y Moscoloni, 2015), además de que la concepción de aprendizaje se relaciona con las prácticas docentes de profesores y con las estrategias que desarrollan sus estudiantes (López-Iñiguez y Pozo, 2014). Es decir, las estrategias de los docentes se corresponden con las estrategias de elaboración y organización por parte de los estudiantes, relación que se debe tener en cuenta en todo proceso pedagógico (Ventura, 2016).

Vemos, entonces (desde el contexto del salón de clases, naturalizado por el sistema educativo como convencional o moderno), que en la dinámica del aprendizaje intervienen múltiples factores exógenos y endógenos a los actores que en él intervienen. Sin embargo, debe entenderse muy bien que la dinámica compleja del aprendizaje en contextos educativos debe centrarse en encontrar los factores individuales, casi permanentes —como personalidad, emoción y cronotipo—, que intervienen en la atención sostenida de los estudiantes en el salón de clases, para comprender de qué forma estos factores modulan tal atención y entender así que los procesos dinámicos de las metodologías de la enseñanza deben ser modificados para lograr mejores resultados de aprendizaje y de enseñanza, teniendo en cuenta factores individuales de la psiquis del estudiante y factores fisiológicos.