Desenvolvimento do Cérebro: Neurociência da Aprendizagem

Até agora, esta lição se concentrou no funcionamento do SNC maduro. Muitos educadores, no entanto, trabalham com pré-escolares, crianças e adolescentes. O tópico do desenvolvimento cerebral é de interesse não apenas por si só, mas também porque as implicações educacionais para o ensino e a aprendizagem variam dependendo do nível de desenvolvimento cerebral. No cenário de abertura, Bryan observa a importância de os educadores compreenderem o desenvolvimento cerebral. Esta seção discute fatores influentes no desenvolvimento, o curso do desenvolvimento, períodos críticos no desenvolvimento e o papel do desenvolvimento na aquisição e uso da linguagem.

Embora os cérebros humanos sejam estruturalmente semelhantes, existem diferenças entre os indivíduos. Cinco influências no desenvolvimento cerebral são genética, estimulação ambiental, nutrição, esteroides e teratógenos (Byrnes, 2001).

Genética

O cérebro humano difere em tamanho e composição dos de outros animais. Embora a diferença entre o genoma humano e o de nosso parente animal mais próximo (o chimpanzé) seja de apenas 1,23% (Lemonick & Dorfman, 2006), essa diferença e outras variações genéticas produzem uma espécie que pode projetar e construir pontes, compor música, escrever romances, resolver equações complexas e assim por diante.

Os cérebros humanos têm uma estrutura genética semelhante, mas, no entanto, diferem em tamanho e estrutura. Estudos de gêmeos monozigóticos (de um ovo) mostram que eles às vezes desenvolvem cérebros estruturalmente diferentes (Byrnes, 2001). As instruções genéticas determinam o tamanho, a estrutura e a conectividade neural do cérebro. Na maioria das vezes, essas diferenças produzem cérebros com funcionamento normal, mas a pesquisa cerebral continua a identificar como certas diferenças genéticas produzem anormalidades.

Fatores que afetam o desenvolvimento cerebral:

• Genética
• Estimulação ambiental
• Nutrição
• Esteroides
• Teratógenos

Estimulação Ambiental

O desenvolvimento cerebral requer estimulação do ambiente. O desenvolvimento pré-natal prepara o terreno para o aprendizado, desenvolvendo um circuito neural que pode receber e processar estímulos e experiências. Essas experiências moldam ainda mais o circuito, adicionando e reorganizando sinapses. Por exemplo, mulheres grávidas que conversam e cantam para seus bebês podem, por meio de sua fala e canto, ajudar a estabelecer conexões neurais nos bebês (Wolfe, 2001). O desenvolvimento cerebral fica para trás quando as experiências estão faltando ou são mínimas. Embora existam certos períodos críticos em que a estimulação pode ter efeitos profundos (Jensen, 2005), a pesquisa sugere que a estimulação é importante durante toda a vida para garantir o desenvolvimento cerebral contínuo.

Nutrição

A falta de boa nutrição pode ter grandes efeitos no desenvolvimento cerebral, e os efeitos particulares dependem de quando ocorre a má nutrição (Byrnes, 2001). A desnutrição pré-natal, por exemplo, retarda a produção e o crescimento de neurônios e células gliais. Um período crítico é entre o 4º e o 7º mês de gestação, quando a maioria das células cerebrais são produzidas (Jensen, 2005). A desnutrição posterior retarda a rapidez com que as células crescem em tamanho e adquirem uma bainha de mielina. Embora o último problema possa ser corrigido com uma dieta adequada, o primeiro não pode, porque poucas células se desenvolveram. É por isso que as mulheres grávidas são aconselhadas a evitar drogas, álcool e tabaco; manter uma boa dieta; e evitar o estresse (o estresse também causa problemas para um feto em desenvolvimento).

Esteroides

Esteroides se referem a uma classe de hormônios que afetam várias funções, incluindo o desenvolvimento sexual e as reações ao estresse (Byrnes, 2001). Os esteroides podem afetar o desenvolvimento cerebral de várias maneiras. O cérebro tem receptores para hormônios. Hormônios como o estrogênio e o cortisol serão absorvidos e potencialmente mudarão a estrutura do cérebro durante o desenvolvimento pré-natal. O excesso de hormônios do estresse pode produzir a morte de neurônios. Os pesquisadores também exploraram se as diferenças de gênero e preferência sexual surgem em parte devido a diferenças nos esteroides. Embora a evidência sobre o papel dos esteroides no desenvolvimento cerebral seja menos conclusiva do que a da nutrição, os esteroides têm o potencial de afetar o cérebro.

Teratógenos

Teratógenos são substâncias estranhas (por exemplo, álcool, vírus) que podem causar anormalidades em um embrião ou feto em desenvolvimento (Byrnes, 2001). Uma substância é considerada um teratógeno apenas se a pesquisa mostrar que um nível não irrealisticamente alto pode afetar o desenvolvimento cerebral. Por exemplo, a cafeína em pequenas quantidades pode não ser um teratógeno, mas pode se tornar um quando a ingestão é maior. Os teratógenos podem ter efeitos no desenvolvimento e interconexões de neurônios e células gliais. Em casos extremos (por exemplo, o vírus da rubéola), eles podem causar defeitos congênitos.

Durante o desenvolvimento pré-natal, o cérebro cresce em tamanho e estrutura, bem como em número de neurônios, células gliais e conexões neurais (sinapses). O desenvolvimento cerebral pré-natal é rápido, pois ocorre em nove meses e a maioria das células é produzida entre os meses 4 e 7 (Jensen, 2005). As células viajam pelo tubo neural, migram para várias partes do cérebro e formam conexões. Estima-se que, no seu pico, o embrião gere um quarto de milhão de células cerebrais por minuto.

Ao nascer, o cérebro tem mais de um milhão de conexões, o que representa cerca de 60% do número máximo de sinapses que se desenvolverão ao longo da vida (Jensen, 2005). Dados esses números, não é de admirar que o desenvolvimento pré-natal seja tão importante. As mudanças que ocorrem então podem ter efeitos de longo alcance e permanentes.

O desenvolvimento cerebral também ocorre rapidamente em bebês. Aos 2 anos de idade, uma criança terá tantas sinapses quanto um adulto e, aos 3 anos de idade, a criança terá bilhões a mais do que um adulto. Os cérebros das crianças pequenas são densos e têm muitas conexões neurais complexas e mais do que em qualquer outro momento da vida (Trawick-Smith, 2003).

Na verdade, as crianças pequenas têm sinapses demais. Cerca de 60% da energia dos bebês é usada por seus cérebros; em comparação, os cérebros adultos requerem apenas 20–25% (Brunton, 2007). Com o desenvolvimento, crianças e adolescentes perdem muito mais sinapses cerebrais do que ganham. Quando os adolescentes completam 18 anos, eles perderam cerca de metade de suas sinapses infantis. As conexões cerebrais que não são usadas ou necessárias simplesmente desaparecem. Essa estratégia de “use ou perca” é desejável porque as conexões que são usadas serão reforçadas e consolidadas, enquanto as que não são usadas serão permanentemente perdidas.

Aos 5 anos de idade, o cérebro da criança adquiriu uma linguagem e desenvolveu habilidades sensório-motoras e outras competências. As rápidas mudanças dos primeiros anos diminuíram, mas o cérebro continua a adicionar sinapses. As redes neurais estão se tornando mais complexas em suas ligações. Esse processo continua ao longo do desenvolvimento.

Conforme observado por Bryan na vinheta de abertura, grandes mudanças ocorrem durante a adolescência, quando o cérebro passa por alterações estruturais (Jensen, 2005). Os lobos frontais, que lidam com o raciocínio abstrato e a resolução de problemas, estão amadurecendo, e os lobos parietais aumentam de tamanho. O córtex pré-frontal, que controla julgamentos e impulsos, amadurece lentamente (Shute, 2009). Também há mudanças nos neurotransmissores — especialmente a dopamina — que podem deixar o cérebro mais sensível aos efeitos agradáveis de drogas e álcool. Há um espessamento das células cerebrais e reorganizações massivas de sinapses, o que torna este um momento chave para o aprendizado. A estratégia de “use ou perca” resulta no fortalecimento das regiões cerebrais por meio da prática (por exemplo, praticar piano engrossa os neurônios na região do cérebro que controla os dedos) (Wallis, 2004).

Dadas essas mudanças generalizadas em seus cérebros, não é surpreendente que os adolescentes frequentemente tomem decisões ruins e se envolvam em comportamentos de alto risco envolvendo drogas, álcool e sexo. As estratégias de ensino precisam levar essas mudanças em consideração.

Muitos livros sobre criação de filhos enfatizam que os dois primeiros anos de vida representam um período crítico, de modo que, se certas experiências não ocorrerem, o desenvolvimento da criança sofrerá permanentemente. Há alguma verdade nessa afirmação, embora a alegação seja exagerada. Cinco aspectos do desenvolvimento cerebral para os quais parecem existir períodos críticos são linguagem, emoções, desenvolvimento sensório-motor, desenvolvimento auditivo e visão. Linguagem e emoções são discutidas em outras partes deste capítulo; os três restantes são abordados a seguir.

Desenvolvimento Sensório-Motor

Os sistemas associados à visão, audição e movimentos motores desenvolvem-se extensivamente através de experiências durante os dois primeiros anos de vida. O sistema vestibular no ouvido interno influencia os sentidos de movimento e equilíbrio e afeta outros sistemas sensoriais. Há evidências de que a estimulação vestibular inadequada entre bebês e crianças pequenas pode levar a problemas de aprendizagem mais tarde (Jensen, 2005).

Aspectos do desenvolvimento cerebral com períodos críticos.

• Sensório-motor
• Auditivo
• Visual
• Emocional
• Linguagem

No entanto, muitas vezes, bebês e crianças pequenas não estão em ambientes estimulantes, especialmente aquelas crianças que passam muito tempo em creches que oferecem principalmente cuidados. Muitas crianças também não recebem estimulação suficiente fora desses ambientes, porque passam muito tempo em cadeirinhas de carro, andadores ou em frente à televisão. Permitir que os jovens se movimentem e até mesmo embalá-los fornece estimulação. Cerca de 60% dos bebês e crianças pequenas passam em média de uma a duas horas por dia assistindo televisão ou vídeos (Courage & Setliff, 2009). Embora as crianças pequenas possam aprender com esses meios de comunicação, elas não o fazem facilmente. A compreensão e o aprendizado das crianças são aprimorados quando os pais assistem com elas e fornecem descrições e explicações (Courage & Setliff, 2009).

Desenvolvimento Auditivo

Os dois primeiros anos da criança são críticos para o desenvolvimento auditivo. Aos 6 meses de idade, os bebês conseguem discriminar a maioria dos sons em seus ambientes (Jensen, 2005). Nos dois primeiros anos, os sistemas auditivos das crianças amadurecem em termos de alcance de sons ouvidos e capacidade de discriminar entre os sons. Problemas no desenvolvimento auditivo podem levar a problemas no aprendizado da linguagem, porque grande parte da aquisição da linguagem depende de as crianças ouvirem a fala de outras pessoas em seus ambientes.

Visão

A visão se desenvolve amplamente durante o primeiro ano de vida e especialmente após o quarto mês. A densidade sináptica no sistema visual aumenta drasticamente, incluindo as conexões neurais que regulam a percepção de cor, profundidade, movimento e matiz. O desenvolvimento visual adequado requer um ambiente visualmente rico, onde os bebês possam explorar objetos e movimentos. Televisão e filmes são substitutos pobres. Embora forneçam cor e movimento, são bidimensionais e o cérebro em desenvolvimento precisa de profundidade. A ação mostrada na televisão e nos filmes geralmente ocorre muito rapidamente para que os bebês se concentrem adequadamente (Jensen, 2005).

Em suma, os dois primeiros anos de vida são críticos para o desenvolvimento adequado dos sistemas sensório-motor, visual e auditivo, e o desenvolvimento desses sistemas é auxiliado quando os bebês estão em um ambiente rico que lhes permite experimentar movimentos, visões e sons. Ao mesmo tempo, o desenvolvimento cerebral é um processo ao longo da vida; os cérebros precisam de estimulação após os 2 anos de idade. O cérebro está continuamente adicionando, excluindo e reorganizando conexões sinápticas e mudando estruturalmente. Embora os pesquisadores tenham demonstrado que certos aspectos do desenvolvimento cerebral ocorrem mais rapidamente em certos momentos, indivíduos de todas as idades se beneficiam de ambientes estimulantes.

Anteriormente, vimos como certas funções associadas à linguagem operam no cérebro. Embora os pesquisadores tenham explorado os processos cerebrais com diferentes tipos de conteúdo envolvendo várias habilidades mentais, uma grande quantidade de pesquisa tem sido conduzida sobre a aquisição e o uso da linguagem. Este é um aspecto fundamental do desenvolvimento cognitivo e que tem profundas implicações para a aprendizagem.

Como observado anteriormente, grande parte da pesquisa cerebral sobre a linguagem tem sido conduzida em pessoas que sofreram lesões cerebrais e experimentaram algum grau de perda da linguagem. Essa pesquisa é informativa sobre quais funções são afetadas por lesões em áreas cerebrais específicas, mas essas investigações de pesquisa não abordam a aquisição e o uso da linguagem no cérebro em desenvolvimento das crianças.

Estudos cerebrais de crianças em desenvolvimento, embora menos comuns, têm oferecido insights importantes sobre o desenvolvimento das funções da linguagem. Os estudos frequentemente comparam crianças com desenvolvimento normal com aquelas que têm dificuldades de aprendizagem na escola. Em vez das técnicas cirúrgicas frequentemente usadas em pacientes com lesões cerebrais ou falecidos, esses estudos empregam técnicas menos invasivas, como as descritas anteriormente neste capítulo. Os pesquisadores frequentemente medem potenciais relacionados a eventos (ou potenciais evocados), que são mudanças nas ondas cerebrais que ocorrem quando os indivíduos antecipam ou se envolvem em várias tarefas (Halliday, 1998).

Diferenças nos potenciais relacionados a eventos diferenciam de forma confiável entre crianças abaixo da média, médias e acima da média (Molfese et al., 2006). Crianças com desenvolvimento normal mostram extensa ativação cortical bilateral e anterior (frontal) e ativações acentuadas no lado esquerdo nas áreas da linguagem e da fala. Em contraste com a manutenção da leitura, parece que o desenvolvimento da leitura também depende da ativação anterior, talvez em ambos os lados do cérebro (Vellutino & Denckla, 1996). Outras pesquisas mostram que crianças em desenvolvimento que experimentam disfunção no lado esquerdo aparentemente compensam, em certa medida, aprendendo a ler usando o hemisfério direito. O hemisfério direito pode ser capaz de suportar e sustentar um nível adequado de leitura, mas parece crítico que essa transição ocorra antes do desenvolvimento da competência linguística. Tal assunção de funções da linguagem pelo hemisfério direito pode não ocorrer entre indivíduos que sofreram danos no hemisfério esquerdo quando adultos. Um período crítico no desenvolvimento da linguagem parece ser entre o nascimento e os 5 anos de idade. Durante este tempo, o cérebro das crianças desenvolve a maioria de suas capacidades de linguagem. Há um rápido aumento no vocabulário entre as idades de 19 e 31 meses (Jensen, 2005). O desenvolvimento dessas capacidades de linguagem é aprimorado quando as crianças estão em ambientes ricos em linguagem, onde pais e outros conversam com as crianças. Este período crítico para o desenvolvimento da linguagem se sobrepõe ao período crítico de desenvolvimento auditivo entre o nascimento e os 2 anos de idade.

Além deste período crítico, o desenvolvimento da linguagem também parece fazer parte de um processo natural com um cronograma. Vimos como os sistemas auditivo e visual desenvolvem capacidades para fornecer a entrada para o desenvolvimento da linguagem. Um processo paralelo pode ocorrer no desenvolvimento da linguagem para a capacidade de perceber fonemas, que são as menores unidades de sons da fala (por exemplo, os sons “b” e “p” em “bet” e “pet”). As crianças aprendem ou adquirem fonemas quando são expostas a eles em seus ambientes; se os fonemas estão ausentes em seus ambientes, então as crianças não os adquirem. Assim, pode haver um período crítico em que as conexões sinápticas são formadas corretamente, mas apenas se o ambiente fornecer as entradas. Em suma, o cérebro das crianças pode estar “pronto” (“pré-programado”) para aprender vários aspectos da linguagem em diferentes momentos, de acordo com seus níveis de desenvolvimento cerebral (National Research Council, 2000).

Importante para a educação, a instrução pode ajudar a facilitar o desenvolvimento da linguagem. Diferentes áreas do cérebro devem trabalhar juntas para aprender a linguagem, como as áreas envolvidas em ver, ouvir, falar e pensar (Byrnes, 2001; National Research Council, 2000). Adquirir e usar a linguagem é uma atividade coordenada. As pessoas ouvem a fala e leem textos, pensam sobre o que foi dito ou o que leram e compõem frases para escrever ou falar. Esta atividade coordenada implica que o desenvolvimento da linguagem deve se beneficiar de uma instrução que coordene essas funções, ou seja, experiências que exijam visão, audição, fala e pensamento.

Em resumo, diferentes áreas do cérebro participam do desenvolvimento da linguagem em crianças com desenvolvimento normal, embora as contribuições do hemisfério esquerdo sejam normalmente mais proeminentes do que as do hemisfério direito. Com o tempo, as funções da linguagem são fortemente subsumidas pelo hemisfério esquerdo. Em particular, a habilidade de leitura parece exigir o controle do hemisfério esquerdo. Mas mais pesquisas são necessárias antes que possamos entender completamente as relações entre as funções cerebrais e o desenvolvimento da linguagem e das competências de leitura.

Como outros aspectos do desenvolvimento cerebral, a aquisição da linguagem reflete a interação entre hereditariedade e ambiente. As experiências culturais de bebês e crianças determinarão em grande parte quais sinapses cerebrais eles retêm. Se a cultura enfatiza as funções motoras, então estas devem ser fortalecidas; enquanto que, se a cultura enfatiza os processos cognitivos, então estes ascenderão. Se as crianças pequenas são expostas a um ambiente linguístico rico, enfatizando a linguagem oral e escrita, então sua aquisição de linguagem se desenvolverá mais rapidamente do que as capacidades de linguagem de crianças em ambientes empobrecidos.

A implicação para facilitar o desenvolvimento cerebral precoce é fornecer experiências ricas para bebês e crianças pequenas, enfatizando as funções perceptivas, motoras e de linguagem. Isto é especialmente crítico nos primeiros anos de vida. Estas experiências devem melhorar a formação de conexões e redes sinápticas. Há também evidências de que bebês que sofreram no útero (por exemplo, devido ao abuso de drogas ou álcool das mães), bem como aqueles com deficiências de desenvolvimento (por exemplo, retardo, autismo), se beneficiam da intervenção precoce nos primeiros três anos (Shore, 1997).

Facilitando o Desenvolvimento da Linguagem

Embora o período do nascimento aos 5 anos represente um período crítico para o desenvolvimento da linguagem, a aquisição e o uso da linguagem são atividades ao longo da vida. Os professores podem trabalhar com alunos de todas as idades para ajudar a desenvolver suas habilidades linguísticas. É importante que a instrução coordene as funções componentes da linguagem de ver, ouvir, pensar e falar.

Uma professora do jardim de infância trabalha regularmente com seus alunos no aprendizado de fonemas. Para ajudar a desenvolver o reconhecimento de fonemas em palavras “__at” (por exemplo, mat, hat, pat, cat, sat), ela tem cada uma dessas palavras impressas em um grande pedaço de papelão. O fonema é impresso em vermelho e o “at” aparece em preto. Ela dá aos alunos prática segurando um cartão, pedindo-lhes para dizer a palavra e, em seguida, pedindo aos alunos individualmente para usar a palavra em uma frase.

Kathy Stone ensina a seus alunos nomes de animais e grafias. Ela tem uma foto de cada animal e seu nome impresso em um quadro de exibição, juntamente com dois a três fatos interessantes sobre o animal (por exemplo, onde ele vive, o que ele come). Ela faz com que as crianças pronunciem o nome do animal várias vezes e o soletrem em voz alta, depois escrevam uma frase curta usando a palavra. Isto é especialmente útil para nomes de animais que são difíceis de pronunciar ou soletrar (por exemplo, girafa, hipopótamo).

Uma professora de matemática do ensino fundamental está trabalhando com seus alunos no valor posicional. Alguns alunos estão tendo muita dificuldade e não conseguem ordenar corretamente os números do menor para o maior (por exemplo, .007, 7/100, sete décimos, 7). A professora tem três grandes retas numéricas magnéticas, cada uma variando de 0 a 1 e dividida em unidades de décimos, centésimos e milésimos. Ela pediu aos alunos que colocassem uma barra magnética na reta numérica apropriada (por exemplo, coloque a barra no 7 da linha dos centésimos para 7/100). Então ela dividiu os alunos em pequenos grupos e deu-lhes problemas, e pediu-lhes para usar retas numéricas ou gráficos de pizza para mostrar onde os números caíam para que pudessem ordená-los corretamente. Em seguida, ela trabalhou com eles para converter todos os números para um denominador comum (por exemplo, 7/10 = 70/100) e para colocar os marcadores no mesmo quadro (por exemplo, milésimos) para que pudessem ver a ordem correta.

Os alunos da turma de Jim Marshall aprendem sobre documentos históricos importantes na história dos EUA (por exemplo, Declaração de Independência, Constituição, Declaração de Direitos). Para apelar a múltiplos sentidos, Jim trouxe cópias fac-símile desses documentos para a aula. Então ele fez com que os alunos participassem de dramatizações onde liam trechos dos documentos. Os alunos foram ensinados a colocar ênfase em lugares apropriados ao ler para tornar essas passagens especialmente distintas.

Muitos alunos da aula de psicologia educacional de Gina Brown têm dificuldade em compreender e usar corretamente os termos psicológicos (por exemplo, assimilação, saciedade, zona de desenvolvimento proximal). Sempre que possível, ela obtém filmes que demonstram esses conceitos (por exemplo, criança sendo submetida a tarefas piagetianas). Para outros, ela usa sites com estudos de caso que os alunos leem e respondem, após o que discutem em aula como esse conceito entra em jogo. Por exemplo, em um estudo de caso, um aluno é repetidamente elogiado por um professor. Finalmente, o aluno fica saciado de elogios e diz ao professor que ela nem sempre precisa dizer a ele que ele se saiu tão bem.