Organização e Estruturas Neurais (Neurociência da Aprendizagem)

O sistema nervoso central (SNC) é composto pelo cérebro e pela medula espinhal, sendo o mecanismo central do corpo para o controle do comportamento voluntário (por exemplo, pensar, agir). O sistema nervoso autônomo (SNA) regula atividades involuntárias, como as envolvidas na digestão, respiração e circulação sanguínea. Esses sistemas não são totalmente independentes. As pessoas podem, por exemplo, aprender a controlar seus batimentos cardíacos, o que significa que estão controlando voluntariamente uma atividade involuntária.

A medula espinhal tem cerca de 45 centímetros de comprimento e a largura de um dedo indicador. Ela se estende da base do cérebro até o meio das costas. É essencialmente uma extensão do cérebro. Sua principal função é transportar sinais para e do cérebro, tornando-se o mensageiro central entre o cérebro e o resto do corpo. Sua via ascendente transporta sinais de locais do corpo para o cérebro, e sua via descendente transporta mensagens do cérebro para a estrutura corporal apropriada (por exemplo, para causar movimento). A medula espinhal também está envolvida em algumas reações independentemente do cérebro (por exemplo, reflexo patelar). Danos à medula espinhal, como os causados por um acidente, podem resultar em sintomas que variam de dormência à paralisia total (Jensen, 2005; Wolfe, 2001).

O SNC é composto por bilhões de células no cérebro e na medula espinhal. Existem dois tipos principais de células: neurônios e células gliais. Uma representação da organização neural é mostrada abaixo:

Neurônios

O cérebro e a medula espinhal contêm cerca de 100 bilhões de neurônios que enviam e recebem informações através de músculos e órgãos (Wolfe, 2001). A maioria dos neurônios do corpo é encontrada no SNC. Os neurônios são diferentes de outras células do corpo (por exemplo, pele, sangue) de duas maneiras importantes. Primeiramente, a maioria das células do corpo se regenera regularmente. Essa renovação contínua é desejável; por exemplo, quando nos cortamos, novas células se regeneram para substituir as que foram danificadas. Mas os neurônios não se regeneram da mesma forma. As células do cérebro e da medula espinhal destruídas por um derrame, doença ou acidente podem ser permanentemente perdidas. No entanto, em uma nota positiva, há evidências de que os neurônios podem mostrar alguma regeneração (Kempermann & Gage, 1999), embora a extensão em que isso ocorre e o processo pelo qual ocorre não sejam bem compreendidos.

Os neurônios também são diferentes de outras células do corpo porque se comunicam uns com os outros — por meio de sinais elétricos e reações químicas. Eles, portanto, são organizados de forma diferente de outras células do corpo. Essa organização é discutida mais adiante nesta seção.

Células Gliais

O segundo tipo de célula no SNC é a célula glial. As células gliais são muito mais numerosas que os neurônios. Elas podem ser consideradas células de suporte, pois apoiam o trabalho dos neurônios. Elas não transmitem sinais como os neurônios, mas auxiliam no processo.

As células gliais desempenham muitas funções. Uma função chave é garantir que os neurônios operem em um bom ambiente. As células gliais ajudam a remover produtos químicos que podem interferir na operação dos neurônios. As células gliais também removem células cerebrais mortas. Outra função importante é que as células gliais depositam mielina, um revestimento semelhante a uma bainha ao redor dos axônios que ajuda a transmitir sinais cerebrais (discutido na próxima seção). As células gliais também parecem desempenhar funções importantes no desenvolvimento do cérebro fetal (Wolfe, 2001). Assim, as células gliais trabalham em conjunto com os neurônios para garantir o funcionamento eficaz do SNC.

Sinapses

Cada neurônio é composto por um corpo celular, milhares de dendritos curtos e um axônio. Um dendrito é um tecido alongado que recebe informações de outras células. Um axônio é um longo filamento de tecido que envia mensagens para outras células. A bainha de mielina circunda o axônio e facilita a viagem dos sinais.

Cada axônio termina em uma estrutura ramificada. As extremidades dessas estruturas ramificadas se conectam com as extremidades dos dendritos. Essa conexão é conhecida como sinapse. A estrutura interconectada é a chave de como os neurônios se comunicam, porque as mensagens são passadas entre os neurônios nas sinapses.

O processo pelo qual os neurônios se comunicam é complexo. No final de cada axônio, existem neurotransmissores químicos. Eles quase não tocam os dendritos de outra célula. A lacuna é chamada de fenda sináptica. Quando os sinais elétricos e químicos atingem um nível suficientemente alto, os neurotransmissores são liberados na lacuna. Os neurotransmissores ativarão ou inibirão uma reação no dendrito contatado. Assim, o processo começa como uma reação elétrica no neurônio e no axônio, muda para uma reação química na lacuna e, em seguida, se reconverte em uma resposta elétrica no dendrito. Esse processo continua de neurônio para neurônio na velocidade da luz. Como discutido mais adiante neste capítulo, o papel dos neurotransmissores na fenda sináptica é fundamental para o aprendizado. De uma perspectiva da neurociência, o aprendizado é uma mudança na receptividade das células causada por conexões neurais formadas, fortalecidas e conectadas com outras através do uso (Jensen, 2005; Wolfe, 2001).

O cérebro humano adulto (cérebro) pesa aproximadamente três quilos e tem cerca do tamanho de um melão ou toranja grande (Tolson, 2006; Wolfe, 2001). Sua textura externa tem uma série de dobras e é enrugada na aparência, assemelhando-se a uma couve-flor. Sua composição é principalmente água (78%), com o resto de gordura e proteína. Sua textura é geralmente macia. As principais estruturas cerebrais envolvidas na aprendizagem são mostradas na Figura 2.2 (Byrnes, 2001; Jensen, 2005; Wolfe, 2001) e descritas abaixo.

Córtex Cerebral

Cobrir o cérebro é o córtex cerebral, que é uma camada fina com cerca da espessura de uma casca de laranja (menos de 1/4 de polegada). O córtex cerebral é a “matéria cinzenta” enrugada do cérebro. As rugas permitem que o córtex cerebral tenha mais área de superfície, o que permite mais neurônios e conexões neurais. O córtex cerebral tem dois hemisférios (direito e esquerdo), cada um dos quais tem quatro lobos (occipital, parietal, temporal e frontal). O córtex é a área central envolvida na aprendizagem, memória e processamento de informações sensoriais.

Tronco Encefálico e Formação Reticular

Na base do cérebro está o tronco encefálico. O tronco encefálico lida com as funções do SNA (involuntárias) através de sua formação reticular, que é uma rede de neurônios e fibras que regula o controle de funções corporais básicas, como respiração, frequência cardíaca, pressão arterial, movimento do globo ocular, salivação e paladar. A formação reticular também está envolvida nos níveis de consciência (por exemplo, sono, vigília). Por exemplo, quando você entra em uma sala silenciosa e escura, a formação reticular diminui a ativação cerebral e permite que você durma. A formação reticular também ajuda a controlar as entradas sensoriais. Embora sejamos constantemente bombardeados por múltiplos estímulos, a formação reticular nos permite focar em estímulos relevantes. Isso é fundamental para a atenção e percepção (Capítulo 5), que são componentes-chave do sistema de processamento de informações humanas. Finalmente, a formação reticular produz muitos dos mensageiros químicos para o cérebro.

Cerebelo

O cerebelo na parte de trás do cérebro regula o equilíbrio corporal, o controle muscular, o movimento e a postura corporal. Embora essas atividades estejam amplamente sob controle consciente (e, portanto, o domínio do córtex), o córtex não possui todo o equipamento necessário para regulá-las. Ele trabalha em conjunto com o cerebelo para coordenar os movimentos. O cerebelo é a chave para a aquisição de habilidades motoras. Com a prática, muitas habilidades motoras se tornam automáticas (por exemplo, tocar piano, dirigir um carro). Essa automaticidade ocorre porque o cerebelo assume grande parte do controle, o que permite que o córtex se concentre em atividades que exigem consciência (por exemplo, pensar, resolver problemas).

Tálamo e Hipotálamo

Acima do tronco encefálico estão duas estruturas do tamanho de uma noz: o tálamo e o hipotálamo. O tálamo atua como uma ponte, enviando entradas dos órgãos dos sentidos (exceto o olfato) para o córtex. O hipotálamo faz parte do SNA. Ele controla as funções corporais necessárias para manter a homeostase, como temperatura corporal, sono, água e alimentos. O hipotálamo também é responsável pelo aumento da frequência cardíaca e da respiração quando ficamos assustados ou estressados.

Amígdala

A amígdala está envolvida no controle da emoção e da agressão. As entradas sensoriais recebidas (exceto o olfato, que viaja diretamente para o córtex) vão para o tálamo, que por sua vez retransmite a informação para a área apropriada do córtex e para a amígdala. A função da amígdala é avaliar a nocividade das entradas sensoriais. Se reconhecer um estímulo potencialmente prejudicial, sinaliza o hipotálamo, que cria as alterações emocionais notadas acima (por exemplo, aumento da frequência cardíaca e da pressão arterial).

Hipocampo

O hipocampo é a estrutura cerebral responsável pela memória do passado imediato. Quanto tempo dura o passado imediato? Como veremos no Capítulo 5, não há critério objetivo para o que constitui memória imediata e de longo prazo (permanente). Aparentemente, o hipocampo ajuda a estabelecer informações na memória de longo prazo (que reside no córtex), mas mantém seu papel na ativação dessas informações conforme necessário. Assim, o hipocampo pode estar envolvido na memória ativa (de trabalho) atual. Uma vez que a informação esteja totalmente codificada na memória de longo prazo, o hipocampo pode renunciar ao seu papel.

Corpo Caloso

Correndo ao longo do cérebro (cérebro) da frente para trás está uma faixa de fibras conhecida como corpo caloso. Ele divide o cérebro em duas metades, ou hemisférios, e os conecta para o processamento neural. Isso é fundamental, porque muito do processamento mental ocorre em mais de um local no cérebro e muitas vezes envolve ambos os hemisférios.

Lobo Occipital

Os lobos occipitais do cérebro estão principalmente preocupados com o processamento de informações visuais. O lobo occipital também é conhecido como córtex visual. Lembre-se de que os estímulos visuais são primeiro recebidos pelo tálamo, que então envia esses sinais para os lobos occipitais. Muitas funções ocorrem aqui que envolvem a determinação de movimento, cor, profundidade, distância e outros recursos visuais. Uma vez que essas determinações tenham ocorrido, os estímulos visuais são comparados com o que está armazenado na memória para determinar o reconhecimento (percepção). Assim, um objeto que corresponde a um padrão armazenado é reconhecido. Quando não há correspondência, um novo estímulo é codificado na memória. O córtex visual deve se comunicar com outros sistemas cerebrais para determinar se um estímulo visual corresponde a um padrão armazenado (Gazzaniga, Ivry, & Mangun, 1998). A importância do processamento visual na aprendizagem é destacada na vinheta de abertura por Joe.

As pessoas podem controlar prontamente sua percepção visual, forçando-se a prestar atenção a certas características do ambiente e a ignorar outras. Por exemplo, se estamos procurando por um amigo em uma multidão, podemos ignorar milhares de estímulos visuais e focar apenas nos estímulos (por exemplo, características faciais) que nos ajudarão a determinar se nosso amigo está presente. Os professores usam essa ideia pedindo aos alunos que prestem atenção às exibições visuais e informando-os sobre os objetivos da lição no início da lição.

Lobo Parietal

Os lobos parietais no topo do cérebro no cérebro são responsáveis pelo sentido do tato, e eles ajudam a determinar a posição do corpo e integrar informações visuais. Os lobos parietais têm seções anterior (frontal) e posterior (traseira). A parte anterior recebe informações do corpo sobre tato, temperatura, posição do corpo e sensações de dor e pressão (Wolfe, 2001). Cada parte do corpo tem certas áreas na parte anterior que recebem suas informações e tornam a identificação precisa.

A porção posterior integra informações táteis para fornecer consciência espacial do corpo, ou saber onde estão as partes do seu corpo em todos os momentos. Os lobos parietais também podem aumentar ou diminuir a atenção a várias partes do corpo. Por exemplo, uma dor na sua perna será recebida e identificada pelo lobo parietal, mas se você estiver assistindo a um filme agradável e estiver prestando atenção de perto a isso, você pode “esquecer” a dor na sua perna.

Lobo Temporal

Os lobos temporais, localizados na lateral do cérebro, são responsáveis pelo processamento de informações auditivas. Quando uma entrada auditiva é recebida—como uma voz ou outro som—essa informação é processada e transmitida à memória auditiva para determinar o reconhecimento. Esse reconhecimento pode então levar à ação. Por exemplo, quando um professor diz aos alunos para guardarem seus livros e se alinharem na porta, essa informação auditiva é processada e reconhecida, e então leva à ação apropriada.

Localizada onde os lobos occipital, parietal e temporal se cruzam no hemisfério esquerdo do córtex está a área de Wernicke, que nos permite compreender a fala e usar a sintaxe adequada ao falar. Esta área trabalha em estreita colaboração com outra área no lobo frontal do hemisfério esquerdo conhecida como área de Broca, que é necessária para falar. Embora essas áreas-chave de processamento de linguagem estejam situadas no hemisfério esquerdo (mas a área de Broca está no hemisfério direito para algumas pessoas, como explicado mais tarde), muitas partes do cérebro trabalham juntas para compreender e produzir a linguagem. A linguagem é discutida com mais profundidade posteriormente neste capítulo.

Lobo Frontal

Como o nome implica, os lobos frontais estão na frente do cérebro. Os lobos frontais constituem a maior parte do córtex. Suas funções centrais são processar informações relacionadas à memória, planejamento, tomada de decisão, definição de metas e criatividade. Os lobos frontais também contêm o córtex motor primário que regula os movimentos musculares.

Pode-se argumentar que os lobos frontais no cérebro nos distinguem mais claramente dos animais inferiores e até mesmo de nossos ancestrais de gerações passadas. Os lobos frontais evoluíram para assumir funções cada vez mais complexas. Eles nos permitem planejar e tomar decisões conscientes, resolver problemas e conversar com os outros. Além disso, esses lobos nos fornecem consciência de nossos processos mentais, uma forma de metacognição.

Correndo do topo do cérebro em direção às orelhas está uma faixa de células conhecida como córtex motor primário. Esta área é a área que controla os movimentos do corpo. Assim, se enquanto dança o “Hokey Pokey” você pensa “coloque o pé direito para dentro”, é o córtex motor que o direciona a colocar o pé direito para dentro. Cada parte do corpo é mapeada para um local específico no córtex motor, de modo que um sinal de uma certa parte do córtex leva ao movimento adequado a ser feito.

Em frente ao córtex motor está a área de Broca, que é o local que governa a produção da fala. Esta área está localizada no hemisfério esquerdo para cerca de 95% das pessoas; para os outros 5% (30% dos canhotos) esta área está no hemisfério direito (Wolfe, 2001). Não surpreendentemente, esta área está ligada à área de Wernicke no lobo temporal esquerdo com fibras nervosas. A fala é formada na área de Wernicke e, em seguida, transferida para a área de Broca para ser produzida (Wolfe, 2001).

A parte frontal do lobo frontal, ou córtex pré-frontal, é proporcionalmente maior em humanos do que em outros animais. É aqui que ocorrem as formas mais elevadas de atividade mental (Ackerman, 1992). O Capítulo 5 discute como as associações de processamento de informações cognitivas são feitas no cérebro. O córtex pré-frontal é a área chave para essas associações, porque a informação recebida dos sentidos está relacionada com a informação armazenada na memória. Em suma, a sede da aprendizagem parece estar no córtex pré-frontal. É também o regulador da consciência, permitindo-nos estar conscientes do que estamos a pensar, sentir e fazer. Como explicado mais tarde, o córtex pré-frontal parece estar envolvido na regulação das emoções.

A tabela 'Funções-chave das áreas do cérebro' resume as funções-chave de cada uma das principais áreas do cérebro (Byrnes, 2001; Jensen, 2005; Wolfe, 2001). Ao rever esta tabela, tenha em mente que nenhuma parte do cérebro trabalha independentemente. Em vez disso, a informação (sob a forma de impulsos neurais) é rapidamente transferida entre as áreas do cérebro. Embora muitas funções cerebrais estejam localizadas, diferentes partes do cérebro estão envolvidas até mesmo em tarefas simples. Portanto, faz pouco sentido rotular qualquer função cerebral como residindo apenas numa área, como foi demonstrado na vinheta de abertura por Emma.

Hoje sabemos muito mais sobre o funcionamento do cérebro do que nunca, mas o cérebro tem sido estudado por muitos anos. As funções dos hemisférios esquerdo e direito têm sido objeto de contínuo debate. Wolfe (2001) observou que por volta de 400 a.C., Hipócrates falava da dualidade do cérebro. Cowey (1998) relatou que, em 1870, pesquisadores estimularam eletricamente diferentes partes do cérebro de animais e soldados com lesões na cabeça. Eles descobriram que a estimulação de certas partes do cérebro causava movimentos em diferentes partes do corpo. A ideia de que o cérebro tem um hemisfério principal foi proposta já em 1874 (Binney & Janson, 1990).

Sabe-se há muitos anos que, em geral, o hemisfério esquerdo governa o campo visual direito e o lado do corpo, e o hemisfério direito regula o campo visual esquerdo e o lado do corpo. No entanto, os dois hemisférios são unidos por feixes de fibras, o maior dos quais é o corpo caloso. Gazzaniga, Bogen e Sperry (1962) demonstraram que a linguagem é controlada em grande parte pelo hemisfério esquerdo. Esses pesquisadores descobriram que, quando o corpo caloso era seccionado, pacientes que seguravam um objeto fora de vista em suas mãos esquerdas afirmavam que não estavam segurando nada. Aparentemente, sem o estímulo visual e porque a mão esquerda se comunica com o hemisfério direito, quando este hemisfério recebia a entrada, não conseguia produzir um nome (porque a linguagem está localizada no hemisfério esquerdo) e, com um corpo caloso seccionado, a informação não podia ser transferida para o hemisfério esquerdo.

A pesquisa sobre o cérebro também identificou outras funções localizadas. O pensamento analítico parece estar centralizado no hemisfério esquerdo, enquanto o processamento espacial, auditivo, emocional e artístico ocorre no hemisfério direito (mas o hemisfério direito aparentemente processa emoções negativas e o hemisfério esquerdo processa emoções positivas; Ornstein, 1997). A música é processada melhor no hemisfério direito; direcionalidade, no hemisfério direito; e reconhecimento facial, no hemisfério esquerdo.

O hemisfério direito também desempenha um papel crítico na interpretação de contextos (Wolfe, 2001). Por exemplo, suponha que alguém ouça uma notícia e diga: “Que ótimo!”. Isso pode significar que a pessoa acha a notícia maravilhosa ou horrível. O contexto determina o significado correto (por exemplo, se o orador está sendo sincero ou sarcástico). O contexto pode ser obtido da entonação, das expressões faciais e gestos das pessoas e do conhecimento de outros elementos da situação. Parece que o hemisfério direito é o local primário para montar informações contextuais para que uma interpretação adequada possa ser feita.

Como as funções estão localizadas em seções do cérebro, tem sido tentador postular que pessoas altamente verbais são dominadas por seu hemisfério esquerdo (cérebro esquerdo), enquanto aquelas que são mais artísticas e emocionais são controladas por seu hemisfério direito (cérebro direito). Mas esta é uma conclusão simplista e enganosa, como os educadores no cenário de abertura agora percebem. Embora os hemisférios tenham funções localizadas, eles também estão conectados e há muita passagem de informações (impulsos neurais) entre eles. Muito pouco processamento mental provavelmente ocorre apenas em um hemisfério (Ornstein, 1997). Além disso, podemos perguntar qual hemisfério governa indivíduos que são altamente verbais e emocionais (por exemplo, oradores apaixonados).

Os hemisférios trabalham em conjunto; a informação está disponível para ambos o tempo todo. A fala oferece um bom exemplo. Se você está tendo uma conversa com um amigo, é o seu hemisfério esquerdo que permite que você produza a fala, mas é o seu hemisfério direito que fornece o contexto e ajuda você a compreender o significado.

Há muito debate entre os neurocientistas cognitivos sobre a extensão da lateralização. Alguns argumentam que funções cognitivas específicas estão localizadas em regiões específicas do cérebro, enquanto outros acreditam que diferentes regiões têm a capacidade de desempenhar várias tarefas (Byrnes & Fox, 1998). Este debate espelha o da psicologia cognitiva entre a visão tradicional de que o conhecimento é codificado localmente e a visão de processamento distribuído paralelo (ver Capítulo 5) de que o conhecimento não é codificado em um local, mas sim em muitas redes de memória (Bowers, 2009).

Há evidências de pesquisa para apoiar ambas as posições. Diferentes partes do cérebro têm diferentes funções, mas as funções raramente, ou nunca, estão completamente localizadas em uma seção do cérebro. Isso é especialmente verdadeiro para operações mentais complexas, que dependem de várias operações mentais básicas cujas funções podem estar espalhadas por várias áreas. Como Byrnes e Fox (1998) afirmaram, “Quase qualquer tarefa requer a participação de ambos os hemisférios, mas os hemisférios parecem processar certos tipos de informação de forma mais eficiente do que outros” (p. 310). Educacionalmente falando, portanto, a prática de ensinar para diferentes lados do cérebro (cérebro direito, cérebro esquerdo) não é apoiada por pesquisa empírica.

Uma razão pela qual sabemos muito mais hoje sobre o funcionamento do SNC do que nunca é que houve uma convergência de interesse na pesquisa do cérebro entre pessoas de diferentes áreas. Historicamente, as investigações do cérebro eram conduzidas principalmente por pesquisadores nas áreas de medicina, ciências biológicas e psicologia. Ao longo dos anos, pessoas de outras áreas têm demonstrado maior interesse na pesquisa do cérebro, acreditando que os resultados da pesquisa teriam implicações para desenvolvimentos em suas áreas. Hoje encontramos educadores, sociólogos, assistentes sociais, conselheiros, funcionários do governo (especialmente aqueles no sistema judicial) e outros interessados na pesquisa do cérebro. O financiamento para a pesquisa do cérebro também aumentou, inclusive por agências que financiam principalmente pesquisas não relacionadas ao cérebro (por exemplo, educação).

Outra razão para o nosso conhecimento aumentado é que houve tremendos avanços na tecnologia para conduzir a pesquisa do cérebro. Muitos anos atrás, a única maneira de realizar a pesquisa do cérebro era conduzir uma autópsia. Embora examinar cérebros de pessoas que morreram tenha rendido informações úteis, este tipo de pesquisa não pode determinar como o cérebro funciona e processa informações. A última informação é necessária para desenvolver a compreensão sobre como o cérebro muda durante a aprendizagem e usa informações aprendidas para produzir ações e nova aprendizagem.

Técnicas que renderam informações úteis são discutidas abaixo e resumidas na Tabela. Estas são ordenadas aproximadamente do menos para o mais sofisticado.

Raios-X

Raios-X são ondas eletromagnéticas de alta frequência que podem passar através de objetos não metálicos onde são absorvidas pelas estruturas do corpo (Wolfe, 2001). Os raios não absorvidos atingem uma placa fotográfica. A interpretação é baseada em áreas claras e escuras (tons de cinza). Raios-X são bidimensionais e são mais úteis para estruturas sólidas, como determinar se você quebrou um osso. Eles não funcionam particularmente bem no cérebro porque é composto de tecido mole, embora os raios-X possam determinar danos ao crânio (uma estrutura óssea).

Tomografias Computadorizadas (TAC)

As tomografias computadorizadas (tomografia axial computadorizada) foram desenvolvidas no início dos anos 1970 para aumentar as gradações em tons de cinza produzidas por raios-X. As tomografias computadorizadas usam a tecnologia de raios-X, mas aprimoram as imagens de duas para três dimensões. As tomografias computadorizadas são usadas por médicos para investigar tumores e outras anormalidades, mas, como os raios-X, elas não fornecem informações detalhadas sobre o funcionamento do cérebro.

EEGs

O EEG (eletroencefalograma) é um método de imagem que mede padrões elétricos criados pelos movimentos dos neurônios (Wolfe, 2001). Eletrodos colocados no couro cabeludo detectam impulsos neurais passando pelo crânio. A tecnologia EEG amplia os sinais e os registra em um monitor ou gráfico de papel (ondas cerebrais). A frequência das ondas cerebrais (oscilações) aumenta durante a atividade mental e diminui durante o sono. Os EEGs provaram ser úteis para imagem de certos tipos de distúrbios cerebrais (por exemplo, epilepsia, linguagem), bem como para monitorar distúrbios do sono (Wolfe, 2001). Os EEGs fornecem informações temporais valiosas através de potenciais relacionados a eventos (ver a seção, Desenvolvimento da Linguagem), mas eles não podem detectar o tipo de informação espacial (ou seja, onde a atividade ocorre) que é necessária para investigar a aprendizagem em profundidade.

PET Scans

As tomografias por emissão de pósitrons (PET) permitem investigar a atividade cerebral enquanto um indivíduo realiza tarefas. A pessoa é injetada com uma pequena dose de glicose radioativa, que o sangue transporta para o cérebro. Enquanto no scanner PET o indivíduo realiza tarefas mentais. As áreas do cérebro que se envolvem usam mais da glicose e produzem raios gama, que são detectados pelo equipamento. Isso leva a imagens coloridas computadorizadas (mapas) sendo produzidas que mostram áreas de atividade.

Embora as tomografias PET representem um avanço na tecnologia de imagem cerebral, sua utilidade é limitada. Como o procedimento requer a ingestão de material radioativo, há um limite para quantas sessões se pode fazer e quantas imagens podem ser produzidas de uma vez. Além disso, produzir as imagens é um processo relativamente lento, de modo que a velocidade com que a atividade neural ocorre não pode ser totalmente capturada. Embora a tomografia PET dê uma boa ideia da atividade cerebral geral, ela não mostra as áreas específicas de atividade em detalhes suficientes (Wolfe, 2001).

MRIs e fMRIs

A ressonância magnética (MRI), e a mais nova ressonância magnética funcional (fMRI), são técnicas de imagem cerebral que abordam problemas com tomografias PET. Em uma MRI, um feixe de ondas de rádio é disparado no cérebro. O cérebro é principalmente água, que contém átomos de hidrogênio. As ondas de rádio fazem com que os átomos de hidrogênio produzam sinais de rádio, que são detectados por sensores e mapeados em uma imagem computadorizada. O nível de detalhe é superior ao de uma tomografia computadorizada, e as MRIs são comumente usadas para detectar tumores, lesões e outras anormalidades (Wolfe, 2001).

A fMRI funciona muito como a MRI, exceto que as pessoas são obrigadas a realizar tarefas mentais ou comportamentais. À medida que o fazem, as partes do cérebro responsáveis ativam os neurônios, o que faz com que mais sangue flua para essas regiões. O fluxo sanguíneo muda o campo magnético para que os sinais se tornem mais intensos. O scanner fMRI detecta essas mudanças e as mapeia em uma imagem computadorizada. Esta imagem pode ser comparada a uma imagem do cérebro em repouso para detectar mudanças. A fMRI pode capturar a atividade cerebral à medida que ocorre e onde ocorre porque a fMRI pode gravar quatro imagens por segundo e porque leva cerca de meio segundo para o cérebro reagir a um estímulo (Wolfe, 2001). Há, no entanto, alguma disparidade temporal porque as mudanças no fluxo sanguíneo podem levar vários segundos para ocorrer (Varma, McCandliss, & Schwartz, 2008).

Comparado com outros métodos, a fMRI tem muitas vantagens. Não requer a ingestão de uma substância radioativa. Funciona rapidamente e pode medir a atividade com precisão. Pode gravar uma imagem de um cérebro em poucos segundos, o que é muito mais rápido do que outros métodos. E a fMRI pode ser repetida sem problemas.

Uma questão com as tecnologias cerebrais é que elas devem ser usadas em contextos artificiais (por exemplo, laboratórios), o que impede que elas capturem a aprendizagem em salas de aula ativas. Esta questão pode ser parcialmente abordada, dando aos participantes tarefas de aprendizagem durante experimentos cerebrais ou sujeitando-os à tecnologia imediatamente após terem experimentado diferentes contextos de sala de aula (Varma et al., 2008). Além disso, o campo da pesquisa cerebral está mudando rapidamente e as tecnologias estão sendo desenvolvidas e refinadas. No futuro, podemos esperar ver técnicas de maior sofisticação que nos ajudarão a identificar ainda mais os processos cerebrais enquanto a aprendizagem ocorre. Agora vamos passar para a neurofisiologia da aprendizagem, que aborda como o cérebro funciona para processar, integrar e usar informações.