Roteiro de Estudos - Módulo 1 1 docx

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<p>1</p><p>MÓDULO 1.1: NEUROCIÊNCIA E APRENDIZAGEM</p><p>Prof. ª Ana Júlia de Oliveira Cerveira</p><p>Psicóloga e mestranda em Psicobiologia pela Universidade de São Paulo (USP)</p><p>Prof.ª Esp. Ana Julia Ribeiro</p><p>Psicóloga e especialista em Neurociências pela Universidade Estadual de Londrina (UEL)</p><p>Mestranda em Psicobiologia pela Universidade de São Paulo (USP)</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>A neurociência é um campo que busca entender como o sistema nervoso</p><p>funciona e influencia nosso comportamento, incluindo o processo de</p><p>aprendizagem. Este módulo explora a estrutura básica do sistema nervoso e sua</p><p>relação com os processos de aprendizagem, oferecendo um panorama simples</p><p>das estruturas neurais envolvidas.</p><p>OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM GERAL DO MÓDULO</p><p>● Identificar as principais estruturas do sistema nervoso, os componentes</p><p>dos neurônios e o papel das sinapses na transmissão de informações</p><p>entre neurônios.</p><p>● Compreender o papel das redes neurais na aprendizagem, incluindo</p><p>como o reforço e a prática repetida promovem a formação de novas</p><p>conexões e a consolidação de informações.</p><p>1. ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO BÁSICO DO SISTEMA NERVOSO</p><p>1.1 Sistema nervoso</p><p>O sistema nervoso é responsável por permitir que os organismos vivos</p><p>percebam e respondam aos estímulos do ambiente. Nas neurociências,</p><p>compreende-se que o cérebro humano e outros sistemas biológicos complexos,</p><p>2</p><p>como o dos mamíferos, funcionam como um sofisticado aparato biológico. Esse</p><p>aparato é formado por duas partes principais: o sistema nervoso central</p><p>(encéfalo e medula espinhal) e o sistema nervoso periférico (nervos cranianos</p><p>e espinhais) (Figura 1).</p><p>O sistema nervoso periférico é responsável por captar estímulos do</p><p>ambiente por meio de receptores sensoriais e transmitir essas informações ao</p><p>sistema nervoso central. No sistema nervoso central, esses estímulos são</p><p>processados, interpretados e modulados de diversas maneiras. Em resposta, o</p><p>sistema nervoso central envia novos sinais ao sistema nervoso periférico,</p><p>desencadeando respostas comportamentais que podem ser abertas, como</p><p>movimentos motores (ex.: caminhar, falar), ou encobertas, como pensar e</p><p>imaginar. Esse ciclo de captação e resposta aos estímulos ambientais é</p><p>fundamental para o funcionamento diário de todos os seres vivos.</p><p>Figura 1. A imagem ilustra o corpo</p><p>humano, enfatizando os componentes do</p><p>sistema nervoso central (encéfalo e medula</p><p>espinhal) e do sistema nervoso periférico</p><p>(nervos cranianos e nervos espinhais).</p><p>(Fonte: Purves et al., 2018).</p><p>3</p><p>1.2 Neurônios: As Unidades Fundamentais do Cérebro</p><p>O sistema nervoso é composto por células altamente especializadas que</p><p>se comunicam através de interações químicas e elétricas. Dentre as células que</p><p>formam o sistema nervoso, há dois tipos principais: as células gliais e os</p><p>neurônios. As células gliais desempenham funções de suporte, enquanto os</p><p>neurônios são responsáveis por captar os estímulos do ambiente e organizar as</p><p>respostas comportamentais dos indivíduos.</p><p>Os neurônios têm uma estrutura característica, composta por um corpo</p><p>celular (ou soma), que contém o núcleo com o DNA, e duas extensões</p><p>chamadas neuritos: os dendritos e o axônio. Os dendritos atuam como</p><p>"antenas", recebendo sinais de outros neurônios através das sinapses. O axônio,</p><p>por outro lado, é responsável por conduzir impulsos nervosos que partem do</p><p>corpo celular para outras células. A comunicação entre os neurônios ocorre nas</p><p>terminações axonais, onde se estabelecem as sinapses, o que possibilita a</p><p>propagação dos sinais ao longo do sistema nervoso (Figura 2).</p><p>Figura 2. A imagem ilustra a estrutura de um</p><p>neurônio típico, destacando o corpo celular, que</p><p>atua como o centro de controle da célula e de</p><p>onde se ramificam os dendritos, responsáveis</p><p>por receber sinais de outros neurônios. O</p><p>axônio, uma extensão mais longa, conduz os</p><p>impulsos elétricos para outros neurônios ou</p><p>células-alvo, culminando nas terminações</p><p>axonais, onde ocorre a transmissão sináptica.</p><p>(Fonte: Kandel et al., 2014).</p><p>1.3 Como os neurônios se comunicam?</p><p>A comunicação entre os neurônios ocorre por meio de sinapses, que</p><p>podem ser de dois tipos: sinapses elétricas e sinapses químicas. A maior parte</p><p>da comunicação no sistema nervoso humano é feita através de sinapses</p><p>4</p><p>químicas. Nelas, os sinais são transmitidos de um neurônio para outro por meio</p><p>de substâncias químicas chamadas neurotransmissores.</p><p>No processo de sinapse química, os neurotransmissores são liberados</p><p>pelas vesículas sinápticas do neurônio pré-sináptico para um espaço entre os</p><p>neurônios, chamado de fenda sináptica. Em seguida, os neurotransmissores</p><p>ligam-se a receptores no neurônio pós-sináptico, o que provoca mudanças no</p><p>potencial elétrico da membrana desse neurônio.</p><p>Essas alterações podem gerar potenciais pós-sinápticos excitatórios</p><p>(aumentam o potencial elétrico) ou inibitórios (diminuem o potencial elétrico).</p><p>Se a soma dessas alterações superar um certo limiar, um novo impulso elétrico,</p><p>chamado de potencial de ação, é gerado no neurônio pós-sináptico, permitindo</p><p>a continuidade da transmissão da informação.</p><p>Figura 3. A ilustração</p><p>exemplifica uma sinapse</p><p>química. A sinapse ocorre</p><p>na fenda sináptica, onde</p><p>os neurotransmissores são</p><p>liberados pelas vesículas</p><p>do neurônio pré-sináptico</p><p>e se ligam aos receptores</p><p>localizados no dendrito</p><p>pós-sináptico (Fonte: Bear</p><p>et al., 2017).</p><p>A eficiência dessas sinapses são fundamentais para processos como</p><p>aprendizagem e memória, permitindo que o cérebro se adapte e mude em</p><p>resposta a novas informações e experiências. Essa comunicação constante entre</p><p>5</p><p>os neurônios é fundamental para todas as funções cognitivas e motoras, e sua</p><p>compreensão é essencial para professores que buscam entender como o</p><p>cérebro de seus alunos processa informações e aprende novas habilidades.</p><p>2. APRENDIZAGEM EM FOCO: CONEXÕES ENTRE OS NEURÔNIOS E SUA</p><p>RELAÇÃO COM A APRENDIZAGEM</p><p>Segundo Lent (2010), a aprendizagem é o processo pelo qual adquirimos</p><p>novas informações, permitindo que nosso comportamento e pensamento seja</p><p>orientado com base no conhecimento assimilado. A memória, por sua vez,</p><p>refere-se ao armazenamento seletivo dessas informações em nosso cérebro,</p><p>possibilitando o acesso posterior, seja de maneira consciente ou inconsciente, às</p><p>experiências e ao conhecimento adquiridos. A aprendizagem, portanto, é o</p><p>primeiro passo, desencadeando comportamentos que permitem o</p><p>processamento dessas informações nos níveis neurobiológicos e</p><p>neuropsicológicos da memória, que trabalham em conjunto para nos ajudar a</p><p>adquirir, reter e aplicar conhecimento ao longo da vida.</p><p>Neste tópico, discutiremos de maneira acessível como a formação e o</p><p>fortalecimento de conexões entre neurônios estão diretamente relacionados à</p><p>aprendizagem. A relação entre aprendizagem e memória será abordada de</p><p>forma mais ampla no Módulo 3. Nesta seção, focaremos em como certas</p><p>estruturas cerebrais são responsáveis por estabelecer memórias associadas ao</p><p>aprendizado.</p><p>No campo das neurociências, os pesquisadores se dedicam a investigar</p><p>quais mudanças biológicas ocorrem em nosso sistema nervoso e como essas</p><p>mudanças se relacionam com o comportamento humano. Diversas descobertas</p><p>da neurociência mostram que os neurônios respondem de forma seletiva a</p><p>estímulos específicos. Por exemplo, alguns neurônios no córtex visual são</p><p>ativados quando observamos linhas retas, enquanto outros são ativados ao</p><p>percebermos linhas horizontais. Isso demonstra que diferentes grupos de</p><p>neurônios são especializados em processar distintos aspectos das informações</p><p>6</p><p>sensoriais, contribuindo para uma percepção detalhada e precisa do ambiente.</p><p>A ativação simultânea de neurônios que respondem a diferentes características</p><p>dos estímulos visuais permite a percepção de formas visuais complexas.</p><p>2.1 Neurônios respondem a conceitos</p><p>Nesta seção, serão explorados os mecanismos neurofisiológicos</p><p>envolvidos no aprendizado de conceitos. Ao longo deste capítulo, você já foi</p><p>apresentado a diversos novos conceitos, como o conceito de neurônio e o</p><p>conceito de sinapses.</p><p>Pesquisas em neurociência têm avançado significativamente na</p><p>compreensão de como o cérebro processa e armazena informações, utilizando</p><p>tecnologias altamente sofisticadas para analisar a atividade neural. Um exemplo</p><p>interessante é o estudo conduzido por Rodrigo Quian Quiroga e seus colegas,</p><p>que investigou como o cérebro humano reconhece imagens e identifica</p><p>conceitos em diferentes contextos. Nesse estudo, eles conseguiram identificar</p><p>um único neurônio em um paciente que era ativado seletivamente por diversas</p><p>fotos da atriz Jennifer Aniston, fenômeno popularmente conhecido como</p><p>"neurônio Jennifer Aniston" (Quiroga et al., 2005) (assista aos vídeos em que o</p><p>autor fala sobre o experimento na seção de materiais complementares).</p><p>No experimento, os pacientes com epilepsia, que estavam</p><p>temporariamente com dispositivos implantados para monitoramento cerebral</p><p>como parte do tratamento, foram expostos a uma série de imagens, incluindo</p><p>celebridades, animais e objetos. Em um dos pacientes, várias imagens de</p><p>Jennifer Aniston ativaram o mesmo neurônio no lobo temporal medial, região</p><p>do cérebro associada à memória e ao reconhecimento. Os pesquisadores então</p><p>testaram se o neurônio respondia às características visuais das fotos ou à</p><p>identidade da atriz, exibindo fotos de Aniston em diferentes ângulos e</p><p>contextos. O neurônio continuava respondendo a todas as variações, indicando</p><p>que ele processava o conceito da atriz, e não apenas características visuais como</p><p>cabelos loiros ou rosto feminino. Os pesquisadores também mostraram outras</p><p>fotos de mulheres, incluindo de outras atrizes com características físicas</p><p>7</p><p>semelhantes (branca, magra, cabelos louros), mas o neurônio não respondeu a</p><p>essas imagens. Assim, concluíram que o neurônio de fato estava respondendo à</p><p>identidade da atriz.</p><p>Figura 4. A atividade de disparo de um único neurônio quando um paciente foi exposto a</p><p>diversas imagens de celebridades. As respostas de disparo foram estatisticamente significativas</p><p>apenas para as imagens de Jennifer Aniston, e não para as demais imagens. Ao todo, foram</p><p>mostradas 87 fotos. (Fonte: adaptada de Quiroga et al., 2005).</p><p>Os mesmos pesquisadores conduziram variações do experimento, dessa</p><p>vez utilizando não apenas imagens, mas estímulos auditivos e palavras escritas</p><p>com o nome das personalidades famosas. Em uma dessas variações, os</p><p>pesquisadores identificaram um neurônio que respondia seletivamente ao</p><p>personagem de Star Wars “Luke Skywalker”, seja por imagens do ator que</p><p>interpretou o personagem, pelo nome escrito ou por uma gravação de voz</p><p>dizendo o nome do personagem (Quiroga, 2012). Este experimento foi um</p><p>marco na descoberta de que informações sensoriais complexas podem ser</p><p>interpretadas por neurônios como parte de um conceito.</p><p>8</p><p>Figura 5. A atividade de disparo de um único neurônio quando um paciente foi exposto a</p><p>imagens do ator que interpretou o personagem Luke Skywalker, além do nome do personagem</p><p>por escrito e de diferentes áudios do nome do personagem. (Fonte: adaptada de Quiroga, 2012).</p><p>Apesar desses exemplos curiosos, não podemos concluir que existe um</p><p>neurônio para cada conceito que aprendemos ao longo da vida. Seria inviável,</p><p>dado o vasto número de conceitos que podemos adquirir e o número limitado</p><p>de neurônios no cérebro. Em vez disso, descobriu-se que vários neurônios</p><p>podem responder ao mesmo conceito e que um único neurônio pode</p><p>responder a diferentes conceitos relacionados. Por exemplo, o neurônio que</p><p>respondia a Luke Skywalker também respondia a outros personagens da série,</p><p>como Yoda e Darth Vader (Quiroga, 2012).</p><p>Essa descoberta levou à formulação do conceito de "representação</p><p>esparsa de conceitos", que sugere que pequenos grupos de neurônios, e não</p><p>apenas um, são responsáveis por representar um conceito específico. Esse</p><p>grupo de neurônios pode ser ativado por um conceito, como "Luke Skywalker", e</p><p>ao mesmo tempo compartilhar a codificação de conceitos relacionados, como</p><p>"Yoda" ou "Darth Vader". Essa sobreposição pode ser a chave para a nossa</p><p>capacidade de fazer associações entre diferentes ideias e eventos.</p><p>9</p><p>Figura 6. Esquema hipotético demonstrando a representação esparsa de conceitos por meio de</p><p>pequenos grupos de neurônios, mostrando como esses mesmos neurônios podem ser ativados</p><p>para representar diferentes conceitos interligados, exemplificados pelos personagens de Star</p><p>Wars. A explicação detalhada deste esquema é apresentada a seguir no texto. (Fonte: Quiroga,</p><p>2012).</p><p>Para testar essa teoria, Quiroga (2020) conduziu um experimento no qual</p><p>associou dois conceitos diferentes, mostrando imagens de Jennifer Aniston</p><p>junto com a Torre Eiffel. Após várias apresentações dessa combinação, um</p><p>neurônio que inicialmente respondia apenas a Jennifer Aniston passou a</p><p>responder também à Torre Eiffel, demonstrando que uma associação foi</p><p>aprendida. Isso sugere que o cérebro é capaz de criar conexões entre diferentes</p><p>conceitos, facilitando o aprendizado de associações.</p><p>10</p><p>Figura 7. A figura acima ilustra o experimento citado acima. Inicialmente, o neurônio que</p><p>respondia a imagens isoladas de Jennifer Aniston não respondia a imagens isoladas da Torre</p><p>Eiffel. Durante o experimento, os estímulos de Jennifer Aniston e da Torre Eiffel foram mostrados</p><p>juntos. Após essa associação, o neurônio que respondia a imagens isoladas de Jennifer Aniston</p><p>também passou a responder a imagens isoladas da Torre Eiffel, como um “traço remanescente”</p><p>da associação que foi aprendida. (Fonte: adaptada de Quiroga, 2020).</p><p>Com essas descobertas curiosas, os neurocientistas se tornaram ainda</p><p>mais interessados em entender como os neurônios registram as associações</p><p>que aprendemos entre diferentes conceitos, e quais critérios determinam se</p><p>essa informação será esquecida ou consolidada de forma duradoura (ou seja,</p><p>memorizada).</p><p>2.2 A consolidação da aprendizagem de conceitos</p><p>As neurociências têm descoberto algumas evidências acerca dos</p><p>mecanismos neurais envolvidos na formação de memórias duradouras sobre</p><p>conceitos aprendidos. De modo simplificado, sabe-se que a memorização de</p><p>informações depende principalmente de duas estruturas cerebrais: o</p><p>hipocampo e o neocórtex (McClelland et al., 1995).</p><p>O hipocampo é uma estrutura localizada no lobo temporal (Figuras 8a e</p><p>8b), composta por neurônios que são especialmente ativados quando entramos</p><p>em contato com novos estímulos (experiências, informações), enquanto o</p><p>11</p><p>neocórtex envolve toda a camada mais externa do encéfalo, composto por</p><p>áreas em que os neurônios reagem a tipos diferentes de estímulos. Essas áreas</p><p>foram delimitadas por Brodmann no século XX e foram refinadas desde então</p><p>(Figura 9).</p><p>Figura 8. (a) As visões lateral e medial mostram a localização do neocórtex e do hipocampo no</p><p>lobo temporal. (b) O encéfalo é seccionado coronalmente para mostrar o hipocampo e o</p><p>neocórtex no lobo temporal medial (Fonte: adaptada de Bear, 2017).</p><p>12</p><p>Figura 9. Representação das Áreas de Brodmann no neocórtex, divididas por áreas motoras,</p><p>sensoriais e associativas (Fonte: adaptada de Bear, 2017).</p><p>As neurociências mostram que o que permite que um conceito seja</p><p>lembrado por uma duração prolongada é a capacidade de plasticidade</p><p>sináptica, processo no qual sinapses já existentes se fortalecem ou</p><p>enfraquecem com base na atividade neural. As atuais teorias sugerem que,</p><p>durante o aprendizado de um novo conceito, determinados neurônios do</p><p>hipocampo e do neocórtex são ativados. Vamos supor que uma pessoa não</p><p>conhece a atriz Jennifer Aniston, e que após ser exposta a vários estímulos</p><p>relacionados à atriz, alguns neurônios no hipocampo e no neocórtex começam</p><p>a responder (inicialmente, de maneira “fraca”) às imagens e ao nome da atriz.</p><p>Para que essa informação seja relembrada posteriormente, os neurônios do</p><p>hipocampo são ativados e conseguem se comunicar com os neurônios que</p><p>também responderam no neocórtex. Alguns teóricos descrevem a função do</p><p>13</p><p>hipocampo como um “registrador temporário" que registra "os índices" de quais</p><p>neurônios</p><p>neocorticais precisam ser ativados para relembrar de um conceito</p><p>recém-aprendido (Oakley et al., 2021). É como se o hipocampo fizesse um “link”</p><p>entre a percepção sensorial e a memória. A dependência do hipocampo</p><p>continua por um período de tempo, em que se considera que o aprendizado</p><p>ainda não foi “consolidado” de maneira duradoura, e em que as conexões</p><p>neurais relacionadas ao conceito aprendido não estão fortalecidas. Durante esse</p><p>período de tempo, pode ser que a pessoa não seja mais exposta a estímulos</p><p>relacionados à Jennifer Aniston, e após alguns meses, tenha esquecido o que</p><p>aprendeu brevemente sobre quem é a atriz. No entanto, a exposição repetida a</p><p>estímulos como a face e o nome da atriz seria capaz de fortalecer as sinapses do</p><p>“neurônio Jennifer Aniston” (por meio da plasticidade sináptica), fazendo com</p><p>que essa informação seja fortalecida de um ponto de vista fisiológico.</p><p>Eventualmente, quando um conceito é aprendido de maneira estável e</p><p>duradoura, verifica-se que a ativação neuronal dos neurônios correspondentes</p><p>no neocórtex se torna independente do hipocampo (Runyan et al., 2019; Oakley</p><p>et al., 2021), e nesse caso, a pessoa poderá reconhecer Jennifer Aniston mesmo</p><p>depois de anos sem ver nada relacionado à atriz. A imagem abaixo busca</p><p>ilustrar esse processo de modo simples.</p><p>14</p><p>Figura 11. A imagem acima ilustra de maneira didática o processo de consolidação de conexões</p><p>neurais de informações recém-aprendidas, e enfatiza o papel do hipocampo e do neocórtex</p><p>neste processo (Fonte: adaptada de Oakley et al., 2021).</p><p>RESUMO</p><p>● O sistema nervoso é dividido entre central (encéfalo e medula espinhal) e</p><p>periférico (nervos cranianos e espinhais), sendo responsável pela captação</p><p>de estímulos ambientais e pela organização de respostas</p><p>comportamentais.</p><p>● Os neurônios, compostos pelo soma, dendritos e axônios, são as células</p><p>fundamentais do sistema nervoso que se comunicam através de sinapses,</p><p>principalmente as químicas, onde neurotransmissores permitem a</p><p>transmissão de sinais entre neurônios.</p><p>● A aprendizagem depende da formação e do fortalecimento das conexões</p><p>entre neurônios, facilitada pela prática repetida e reforço.</p><p>15</p><p>● Pesquisas mostram que o cérebro usa pequenos grupos de neurônios</p><p>para representar conceitos e que a consolidação de memórias ocorre</p><p>através da interação entre o hipocampo e o neocórtex. Esse processo é</p><p>mediado pela plasticidade sináptica, que fortalece as conexões ao longo</p><p>do tempo, permitindo a memorização duradoura</p><p>MATERIAL COMPLEMENTAR</p><p>● Vídeo “Sistema nervoso: Potencial de ação”:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=s8_nSoO4CJA</p><p>● Vídeo “Neurônios e neurotransmissores”: https://youtu.be/uquFV6BJ_Y0</p><p>● Vídeo “Seu neurônio quando aprende algo novo”:</p><p>https://www.youtube.com/shorts/Bl2U7uslQDg</p><p>● Vídeo “La Neurona de Jennifer Aniston (SPANISH)”:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=24_WcAaKswM</p><p>● Vídeo “The Jennifer Aniston Neuron & Forming Memories”:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=635Ntur8K2s</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2017). Neurociências: Desvendando o</p><p>Sistema Nervoso (4th ed.). Artmed.</p><p>Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., Siegelbaum, S. A., & Hudspeth, A. J. (2014).</p><p>Princípios de neurociência (5ª ed.). AMGH.</p><p>Oakley, B., & Sejnowski, T. J. (2021). Uncommon sense teaching: Practical insights in</p><p>brain science to help students learn. Penguin.</p><p>Purves, D., et al. (2018) Neuroscience. 6th Edition, Sinauer Associates, New York.</p><p>Quiroga, R. Q., Reddy, L., Kreiman, G., Koch, C., & Fried, I. (2005). Invariant visual</p><p>representation by single neurons in the human brain. Nature, 435(7045),</p><p>1102-1107. https://www.nature.com/articles/nature03687</p><p>Quiroga, R. Q. (2012). Concept cells: the building blocks of declarative memory functions.</p><p>Nature Reviews Neuroscience, 13(8), 587-597.</p><p>https://www.nature.com/articles/nrn3251</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=s8_nSoO4CJA</p><p>https://youtu.be/uquFV6BJ_Y0</p><p>https://www.youtube.com/shorts/Bl2U7uslQDg</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=24_WcAaKswM</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=635Ntur8K2s</p><p>https://www.nature.com/articles/nature03687</p><p>https://www.nature.com/articles/nrn3251</p><p>16</p><p>Quiroga, R. Q. (2020). Searching for the neural correlates of human intelligence. Current</p><p>Biology, 30(8), R335-R338.</p><p>https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)30338-9</p><p>Runyan, J. D., Moore, A. N., & Dash, P. K. (2019). Coordinating what we’ve learned about</p><p>memory consolidation: Revisiting a unified theory. Neuroscience &</p><p>Biobehavioral Reviews, 100, 77-84. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2019.02.010</p><p>Wamsley, E. J. (2019). Memory consolidation during waking rest. Trends in cognitive</p><p>sciences, 23(3), 171-173. https://doi.org/10.1016/j.tics.2018.12.007</p><p>https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)30338-9</p><p>https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2019.02.010</p><p>https://doi.org/10.1016/j.tics.2018.12.007</p>