Facilitando o ensino de Neurociências na sala de aula por meio de modelos

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FACILITANDO O ENSINO DE NEUROCIÊNCIAS NA SALA DE AULA POR MEIO DE 
MODELOS 
Lourival Pascucci CAMPAGNA 
Danielle Fernandes da SILVA 
Felipe Augusto K. de OLIVEIRA 
Renato Eugenio da Silva DINIZ 
 Silvia Mitiko NISHIDA1 
 
Resumo: Á medida que as pesquisas neurocientíficas avançam o seu conteúdo vai se 
popularizando em nosso dia-a-dia através dos meios de comunicação. Visando 
facilitar o processo de ensino-aprendizagem sobre os conteúdos que tratam do 
Sistema Nervoso, os objetivos do presente trabalho foram os de produzir três 
conjuntos de materiais didáticos: uma coleção de encéfalos de vertebrados e dois 
modelos que exemplificam, respectivamente, a ação dos neurotransmissores e a 
fisiologia da audição. Ao mesmo tempo, foram produzidos Textos de Apoio e 
sugestões de uso em sala de aula. 
Palavras-chave: Material didático; Neurociências; Biologia. 
INTRODUÇÃO 
Em 1990 houve uma grande mobilização de recursos financeiros a grupos 
americanos de pesquisa com a finalidade impulsionar a aquisição de conhecimento significativo 
na área das Neurociências. Vivemos um período batizado de “Século do Cérebro” período 
onde se crê, haverá conquistas revolucionárias na área. A longevidade da população humana 
mundial está aumentado a cada década e junto, a freqüência de doenças neurodegenetativas 
como as de Parkinson, Alzheimer, esclerose múltipla, acidentes vasculares cerebrais, etc. cujos 
custos hospitalares são extremamente elevados. Além disso, o nosso estilo de vida moderno 
proporciona um grande número de acidentes traumáticos do sistema nervoso central e 
periférico com os veículos de transporte cuja frota aumenta cada vez mais e tem como 
conseqüência, tratamentos onerosos durante a recuperação fisioterápica. Com a aquisição de 
várias ferramentas de procedimentos diagnósticos não-invasivos como a tomografia 
computadorizada e a ressonância magnética que possibilitam o estudo do cérebro em pessoas 
acordadas, os avanços do conhecimento neurocientifico estão começando a fazer parte do 
nosso dia-a-dia nos grandes meios de comunicação. Além disso, os problemas relacionados 
com o abuso de drogas de efeito psicotrópico, especialmente nos adolescentes, é um tema de 
preocupação relevante e um grande problema social. Como o Ensino Médio está tratando 
desses assuntos na sala de aula? 
A disciplina de Biologia no Ensino Médio tem como um dos objetivos o enfoque 
sobre a forma de organização e do funcionamento dos sistemas de órgãos do corpo (Brasil, 
1998). Vários conteúdos, no entanto, constituem verdadeiros desafios na hora de se ensinar, 
pois apresentam altos níveis de complexidade, seja porque muitas estruturas do corpo não são 
 
1
 Departamento de Fisiologia – UNESP/ Instituto de Biociências/Botucatu. Correspondência: nishida@ibb.unesp.br. 
 
 
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diretamente visíveis e nem palpáveis para a exploração. Assim, quando tratamos de assuntos 
sobre as estruturas cerebrais, as macromoléculas biológicas ou outros órgãos internos do 
corpo, o processo de ensino-aprendizagem exige a imaginação conceitual de objetos e de 
eventos. Na Proposta Curricular para o Ensino de Biologia do Estado de São Paulo (São 
Paulo,1992) o conteúdo sobre o Sistema Nervoso é sugerido na Unidade V e vários livros 
didáticos o abordam, seja comparativamente ou especificamente ao tratar da fisiologia dos 
sistemas de órgãos do corpo humano (AMABIS & MARTHO,1997; MARCONDES & 
LAMMOGLIA,1983; PAULINO, 2000; FROTA-PESSOA, 2000; LINHARES & 
GEWANDSZNAJDER, 1999; LOPES, 1999). O ensino de Neurobiologia nos cursos de nível 
superior como Ciências Biológicas é motivo de “fobia” em função da grande quantidade de 
estruturas anatômicas, a necessidade de uma formação integrada aos conteúdos de outras 
disciplinas (Física, Bioquímica e Morfologia) quando são estudados os mecanismos de geração 
e propagação dos impulsos nervosos, transdução sensorial e processamentos neurais. Como 
conseqüência, em muitos casos, aqueles que vão ensinar nos cursos de Biologia do Ensino 
Médio acabam não despertando o devido interesse nos alunos seja pela própria insegurança 
ou pela falta de material didático disponível. 
Entre as diretrizes dos Parâmetros Curriculares Nacionais para o ensino médio 
(Brasil, 1988, 2002) está a busca por uma prática de ensino contextualizada que valorize os 
conhecimentos previamente vivenciados, somando a estes conteúdos novos e integrando 
ambos de maneira crítica e reflexiva, uma vez que “...aflorar o conhecimento do aluno não seria 
apenas uma forma de despertar seu interesse pelo assunto, mas mobilizá-lo para a mudança” 
(BIZZO & KAWASAKI, 1999). Além disso, almeja-se a partir da sala de aula o estímulo à 
consciência crítica e reflexiva do contexto sócio-cultural e histórico do aluno, fazendo que ele 
sinta-se agente da construção do seu próprio conhecimento e tornando o aprendizado útil à 
vida e ao trabalho. Além disso, ao dominar os conhecimentos biológicos possibilita ao aluno 
compreender os debates contemporâneos da sociedade e deles, participar (KRASILCHIK & 
TRIVELATO, 1998). 
Mas como colocar claramente a importância sobre o aprofundamento do 
conhecimento até os níveis microscópicos e complexos, facilitando a compreensão de eventos 
ou conceitos muito abstratos dentro da Biologia, como alguns conteúdos das Neurociências? 
 
 
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OBJETIVOS 
Em face do exposto, os objetivos do presente trabalho foram os de facilitar o 
ensino de Neurociências produzindo: 
1) Uma coleção de encéfalos com os respectivos crânios de espécies 
representativas da classe dos vertebrados com a finalidade de ilustrar a 
tendência evolutiva no grupo em relação ao aumento do cérebro. 
2) Uma coleção de canais iônicos com referência às sinapses nervosas 
químicas para ilustrar o funcionamento normal e o mecanismo de ação de 
algumas drogas de ação psicotrópica. 
3) Um modelo do sistema de alavancas ósseas do ouvido para ilustrar 
como funciona o mecanismo de condução do som no sistema auditivo. 
A) COLEÇÃO DE ENCÉFALOS DE VERTEBRADOS 
Uma forma de visualizar a tendência evolutiva do sistema nervoso dentro do grupo de 
vertebrados seria a de comparar os encéfalos de diferentes espécimes representativas das 
classes. 
Material e Métodos 
A metodologia de preparação é pratica rotineira do Departamento de Anatomia 
do Instituto de Biociências do Campus da Unesp de Botucatu e foi executada sob orientação da 
Prof. Dra. Selma Maria Michelin Matheus. Foram utilizados cadáveres frescos de animais 
provenientes de outros experimentos, ou então cadáveres já fixados (cães e gambás) do 
acervo do Departamento de Anatomia. No caso de animais da fauna silvestre (como serpentes, 
por exemplo), o material foi obtido de instituições possuidoras da devida autorização do IBAMA 
para a criação em cativeiro ou a captura dos mesmos. Quando foi necessária a obtenção de 
material a partir de animais de laboratório (ratos, codornas, rãs, peixes), procedeu-se o 
sacrifício por anestesia, conforme protocolo autorizado pelo CEEA (Conselho de Ética na 
Experimentação Animal do IBB protocolo � 26/05). 
 
 
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Descrição sucinta dos procedimentos (veja detalhes em Silva, 2005) 
Perfusão: nesse processo, o sangue do cadáver fresco é substituído por soro 
fisiológico e, posteriormente, por uma solução de formol a 10%, preparando-o para uma rigidez 
generalizada e possibilitar a próxima etapa. 
Dissecção: usando-se material cirúrgico adequado para cada tamanho de 
animal, o encéfalo foi exposto e retirado com muito cuidado procurando preservar os nervos 
cranianos. 
Conservação: uma vez dissecado, o encéfalo foi congelado por 12 horas, e em 
seguida, retirado e deixado em local arejado por igual período. Repetia-se a operação até que 
apresentasse aspecto de uma massa firme e dura. Em seguida recebia o acabamentofinal, a 
impermeabilização com uma camada de verniz. 
Para cada encéfalo preparou-se o respectivo crânio um outro cadáver da 
espécie de tamanho correspondente. Cada crânio foi dissecado cuidadosamente, evitando-se 
quebrar a mandíbula ou ferir a calota do crânio com o bisturi ou a tesoura. O crânio foi 
desconectado ao nível do forame magno, junto à articulação com o atlas (1º vértebra cervical) e 
a massa encefálica foi totalmente removida assim como as meninges. Em seguida, o crânio foi 
mergulhado em um recipiente com uma solução de água oxigenada e deixado de molho por 
tempo suficiente para se obter o seu clareamento. Depois de totalmente seco, cada peça 
recebeu uma camada de verniz para ser impermeabilizado. 
Acabamento e armazenamento: O encéfalo e o seu respectivo crânio foram 
guardados dentro de uma caixa de acrílico transparente com tampa removível. Cada caixa foi 
especialmente construído sob medida. Para o assoalho da caixa foi desenvolvida uma placa de 
resina onde as duas peças ficavam em repouso. Elaboramos uma etiqueta de identificação 
taxonômica, (filo, subfilo, classe, ordem, família, gênero e espécie), nome popular e a foto do 
exemplar. Finalmente visando uma conservação a longo prazo, cada caixa foi suprida com 
naftalina para evitar o ataque de traças. 
 
 
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Resultados e Discussão 
A Figura 1 exemplifica como cada exemplar era identificada e a Figura 2 mostra a 
coleção pronta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 – Etiqueta de identificação para o encéfalo do rato e a vista superior do encéfalo já preparado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A grande vantagem da técnica utilizada é o fato de o produto ficar conservado 
sem o formol e proporcionar facilidade no transporte da coleção de um lugar para outro. A 
coleção encontra-se disponível para empréstimo e já vem sendo utilizada nas aulas e Anatomia 
Comparada e de Fisiologia Comparada dos Cursos de Ciências Biológicas do próprio Instituto. 
À medida que outros exemplares de vertebrados nos ficam disponíveis temos a intenção de 
aumentar a coleção, enriquecendo-a em diversidade. Alem de estar a disposição para 
empréstimo a coleção é divulgada para as escolas públicas em eventos anuais de extensão 
universitária como “Venha Conhecer o IB”. 
 
 
 
Subfilo: Vertebrata 
Classe: Mammalia 
Ordem: Rodentia 
Espécie: Rattus norvegicus 
Nome popular: Rato branco 
 
 
 
Figura 2 Visão geral da coleção de encéfalos de vertebrados. Da esquerda para a direita são 
mostrados exemplares de cão, serpente, rã, gambá, codorna e rato. 
 
 
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B) COLEÇÃO DE CANAIS IÔNICOS 
A produção de modelos baseia-se no pressuposto de que eles possibilitam a 
transcendência das limitações sensoriais humanas e concretizando os conceitos abstratos. 
Transformam-se então em excelentes ferramentas para instrumentalização do estudante, 
facilitando sua compreensão dos conceitos desejados. O próprio PCNEM (1999) enfatiza a 
importância da construção de modelos representativos e explicativos, essenciais para a 
compreensão de leis naturais, mecanismos e de sínteses teóricas. O uso do modelo, no 
entanto, deve preceder de uma sólida explicação teórica de modo que o aluno perceba que o 
modelo não é o evento em si, mas apenas uma representação didática, apenas como agente 
facilitador da aquisição do conceito. 
Outro aspecto que motivou a produção de modelos sobre o funcionamento dos 
mecanismos de neurotransmissão foi a Proposta Curricular de Biologia - Estado de São 
Paulo para o ensino médio onde é enfatizada a importância de se trabalhar o conteúdo sobre “ 
A saúde e o consumo de drogas”. São colocados como conteúdos principais: a diferença de 
visão em relação ao uso de drogas em diferentes culturas, os problemas decorrentes do uso 
indevido de medicamentos, o conceito de dependência (e seus) tipos e os motivos que levam 
ao consumo de drogas. Traz ainda uma preocupação com a não utilização do maniqueísmo em 
relação ao tratamento do tema, “pois há efeitos nocivos e benéficos na área da farmacologia.” 
(SÃO PAULO, 1992). 
Material e Métodos 
Com a finalidade de se construir modelos tridimensionais, baseados nos 
modelos cientificamente propostos, optou-se por materiais flexíveis durante a modelagem e, ao 
mesmo tempo, resistente à manipulação depois de pronto. Após pesquisar várias alternativas 
optou-se pela porcelana fria ou biscuit, cujo custo de produção é baixo, portanto, bastante 
indicado. A receita é facilmente encontrada em revistas de artesanato impressas ou na 
Internet. Além da modelar os canais iônicos, os mesmos foram planejados com efeitos 
dinâmicos, isto é, dotados de mecanismos de abrir e fechar comportas (veja em CAMPAGNA, 
2005 detalhes sobre a produção dos modelos, onde consta a lista de materiais e o método de 
modelagem). 
 
 
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Resultados e Discussão 
Os neurônios fazem comunicação através das sinapses nervosas. O neurônio 
pré-sinaptico sintetiza e libera mediadores químicos denominados neurotransmissores (NT) 
que agem no neurônio pós-sinaptico, causando mudanças no potencial elétrico da membrana. 
Esses eventos elétricos ocorrem porque os NT atuam regulando a abertura e o fechamento dos 
canais para o fluxo de cátions ou de anions. A relação do neurotransmissor com a molécula da 
membrana pós-sináptica é do tipo chave-fechadura e foi baseado nesse principio que os 
modelos foram criados. 
Nas Figuras 3 e 4 estão apresentados dois tipos de canais iônicos: a) 
ionotrópico: que se abre diretamente com a interação do neurotransmissor (Figura 3A), pois 
ele próprio tem um sitio de ligação e b) metabotrópico que se abre indiretamente, depois de 
uma reação bioquímica intermediária ocorre (Figura 3B). O fato de existir variação em torno do 
mecanismo de processamento da informação proporciona flexibilidade ou modulação na 
análise das mensagens nervosas. Por outro lado, as sinapses nervosas estão sujeitas à ação 
de drogas (psicotrópicas) podendo causar vários distúrbios de comportamento. 
 
Figura 3A. Á esquerda, o canal Iônico ionotópico fechado impedindo a entrada de ions (esferas 
amarelas). Á direita, a ligação do neurotransmissor (esfera vermelha com haste) com um sitio receptor 
faz com que o canal se abra e permita o fluxo de íons através do poro. 
 
 
Figura 3B. Á esquerda, o canal Iônico fechado (em rosa) acoplado a uma reação intermediaria. Á 
direita, quando o NT (esfera azul com haste) se liga a uma molécula receptora adjacente (em verde), 
o canal se abre indiretamente. 
 
 
 
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O material produzido já está à disposição para empréstimo nas escolas e tem 
sido utilizado em ações extensionistas do Instituto como o “Venha Conhecer o IB” e nas ações 
educativas do CEATOX, através de programas educativos (Projeto “Anjos da Guarda”) sobre 
combate e prevenção ao consumo de drogas em escolas ou nas comunidades do município. 
Mesmo nas salas de aulas do ensino superior de Neurofisiologia dos cursos de graduação o 
uso do material facilita bastante a comparação dos mecanismos de neurotranmissão e a ação 
de drogas agonistas e antagonistas. 
C) MODELO DO SISTEMA DE ALAVANCAS ÓSSEAS DO OUVIDO 
A audição é uma das formas de percepção mais relevantes no processo da 
comunicação humana e o seu ensino exige uma abordagem multidisciplinar. Temos constatado 
que a compreensão sobre os mecanismos de superação da impedância acústica apresenta 
alto grau de dificuldade, eventualmente por se tratar de um fenômeno não visível e exigir a 
integração de conteúdos de anatomia e de física. 
As ondas mecânicas propagam-se do ar (orelha externa) para dentro da cóclea 
cheia de liquido (orelha interna). Isso significa que haverá uma perda grande de energia 
mecânica (mais de 90%) por causada mudança do meio (reflexão). A orelha media, possui um 
mecanismo de superação de impedância acústica: um sistema de alavancas interfixas formado 
por três minúsculos ossículos: martelo, bigorna e estribo que amplificam o sinal mecânico. 
Alem disso, a diferença de superfície existente entre as membranas timpânica e da janela 
redonda soma mais ganhos e quando a onda mecânica penetra a cóclea, o sinal acústico 
chega praticamente sem atenuações. 
Material & Métodos 
Baseado no estudo anatômico detalhado das três orelhas, com ênfase aos três 
ossículos, obteve-se informações precisas sobre a forma e como eles estão articulados. Depois 
de consultar vários arquivos de figuras e fotos dos ossículos, os respectivos modelos 
ampliados foram esculpidos em madeira balsa. Com a colaboração do especialista (Prof. Dr. 
José Anchieta C. Horta Jr. do Departamento de Anatomia do Instituto de Biociências da Unesp 
do Campus de Botucatu) todos os detalhes anatômicos e os limites dos movimentos articulares 
foram determinados. A Figura 4 mostra o tamanho real dos três ossículos e a Figura 5, os 
mesmos ampliados depois de esculpidos em madeira balsa. 
 
 
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Além de tornar visível, foi possível proporcionar, fielmente, os movimentos 
articulares dos três ossículos durante a propagação mecânica. Além dos ossículos, foi 
projetado e esculpido em um bloco de gesso, parte das três orelhas para que o sistema de 
alavancas ficasse corretamente situado na orelha média (Figura 6). 
 
O protótipo de madeira serviu para produzir mais quatro réplicas de ossículos 
com poliuretano e resina e, dessa maneira, era possível atender um maior número de alunos 
em sala de aula. O material já está sendo utilizado em vários momentos dos cursos de 
graduação do Campus da Unesp e está a disposição para empréstimo para as escolas 
publicas do município. 
MarteloMartelo
ORELHA 
MÉDIA
ORELHA 
EXTERNA
ORELHA
INTERNA
EstriboEstribo
BigornaBigorna
Tímpano
MarteloMartelo
ORELHA 
MÉDIA
ORELHA 
EXTERNA
ORELHA
INTERNA
EstriboEstribo
BigornaBigorna
Tímpano
 
Figura 6 Os três ossículos inseridos na região da orelha media construído de gesso. 
 
 
 
Figura 5 Os três ossículos depois de 
esculpidos em madeira balsa corretamente 
articulados entre si 
 
Figura 4 A esquerda os três ossículos da orelha média 
(martelo, bigorna e estribo). Á direita, o estribo sobre o 
dedo indicador. 
 
 
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O material didático facilita a explanação sobre os mecanismos de captação e 
condução das ondas mecânicas para dentro da cóclea e as simulações sobre os processos de 
atenuação. 
DISCUSSÃO GERAL 
Os resultados dos três projetos apresentados compreendem, respectivamente, 
duas monografias de conclusão de curso em Ciências Biológicas modalidade Licenciatura e 
uma atividade de monitoria na disciplina de Neurofisiologia. Nas respectivas monografias de 
conclusão (CAMPAGNA, 2005; SILVA, 2005) há descrições detalhadas sobre como os 
materiais didáticos foram produzidos e também um Texto de Apoio ao Professor (de Ensino 
Médio) contendo o suporte teórico necessário, bem como, sugestões de uso do material em 
sala de aula. O texto “Evolução e Fisiologia do Sistema Nervoso dos Vertebrados” contém 
informações sobre a evolução do sistema nervoso dos vertebrados e os conceitos básicos 
sobre a anatomia topográfica e funcional. 
Já o texto “Sinapses nervosas e a sua relação com as drogas psicotrópicas” faz 
uma breve introdução sobre a organização estrutural do sistema nervoso humano e aborda o 
mecanismo da neurotranmissão sináptica, assim como o mecanismo de ação das drogas 
psicotrópicas de uso mais freqüente entre os adolescentes. Em relação ao sistema de 
alavancas ossiculares, o texto de apoio está em fase de elaboração, bem como, está sendo 
enriquecido com a produção complementar de um sistema de transducão sonora que ocorre ao 
nível da cóclea. 
A experiência de os próprios alunos de graduação, produzirem materiais 
didáticos reagindo construtivamente com soluções alternativas, criativas, e espírito 
empreendedor é bastante satisfatória e se tornam nossos parceiros facilitadores da prática 
pedagógica. 
Agradecimentos: Selma Maria Michelin Matheus e Prof Dr José Anchieta C. Horta Jr, ambos 
do Departamento de Anatomia do Instituto de Biociências, pelas inestimáveis sugestões e 
criticas para o desenvolvimento, respectivamente, produção da coleção de encéfalos de 
vertebrados e pela confecção anatomicamente correta do sistema de ossículos. Agrademos 
também ao “Núcleo de Ensino” da PROGRAD e ao Programa “Ciência na Unesp” pela 
concessão de bolsas e apoio financeiro. 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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