Metodologia para comparar diferentes estratégias educacionais usando fNIRS e EEG.

Thursday, 12 de December de 2019
 Português | Español | English 

  Imagine conseguir definir qual metodologia de ensino é mais adequada para uma melhor aprendizagem a partir do conhecimento da atividade elétrica cerebral. Sim, isso pode ser possível! Como vimos em nosso "Neuroeducation and Translational education" e neuroeducação é um campo interdisciplinar que combina neurociência, psicologia e educação para decifrar processos cognitivos e emocionais que levam a melhores métodos e protocolos de ensino. 

  Dessa forma, vários trabalhos foram propostos e desenvolvidos na publicação de artigos e até livros sobre o assunto. Além da iniciativa dos pesquisadores, o avanço de técnicas não invasivas de monitoramento da atividade cerebral, como Functional magnetic resonance imaging (fMRI), Eletroencefalografia (EEG) e Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), foram fundamentais para consolidar essa nova área de pesquisa. Ser capaz de obter imagens dos efeitos neurais ou de sua atividade elétrica durante a aprendizagem em nossos cérebros, ajudou a entender melhor o desenvolvimento do cérebro e os limites da plasticidade de nossos circuitos neuronais.

  Um exemplo da utilização dessas ferramentas aplicadas a Neuroeducação, foi um estudo realizado com os alunos do ensino médio, que utilizando a EEG, observou uma maior atividade elétrica cerebral predominante durante a aplicação do método pedagógico de aprendizagem virtual exposto a um dos grupos de alunos, quando comparado ao grupo do método pedagógico escrito, como mostrado na figura abaixo. 
 

  Sabendo disso, é importante que possamos ampliar a aplicação dessas técnicas que monitoram a atividade cerebral para métodos de ensino diversos, definindo quais métodos são os mais indicados para oferecer uma aprendizagem mais adequada. Para isso, nós da Brain Support junto com o pesquisador Edgard Morya do Instituto
Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra (IIN-ELS), criamos um desenho experimental metodológico para aplicação das técnicas de EEG  e fNIRS na comparação de diferentes estratégias educacionais. Abaixo, segue esse modelo metodológico sugerido:


1. Objetivo (qual a pergunta a ser respondida/problema ser solucionado)

Qual a diferença na dinâmica cerebral de acordo com a estratégia educacional?


2. Metodologia

2.1. Definir quais equipamentos podem ser utilizados para estudar a dinâmica cerebral durante o método de aprendizagem e como eles auxiliam no estudo desse processo

  Como vimos anteriormente, o EEG e o fNIRS podem ser boas escolhas para esta aplicação. O EEG é um método que registra a atividade elétrica cerebral a partir de eletrodos localizados sobre o couro cabeludo. A medida adquirida pela aquisição do sinal cerebral é a soma dos potenciais neurônios pós-sinápticos em uma grande área do córtex. O EEG pode atingir uma  precisão de milissegundos e o método pode ser usado para estudar a atividade cerebral espontânea (quando não há movimento ou tarefa específica) e a atividade cerebral relacionada à tarefa (como potenciais evocados, que ocorrem após uma tarefa ou estímulo). Veja o vídeo abaixo e saiba mais como o EEG funciona.

              


  Já o fNIRS é responsável pelo registro de atividade hemodinâmica cerebral. Da mesma forma do EEG, o fNIRS capta a atividade cerebral a partir de eletrodos posicionados sobre o couro cabeludo, porém o tipo de sinal adquirido está associado a atividade metabólica neuronal, que quanto maior for essa atividade em uma determinada região cerebral, maior o fluxo sanguíneo para aquela área, sendo possível observar o comportamento cerebral por área durante a realização de uma tarefa. Veja o vídeo abaixo e saiba mais como o fNIRS funciona. Como vimos em nosso blog "EEG combined with others equipments", ambas as técnicas de EEG e fNIRs, também podem ser utilizadas simultaneamente, o que potencializa a qualidade do sinal captado e a acuracidade do experimento.

                 

2.2. Identificar o padrão da atividade cerebral de cada estratégia educacional de acordo com o desempenho na resolução da atividade educacional

  Além do do padrão eletrofisiológico e hemodinâmica cerebral, para que cada estratégia educacional seja definida, é importante que o desempenho de cada indivíduo de cada indivíduo seja avaliado independentemente de qual método educacional ele foi exposto.

2.3. Elaborar o experimento teste:

a) Registro EEG/fNIRS pré-intervenção: basal (sem exposição a alguma atividade) + resolvendo atividade educacional - definir critérios comparáveis pré x pós.
            
b) Registro EEG/fNIRS durante a intervenção: aplicação de estratégia educacional 1 e 2 (EE1 e EE2) em 2 grupos aleatórios (definir aleatoriamente os indivíduos destinados ao grupo EE1 ou EE2), onde cada indivíduo terá que resolver atividades didáticas (definir quantos dias/horas de exposição ao método 1 ou 2 quantas avaliações para obter o impacto das estratégias);c) Avaliar o desempenho comportamental durante a resolução das atividades de cada grupo EE1 e EE2. Existe diferenças significativa entre os grupos? (verificar normalidade e o teste estatístico adequado);
 
d) Avaliar o padrão da dinâmica cerebral e relacionada com as estratégias EE1 e EE2 e o desempenho comportamental;

e) Verificar o nível de atenção EEG durante a atividade (atenção/interesse na estratégia educacional e relacionar com desempenho);

f) Verificar o padrão conectividade por eficiência (verificar qual estratégia educacional leva ao uso mais eficiente da rede neural (exemplo atividade cerebral de experts utilizam áreas cerebrais menores do que não experts);

2.4. Detalhes e pontos importantes:

- EEG: montagem no sistema de posicionamento de eletrodos 10/20;
 
- fNIRS montagem 10/20 com eletrodos na região frontoparietal (mas se a  utilizar outras áreas, também pode ser adaptado);
                   

- Sincronização da apresentação da apresentação das atividades educacionais (problemas que os alunos resolverão) com EEG/fNIRS. Cada problema pode ser apresentado na tela de um computador sincronizado com EEG/fNIRS. Definir tempo para resolução do problema (exemplo: desempenho = tempo + acurácia);

- Análise dados após 500ms até o final da resolução. Cada resolução provavelmente terá uma duração, não pode fazer apenas uma média de todas as questões.




Para Saber mais sobre Neuroeducação e educação translacional acesse nossos Hubs: neuroEducation & Development e Translational Education. Acesse também o nosso Knowledge-base sobre este desenho experimental.


Referências:

Ansari, D., De Smedt, B., & Grabner, R. H. (2011). Neuroeducation – A Critical Overview of An Emerging Field. Neuroethics, 5(2), 105–117.doi:10.1007/s12152-011-9119-

Sabbatini, RME: Uma ponte entre a neurociência e a educação. Artigo de Noosfera.Org. Adaptado e publicado com permissão.

Klippel, Míriam Suély, Helaine Reis, and Leandro Bueno. "Atividades pedagógicas neuroeducacionais: eletroencefalografia na educação de jovens e adultos no Instituto Federal do Espírito Santo-Brasil." CIAIQ2019 3 (2019): 209-218.

Shin, Jaeyoung, et al. "Simultaneous acquisition of EEG and NIRS during cognitive tasks for an open access dataset." Scientific data 5 (2018): 180003.
 
Autor: Rodrigo Oliveira








EEG ERP BCINIRSEEG fMRIEEGNeuroscience LabSocial InteractionEEG combinedEEG ElectrodesTMS EEGEEG Data AnalysisCognitive NeuroscienceEEG Electrode CAPsEEG CombinedMobile EEG NIRS applicationsnEdu & nDevTranslational EducationLearning & Memory