Habilidade cognitiva espacial : medida com eletroencefalografia

Abstract

A tese apresenta uma contribuição à área da pesquisa educacional, para auxiliar na identificação de perfis cognitivos, utilizando o referencial teórico das Ciências Cognitivas e a instrumentação das Neurociências. O projeto elaborado para atender os objetivos desta tese compreendeu o desenvolvimento de metodologia experimental, apoiada pela técnica estatística de Projetos de Experimentos, juntamente com instrumentos neurocientíficos (uso de eletroencefalografia com técnica ERP – Event Related Potential), para a observação, quantificação e interpretação de evidências neuronais – sinais de eletroencefalografia - relacionadas ao processo cognitivo humano. Buscou, em particular, evidências relacionadas às diferentes demandas de energia despendida na realização de atividades espaciais (identificação, percepção ou atenção espacial de objetos virtuais), com base em instrumentos teóricos e tecnológicos das Neurociências, das Ciências Cognitivas e da Psicologia Cognitiva, para uso na área da pesquisa educacional, visando contribuir para identificação de diferentes perfis de estudantes em diferentes áreas do conhecimento. Na investigação experimental, o objetivo foi buscar indicadores (quantificação de energia alocada em atividade cerebral, medida de tempo de resposta ao estímulo, maior magnitude na faixa de freqüência do ritmo elétrico cerebral, evocados no experimento) dos sinais cerebrais que estejam sincronizados com o exercício proposto e que possam subsidiar a hipótese de que há diferenças significativas entre estudantes de áreas científicas e tecnológicas e estudantes de áreas humanas e sociais, no quesito habilidades espaciais. A proposta contextualiza e fundamenta experimentos com um grupo de alunos voluntários dos cursos de graduação, selecionados para a pesquisa, classificados por idade e sexo e avaliados e selecionados por diagnóstico psicológico indicativo da provável área de aptidão/habilidade cognitiva. O desenvolvimento da proposta investigativa, que visou atender os objetivos relacionados e pertinentes ao processo, foi possível devido a esforços de pesquisadores e cientistas das diferentes áreas de conhecimento, que colaboraram na modelagem do experimento realizado no Laboratório de Biosinais da Universidade de Caxias do Sul, no Campus Universitário da Região dos Vinhedos, junto ao Curso de Engenharia Elétrica. Como parte do processo metodológico experimental está compreendido o desenvolvimento do instrumento de medição: equipamento de eletroencefalografia (EEG) utilizando o sistema de aquisição e conversão de sinal analógico-digital da National Instruments e também, o equipamento conhecido como Gaiola de Faraday, que serviu para a realização das coletas de sinais elétricos cerebrais de baixa freqüência e amplitude, minimizando a presença de ruídos eletromagnéticos interferentes significativamente no sinal coletado. Os dados (sinais elétricos cerebrais) coletados durante o experimento que evocou raciocínio lógico espacial dos participantes foram modelados matematicamente por Fourier e interpretados por análise estatística – UNIVARIATE (análise de variância) e comparados aos resultados obtidos pelos instrumentos de apoio utilizados como forma de validar o processo investigativo: questionário verbal ao final do experimento e teste psicológico - subteste BPR5 – RE. Todos os dados coletados também foram armazenados com o propósito de permitir futura realização de outras simulações, com diferentes métodos de acesso aos conteúdos. Entende-se que os resultados obtidos nesse experimento possam colaborar com a Informática aplicada à Educação no planejamento, desenvolvimento e uso de objetos virtuais em ambientes destinados a mediar à aprendizagem, de acordo com necessidades específicas de cada público-alvo. Nesse sentido, os resultados dessa investigação podem prover dados ou características como medidas indicadoras de esforços cognitivos associados a perfis diferenciados, no caso das áreas de conhecimento, que envolvam processos de raciocínio espacial. O entendimento sobre o esforço manifestado pelo aluno durante o experimento foi interpretado como uma possível medida de um dos itens relacionados ao perfil cognitivo, à luz das Ciências Cognitivas (GARDNER, 1994, 2001), (STERNBERG, 2000), (PINKER, 1998).

The thesis is to contribute for the area of educational research in order to aid on the identification of cognitive profiles, using theoretical references from cognitive sciences and instrumentation from neurosciences. The project designed to meet the objectives of the thesis included the development of experimental methodology, supported by the statistical technique for Experiment Projects, along with neuroscientific instruments (use of electroencephalography with the ERP technique – Event Related Potential), for the observation, quantification, and interpretation of neuronal evidences – electroencephalography signals – related to the human cognitive process. It particularly searched for evidences related to different demands of energy spent to perform spatial activities (identification, perception, or spatial attention of virtual objects), based on theoretical and technological instruments of Neurosciences, Cognitive Sciences and Cognitive Psychology, used in the field of educational research, with the aim to contribute for the identification of different profiles of students in different areas of knowledge. In the experimental investigation, the purpose was to look for indicators (quantification of energy allocated in brain activity, measuring response time to the stimulus, larger magnitude in the frequency band of the brain electrical rhythm, evoked on the experiment) of the brain signals that would be synchronized with the exercise proposed and that could subsidize the hypothesis that there are significant differences between students from scientific and technological fields and students from humanistic and social fields, regarding spatial abilities. The proposal contextualizes and fundaments experiments with a group of volunteer students from the undergraduate programs, selected for the research, classified by age and gender, and evaluated and selected according to a psychological diagnostic indicating a probable area of cognitive ability / aptitude. The development of the investigative proposal that intended to meet the objectives mentioned was possible thanks to efforts of a group of researchers and scientists from different fields of knowledge, pertinent to the process, who collaborated on the modeling of the experiment, carried out at the Biosignal Laboratory of the University of Caxias do Sul, at the University Campus of Região dos Vinhedos, in its Electrical Engineering Program. The development of the measuring instrument was part of the experimental methodological process: the equipment for electroencephalography (EEG) using the system acquisition and conversion of analog to digital signal (manufacturer: National Instruments) and also the equipment known as Faraday’s Cage, which served to the collections of electrical brain signals of low frequency and amplitude, minimizing the presence of electromagnetic noises interfering significantly on the signal collected.The data collected (brain electrical signals) during the experiment that evoked logical spatial reasoning by the participants were mathematically modeled by Fourier and interpreted by statistical analysis – UNIVARIATE (variance analysis) and compared to results obtained by support instruments used as a way of validating the investigative process: a verbal questionnaire at the end of the experiment and a psychological test – subtest BPR5 – RE. All data collected were also saved with the purpose of making it possible to carry out other simulations in the future, with different access methods to the contents. It is understood that the results obtained with this experiment collaborate Informatics applied to Education on planning, developing, and using virtual objects in environments destined to mediate learning according to specific needs of each target public. In that sense, the results of this investigation may provide data or characteristics as measures indicating cognitive efforts associated to differentiated profiles, which are in this case the knowledge fields involving spatial reasoning processes. Understanding the effort manifested by the student during the experiment was interpreted as a possible measure for one of the items related to the cognitive profile, the light of Cognitive Sciences (GARDNER, 1994, 2001), (STERNBERG, 2000), (PINKER, 1998).