Escrita à Mão Aumenta as Conexões Cerebrais

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A Escrita à Mão Aumenta as Conexões Cerebrais? Como a escrita tradicional à mão está sendo progressivamente substituída por dispositivos digitais? É essencial investigar as implicações para o cérebro humano. A atividade elétrica cerebral foi registrada em 36 estudantes universitários enquanto eles escreviam à mão palavras apresentadas visualmente usando uma caneta digital e digitavam as palavras em um teclado. As análises de conectividade foram realizadas em dados de EEG registrados com um conjunto de sensores de 256 canais.

Ao escrever à mão, os padrões de conectividade cerebral eram muito mais elaborados do que ao digitar em um teclado, conforme demonstrado pelos padrões de coerência de conectividade teta/alfa generalizados entre os hubs e nós da rede nas regiões parietais e centrais do cérebro. A literatura existente indica que os padrões de conectividade nessas áreas cerebrais e em tais frequências são cruciais para a formação da memória e para a codificação de novas informações e, portanto, são benéficos para o aprendizado. Nossas descobertas sugerem que o padrão espaço-temporal das informações visuais e proprioceptivas obtidas por meio dos movimentos precisamente controlados da mão ao usar uma caneta contribuem amplamente para os padrões de conectividade do cérebro que promovem o aprendizado. Recomendamos que as crianças, desde cedo, sejam expostas a atividades de escrita à mão na escola para estabelecer os padrões de conectividade neuronal que proporcionam ao cérebro condições ideais para o aprendizado. Embora seja fundamental manter a prática da escrita à mão na escola, também é importante acompanhar os avanços tecnológicos em constante desenvolvimento. Portanto, tanto os professores quanto os alunos devem estar cientes de qual prática tem o melhor efeito de aprendizado em cada contexto, por exemplo, ao fazer anotações em uma aula ou ao escrever uma redação.

Introdução

Fundamental: Escrita à Mão Aumenta as Conexões Cerebrais – Uma Visão Geral dos Resultados

Os dispositivos digitais estão cada vez mais substituindo a caligrafia tradicional (Longcamp et al., 2006; Kiefer et al., 2015) e, como tanto a escrita quanto a leitura estão se tornando cada vez mais digitalizadas na sala de aula, precisamos examinar as implicações dessa prática (Mangen e Balsvik, 2016; Patterson e Patterson, 2017). Atualmente, o uso de um teclado é frequentemente recomendado para crianças pequenas, pois é menos exigente e frustrante (Cunningham e Stanovich, 1990; Fears e Lockman, 2018), permitindo que elas se expressem por escrito mais cedo (Hultin e Westman, 2013). Seja como for, descobriu-se que o treinamento de caligrafia não só melhora a precisão da ortografia (Cunningham e Stanovich, 1990) e melhora a memória e a recordação (Longcamp et al., 2006; Smoker et al., 2009; Mueller e Oppenheimer, 2014), mas também facilita o reconhecimento e a compreensão das letras (Longcamp et al., 2005, 2008; Li e James, 2016). Esses benefícios para a aprendizagem foram relatados independentemente de se escrever à mão usando uma caneta ou lápis tradicional ou usando uma caneta digital (Osugi et al., 2019). Além disso, pesquisas sobre o cérebro mostram que não é apenas qualquer atividade motora que facilita o aprendizado, mas que a coordenação precisa dos movimentos complexos das mãos ao moldar cuidadosamente cada letra ao usar uma caneta é crucial (Pei et al., 2021). Aparentemente, a caneta causa diferentes processos neurológicos subjacentes que proporcionam ao cérebro condições ideais para o aprendizado e a memorização (Askvik et al., 2020).

Descobertas recentes na neurociência revelam que os processos neurais não são tão localizados e estáticos como comumente se acredita, mas que o cérebro é organizado de maneira funcional altamente dinâmica (Lopes da Silva, 1991; Singer, 1993). Em circunstâncias normais, vários sistemas cerebrais estão continuamente trabalhando juntos (Buzsáki, 2006), mostrando uma organização extremamente flexível com tecidos neurais estruturalmente diferentes envolvidos em circuitos neurais que são montados apenas temporariamente para permitir uma determinada tarefa (Edelman e Gally, 2013; Van der Weel et al., 2019). Nessa visão, os neurônios podem mudar totalmente de função quando incorporados em sistemas diferentes (Anderson, 2014). Bullmore e Sporns (2009) referem-se a esse tipo de organização flexível do cérebro como conectividade funcional, em oposição à conectividade estrutural.

A eletroencefalografia é adequada para estudar a atividade elétrica do cérebro como uma função da escrita à mão e da escrita à máquina na escala de milissegundos. Ela permite a investigação de mudanças no status das redes ativas subjacentes (Lopes da Silva, 1991) e pode revelar os padrões espaciais em constante mudança das ativações que são específicas de qualquer tarefa (Pfurtscheller et al., 1996). Em particular, os estudos de oscilações corticais detectadas com EEG de alta densidade são agora considerados um aspecto indispensável da neurociência de sistemas contemporânea (Fröhlich, 2016).

As oscilações cerebrais podem ser consideradas como a interação entre o córtex e o tálamo e são geradas por alterações envolvidas no controle de oscilações em redes neurais (Pfurtscheller e Lopes da Silva, 1999). Acredita-se que as interações complexas e as frequências específicas resultantes reflitam processos cognitivos distintos (Klimesch et al., 1994; Berens e Horner, 2017). A organização temporal do disparo neuronal é crucial, pois se supõe que seja fundamental na formação de memórias de longo prazo no hipocampo (Berens e Horner, 2017).

As alterações específicas de frequência nos registros de EEG podem ser observadas como sincronização relacionada a eventos (ERS) ou dessincronização relacionada a eventos (ERD; Pfurtscheller e Aranibar, 1977; Pfurtscheller e Lopes da Silva, 1999). As análises espectrais são usadas para detectar diferenças em uma determinada faixa de frequência (Pfurtscheller et al., 1994; Salmelin e Hari, 1994; Klimesch et al., 1996), calculando a dinâmica temporal das oscilações do EEG e quantificando as amplificações e/ou supressões de ritmos relacionadas a eventos.

Um estudo recente de EEG de nosso laboratório mostrou que desenhar à mão causa mais atividade e envolve áreas maiores no cérebro, em comparação com digitar em um teclado (Van der Meer e Van der Weel, 2017). Concluímos que o envolvimento de movimentos finos e complexos das mãos na anotação, em contraste com o pressionamento de teclas em um teclado que requer o mesmo movimento simples dos dedos, pode ser mais vantajoso para o aprendizado (Van der Meer e Van der Weel, 2017). Um estudo de acompanhamento observou atividade sincronizada relacionada a eventos na faixa teta em crianças e estudantes nas regiões parietais e centrais do cérebro, mas somente ao escrever à mão (Askvik et al., 2020). Como esses estudos encontraram evidências de que escrever à mão facilita o aprendizado, o presente estudo investigou ainda mais as diferenças neurobiológicas relacionadas à escrita cursiva e à datilografia no cérebro de adultos jovens. Especificamente, investigamos como as várias regiões do cérebro se interconectam por meio de redes neurais ao escrever à mão em vez de digitar em um teclado usando modulação de frequência e o que há de mais recente em análise de conectividade cerebral (cf. Solomon et al., 2017).

Resultados

Resultados Reveladores: Evidências de Como a Escrita à Mão Aumenta as Conexões Cerebrais

EEGs de alta densidade foram registrados durante as condições experimentais de escrita à mão e digitação. Os artefatos foram removidos dos registros brutos de EEG e, em seguida, o problema inverso foi resolvido com o uso de um modelo de cabeça elipsoidal de 4 conchas para analisar as regiões cerebrais de interesse. As séries temporais das fontes reconstruídas foram obtidas e transformadas no domínio da frequência usando demodulação complexa. A conectividade funcional entre as fontes reconstruídas foi calculada usando o método de coerência. Uma matriz de conectividade funcional de alta resolução foi obtida, e a rede cerebral funcional correspondente foi visualizada. As medidas de rede foram então extraídas da rede (Figura 1).

Uma exibição de tempo-frequência é mostrada para três importantes regiões cerebrais na Figura 2, onde a potência/amplitude para cada tempo é normalizada para a potência/amplitude média da época de linha de base para essa frequência. O eixo x mostra o tempo relativo ao evento e o eixo y mostra as frequências. As intensidades são exibidas em um gráfico codificado por cores.

Figura 2. Resultados da coerência média geral. São mostradas apenas três áreas de conectividade selecionadas de interesse para as duas condições experimentais: escrita à mão e digitação (painéis à esquerda), juntamente com a diferença de coerência entre escrita e digitação e seus resultados de permutação (painéis à direita). As áreas de conectividade com grande diferença significativa entre escrita à mão e digitação incluíram as regiões cerebrais CR-PM (linha média parietal direita central, dois painéis superiores à esquerda) e CL-PM (linha média parietal esquerda central, dois painéis centrais à esquerda), bem como CM-CR (linha média central direita central, dois painéis inferiores à esquerda), em frequências que variam de teta (2 Hz) a gama (60 Hz). Os eixos x exibem o intervalo de tempo da linha de base até 4.500 ms de registros da tentativa. A magnitude do sinal reflete a força estimada da conectividade neural entre as várias áreas cerebrais durante as condições experimentais em comparação com a atividade de linha de base (-250 a 0 ms). A conectividade positiva é mostrada como contornos (em tons de) vermelhos nos gráficos de escrita manual/digitação (painéis à esquerda) e nos gráficos de diferença entre os resultados de escrita manual e digitação/permutação (painéis à direita). A conectividade positiva é significativamente mais proeminente em frequências mais baixas (theta 3,5-7,5 Hz e alfa 8-12,5) para escrita à mão (0 ≤ p < 0,05, veja também a Figura 4).

A Figura 2 exibe os resultados da média geral dos resultados de coerência de apenas três áreas de conectividade selecionadas de interesse para maior clareza, para as duas condições experimentais de escrita à mão e digitação (painéis à esquerda), juntamente com a diferença de coerência entre escrita e digitação e seus resultados de permutação (painéis à direita). As áreas de conectividade com grande diferença significativa entre a escrita e a digitação incluíram regiões cerebrais centrais e parietais em frequências que variam de teta (2 Hz) a gama (60 Hz). A magnitude do sinal reflete a força da conectividade estimada entre as áreas cerebrais em comparação com a atividade de linha de base (-250 a 0 ms). Os padrões de conectividade positiva são mostrados em (tons de) vermelho. Nas áreas central e parietal, os padrões de coerência positiva eram mais proeminentes nas frequências mais baixas (teta 3,5-7,5 Hz e alfa 7,5-12,5 Hz) para escrita à mão em comparação com a escrita à máquina. No caso da escrita à mão, essa atividade apareceu entre 1.000 e 2.000 ms e durou todo o teste.

Medidas de rede

Análise Detalhada: Como a Escrita à Mão Aumenta as Conexões Cerebrais Através de Medidas de Rede

A Figura 5 mostra a matriz de adjacência para a caligrafia na forma de um hub, nós e bordas de uma rede teórica simplificada (Figura 5A). Os hubs têm um grau maior de envolvimento na rede do que os nós, conforme expresso por seus valores de conectividade funcional (bordas). A Figura 5B mostra os resultados da rede de conectividade cerebral da escrita à mão em comparação com a escrita à máquina nesse experimento. Os hubs propostos (em vermelho, ≥ 4 partidas/chegadas) e os nós (em preto, ≤ 3 partidas/chegadas) que interagem entre as regiões cerebrais PL, PM, PR e CL, CM, CR mostram padrões de coerência teta/alfa generalizados, indicando uma conectividade mais forte ao escrever do que ao digitar (Figura 5C).

Figura 5. A matriz de adjacência para escrita manual. (A) Hub, nós e bordas de uma rede teórica simplificada. (B) Rede de conectividade cerebral da escrita à mão em comparação com a escrita à máquina neste experimento. (C) Hubs (em vermelho, ≥ 4 partidas/chegadas) e nós (em preto, ≤ 3 partidas/chegadas) interagindo entre as regiões cerebrais PL, PM, PR e CL, CM, CR mostram padrões de conectividade teta/alfa generalizados ao escrever à mão, mas não ao digitar.

Discussão geral

Conexões Ampliadas: Discussão Geral sobre como a Escrita à Mão Aumenta as Conexões Cerebrais

Este estudo investigou a conectividade elétrica do cérebro em função da escrita à mão e da digitação usando EEG de alta densidade em adultos jovens. Os participantes usaram uma caneta digital para escrever palavras apresentadas visualmente diretamente em uma tela sensível ao toque e usaram um teclado para digitar as palavras. Indo além de nosso estudo anterior, no qual relatamos oscilações teta sincronizadas em regiões cerebrais parietais e centrais quando crianças e estudantes escreviam à mão (Askvik et al., 2020), o presente estudo realizou análises de conectividade nos dados cerebrais de 36 estudantes para explorar as diferenças subjacentes nos padrões de coerência quando os participantes estavam digitando ou escrevendo à mão.

Com foco na conectividade cerebral que demonstrou facilitar o aprendizado e a memória (Pfurtscheller e Lopes da Silva, 1999), investigamos as áreas parietais e centrais em bandas de frequência específicas. Essas áreas cerebrais têm sido associadas a mecanismos de atenção e processos cognitivos na percepção visual (Pfurtscheller et al., 1994; Vilhelmsen et al., 2019) e na linguagem (Brownsett e Wise, 2010; Benedek et al., 2014), e têm fortes ligações com o córtex sensório-motor (Velasques et al., 2007). Nosso objetivo foi investigar se é de fato o ato de formar as letras à mão que gera maior conectividade no cérebro, uma vez que as áreas perceptivas, motoras e cognitivas superiores estão mais envolvidas durante a escrita à mão do que durante a escrita à máquina.

Maior conectividade na faixa teta/alfa para escrita à mão

Maior Conectividade na Faixa Teta/Alfa: Detalhando Como a Escrita à Mão Aumenta as Conexões Cerebrais

As descobertas atuais revelaram maior conectividade para a escrita à mão do que para a escrita à máquina, sugerindo que diferentes processos cognitivos subjacentes estão envolvidos nas duas tarefas. O aumento da conectividade nas faixas de frequência teta (3,5-7,5 Hz) e alfa (8-12,5 Hz) foi associado a mecanismos subjacentes à integração sensório-motora (Bland e Oddie, 2001). Como o aumento da conectividade no cérebro foi observado somente ao escrever à mão e não ao simplesmente pressionar as teclas do teclado, nossas descobertas podem ser consideradas como evidência de que a escrita à mão promove o aprendizado. É interessante notar que o aumento da conectividade entre as várias regiões do cérebro parece estar ligado aos processos sensório-motores específicos que são tão típicos da escrita à mão.

Os padrões de conectividade teta/alfa encontrados no presente estudo podem indicar que diferentes redes neurais estão envolvidas na caligrafia e na digitação. É interessante notar que, enquanto a conectividade na banda alfa é considerada altamente específica da tarefa e corresponde ao desempenho da memória de longo prazo, a conectividade teta parece estar relacionada à memória de trabalho e à capacidade de apreender novas informações (Klimesch et al., 1994, 1996, 2001; Klimesch, 1999; Raghavachari et al., 2001; Clouter et al., 2017). Assim, a conectividade cerebral aprimorada para a escrita à mão parece não estar relacionada a diferenças no envolvimento muscular. Também foi proposto que a atividade hipocampal se reflete na banda teta (Klimesch et al., 1994), o que reforça ainda mais os benefícios da escrita à mão em termos de aprendizado e formação de memória.

As frequências mais baixas são consideradas especialmente adequadas para facilitar a comunicação em distâncias mais longas no cérebro e, muitas vezes, são relatadas para “bloquear” a ocorrência de oscilações mais rápidas, por exemplo, quando as oscilações teta em humanos são propostas para bloquear oscilações gama (> 30 Hz) (Canolty et al., 2006; Halgren et al., 2018). Em geral, esse acoplamento de frequência cruzada teta-gama pode ser associado à dessincronização das redes gama e à sincronização das redes teta durante a codificação, a recuperação e a formação da memória episódica (Burke et al., 2013). Outros sugeriram que a atividade de conectividade teta (ver Figura 3) está positivamente correlacionada com a potência gama de uma região cerebral, sugerindo um potente mecanismo de baixa frequência para a comunicação entre regiões cerebrais (Solomon et al., 2017). A exploração dessas interações pode revelar a relação entre a conectividade funcional de uma região cerebral e o processamento local. Nossos resultados refletem esse mecanismo de baixa frequência para a comunicação inter-regional. As descobertas atuais da sincronia teta para a escrita à mão sugerem que as conexões de baixa frequência apoiam a integração de informações durante a formação da memória e seguem estudos anteriores que relataram que o arrastamento de baixa frequência é essencial para a cognição (Solomon et al., 2017).

A importância da prática da caligrafia em um ambiente de aprendizagem

Valorizando a Caligrafia: Ampliando as Conexões Cerebrais através da Prática da Escrita à Mão no Ambiente de Aprendizagem

A escrita à mão exige controle motor fino dos dedos e força os alunos a prestar atenção ao que estão fazendo. A digitação, por outro lado, exige movimentos mecânicos e repetitivos que trocam a atenção pela velocidade. Nossos resultados revelam que sempre que os movimentos de escrita à mão são incluídos como estratégia de aprendizagem, mais do cérebro é estimulado, resultando na formação de uma conectividade de rede neural mais complexa. Parece que os movimentos relacionados à digitação não ativam essas redes de conectividade da mesma forma que a escrita à mão. O padrão espaço-temporal simultâneo da visão, dos comandos motores e do feedback proprioceptivo fornecido por meio de movimentos finos da mão e dos dedos não existe na digitação, em que apenas um simples pressionamento de tecla é necessário para produzir toda a forma desejada (Longcamp et al., 2006; James, 2010; Vinci-Booher et al., 2016, 2021). No presente estudo, os participantes usaram apenas o dedo indicador direito para digitar a fim de evitar efeitos cruzados indesejados entre os dois hemisférios.

Assim, a substituição contínua da escrita à mão pela digitação em quase todos os ambientes educacionais pode parecer um tanto equivocada, pois pode afetar o processo de aprendizagem de forma negativa (Alonso, 2015; Mangen e Balsvik, 2016; Arnold et al., 2017). As descobertas atuais sugerem que os movimentos de caligrafia intrincados e controlados com precisão têm um impacto benéfico sobre os padrões de conectividade do cérebro relacionados ao aprendizado e à memória. O presente estudo não encontrou evidências de tais padrões de ativação positiva ao usar um teclado.

Embora seja fundamental manter a prática da escrita à mão na escola, também é importante acompanhar o mundo digital em constante desenvolvimento. As crianças devem receber treinamento de caligrafia na escola para aprender a escrever à mão com sucesso e, ao mesmo tempo, aprender a usar um teclado, dependendo da tarefa em questão. O presente estudo mostra que os padrões de conectividade neural subjacentes à escrita à mão e à digitação são nitidamente diferentes. Portanto, é fundamental saber quando escrever à mão ou usar um dispositivo digital, seja para fazer anotações em aulas para aprender novos conceitos ou para escrever redações mais longas.

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Fernando Giannini

Pesquisador de tecnologia aplicada à educação, arquiteto de objetos virtuais de aprendizagem, fissurado em livros de grandes educadores e viciado em games de todos os tipos. Conhecimentos aprimorados em cursos de grandes empresas de tecnologia, principalmente no Google Business Educational Center e Microsoft. Sócio-proprietário da Streamer, empresa que alia tecnologia e educação. Experiência de 18 anos produzindo e criando objetos de aprendizagem, cursos a distância, design educacional, interfaces para sistemas de aprendizagem. Gestor de equipe para projetos educacionais, no Ensino Básico, Médio e Ensino Superior. Nesse período de trabalho gerenciou equipes e desenvolveu as habilidades de liderança e gestão. Acredita na integração e aplicação prática dos conhecimentos para a realização de projetos inovadores, sólidos e sustentáveis a longo prazo. Um dos grandes sonhos realizados foi o lançamento do curso gratuito Mande Bem no ENEM que atingiu mais de 500 mil estudantes em todo o Brasil contribuindo para a Educação Brasileira.

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