Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The understanding of molecular geometry at the level of High School has been hampered by the lack of theoretical and methodological investment that leads to the conscious application of the chosen didactic resources. The aim of this work was to investigate the effects of pedagogical resources, as physical and virtual molecular models, in the learning and development of visuospatial abilities associated to the notions of molecular geometry. The experimental research was conducted under the methodological pillars of Michèle Artigue's Classical Didactic Engineering (1989), which resulted in the conception, realization, observation and evaluation of a didactic sequence based on Cognitive Neuroscience, more specifically, in educational processes that suggest the efficient acquisition, consolidation and evocation of the Long-term Memory (LTM). In the neurosciences, theoretical support was sought from authors such as Kandel (2014), Gazzaniga et al. (2006) Izquierdo (2011) to study some characteristics of memory and external influences for its consolidation. In the educational field, the work of Cosenza and Guerra (2011) on emotion, attention and memory factors in school learning, as well as pedagogical principles based on scientific evidences from the fields of psychology, education and neuroscience presented by the Science of Learning Research Centre (Australia). Nine high school students who had already studied molecular geometry were submitted to a set of three activities over a period of one month and qualitatively assessed as to the memory traces related to the learning before and after the didactic intervention. The instruments for the data collection consisted of field diary and tests. The results showed that the multisensorial resources provided better engagement and contributed to the consolidation and evocation of episodic memories associated to the learning of chemical concepts within a meaningful context. The manipulation of physical molecular models contributed to the evaluation of students' errors, while the virtual models contributed to the perception and correction of errors. / A compreensão da geometria molecular, no nível do Ensino Médio, tem sido dificultada devido à falta de investimento teórico e metodológico que leve à aplicação consciente dos recursos didáticos escolhidos. Esta pesquisa teve por objetivo investigar os efeitos de recursos pedagógicos, como modelos moleculares físicos alternativos e virtuais (Realidade Aumentada), na aprendizagem e desenvolvimento de habilidades visuoespaciais associadas às noções de Geometria Molecular. Conduziu-se a investigação do tipo experimental sob os pilares metodológicos da Engenharia Didática Clássica de Michèle Artigue (1998), que resultou na concepção, realização, avaliação e validação de uma Sequência Didática fundamentada na Neurociência Cognitiva, mais especificamente, nos processos educativos que sugerem melhor aquisição, consolidação e evocação da Memória de Longo Prazo (MLP). No âmbito das neurociências, buscou-se respaldo teórico em autores como Kandel (2014), Gazzaniga et al. (2006) e Izquierdo (2011) para estudar algumas características da memória e influências externas para a sua consolidação. No campo educacional, inspirou-se no trabalho de Cosenza e Guerra (2011) acerca dos fatores “emoção”, “atenção” e “memória” na aprendizagem escolar, bem como em princípios educativos baseados em evidências científicas dos campos da psicologia cognitiva, educação e neurociência cognitiva apresentados pelo Science of Learning Research Centre (Austrália). Nove alunos do Ensino Médio que já haviam estudado Geometria Molecular participaram de um conjunto de três atividades ao longo de um mês e foram avaliados qualitativamente quanto aos traços de memória relativos à aprendizagem anterior e posterior à intervenção didática. Os instrumentos para a coleta dos dados consistiram de diário de campo e testes. Os resultados mostraram que os recursos multissensoriais proporcionaram melhor engajamento e facilitaram o processo de consolidação e evocação de memórias episódicas associadas à aprendizagem de conceitos químicos dentro de um contexto significativo. A manipulação de modelos moleculares físicos contribuiu para a avaliação dos erros dos alunos, enquanto os modelos virtuais contribuíram para a percepção e correção dos erros. / São Cristóvão, SE

O estabelecimento das memórias de longo prazo requer uma efetiva comunicação do hipocampo com o neocortex. Um mecanismo plausível envolvido na comunicação neuronal e na plasticidade sináptica é a sincronização da atividade elétrica cerebral na frequência teta. Estudos recentes mostraram que a sincronização entre os ritmos teta do hipocampo e do córtex pré-frontal aumenta durante a evocação das memórias aversivas e diminui após a extinção do aprendizado. Entretanto, outros ritmos cerebrais, como as ondas delta, também estão envolvidos nas respostas comportamentais do medo e nos processos de memória. Desta forma, o ritmo teta, que já foi bastante estudado pelo seu papel no aprendizado e na memória, e o ritmo delta, por seu envolvimento no ciclo sono-vigília, foram investigados considerando a relação causal entre eles. Ainda não está bem estabelecido como os ritmos delta e teta podem juntos contribuir nos processos cognitivos ou como os ritmos do hipocampo podem influenciar ou receber influencias da atividade cortical. Neste trabalho foi investigada a contribuição dos ritmos delta e teta em função do estado comportamental (vigília ativa ou congelamento) e do tipo de memória evocada (recente ou remota). Além disso, foi realizada uma análise de sincronia de fase para inferir a dinâmica da atividade elétrica entre o córtex pré-frontal medial, o hipocampo e o córtex visual durante a evocação das memórias de medo. Para tanto, os animais foram treinados e testados numa tarefa de condicionamento de medo ao contexto. Neste tipo de condicionamento, o animal aprende a estabelecer uma associação entre um determinado contexto (caixa de condicionamento) e um evento aversivo (choque elétrico nas patas) que ocorreu neste contexto. Quando o animal foi reintroduzido na caixa de condicionamento, o mesmo exibiu uma série de respostas condicionadas incluindo a reação de congelamento. Os resultados mostraram que os ritmos delta e teta estão relacionados de forma específica às respostas comportamentais de medo e de evocação das memórias recente e remota. Observou-se no espectro de potências uma maior contribuição do ritmo teta durante a vigília exploratória, diminuindo durante o congelamento. Neste último, os ratos apresentaram um robusto aumento da contribuição do ritmo delta. Além disso, a medida de causalidade mostrou ser dependente do estado comportamental do animal. Finalmente, um aumento da sincronia entre o hipocampo e o córtex pré-frontal foi evidenciado durante a evocação de memória recente, contraposta à diminuição durante a evocação da memória remota. Estes resultados indicam que a sincronização da atividade elétrica cerebral pode refletir uma facilitação na comunicação neuronal / The establishment of long-term memories requires effective communication of the hippocampus to the neocortex. Electrophysiological activities between hippocampus and prefrontal cortex have shown higher theta synchronization during retrieval of aversive memories and lower during extinction learning. While theta activity is more differently related to learning and memory, delta waves have been more discussed in the context of sleep or \"offline\" states. Few studies have investigated delta waves during \"on-line\" states (such as task-relevant situations) and the contribution of these rhythms to memory storage remains unclear. We recorded electrophysiological data to study the contributions of delta and theta waves in cortico-hippocampal system of rats underwent to contextual fear conditioning. Our experiment consisted of environmental pre-exposition, training with electrical footshocks, and recent/remote memory tests. Two groups of rats were tested one or eighteen days post training for recent or remote memory, respectively. Local field potential time series of two behavioral states were sampled: active exploration and freezing. The results showed that theta and delta rhythms play an important role in behavioral responses and memory processing. They are related to fear recall and their contribution depend on the recent or remote memory. Additionally, using an order parameter we show that theta contribution is strongly pronounced in active exploration, decreasing during freezing. In the latter, the rats presented pronounced delta waves in freezing. Moreover, a behavioral-dependent causality measure showed an increase of theta influence in delta rhythms, resulting in a theta slowing in aversive memory retrieval. Finally, we show an increased synchrony between hippocampus and prefrontal cortex during recall of recent memory, but a decreased synchrony in remote memory. We proposed that synchronized activity may facilitate the communication of information and once the memories are established in the neocortex, the synchronization decreases, and recalling them becomes more independent of the hippocampus. We proposed that delta-theta oscillations of the hippocampus over neocortical areas reflect information processing during aversive memory retrieval

O estabelecimento das memórias de longo prazo requer uma efetiva comunicação do hipocampo com o neocortex. Um mecanismo plausível envolvido na comunicação neuronal e na plasticidade sináptica é a sincronização da atividade elétrica cerebral na frequência teta. Estudos recentes mostraram que a sincronização entre os ritmos teta do hipocampo e do córtex pré-frontal aumenta durante a evocação das memórias aversivas e diminui após a extinção do aprendizado. Entretanto, outros ritmos cerebrais, como as ondas delta, também estão envolvidos nas respostas comportamentais do medo e nos processos de memória. Desta forma, o ritmo teta, que já foi bastante estudado pelo seu papel no aprendizado e na memória, e o ritmo delta, por seu envolvimento no ciclo sono-vigília, foram investigados considerando a relação causal entre eles. Ainda não está bem estabelecido como os ritmos delta e teta podem juntos contribuir nos processos cognitivos ou como os ritmos do hipocampo podem influenciar ou receber influencias da atividade cortical. Neste trabalho foi investigada a contribuição dos ritmos delta e teta em função do estado comportamental (vigília ativa ou congelamento) e do tipo de memória evocada (recente ou remota). Além disso, foi realizada uma análise de sincronia de fase para inferir a dinâmica da atividade elétrica entre o córtex pré-frontal medial, o hipocampo e o córtex visual durante a evocação das memórias de medo. Para tanto, os animais foram treinados e testados numa tarefa de condicionamento de medo ao contexto. Neste tipo de condicionamento, o animal aprende a estabelecer uma associação entre um determinado contexto (caixa de condicionamento) e um evento aversivo (choque elétrico nas patas) que ocorreu neste contexto. Quando o animal foi reintroduzido na caixa de condicionamento, o mesmo exibiu uma série de respostas condicionadas incluindo a reação de congelamento. Os resultados mostraram que os ritmos delta e teta estão relacionados de forma específica às respostas comportamentais de medo e de evocação das memórias recente e remota. Observou-se no espectro de potências uma maior contribuição do ritmo teta durante a vigília exploratória, diminuindo durante o congelamento. Neste último, os ratos apresentaram um robusto aumento da contribuição do ritmo delta. Além disso, a medida de causalidade mostrou ser dependente do estado comportamental do animal. Finalmente, um aumento da sincronia entre o hipocampo e o córtex pré-frontal foi evidenciado durante a evocação de memória recente, contraposta à diminuição durante a evocação da memória remota. Estes resultados indicam que a sincronização da atividade elétrica cerebral pode refletir uma facilitação na comunicação neuronal / The establishment of long-term memories requires effective communication of the hippocampus to the neocortex. Electrophysiological activities between hippocampus and prefrontal cortex have shown higher theta synchronization during retrieval of aversive memories and lower during extinction learning. While theta activity is more differently related to learning and memory, delta waves have been more discussed in the context of sleep or \"offline\" states. Few studies have investigated delta waves during \"on-line\" states (such as task-relevant situations) and the contribution of these rhythms to memory storage remains unclear. We recorded electrophysiological data to study the contributions of delta and theta waves in cortico-hippocampal system of rats underwent to contextual fear conditioning. Our experiment consisted of environmental pre-exposition, training with electrical footshocks, and recent/remote memory tests. Two groups of rats were tested one or eighteen days post training for recent or remote memory, respectively. Local field potential time series of two behavioral states were sampled: active exploration and freezing. The results showed that theta and delta rhythms play an important role in behavioral responses and memory processing. They are related to fear recall and their contribution depend on the recent or remote memory. Additionally, using an order parameter we show that theta contribution is strongly pronounced in active exploration, decreasing during freezing. In the latter, the rats presented pronounced delta waves in freezing. Moreover, a behavioral-dependent causality measure showed an increase of theta influence in delta rhythms, resulting in a theta slowing in aversive memory retrieval. Finally, we show an increased synchrony between hippocampus and prefrontal cortex during recall of recent memory, but a decreased synchrony in remote memory. We proposed that synchronized activity may facilitate the communication of information and once the memories are established in the neocortex, the synchronization decreases, and recalling them becomes more independent of the hippocampus. We proposed that delta-theta oscillations of the hippocampus over neocortical areas reflect information processing during aversive memory retrieval