Difundida popularmente como a ciência do século 21, a neurociência é uma área que tem contribuído para a compreensão dos processos cognitivos envolvidos na aprendizagem, como a memória, a atenção e a resolução de problemas. Os dispositivos para medição de sinais cerebrais permitem avaliação de diversas situações na educação, fornecendo informações sobre os processos cognitivos envolvidos em tarefas escolares e dados relevantes para a avaliação de respostas emocionais envolvidas na aprendizagem.

Um dos meios de medição de sinais cerebrais utilizados no contexto educacional é a espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS – do inglês, Functional Near Infrared Spectroscopy), que, graças a sua portabilidade, permite a realização de pesquisas dentro do ambiente escolar, em situações mais próximas do cotidiano de professores e estudantes. Com esse equipamento, é possível avaliar o envolvimento de alunos em tarefas ou estudar as regiões cerebrais durante a interação social, como, por exemplo, professores interagindo com alunos.

O cérebro tem um papel crucial de geração, coordenação e manutenção dos nossos sinais sensoriais, motores e cognitivos. Durante muito tempo, o estudo das funções cerebrais estava restrito à investigação post-mortem (após a morte do indivíduo), devido às limitações tecnológicas da época. Contudo, no início dos anos 1990, as técnicas de neuroimagem não-invasivas – tecnologias utilizadas para monitoramento do cérebro sem necessidade de abertura da calota craniana – foram ganhando espaço, permitindo descobertas incríveis sobre o funcionamento desse tão complexo e intrigante órgão.

Em 1977, Frans F. Jobsis, professor da Universidade de Duke, nos Estados Unidos, publicou os resultados de um estudo sobre a relação entre o tecido humano e a luz infravermelha, que é invisível aos nossos olhos. Nesse trabalho, Jobsis mostrou que a luz em uma frequência infravermelha, bem próxima à que o ser humano seria capaz de ver, poderia ultrapassar tecidos biológicos, como a pele, os ossos ou mesmo o cérebro, permitindo o registro eficaz e contínuo do sangue oxigenado no corpo humano. Esse trabalho pioneiro foi importante para fins clínicos, como o desenvolvimento de métodos para detecção de hemorragias e também da técnica hoje conhecida como fNIRS.

A técnica de fNIRS consiste na emissão e detecção de luz na região do infravermelho próximo (comprimento de onda entre 650 nm e 900 nm) no escalpo (couro cabeludo) do indivíduo. As partículas do feixe de luz, chamadas fótons, se espalham de tal modo que parte delas penetra o crânio. Alguns fótons são absorvidos; outros são refletidos e captados por detectores também colocados no couro cabeludo. 

Os valores de intensidade de luz emitida e detectada são então utilizados para calcular as concentrações de hemoglobina oxigenada (OxiHB ou oxi-hemoglobina) e desoxigenada (desoxiHB ou desoxi-hemoglobina), moléculas importantíssimas no processamento neuronal. A hemoglobina é a proteína que transporta o oxigênio no sangue; a medida da relação entre a hemoglobina oxigenada e a desoxigenada permite avaliar a atividade metabólica do cérebro, ou seja, se as células cerebrais estão usando mais ou menos oxigênio.

Os primeiros modelos dessa técnica continham apenas um emissor e um detector de luz, chamados de optodos, permitindo o monitoramento de apenas alguns pontos específicos do cérebro. Com os avanços tecnológicos, a fNIRS foi se modernizando, aumentando o número de optodos e permitindo o monitoramento de múltiplas regiões cerebrais. Hoje, existem modelos conhecidos como alta densidade (do inglês, high density) com um grande número de optodos capazes de cobrir todo o escalpo (figura 1).