0

O laboratório e o dia-a-dia: O que é o método científico e por que ele é o maior inimigo das fake news?

Na ciência, busca-se o tempo todo correlacionar fenômenos com suas causas e consequências, a fim de se compreender como o mundo funciona. Contudo, os tipos de correlação e as dificuldades experimentais que cientistas precisam enfrentar variam de área para área, e evoluem conforme o campo de estudo amadurece.

Por exemplo, se queremos estudar um fenômeno físico, como a relação matemática entre a temperatura e a dilatação de uma barra de metal (o quanto ela varia em comprimento quando aquecido ou resfriado), precisamos realizar uma série de medições de temperatura e do comprimento do objeto, além de levar em conta diferentes tipos de materiais (cada material possui um coeficiente de dilatação diferente, ou seja, diferentes materiais vão dilatar mais ou menos quando sujeitos à mesma variação de temperatura).

Neste caso, chamamos a dilatação do objeto de variável dependente (aquela que depende de outras variáveis que estamos estudando), e a variação de temperatura, o comprimento inicial e o coeficiente de dilatação de variáveis independentes (que são aquelas que estamos controlando a fim de estudar a dilatação). Neste caso termodinâmico, é relativamente simples inferir quais as variáveis dependente e independentes, mas às vezes estas relações não são óbvias a uma primeira vista.

Além disso, estas medições sozinhas não nos fornecem as causas materiais da dilatação, ou seja, as estruturas por trás da mudança de tamanho provocada por alteração da temperatura, mas podem nos fornecer padrões o suficiente para estabelecermos relações matemáticas e podermos prever com boa confiabilidade o quanto determinado material vai dilatar em determinadas circunstâncias (o que culmina em diversas aplicações práticas em várias áreas do conhecimento, por exemplo na engenharia civil).

Quais variáveis têm influência sobre meu objeto de estudo? Créditos: Rebeca Bayeh.

No entanto, ao longo da história da ciência, vários modelos de termodinâmica e de estrutura dos materiais já foram desenvolvidos de forma que seja possível, no caso deste fenômeno, não só prever com boa confiabilidade o comportamento dos materiais estudados em diferentes temperaturas, mas fornecer explicações para as causas do fenômeno da dilatação. Quanto mais suporte teórico e experimental uma teoria científica tem, maior sua credibilidade.

Essa credibilidade passa também pelo quanto determinada afirmação pode ser falseável. O conceito de falseabilidade foi introduzido pelo filósofo Karl Popper, e diz respeito ao quanto uma afirmação ou teoria permitem que sejam realizadas investigações que as refutem.

Por exemplo, no caso dos objetos que dilatam com o calor, alguém poderia observar em laboratório que toda barra de ferro dilata X quando é aquecida em dez graus Celcius. Poderíamos “falsear” essa afirmação fazendo experimentos que medissem a dilatação de diferentes barras de ferro com diferentes tamanhos iniciais e diferentes temperaturas iniciais, sempre variando dez graus.

Caso as barras, dentro de condições controladas de laboratório e utilizando-se estatística apropriada, se comportem de forma semelhante à da afirmação que estamos tentando falsear (o que não aconteceria aqui, pois já sabemos que a dilatação dependeria sim do comprimento inicial da barra), estaríamos fornecendo com isso mais embasamento para uma teoria. Caso contrário, e caso se verifique que não houve falhas sistemáticas na realização do experimento, estamos falseando a afirmação inicial. Quando isso acontece na ciência, surge debate e reflexão sobre quais as variáveis que podem não estar sendo levadas em conta, quais as possíveis falhas experimentais do experimento original (e dos experimentos dele derivados) e quais as causas do fenômeno estudado.

Quando o monge e botânico Gregor Mendel desenvolveu, no século XIX, seus princípios de hereditariedade, que seriam base para os estudos em Genética, ele desconhecia a existência de genes ou mesmo a existência do DNA, e portanto não pôde explicar as causas através das quais as cores das ervilhas que ele estudou dependiam das cores das plantas que foram cruzadas. Contudo, os padrões de hereditariedade verificados experimentalmente por ele em plantas são verificáveis e falseáveis, e seu trabalho serviu como base para o que viria a ser posteriormente a Genética moderna.

Muitas vezes, quando cientistas se depararam com padrões de fenômenos que podiam observar, mas cujas causas eram desconhecidas, foram atribuídos significados místicos e religiosos para estes fenômenos. Quando isso acontece, estamos saindo do campo da ciência. Por exemplo, se eu observo que qualquer barra de ferro dilata sempre proporcionalmente ao seu comprimento inicial e à sua variação de temperatura, eu posso fazer uma afirmação falseável acerca deste fenômeno (se alguém quiser testar minha afirmação, basta aquecer uma barra de ferro em um laboratório com condições controladas e verificar se a minha afirmação se sustenta). Contudo, se eu afirmar que a dilatação se dá por intervenção de um deus do calor que interveio em meu laboratório, esta afirmação não é falseável (não posso provar a existência do deus do calor nem sua presença no meu laboratório, e portanto não posso provar que esta foi a causa da dilatação da barra de ferro).

Além disso, o fato de eu não provar a não-existência do deus do calor não implica na existência do deus do calor. Cabe a quem fez a afirmação de que tal deus existia a comprovação do que está dizendo.

Analogamente, quando são compartilhadas notícias falsas (“fake news”) com afirmações mirabolantes nas redes sociais, cabe a quem fez as afirmações comprovar que o que está dizendo é verdade. O grande problema destes compartilhamentos é que as notícias costumam envolver um grande peso emocional e, muitas vezes, fazem com que os leitores sintam-se ameaçados por um oponente político que está supostamente prejudicando sua vida, sua família e seu senso de sagrado. É natural que fiquemos impressionados com ideias fortes e emotivas, mas cabe a nós verificar se as pessoas que as estão afirmando (e as que estão compartilhando, já que compartilhar é uma forma de re-afirmar) verificaram ou comprovaram tudo que estão alegando, ou se trata-se apenas de ideias fantasiosas que parecem ser verdadeiras apenas por possuir um vínculo com uma parte da realidade que já conhecemos ou porque elas intuitivamente fariam sentidos.

Muitas ideias científicas se iniciam de forma intuitiva, com um vínculo com a realidade já conhecida, como foi o caso das Leis de Mendel e de muitas outras, como a Teoria da Relatividade do Einstein. Mas as intuições isoladamente não constituem por si só o pensamento científico, e não cabe à ciência fornecer explicações para as causas de todos os fenômenos se estas causas não puderem ser estudadas de maneira criteriosa.

Trata-se de um trabalho colaborativo de longo prazo, que tem compromisso com a consistência, e não com a explicação de todas as verdades, e cujos paradigmas evoluem conforme a tecnologia se desenvolve e conforme são encontradas novas relações entre diferentes áreas dentro da ciência.

Anúncios
0

Ver, ouvir e sentir envolvem aprendizado e adaptação

Quando você olha para os dois quadros à esquerda na figura abaixo, a diferença entre eles é bem clara, certo? O de baixo tem o dobro da quantidade de pontos do de cima, no caso, dez pontos a mais. E quando você olha para os dois quadros à direita, fica tão evidente que a diferença de quantidade de pontos é também dez?

Figura 1 – Quanto menos pontinhos, mais fácil é identificar a diferença na sua quantidade (retirado de Wikimedia Commons, por MrPomidor, licença CC BY-SA 4.0).

Isso acontece porque a nossa percepção de quantidades, assim como nossas percepções de brilho, frequência e intensidade sonoras e outros fenômenos não são lineares, ou seja, o aumento na intensidade de um determinado estímulo não implica que sua percepção será proporcionalmente maior.

Nós formamos nossa noção de realidade e interagimos com o nosso ambiente e com as outras pessoas através dos nossos cinco sentidos, e todos eles estão sujeitos a essas relações não-lineares

Figura 2 – Não se preocupe, você não precisa aumentar o grau dos seus óculos.

A relação entre a diferença física entre estímulos e a diferença da forma a qual os percebemos é estudada pela psicofísica. Por abordar fenômenos físicos e sensações simultaneamente, a psicofísica é um ramo essencialmente multidisciplinar e é estudada por físicos, psicólogos e neurocientistas.

Muitas das nossas percepções de estímulos podem ser descritas pela Lei de Fechner, que é provavelmente a mais célebre equação na psicofísica.

Equação 1 – Lei de Fechner – p representa a percepção, S representa o estímulo, k é uma constante que depende do fenômeno e S0 é o estímulo mínimo necessário para que possamos percebê-lo. A relação entre o estímulo e a percepção é logarítmica (ln é um tipo de logaritmo chamado na matemática de logaritmo natural), e não linear.

Muitos destes fenômenos já são bem conhecidos, mas alguns ainda estão sendo investigados pelos cientistas. Saindo um pouco do campo dos estímulos que podem ser simplesmente aumentados ou diminuídos, ainda existem inúmeros tipos de informação que somos capazes de processar em nosso cérebro que vão muito além da mera “decodificação” dos estímulos físicos, e que envolvem níveis de cognição altamente sofisticados. É sabido que nosso cérebro é capaz de se adaptar a mudanças até mesmo estruturais nos órgãos sensoriais quando se trata de interpretar a informação que recebemos através de nossos sentidos.

Um clássico exemplo é o experimento dos austríacos Erismann e Kohler, realizado em 1950. Após alguns dias seguidos utilizando um óculos que deixa a imagem de ponta-cabeça, Kohler, que foi o voluntário do experimento, foi capaz de andar, tocar objetos e até mesmo andar de bicicleta como se nada estivesse acontecendo. Algumas das imagens podem ser vistas neste documentário.

Nosso cérebro também é capaz de se adaptar à mudanças no formato da nossa orelha. Os cientistas Régis Trapeau e Marc Schönwiesner demonstraram, após alterarem o formato das orelhas de participantes do estudo através do uso de moldes de silicone (o que a princípio afetou suas habilidades de distinguir de que direção os sons vinham), que após algum tempo de adaptação os voluntários re-aprenderam a interpretar a direcionalidade dos estímulos mesmo com a “nova orelha”.

Da mesma forma, a forma como seguramos objetos depende de estimativas que fazemos inconscientemente, baseados em informações sensoriais sobre eles, e conforme adquirimos experiência com um determinado objeto, refinamos nosso aprendizado sobre suas propriedades físicas, de forma a saber melhor qual a forma mais adequada de manuseá-lo.

Ainda há muito a ser investigado sobre como processamos as informações ao nosso redor e o quanto conseguimos aprender a interpretar sinais de formas diferentes. Mas está cada vez mais claro que os atos de enxergar, escutar e sentir não são atividades “passivas”, e envolvem muitos processos complexos e sofisticados em nossos cérebros.

Referências:

[1] Wikipedia – Weber–Fechner law. Disponível aqui.

[2] Régis Trapeau, Marc Schönwiesner.The encoding of sound source elevation in the human auditory cortex. Journal of Neuroscience 5 March 2018, 2530-17. Disponível aqui.

[3] Artigo “How the Shape of Your Ears Affects What You Hear” de Veronique Greenwood para o New York Times. Disponível aqui.

[4] Reza Shadmehr. Learning to Predict and Control the Physics of Our Movements. Journal of Neuroscience 15 February 2017, 37 (7) 1663-1671. Disponível aqui.

0

Por que alguns sons são considerados música e outros não?

O viral e controverso áudio “laurel versus yanny”, dividiu e confundiu os internautas. Este é só um exemplo de como a nossa audição é um fenômeno complexo e de como um mesmo som pode ser interpretado de formas diferentes por pessoas e grupos de pessoas diferentes. Créditos: Pinterest.

De tempos em tempos, novas e velhas ilusões de óptica viralizam nas redes sociais. Ilusões aurais e outros tipos de fenômenos relacionados à percepção auditiva são menos conhecidas, mas o recente e controverso áudio “laurel versus yanny” dividiu e também confundiu as pessoas que o escutaram. O jornal americano The New York Times chegou a publicar uma ferramenta que aplica progressivamente filtros de frequência ao arquivo, que é originalmente uma manipulação do áudio correspondente ao verbete “laurel” do site Vocabulary. Com esta ferramenta é possível comparar com outras pessoas a partir de que ponto a interpretação do áudio passa a ser ambígua.

Estas diferenças de percepção são apenas um exemplo entre muitos fenômenos relacionados à audição que variam entre uma pessoa e outra. Elas se devem às vezes a estruturas biológicas – neste caso diferenças entre os sistema auditivo e nervoso de cada indivíduo – e às vezes a diferenças culturais.

Estabelecer uma linha que divida exatamente onde cada um destes fatores passa a interferir ou deixa de influenciar a resposta a um determinado estímulo é virtualmente impossível. Para estudar este tipo de tendência, cientistas das áreas de psicofísica, neurociências, antropologia, psicologia e muitas outras valem-se de ferramentas estatísticas para estudar as diferenças de resposta em diferentes grupos de pessoas.

Quando falamos sobre nossas reações à música, podemos debater até mesmo o que é considerado um som musical ou não. Esta noção já foi debatida à exaustão por estudiosos da etnomusicologia, que apontam que a cultura musical não é transmitida para pessoas sem contexto prévio algum, e que a percepção de como o som é organizado e significado é sujeita ao sistema simbólico prévio do indivíduo que está escutando, executando ou compondo música [1].

O estudo publicado recentemente por McDerbott et al. [2] foi dedicado ao estudo das diferenças de percepção de dissonância musical em cinco grupos de pessoas (americanos com treinamento musical, americanos sem treinamento musical, bolivianos residentes em La Paz, bolivianos que residem em uma cidade consideravelmente menor que a capital e bolivianos pertencentes ao grupo étnico dos Tsimane’ que não tiveram contato com a música tradicional ocidental).

Figura 1 – Membros do grupo Tsimane’, na Amazônia boliviana – Foto de Piotr Strycharz, licença Creative Commons.

Para isso, os pesquisadores apresentaram aos voluntários de cada um dos grupos uma série de estímulos sonoros, dentre eles sons de risadas, suspiros e uma série de díades e acordes, já classificadas como consonantes ou dissonantes na tradição ocidental.

O estudo demonstrou, entre outras tendências, que os membros do grupo Tsimane’ são capazes de distinguir estímulos que são considerados ou não dissonantes na tradição musical ocidental, mas que não consideram os sons dissonantes menos prazerosos que os consonantes.

Os outros dois grupos bolivianos estudados, que têm mais contato com a música ocidental tonal, apresentaram maior predileção pelos sons considerados consonantes nesta cultura, embora tal preferência demonstre ser mais discreta com relação aos voluntários americanos.

Estes resultados corroboram com a hipótese de que as noções estéticas musicais de um grupo de pessoas é predominantemente determinado pelos seus contextos culturais e que, ao contrário das diferentes percepções do áudio “laurel versus yanny”, pouco reflete nossa estrutura biológica responsável pela audição.

No caso específico da resposta a sons consonantes e dissonantes, o estudo sugere que o julgamento da agradabilidade de um acorde é diretamente determinado pela exposição prévia à estrutura harmônica da música ocidental tonal.

Referências
[1] Moisala, P. (1995) Cognitive study of music as culture — basic
premises for “cognitive ethnomusicology”
, Journal of New Music Research, 24:1,
8-20. Disponível aqui.

[2] McDermott, J.H.; Schultz, A.F.; Undurraga, E.A.; Godoy, R.A. (2016). Indifference to dissonance in native Amazonians reveals cultural variation in music perception. Nature volume 535, pages 547–550. Disponível aqui.

0

O que nos faz distinguir uma voz de outra?

Você já parou para pensar o que nos faz distinguir a voz de uma pessoa da voz de outra? E como conseguimos identificar diferentes instrumentos musicais que estão tocando a mesma nota?

Com treinamento musical, é possível inclusive distinguir diferentes marcas e qualidades de um mesmo tipo de instrumento musical, e identificar vários instrumentos sendo tocados simultaneamente em um concerto. A característica musical que nos permite distinguir todos estes aspectos é o timbre.

Música, acústica e psicoacústica

Algumas características do som podem ser facilmente traduzidas entre o “musiquês” e o “fisiquês”. Por exemplo, quando falamos sobre altura, em música, estamos nos referindo à frequência fundamental da nota que está sendo tocada. Quando falamos sobre intervalo, estamos nos referindo à relação entre as frequências fundamentais de duas notas, que geralmente são representadas por frações (no caso de afinações naturais) ou por produtos de frequências por números reais. Quando pensamos em “volume”, estamos nos referindo subjetivamente ao nível de pressão sonora. Mas quando falamos sobre timbre, as coisas ficam mais complicadas. É comum escutarmos e lermos em sites de divulgação científica que o timbre é o “formato da onda”. Mas o que isso quer dizer?

As grandezas que mencionamos, a frequência e o nível de pressão sonora, podem ser tanto medidos fisicamente, através do uso de microfones, quando avaliados em termos perceptivos, ou seja, perguntando-se a voluntários o “quão alto” ou “quão intenso” diferentes amostras sonora soam para eles. Com um número suficiente de voluntários e uma boa estatística, é possível encontrar padrões entre humanos com audição normal, e a ciência que estuda estes fenômenos é a Psicoacústica.

Figura 1 – O que nos faz distinguir diferentes instrumentos e vozes?.

Investigando o timbre

A fim de se estudar a percepção de timbre, vários modelos psicoacústicos foram propostos nas últimas décadas. Entende-se que o timbre é um conjunto de vários atributos auditivos, e portanto tem sido utilizadas modelagens multi-dimensionais, que são bastante úteis na síntese sonora utilizada em instrumentos musicais eletrônicos ou mesmo em música composta e executada com uso de computadores, além de trazer pistas sobre como nosso cérebro processa a música [1,2], ramo da neurociência que tem demonstrado cada vez mais ser extremamente complexo e interessante.

A composição espectral do som, ou seja, quais frequências fazem parte de determinada nota, e as proporções entre as amplitudes destas frequências, é uma das características mais importantes do timbre. Além disso, o fluxo espectral, ou seja, a forma como a composição espectral varia ao longo do tempo durante a execução de uma nota, também é fundamental para definir o que chamamos de timbre do instrumento [2].

Além destas características, e de muitas outras que podem ser estudadas e associadas ao termo guarda-chuva “timbre”, existe aquela que chamamos de “tempo de ataque”, que é o tempo entre o início da execução de um som até a identificação do mesmo, e que varia consideravelmente entre um instrumento e outro. As batidas percussivas, por exemplo, possuem um tempo de ataque inferior ao tempo de ataque das notas executadas por um violino [2].

Tempo de ataque – Testando seu ouvido

Quando o chamado “envelope” inicial do ataque é retirado artificialmente, nossa percepção de timbre pode ser consideravelmente alterada. E você, será que percebe a diferença entre pares de notas com e sem o tempo de ataque? Que instrumentos foram tocados? Em quais deles a diferença fica mais evidente quando o tempo de ataque é artificialmente retirado? clique aqui para descobrir. E conte para nós nos comentários! Aviso: Ajuste o volume antes de reproduzir.

Referências

[1] Thoret, E.; Depalle, P.; McAdams, S. (2017), Perceptually Salient Regions of the Modulation Power Spectrum for Musical Instrument Identification. Front. Psychol. 8:587. DOI: 10.3389/fpsyg.2017.00587. Disponível aqui.

[2] McAdams, S. (2012), , Musical Timbre Perception , capítulo em The Psychology of Music. Editado por Deutsch, D.; Terceira edição, Academic Press.

Créditos da figura
Figura 1 – Julia Freeman-Woolpert

4

Você está ouvindo o que eu estou ouvindo?

Tudo o que percebemos através de nossos sentidos depende não só da natureza física do som, da luz, ou do calor, por exemplo, mas também da estrutura biológica que é responsável pela percepção destes fenômenos.

No caso da audição, nós e todos os demais mamíferos percebemos o som através da orelha (antigamente chamada de ouvido), que é responsável pela captação e transmissão do som, além de realizar a transdução para nosso sistema nervoso, ou seja, transformar sinais sonoros em sinais elétricos de forma que nossos cérebros sejam capazes de interpretar os sons que escutamos. Além disso, a orelha é responsável por parte da nossa percepção de movimentação da cabeça e da gravidade. Pessoas com labirintite possuem uma inflamação no labirinto, que é parte da orelha interna, o que causa a sensação de tontura e de movimentação mesmo quando se está parado.

Figura 1 – Algumas partes que constituem nossa orelha (Chittka L, Brockmann / CC BY 2.5).

Também na orelha interna acontece a transformação do sinal mecânico em sinal elétrico, que é mediada pelo órgão de Corti, localizado dentro da cóclea [1]. Sob o órgão de Corti encontra-se a membrana basilar, que decompõe os sons que escutamos em frequências separadas, processo que, junto com as etapas anteriores do processamento do som em nossa orelha, causa algumas distorções no sinal. Dessa forma, escutamos melhor ou pior determinadas frequências, mesmo que elas cheguem à nossa orelha com exatamente a mesma intensidade. Esta distorção varia conforme envelhecemos e é por isso que, tempos atrás, tornou-se moda entre adolescentes tocar tons puros extremamente agudos durante as aulas para testar se os professores conseguiriam escutar. Você pode testar um pouco da sua audibilidade de uma mesma intensidade sonora em diferentes faixas de frequência clicando aqui. Alerta: Sons potencialmente irritantes! Ajuste o volume antes de reproduzir.

Esta distorção varia sutilmente entre um indivíduo e outro, e geralmente varia muito entre uma espécie e outra. Contudo, um estudo recente [2] avaliou a percepção de frequências em macacos da espécie Callithrix jacchus, nativa do Brasil [3], e constatou algumas similaridades com a percepção humana.


Figura 2 – Indivíduo da espécie Callithrix jacchus (Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0).

Os primatas foram treinados previamente para responder a variações nas frequências fundamentais (frequência de maior intensidade, responsável pela nossa percepção de “nota” dos instrumentos musicais), e em seguida foram submetidos a uma série de testes que utilizaram estímulos com diversas variações harmônicas e temporais.

Um dos resultados obtidos foi que esta espécie de macaco apresenta sensibilidade à qualidade espectral – ou seja, à proporção em que as frequências não fundamentais são executadas simultaneamente à fundamental – similar à de humanos. Além disso, a taxa de acertos para determinados tipos de estímulo são condicionados à sua distribuição no tempo de forma similar à nossa [2].

Estas semelhanças sugerem que a nossa percepção de frequências teria se desenvolvido em estágios evolutivos no mínimo tão antigos quanto a separação entre as espécies de primatas conhecidas como primatas “do novo mundo” (como é o caso da espécie estudada) e “do velho mundo”, que sabidamente possuem outras características, há aproximadamente 40 milhões de anos. Contudo, para uma avaliação mais precisa desta interpretação, será necessário avaliar a percepção de frequências em outros primatas [2].

 

Referências

[1] RUGGERO, M. A.; RICH, N. C. Application of a commercially-manufactured doppler-shift laser velocimeter to the measurement of basilar-membrane vibration. Hearing Research, v. 51, n. 2, p. 215 – 230, 1991. Disponível em:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/037859559190038B.

[2] SONG, X.., OSMANSKI, M. S., GUO, Y., WANG, X. Complex pitch perception mechanisms are shared by humans and a New World monkey. PNAS 2016 113 (3) 781-786. Disponível em http://www.pnas.org/content/113/3/781.full.

[3] Wikipedia – Marmoset.

 

Créditos das figuras

Figura 1 – Chittka L, Brockmann – Perception Space—The Final Frontier, A PLoS Biology Vol. 3, No. 4, e137 doi:10.1371/journal.pbio.0030137 (Fig. 1A/Large version), vectorised by Inductiveload, CC BY 2.5, Link

Figura 2 – Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons), Weißbüschelaffe (Callithrix jacchus), bearbeitet, CC BY-SA 4.0