A neurociência tenta propor vários mecanismos neuronais para explicar a formação de habilidades cognitivas. Como será que o ambiente físico e sociocultural impacta nas interações neuronais? Como a cognição é formada?
Entender o cérebro humano ainda é um desafio e tanto!
Um novo estudo apresenta um modelo neurocomputacional do cérebro humano que pode esclarecer como o cérebro desenvolve habilidades cognitivas complexas e avançar na pesquisa de inteligência artificial neural.
O estudo – modelos hierárquicos
O estudo, resultado da colaboração internacional de grupos de pesquisa, foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS). O grupo apresentou um modelo computacional de três níveis de processamento de informações e aquisição de habilidades cognitivas, propondo requisitos arquiteturais mínimos para construir esses níveis e como os parâmetros afetam seu desempenho e relacionamentos.
E quais as bases do trabalho?
Aqui, vamos um pouco mais fundo em neurociência.
Várias teorias recentes enfatizam a relação hierárquica entre processos locais e globais na construção da cognição de nível superior. Dentre estas teorias, destaca-se o espaço de trabalho neuronal global (GNW) e a distinção funcional apresentada por Daniel Kahneman em seu livro “Rápido e devagar: Duas formas de pensar“.
Desta forma, segundos estas teorias, uma relação hierárquica entre processos locais e globais é mantida pelo “sistema 1” que lida com processos cognitivos rápidos e não conscientes e o “sistema 2” que lida com tarefas cognitivas que requerem esforço consciente mais lento e mais concentrado.
Por exemplo. O sistema 1 é aquele que identifica os gatilhos rápidos, como quando você percebe um som, um objeto distante, um paciente sendo hostil. São padrões simples, automáticos, mas que vão gerar padrões complexos.
No sistema 2, as análises recebidas pelos gatilhos são mais analíticas. “O que fazer agora?”; “Quais as soluções com base em aprendizado e memória?”. São pensamentos mais organizados e ordenados.
Além disso, acredita-se que os neurônios em pico aprendem por diferentes meios. Sobretudo, os métodos eletrofisiológicos indicaram dois mecanismos principais de aprendizagem no cérebro humano: aprendizagem hebbiana e aprendizagem por reforço.
O mecanismo de seleção de sinapses (ou poda sináptica) também é conhecido por desempenhar um papel significativo tanto no aprendizado quanto no desenvolvimento biológico.
À vista disso, o trabalho recentemente publicado estabeleceu três níveis hierárquicos de processamento de informações em seu modelo neural:
O primeiro nível sensório-motor lida com o processamento não consciente local, durante uma tarefa de classificação visual;
O segundo nível ou nível cognitivo integra globalmente as informações de vários processadores locais por meio de conexões de longo alcance e as sintetiza de maneira global, mas ainda não consciente.
O terceiro e mais alto nível cognitivamente lida com a informação global e conscientemente. Baseia-se na teoria do espaço de trabalho neuronal global (GNW) e é referido como o nível consciente.
O último nível, ou o nível consciente, correspondente ao processamento autônomo e duradouro da informação, mesmo na ausência de estimulação sensorial aplicada externamente.
A pesquisa fornece pistas sobre os principais mecanismos subjacentes à cognição, graças ao foco do modelo na interação entre dois tipos fundamentais de aprendizagem: aprendizagem associada à regularidade estatística (repetição¹) e aprendizado por reforço, associado à recompensa e ao neurotransmissor dopamina.
¹ “Neurônios que disparam juntos, se conectam” (“Neurons that fire together wire together.”) Donald Hebb. Isso significa que células ativadas juntas são fortalecidas e preservadas.
No trabalho, o grupo abordou a questão de como a progressiva complexificação e integração de uma rede neural (nesse caso, artificial) dá origem a habilidades cognitivas. Ou seja, quando mais complexa e mais integrada é a rede de comunicação, maior o avanço cognitivo.
Os resultados destacam dois mecanismos fundamentais para o desenvolvimento multinível de habilidades cognitivas em redes neurais biológicas: seleção preferencial de sinapses e relação excitatória/inibitória equilibrada dos neurônios.
Nesses casos, foi visto que para um desenvolvimento cognitivo adequado, faz-se necessário a dopamina e a presença de interneurônios.
E aqui destacamos a importância da dopamina em diversas condições neurológicas!
Além dos resultados esperados, os pesquisadores ainda encontraram “evidências” para a hipótese da origem social da consciência. Esta teoria propõe o sentido da consciência como resquício das habilidades evolutivas inicialmente desenvolvidas para compreender os outros.
Ou seja, a hominização de primatas parece estar ligada a alterações moleculares associadas à cognição social e ao aumento da conectividade de longo alcance e à regulação do equilíbrio entre neurônios excitatórios e inibitório.
E se ainda ficou difícil entender:
Compreender o cérebro humano continua a ser o principal desafio das ciências biológicas e tornou-se o foco de atenção considerável da neurobiologia e das ciências computacionais.
Como consequência do recente sucesso de algoritmos inspirados na neurociência, incluindo redes neurais artificiais e aprendizado por reforço, o campo de aprendizado de máquina em rápido desenvolvimento continua a buscar inspiração na neurociência.
Ancorar futuros modelos computacionais em realidades biológicas e sociais continuará a esclarecer os principais mecanismos subjacentes à cognição.
Explicar as funções cognitivas básicas, como recuperação de memória, processamento de linguagem e aprendizado pode dar luz ao desenvolvimento de terapias direcionada para diversas condições neuropsiquiátricas, como os transtornos neurocognitivos.
Ainda, identificar neurotransmissores (como é o caso da dopamina), ou neurônios específicos (inibitórios ou excitatórios) que possam ser necessários e suficientes ao desenvolvimento neuronal auxilia na identificação de possíveis marcadores de alteração de desenvolvimento e no tratamento de diversos pacientes.
Além disso, este estudo ajuda a fornecer uma conexão entre a inteligência artificial e o cérebro humano, atualmente o único sistema conhecido com consciência social avançada.
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Referências:
How the Brain Develops: A New Way to Shed Light on Cognition. https://neurosciencenews.com/cognitive-development-ai-21454/
Konstantin Volzhenin, Jean-Pierre Changeux and Guillaume Dumas. Multilevel development of cognitive abilities in an artificial neural network. PNAS. September 19, 2022. 119 (39) e2201304119. https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2201304119
