O ruído neural ajuda você a aprender 30.03.2015

Vinte anos atrás, neurocientistas de Stanford descobriram uma estranha atividade de ruído em alguns neurônios do cérebro: eles respondiam a estímulos que pareciam não ter nada a ver com eles. E tal atividade surgiu precisamente quando o cérebro tomou uma decisão. O experimento em si foi o seguinte: os animais experimentais tiveram que determinar como os pontos na tela se movem, da direita para a esquerda ou da esquerda para a direita; em caso de resposta correta, era dada uma recompensa. Com a ajuda de tal modelo, é possível estudar quais processos no cérebro acompanham a formação de categorias. A categorização de objetos e fenômenos é uma das características mais gerais da psique subjacentes ao aprendizado, e seria realmente interessante saber o que está acontecendo no cérebro neste momento. Nesse caso, como é fácil de entender, foi necessário distinguir duas classes de objetos: os que se movem em uma direção e os que se movem na direção oposta.

Como resultado, foi possível encontrar um grupo de neurônios que respondem ao movimento, e entre eles estavam aqueles que se tornaram especialmente ativos no momento de tomar uma decisão. No entanto, sua atividade parecia que algumas células gritavam “da direita para a esquerda!” em resposta ao ponto, enquanto outras gritavam “da esquerda para a direita!” em resposta ao mesmo ponto, independentemente de onde o ponto realmente se move. O nível de ruído foi reduzido com a ajuda de uma recompensa para a resposta correta - ele sintonizou os neurônios, tornando-os mais exigentes e menos barulhentos, de modo que eles começaram a responder principalmente apenas a pontos de uma, "sua" categoria. E o que era especialmente estranho era que o ruído neural não ocorria nas áreas do córtex geralmente associadas à tomada de decisões.

Por que os neurônios fazem barulho na parte "não-núcleo" do cérebro, só agora conseguimos descobrir parcialmente, com a ajuda de um modelo de computador desenvolvido por Tatiana Engel e seus colegas; os resultados de seu trabalho são publicados na Nature Communications. O modelo imitou o trabalho de circuitos neurais conectando áreas sensoriais do cérebro com as de categorização. Neurônios virtuais "observaram" pontos que se moviam em direções diferentes e que precisavam ser divididos nas mesmas duas classes, "direita" e "esquerda" - como no experimento original com animais.

Um circuito neural simulado, ao contrário de um real, pode ser privado da capacidade de fazer barulho, o que os pesquisadores fizeram. Mas descobriu-se que sem o ruído neural que acompanha a escolha, a formação de categorias é impossível. Em outras palavras, para que uma classe de pontos movendo-se da direita para a esquerda se forme na mente, o cérebro deve fazer uma escolha em condições "ruidosas", quando alguns dos neurônios simultaneamente "agitam" pela resposta errada. Se ignorarmos os pontos e pegarmos um exemplo mais realista, imagine que todas as manhãs você escolhe entre uma xícara de café e uma xícara de chá. Você faz uma escolha todos os dias durante uma semana, duas semanas, um mês, seis meses e, no final, chega à conclusão de que uma xícara de café matinal é exatamente o que você precisa. Mas se acontecer de repente que seu cérebro faz uma escolha sem nenhum ruído, então você simplesmente não formará uma conexão entre as horas da manhã e o café, o próprio conceito de café da manhã estará ausente.

Claro, há uma grande tentação aqui de interpretar o ruído neural como "dúvida", ou como "a necessidade de considerar todas as soluções possíveis". No entanto, tais formulações pertencem mais ao campo da filosofia, que dificilmente podemos correlacionar com fenômenos neurofisiológicos específicos até agora. No entanto, pode ser que novos dados no futuro permitam a criação de alguns métodos de hardware que melhoram as habilidades cognitivas - por meio do gerenciamento de ruído neural. Mas, por enquanto, resta saber de onde ele realmente vem: se são os departamentos sensoriais que o geram, ou se é produzido por outras áreas do cérebro que estão diretamente relacionadas à tomada de decisões, ou se tanto sensorial quanto cognitivo departamentos estão envolvidos aqui.