Estudo derruba antiga teoria da aprendizagem cerebral

19 de maio de 2020 Agora

Por décadas, os cientistas pensaram que o aprendizado ocorre nas sinapses ou nas inúmeras junções entre as células cerebrais. Mas agora, um novo estudo propõe que o aprendizado ocorra em alguns dendritos, os ramos que alimentam os insumos da célula cerebral, ou neurônio.

neurônio azul sobre fundo azul — Os resultados de um novo estudo oferecem uma nova visão sobre a aprendizagem do cérebro.

Em um artigo que agora é publicado na revista Relatórios Científicos, os autores descrevem como chegaram a essa conclusão depois de estudar modelos computacionais de neurônios e culturas de células.

Na vasta rede neural do cérebro, os neurônios se comportam como minúsculos microchips que absorvem seus dendritos e – quando certas condições são atingidas – criam resultados usando seus axônios.

Os axônios, por sua vez, estão conectados aos dendritos de outros neurônios por meio de links chamados sinapses. Há muito mais sinapses por neurônio que dendritos.

Um resultado significativo da nova pesquisa é que, por propor que o aprendizado ocorre em dendritos e não em sinapses, os parâmetros de aprendizado para cada neurônio são muito menores do que se pensava anteriormente.

“Nesse novo processo de aprendizado dendrítico”, observa o autor sênior do estudo, Prof. Ido Kanter, do Centro Interdisciplinar de Pesquisa Cerebral Gonda da Universidade Bar-Ilan, em Israel, “existem alguns parâmetros adaptativos por neurônio, em comparação com milhares de sensíveis no cenário de aprendizado sináptico “.

Outro resultado importante do novo estudo é que o processo de aprendizado acontece muito mais rápido no novo modelo dendrítico do que no modelo sináptico tradicional.

Os resultados podem ter implicações importantes para o tratamento de distúrbios cerebrais e o design de aplicativos de computador – como “algoritmos de aprendizado profundo” e inteligência artificial – baseados na imitação da maneira como o cérebro funciona.

Os pesquisadores antecipam que, no caso deste último, seu estudo abre as portas para o design de recursos mais avançados e velocidades de processamento muito mais rápidas.

O modelo tradicional e sináptico de aprendizado está enraizado no trabalho pioneiro de Donald Hebb, publicado em 1949 no livro A organização do comportamento.

Esse modelo, que o Prof. Kanter e seus colegas chamam de “aprendizado por links”, propõe que os “parâmetros de aprendizado” que mudam durante o processo de aprendizado refletem o número de sinapses ou links por neurônio, que são as unidades computacionais na rede neural.

Em seu novo modelo – que eles chamam de “aprendizado por nós” – os pesquisadores propõem que os parâmetros de aprendizado refletem não o número de sinapses, das quais existem muitas por neurônio, mas o número de dendritos ou nós, dos quais existem são apenas alguns por neurônio.

Portanto, eles explicam que “em uma rede de neurônios conectados”, o número de parâmetros de aprendizado por neurônio no modelo sináptico é “significativamente maior” que o número no modelo dendrítico.

O principal objetivo do estudo foi comparar as “propriedades dinâmicas cooperativas entre os cenários de aprendizado sináptico (link) e dendrítico (nodal)”.

Os autores do estudo concluem que seus resultados “indicam fortemente que ocorre um processo de aprendizado mais rápido e aprimorado nos dendritos neuronais, semelhante ao que é atualmente atribuído às sinapses”.

Outra descoberta significativa do estudo é que parece que sinapses fracas, que representam a maior parte do cérebro e que pensavam desempenhar um papel insignificante na aprendizagem, são realmente muito importantes.

Os autores observam que “a dinâmica é contra-intuitivamente governada principalmente pelos elos fracos”.

Parece que, no modelo dendrítico, as sinapses fracas fazem os parâmetros de aprendizado oscilarem, em vez de passarem a “extremos fixos irrealistas”, como no modelo sináptico.

O professor Kanter resume os resultados fazendo comparações com a forma como devemos medir a qualidade do ar.

“Faz sentido”, ele pergunta, “medir a qualidade do ar que respiramos por meio de muitos sensores de satélite minúsculos e distantes na elevação de um arranha-céu ou usando um ou vários sensores nas proximidades do nariz?”