ESTUDO DERRUBA A ANTIGA TEORIA DE APRENDIZAGEM CEREBRAL

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

Os resultados de um novo estudo oferecem uma nova visão sobre o aprendizado 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 recebem entradas por meio de seus dendritos e - quando certas condições são alcançadas - criam saídas usando seus axônios.

Os axônios, por sua vez, são conectados aos dendritos de outros neurônios por meio de links chamados sinapses. Existem muito mais sinapses por neurônio do 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.

“Neste novo processo de aprendizagem dendrítica”, observa o autor sênior do estudo, Prof. Ido Kanter, do Gonda Interdisciplinary Brain Research Centre da Bar-Ilan University em Israel, “existem alguns parâmetros adaptativos por neurônio, em comparação com milhares de minúsculos e sensíveis no cenário de aprendizagem sináptica. ”

O aprendizado acontece mais rápido do que pensávamos

Outro resultado importante do novo estudo é que o processo de aprendizagem 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 - que se baseiam na imitação da maneira como o cérebro funciona.

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

O modelo tradicional e sináptico de aprendizagem 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 se referem como "aprendizagem por links", propõe que os "parâmetros de aprendizagem" que mudam durante o processo de aprendizagem refletem o número de sinapses, ou links, por neurônio, que são as unidades computacionais na rede neural.

‘Aprendizagem por nós’

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

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

O objetivo principal do estudo foi comparar as “propriedades dinâmicas cooperativas entre cenários de aprendizagem sináptica (ligação) e dendrítica (nodal)”.

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

Sinapses fracas desempenham um papel fundamental na aprendizagem

Outra descoberta significativa do estudo é que parece que as sinapses fracas, que respondem pela maior parte do cérebro e que se pensava desempenhar um papel insignificante na aprendizagem, são na verdade 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 aprendizagem oscilarem em vez de se moverem para “extremos fixos irreais”, como no modelo sináptico.

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

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