Resumo:
Quando os humanos veem o mundo, eles não apenas apresentam diretamente os sinais recebidos pelos seus olhos. A informação visual é processada por múltiplas áreas do cérebro com diferentes funções, e essas áreas devem trocar informações continuamente para, em última análise, formar um resultado de percepção relativamente unificado. Um novo estudo realizado por pesquisadores do Laboratório Cold Spring Harbor, da Universidade de Cambridge e da University College London descobriu que o cérebro pode gradualmente formar uma interpretação consistente da mesma informação em diferentes áreas visuais por meio de um mecanismo neural semelhante a “chegar a um consenso”.
Este estudo publicado na "Nature Neuroscience" usou camundongos como sujeitos experimentais, com foco no córtex visual primário V1 e na área visual medial lateral LM. Ambas as áreas pertencem ao córtex visual do cérebro, mas a informação que são responsáveis pelo processamento é diferente, e existem ligações neurais bidirecionais entre as duas, pelo que não se trata simplesmente de uma transmissão unilateral de informação de uma área para a outra.
Os pesquisadores descobriram que quando os padrões de atividade neural nas duas áreas, V1 e LM, eram consistentes entre si, a atividade durava mais; ao passo que quando as duas áreas produziram padrões de actividade contraditórios, as diferenças desapareceram rapidamente em menos de um segundo. Isto significa que diferentes áreas do cérebro podem não processar informações de forma independente, mas podem interagir umas com as outras para enfraquecer gradualmente informações inconsistentes, ao mesmo tempo que mantêm padrões de atividade neural mutuamente reconhecidos.
A equipe de pesquisa chama esse mecanismo de "construção de consenso". Este mecanismo pode ajudar o cérebro a integrar dados de diferentes áreas neurais e diferentes canais de informação para formar uma percepção global coerente.
Os pesquisadores usam ilusões de ótica como exemplo para explicar esse problema. Quando uma pessoa vê um objeto embaçado em um ambiente escuro, ela pode reconhecê-lo instantaneamente como um rosto; uma laranja pode ser vista brevemente como uma maçã sob certas luzes e ângulos. O sistema visual não se depara com um conjunto de informações sempre claras e completamente consistentes, mas exige uma coordenação constante entre diferentes interpretações. Para estudar este processo de coordenação, os investigadores treinaram ratos para discriminar entre dois padrões visuais inclinados em ângulos opostos e depois recompensaram os ratos por apenas um dos padrões. Durante o experimento, os pesquisadores desligaram brevemente a atividade neural em V1 ou LM enquanto registravam alterações na outra área visual após perderem informações da área do parceiro.
Com esses dados experimentais, os pesquisadores estabeleceram ainda um modelo de rede neural artificial que representa o circuito neural entre V1 e LM. O modelo é capaz de simular a atividade em duas regiões do cérebro sob diferentes estímulos visuais e testar como a conexão entre as duas regiões afeta a duração da atividade neural quando neurônios específicos sofrem interferência.
Os pesquisadores finalmente descobriram que a conexão bidirecional entre V1 e LM pode alterar dinamicamente o estado de atividade neural das duas regiões. Quando as duas partes têm padrões de actividade semelhantes, os sinais relevantes serão sustentados; quando os padrões de actividade das duas partes são inconsistentes, os sinais de conflito enfraquecerão rapidamente.
Para construir um modelo mais preciso, os pesquisadores analisaram dados de atividade neural de 7 camundongos, incluindo 194 neurônios V1 e 228 neurônios LM. A equipe de pesquisa usou esses dados para construir modelos de circuitos da região cerebral e prever mudanças na atividade sob diferentes condições de estimulação e intervenção neural.
Os investigadores acreditam que este mecanismo pode explicar um problema de longa data da neurociência: diferentes áreas do cérebro são altamente especializadas e cada uma recebe e processa diferentes tipos de informação, mas o que as pessoas acabam por obter é uma visão do mundo unificada e coerente.
Em outras palavras, o cérebro não simplesmente une os resultados de múltiplas regiões cerebrais, mas pode permitir que diferentes regiões "negociem" gradualmente uma explicação comum através de feedback bidirecional contínuo entre regiões cerebrais. Em vez de dizer que uma região do cérebro tem, em última análise, o poder absoluto de tomada de decisão, é melhor dizer que múltiplas regiões do cérebro continuam a influenciar-se umas às outras e eventualmente formam um estado comum relativamente estável.
No entanto, este estudo só observou duas áreas visuais do cérebro até agora, e os sujeitos experimentais foram ratos. Portanto, os pesquisadores não podem provar diretamente que o cérebro humano utiliza o mesmo mecanismo. O experimento também testou a discriminação dos ratos em relação a diferentes padrões visuais oblíquos, em vez das complexas ilusões visuais da vida diária dos humanos.
A seguir, a equipa de investigação espera determinar melhor se a "construção de consenso" existe numa gama mais ampla de áreas do córtex cerebral. Se este mecanismo não se aplicar apenas a V1 e LM, mas também funcionar geralmente entre outras áreas do cérebro, então poderá tornar-se um importante quadro teórico para explicar como o cérebro integra informações complexas.
Os pesquisadores estão particularmente preocupados com os conflitos de informação entre os diferentes sentidos. Por exemplo, quando uma pessoa vê um objeto movendo-se numa direção que é inconsistente com a informação fornecida por um som que ouve, como é que o cérebro decide em que informação acreditar? Se os sistemas visuais, auditivos e outros sistemas sensoriais também são coordenados através de mecanismos neurais semelhantes, ainda precisa ser mais estudado.
Se este mecanismo de construção de consenso se revelar generalizado no córtex cerebral, também poderá ajudar os cientistas a compreender algumas situações em que os sistemas neurais não conseguem formar uma explicação unificada. Quando diferentes regiões do cérebro não conseguem coordenar eficazmente as informações, podem ocorrer anormalidades na percepção e na cognição.
Esta pesquisa também pode fornecer novas ideias para inteligência artificial. Os sistemas modernos de IA consistem frequentemente em vários módulos especializados que trabalham em conjunto, e diferentes modelos ou módulos por vezes produzem resultados diferentes ou mesmo contraditórios para o mesmo input. Os pesquisadores acreditam que o mecanismo do cérebro de reter informações mutuamente consistentes e enfraquecer rapidamente as informações conflitantes pode inspirar os sistemas de inteligência artificial a projetar métodos de coordenação de informações mais eficazes no futuro.
A principal conclusão deste estudo não é que o cérebro tenha uma única área responsável pelo "julgamento", mas que diferentes áreas do cérebro continuam a interagir umas com as outras através de conexões bidirecionais, reduzindo gradualmente as diferenças na dimensão do tempo e fortalecendo os padrões de atividade comuns, permitindo que o sistema nervoso altamente especializado eventualmente forme um resultado de percepção relativamente unificado.
Comentários