No passado, acreditava-se geralmente que a incrível inteligência do cérebro humano se devia principalmente ao seu enorme número de neurônios e às intrincadas conexões intercelulares. No entanto, um estudo recente publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) mostra que a raiz das extraordinárias capacidades cognitivas humanas reside não apenas na escala macroscópica, mas também no inimaginável poder computacional de um único neurónio.
A pesquisa foi liderada pelos professores Idan Segev e Mickey London da Universidade Hebraica de Jerusalém, em colaboração com os estudantes de doutorado Ido Aizenbud e Daniela Yoeli do Edmund and Lily Safra Brain Science Center (ELSC), e o professor Chris de Kock da Vrije Universiteit Amsterdam.
Há muito tempo, a comunidade científica está acostumada a reduzir o neurônio a um simples interruptor, responsável apenas por receber sinais e decidir se deve enviar sinais elétricos. Mas as pesquisas mais recentes descobriram que um único neurônio no córtex cerebral humano (a estrutura externa responsável pelo pensamento de alto nível) é na verdade uma unidade de processamento de informações em miniatura altamente complexa. Eles podem não apenas coletar sinais, mas também combinar e processar com precisão as informações de entrada por meio de mecanismos internos extremamente complexos. Suas capacidades de processamento unicelular podem até rivalizar com redes neurais artificiais profundas.
Para medir de forma justa a complexidade computacional de diferentes neurônios de mamíferos, a equipe de pesquisa usou inteligência artificial e técnicas de modelagem computacional para construir um “imitador” digital. Eles testaram a profundidade que uma rede neural artificial precisa atingir para reproduzir com precisão a relação entre os sinais de entrada e as respostas de saída dos neurônios biológicos. A pesquisa descobriu que quanto mais complexas são as células biológicas, mais profundo é o nível de redes artificiais necessárias, e os neurônios no córtex cerebral humano sempre exigem redes artificiais mais complexas para serem imitadas.
Os pesquisadores apontaram que esta enorme vantagem dos neurônios humanos se deve principalmente à sua rica estrutura de ramos de árvores dendríticas e propriedades eletrofisiológicas únicas. Essas estruturas físicas exclusivas permitem que os neurônios não apenas adicionem sinais de entrada, mas também realizem análises e processamento aprofundados de combinações complexas de informações. Esta descoberta subverte a cognição tradicional e mostra que o pensamento humano avançado, a linguagem, a imaginação e a criatividade podem ter começado com cálculos complexos dentro de um único neurônio.
Além disso, a nova estrutura computacional estabelecida por esta investigação não só ajudará os cientistas a revelar ainda mais os mecanismos celulares do pensamento e aprendizagem humanos, mas também terá um impacto profundo no desenvolvimento de uma nova geração de inteligência artificial semelhante ao cérebro. Os futuros sistemas de inteligência artificial podem já não depender simplesmente do empilhamento de camadas de unidades simples, mas podem abrir um novo caminho mais próximo do sistema nervoso biológico, introduzindo unidades de computação complexas com capacidades de processamento individuais mais fortes.