ASHBURN, Va. — Você está relaxando em um banco de parque, distraído durante um passeio ou vagando sem destino em um shopping. Embora não esteja tentando aprender nada, novas pesquisas do Janelia Research Campus indicam que seu cérebro pode estar absorvendo informações sem você perceber.
Uma equipe de neurocientistas fez descobertas significativas sobre como o cérebro aprende. Observando a atividade de dezenas de milhares de neurônios em camundongos, os pesquisadores descobriram que a habilidade de reconhecer padrões complexos pode ser desenvolvida apenas por meio da exposição, sem a necessidade de recompensas, feedback ou esforço consciente.
Como os cientistas testaram o aprendizado cerebral sem recompensas
Comando pelo pesquisador de pós-doutorado Lin Zhong, a equipe projetou um experimento para separar diferentes tipos de aprendizado. Os camundongos foram colocados em um ambiente de realidade virtual e permitidos a correr por corredores decorados com várias texturas naturalistas, como padrões de folhas ou círculos. Um grupo recebeu recompensas (água) ao responder corretamente a certos padrões, enquanto o outro grupo experimentou as mesmas visões, mas não recebeu recompensas.
“Fiquei muito surpreso”, disse Zhong. “Eu tenho feito experimentos comportamentais desde o meu doutorado e nunca esperei que, sem treinar os camundongos para realizar uma tarefa, você encontraria a mesma neuroplasticidade.”
Para investigar essa plasticidade (as mudanças na atividade neural que fundamentam o aprendizado), os pesquisadores utilizaram um sistema de imagem especializado que gravou a atividade de até 90 mil neurônios ao mesmo tempo. Eles também utilizaram uma ferramenta de visualização chamada Rastermap para analisar padrões neurais em grande escala.
Camundongos sem recompensas aprendem tão bem quanto
A equipe descobriu que ambos os grupos de camundongos — aqueles treinados com recompensas e os que apenas foram expostos passivamente aos visuais — desenvolveram mudanças quase idênticas em suas regiões cerebrais visuais. A maior parte da plasticidade surgiu em áreas responsáveis pelo processamento visual de nível superior, especialmente nas chamadas áreas visuais altas médias (HVAs).
Essa exposição não supervisionada preparou os camundongos para aprender mais rapidamente mais tarde. Quando submetidos a uma nova tarefa de reconhecimento de padrões, os camundongos que exploraram o ambiente passivamente aprenderam significativamente mais rápido do que aqueles que estavam vendo os padrões pela primeira vez.
“Isso significa que você não precisa sempre de um professor para ensinar: você pode ainda aprender sobre o seu ambiente de maneira inconsciente, e esse tipo de aprendizado pode prepará-lo para o futuro”, afirmou Zhong.
O que seu cérebro faz enquanto você não está prestando atenção
Embora o estudo tenha sido feito em camundongos, os resultados oferecem implicações intrigantes para o aprendizado humano. O cérebro parece construir modelos internos do mundo apenas por meio da exposição, o que pode nos ajudar a aprender novas tarefas de forma mais eficiente quando a hora chega.
A pesquisa revelou que diferentes partes do cérebro se especializam em diferentes tipos de aprendizado. O aprendizado não estruturado, baseado em exploração, parece ativar um conjunto de regiões, enquanto o aprendizado direcionado, baseado em tarefas, ativa outro. Nos camundongos treinados para tarefas, um sinal distinto apareceu nas áreas anteriores do cérebro que rastreava especificamente as recompensas esperadas, um recurso não observado no grupo de exposição passiva.
“É uma porta para estudar esses algoritmos de aprendizado não supervisionado no cérebro”, disse Pachitariu. “E se essa é a principal maneira pela qual o cérebro aprende, ao invés de uma abordagem mais orientada a objetivos, então precisamos estudar essa parte também.”
Além da visão: uma nova compreensão sobre aprendizado
Embora o experimento tenha se concentrado no processamento visual, as implicações vão muito além da visão. Esse modelo de dupla via, onde o aprendizado não supervisionado constrói representações fundamentais e o aprendizado supervisionado adiciona significado, pode estar na base de como adquirimos habilidades em música, linguagem, sinais sociais ou até razão abstrata.
As descobertas, publicadas na revista Nature, também apontam para abordagens mais biologicamente inspiradas para a inteligência artificial. A maioria dos sistemas de aprendizado de máquina depende de conjuntos de dados massivos com entradas rotuladas. Mas se os cérebros dos animais podem fazer tanto apenas com a exposição, a IA futura pode aprender de forma mais eficiente ao imitar essa estratégia não supervisionada.
“É perfeitamente possível que grande parte da plasticidade ocorra basicamente com a exploração do ambiente pelo animal”, concluiu Pachitariu.
No fim, o estudo pinta um retrato convincente de um cérebro que está sempre funcionando nos bastidores — mesmo quando você não está. Cada olhar, cada momento de input visual, pode estar moldando a forma como você compreende o mundo. Portanto, da próxima vez que você achar que está distraído, lembre-se: seu cérebro pode estar se tornando mais inteligente de qualquer maneira.
