Cérebro usa compressão nos dados e na tomada de decisões

O cérebro não comprime apenas os dados - ele comprime também o "programa".
[Imagem: Leeroy Agency/Pixabay]

Compressão cerebral

Ante a enormidade de sua capacidade de processamento, os neurocientistas assumem que o cérebro comprime informações para processar, de forma tão eficiente, o fluxo contínuo de dados sensoriais.

Agora eles descobriram que o cérebro também parece utilizar este mesmo processo de compressão para as funções cognitivas.

"Ao comprimir as representações do mundo externo estamos como que eliminando toda a informação irrelevante e adotando uma 'visão de túnel', temporária, sobre a situação," explicou Christian Machens, da Fundação Champalimaud (Portugal).

Nas suas experiências, os pesquisadores usaram um paradigma de tempo. Em cada experimento, os camundongos tinham que determinar se dois sons eram emitidos num intervalo maior ou menor do que 1,5 segundo. Enquanto isso, os pesquisadores registravam a atividade dos neurônios dopaminérgicos no cérebro, enquanto os camundongos realizavam a tarefa.

"Sabe-se que os neurônios dopaminérgicos desempenham um papel fundamental na aprendizagem do valor das ações," explicou Machens. "Então, se o camundongo estima erradamente a duração do intervalo num determinado teste, a atividade desses neurônios produz um 'erro de previsão', que vai depois ajudar a melhorar o desempenho em testes futuros".

Compressão cognitiva

A análise dos dados exigiu o desenvolvimento de uma série de modelos computacionais, usando uma técnica chamada aprendizagem por reforço, permitindo testar qual seria o melhor para registrar não apenas a atividade dos neurônios, mas também o comportamento dos animais - os modelos compartilhavam alguns princípios comuns, mas diferiam na forma como representavam as informações que poderiam ser relevantes para a execução da tarefa.

A equipe descobriu que apenas os modelos que representavam a tarefa de forma comprimida conseguiam explicar os dados.

"O cérebro parece eliminar todas as informações irrelevantes. Curiosamente, parece também descartar algumas informações relevantes, mas não o suficiente para afetar, de forma considerável, a recompensa que o camundongo efetivamente recebe. Ele sabe claramente como ter sucesso neste jogo," disse Machens.

Curiosamente, o tipo de informação representada não era apenas sobre as variáveis da tarefa em si, mas também as próprias ações do camundongo.

"Trabalhos anteriores concentraram-se nas características do ambiente, independentemente do comportamento do indivíduo. Mas agora descobrimos que apenas representações comprimidas, que dependem das ações do animal, explicam os dados na sua totalidade. De fato, o nosso estudo é o primeiro a mostrar que a forma como as representações do mundo externo são aprendidas, especialmente em circunstâncias mais exigentes como é o caso desta tarefa, podem impactar de maneiras pouco usuais a forma como os animais escolhem agir," explicou a pesquisadora Asma Motiwala, responsável pelo desenvolvimento dos modelos explicativos.

Aplicações em inteligência artificial

Segundo a equipe, esta descoberta tem amplas implicações para a neurociência e também para a inteligência artificial.

"Embora o cérebro tenha claramente evoluído para processar informações com eficiência, os algoritmos de IA geralmente resolvem problemas mediante abordagens de 'força bruta', utilizando muitos dados e muitos parâmetros. O nosso trabalho fornece um conjunto de princípios com potencial para orientar estudos futuros sobre como as representações internas do mundo podem dar suporte ao comportamento inteligente no contexto da biologia e da IA," disse o professor Joseph Paton.