A neurociência moderna descreve frequentemente o cérebro como um conjunto de sistemas especializados. Funções como atenção, percepção, memória, linguagem e raciocínio foram associadas a redes cerebrais específicas, e os cientistas normalmente estudavam esses sistemas separadamente.
Essa abordagem levou a avanços sérios. No entanto, isto não explicava completamente a principal característica do pensamento humano: como todos estes sistemas separados se unem para formar uma única mente unificada.
Pesquisadores da Universidade de Notre Dame decidiram resolver esta questão. Usando neuroimagem avançada, eles estudaram como o cérebro está organizado como um todo e como essa organização dá origem à inteligência.
“A neurociência tem tido muito sucesso em explicar o que redes específicas fazem, mas tem sido muito menos bem-sucedida em explicar como elas interagem para formar uma mente única e coerente”, disse Aaron Barbee, professor de psicologia da família Andrew J.. McKenna no Departamento de Psicologia da Notre Dame.
Inteligência geral e habilidades cognitivas relacionadas
Os psicólogos há muito notaram que habilidades como atenção, memória, percepção e linguagem tendem a estar interligadas. Pessoas que se saem bem em uma área geralmente se saem bem em outras. Este modelo é conhecido como “inteligência geral”. Afeta a eficácia com que as pessoas aprendem, resolvem problemas e se adaptam aos ambientes acadêmicos, profissionais, sociais e de saúde.
Durante mais de um século, este modelo sugeriu que a cognição humana é unificada a um nível profundo. O que faltava aos cientistas era uma explicação clara da razão pela qual tal unidade existe.
“O problema da inteligência não é de localização funcional”, disse Barbee, que também dirige o Centro de Neuroimagem Humana de Notre Dame e o Laboratório de Neurociência da Tomada de Decisões. “A investigação moderna pergunta frequentemente onde se origina a inteligência geral no cérebro – concentrando-se principalmente numa rede específica de regiões no córtex frontal e parietal. Mas a questão mais fundamental é como a inteligência emerge dos princípios que regem a função cerebral global – como as redes distribuídas partilham informações e processam colectivamente informações.”
Para explorar esta perspectiva mais ampla, Barbee e sua equipe, incluindo o autor principal e estudante de pós-graduação da Notre Dame, Ramsey Wilcox, testaram uma estrutura conhecida como Teoria da Neurociência de Rede. Seus resultados foram publicados em Comunicações da natureza.
Explicando a teoria da neurociência de rede
Segundo os pesquisadores, a inteligência geral não é uma habilidade específica ou estratégia mental. Em vez disso, reflecte um modelo em que muitas competências cognitivas estão positivamente relacionadas. Eles sugerem que esse padrão resulta da eficiência com que as redes do cérebro são estruturadas e do quão bem elas funcionam juntas.
Para avaliar esta ideia, a equipe analisou imagens cerebrais e dados de desempenho cognitivo de 831 adultos no Projeto Conectoma Humano. Eles também estudaram um grupo independente de 145 adultos no estudo INSIGHT, financiado pelo programa SHARP Intelligent Advanced Research Activities. Ao combinar medidas da estrutura e função do cérebro, os investigadores criaram uma imagem detalhada da organização em grande escala do cérebro.
Em vez de vincular a inteligência a uma única área ou função do cérebro, a teoria da neurociência de rede vê-a como uma propriedade do cérebro como um todo. A inteligência nesta estrutura depende da eficiência com que as redes se coordenam e se reorganizam para resolver diferentes tarefas.
Barbee e Wilcox descrevem isso como uma grande mudança de perspectiva.
“Encontramos evidências de coordenação sistêmica no cérebro que é ao mesmo tempo robusta e adaptativa”, disse Wilcox. “Essa coordenação não realiza a cognição em si, mas determina a gama de operações cognitivas que o sistema pode suportar”.
“Dentro desta estrutura, o cérebro é modelado como uma rede cujo comportamento é limitado por propriedades globais como eficiência, flexibilidade e integração”, disse Wilcox. “Essas propriedades não estão associadas a tarefas individuais ou redes cerebrais, mas são características do sistema como um todo que moldam cada operação cognitiva sem serem redutíveis a nenhuma delas”.
“Quando a questão muda de onde está a inteligência para como o sistema está organizado”, observou Wilcox, “os objetivos empíricos mudam”.
Inteligência como a coordenação de todo o cérebro
As descobertas confirmaram quatro previsões principais da teoria da neurociência de rede.
Primeiro, a inteligência não está numa rede. Isso resulta do processamento distribuído em muitas redes. O cérebro deve distribuir tarefas entre sistemas especializados e, se necessário, combinar seus resultados.
Em segundo lugar, uma coordenação bem sucedida requer uma forte integração e conectividade entre cidades. Barbee descreveu “um grande e complexo sistema de conexões que servem como ‘atalhos’ que conectam áreas distantes do cérebro e integram informações em redes”. Essas conexões permitem que áreas distantes do cérebro compartilhem informações de maneira eficiente, apoiando o processamento unificado.
Terceiro, a integração depende de regiões normativas que definem como a informação flui. Esses centros ajudam a organizar atividades de networking, escolhendo os sistemas certos para trabalhar. Quando alguém está interpretando pistas sutis, aprendendo uma nova habilidade ou escolhendo entre uma análise cuidadosa e uma intuição rápida, essas áreas regulatórias ajudam a orientar o processo.
Finalmente, a inteligência geral depende do equilíbrio entre a especialização local e a integração global. O cérebro funciona melhor quando clusters locais fortemente conectados funcionam de forma eficiente, mantendo caminhos de comunicação curtos para regiões distantes. Este equilíbrio apoia a resolução de problemas de forma flexível e eficaz.
Em ambos os grupos de estudo, as diferenças na inteligência geral correspondiam consistentemente a estas características organizacionais em grande escala. Nenhuma região cerebral ou “rede inteligente” tradicional explicou os resultados.
“A inteligência geral torna-se visível quando a cognição é coordenada”, observou Barbee, “quando muitos processos devem trabalhar juntos sob restrições no nível do sistema”.
Implicações para a inteligência artificial e o desenvolvimento do cérebro
As consequências estão além da compreensão da inteligência humana. Ao focar na organização em grande escala do cérebro, as descobertas esclarecem por que a mente funciona como um sistema único.
Esta visão também pode explicar por que a inteligência tende a aumentar na infância, a diminuir com o envelhecimento e a tornar-se particularmente vulnerável a lesões cerebrais traumáticas generalizadas. Em cada situação, é a coordenação em grande escala que mais muda, e não as funções individuais.
Os resultados também contribuem para o debate sobre inteligência artificial. Se a inteligência humana depende da organização a nível de sistemas e não de um mecanismo único e de uso geral, então a construção de inteligência artificial geral pode exigir mais do que simplesmente alargar ferramentas especializadas.
“Esta pesquisa pode nos levar a pensar sobre como usar as características de design do cérebro humano para motivar o progresso na inteligência artificial biológica centrada no ser humano”, disse Barbee.
“Muitos sistemas de IA podem ser muito bons em tarefas específicas, mas ainda têm dificuldade em aplicar o que sabem a diferentes situações.” – disse Barbie. “A inteligência humana é definida por esta flexibilidade – e reflete a organização única do cérebro humano.”
O estudo foi conduzido pelos coautores Babak Hemmatian e Lav Varshni, da Stony Brook University.
