Um novo estudo publicado em Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS) mostra que os neurônios humanos individuais podem realizar cálculos muito mais complexos do que os neurônios de outros mamíferos. A descoberta oferece uma nova visão sobre o que pode tornar o cérebro humano tão incomum.
Como o cérebro humano produz habilidades como linguagem, imaginação, matemática e invenção?
Durante décadas, os cientistas procuraram respostas principalmente no tamanho e na conectividade. O cérebro humano tem quase 100 bilhões de neurônios conectados por meio de uma enorme rede de conexões. No entanto, novas pesquisas sugerem que outra parte importante da explicação pode residir, num nível muito menor, nas notáveis capacidades de processamento das células cerebrais.
Neurônios humanos são poderosos processadores de informação
Os pesquisadores descobriram que os neurônios no córtex humano funcionam como unidades de processamento de informações (“microchips”) muito mais complexas do que células comparáveis em outros mamíferos. Os resultados levantam a possibilidade de que os blocos de construção individuais do córtex humano sejam extraordinariamente poderosos, o que poderia ajudar a explicar como os humanos desenvolveram capacidades cognitivas excepcionais.
Esta pesquisa foi liderada pelos pesquisadores da Universidade Hebraica Prof. Aidan Segoff e Miki London, com os alunos de doutorado Ido Eisenbud e Daniela Yuli, no Edmund and Lily Safra Brain Science Center (ELSC). A equipe também colaborou com o professor Chris de Kock, da Universidade Livre de Amsterdã.
“As pessoas geralmente pensam em um neurônio como um simples interruptor que pode ser ligado ou desligado”, diz Segev. O que mostramos é que um neurônio humano é em si um dispositivo computacional incrivelmente complexo.
Medindo o poder computacional de uma célula cerebral
Para investigar quanta computação um único neurônio pode realizar, os pesquisadores desenvolveram um novo método para medir a complexidade computacional de células cerebrais individuais. Eles combinaram modelagem computacional avançada com inteligência artificial para determinar quão difícil seria para uma rede neural artificial (RNA) avançada aprender e reproduzir a relação entre a entrada de informações em um neurônio e a resposta que ele produz.
A ideia principal é simples. Se um “gêmeo” artificial precisa de mais complexidade para imitar o comportamento de um neurônio biológico, então o próprio neurônio biológico tem mais poder computacional.
Os resultados mostraram uma vantagem significativa para os neurônios do córtex humano. Árvores dendríticas altamente ramificadas e propriedades elétricas distintas permitem-lhes realizar cálculos complexos nas informações recebidas, incluindo informações visuais (por exemplo, distinguir imagens de gatos de cães).
Em outras palavras, um único neurônio cortical humano é muito mais do que um componente básico “liga-desliga”. Cada célula pode atuar como uma unidade computacional complexa por si só, com capacidades computacionais comparáveis a uma rede neural profunda.
Uma nova visão da inteligência humana
Estas descobertas desafiam a ideia de longa data de que a inteligência deriva principalmente do grande número de neurónios no cérebro e das ligações que os ligam. Em vez disso, esta investigação sugere que a complexidade dos neurónios individuais também pode desempenhar um papel importante na evolução da cognição humana.
Os pesquisadores também desenvolveram uma estrutura sistemática e ampla para conectar a estrutura física das células cerebrais com o que essas células são capazes de computar. Esta abordagem pode ajudar os cientistas a aproximarem-se da compreensão de como o cérebro humano produz pensamento, aprendizagem e cognição.
Neurônios humanos podem inspirar nova inteligência artificial
Estas descobertas também podem afetar o futuro da inteligência artificial. Os principais sistemas de aprendizado de máquina atuais são construídos a partir de unidades sintéticas muito simples. Novas pesquisas apontam para uma possibilidade diferente: inteligência artificial inspirada no cérebro, feita de unidades artificiais que são, elas próprias, computacionalmente profundas e poderosas, e que se assemelham mais às capacidades dos neurônios biológicos.
