Pesquisadores da Universidade de Georgetown encontraram novas evidências de que o cérebro se reorganiza fisicamente à medida que uma pessoa domina uma habilidade, permitindo que tarefas bem ensaiadas sejam executadas automaticamente. As descobertas desafiam a ideia de longa data de que os humanos não podem realmente realizar multitarefas, sugerindo que, com experiência suficiente, o cérebro pode realizar certas ações simultaneamente, em vez de apenas alternar rapidamente entre elas.
A descoberta pode ter ramificações além da vida cotidiana. Isto poderia ajudar os cientistas a compreender melhor como os hábitos são formados, por que alguns comportamentos são difíceis de mudar e como os futuros sistemas de IA podem tornar-se melhores na construção de novas competências a partir de aprendizagens anteriores.
“Demos mais um passo em frente na nossa compreensão de como o cérebro aprende”, disse o autor sênior Maximilian Riesenhuber, PhD, professor de neurologia na Escola de Medicina da Universidade de Georgetown e codiretor do Centro de Neuroengenharia. “O que é encorajador é que você pode realmente aprender a realizar multitarefas. Na verdade, existe uma maneira de religar a arquitetura do seu cérebro e usar outras partes dele.”
Como o cérebro automatiza as habilidades aprendidas
A pesquisa amplia décadas de trabalho sobre como o cérebro adquire novas habilidades. Embora os cientistas tenham aprendido muito sobre as fases iniciais da aprendizagem, sabe-se muito menos sobre o que acontece depois de uma habilidade ter sido extensivamente praticada e se ter tornado quase sem esforço.
Dirigir é um exemplo familiar, explicou Riesenhuber. Inicialmente, aprender a dirigir exige atenção constante, mas anos de experiência permitem que muitas pessoas conversem, ouçam música ou pensem em um problema enquanto dirigem com segurança.
“A questão é: como seu cérebro faz isso?” Riesenhuber disse.
Uma varredura cerebral mostra uma mudança nos circuitos neurais
Para a investigação, a equipe de pesquisa pediu a voluntários que classificassem imagens alteradas de carros em duas categorias, identificando diferenças visuais sutis. Os participantes completaram mais de 30.000 testes de classificação durante um período de 5 a 10 semanas usando um aplicativo de smartphone projetado como um jogo.
Os pesquisadores examinaram os cérebros dos participantes usando fMRI e EEG antes do treino e novamente após o período de prática.
Durante os estágios iniciais da aprendizagem, a tarefa de classificação ativou principalmente o córtex pré-frontal, uma área responsável pelas funções executivas, como planejamento, raciocínio e tomada de decisão consciente. Como esta parte do cérebro normalmente lida com uma tarefa complexa de cada vez, há muito tempo é considerada uma grande limitação da multitarefa.
No entanto, após algumas semanas de prática, a atividade cerebral mudou. A mesma tarefa de categorização passou a ser realizada principalmente pelo córtex temporal, área envolvida na memória e no reconhecimento de objetos complexos.
“Estudos anteriores mostraram que partes do córtex temporal podem ser ativadas por certas categorias de objetos em observadores especialistas, pássaros, carros e até Pokémon, mas uma limitação de todos esses estudos é que eles apenas observaram como as pessoas se tornaram especialistas. A força deste estudo é que ele é longitudinal; medimos antes e depois do treinamento, então vemos que o treinamento intenso essencialmente colocou a área de seleção de categoria em um lobo temporal que não existia antes”, disse o primeiro autor Patrick Cox, Ph.D., que iniciou a pesquisa como estudante de pós-graduação em Laboratório de Riesenhuber e agora é professor assistente de psicologia na Lehigh University.
“Isso tem implicações para cenários críticos do mundo real, como quando um radiologista pode classificar com precisão massas em um raio-X como benignas ou malignas de forma bastante automática, muitas vezes sem muita reflexão, graças a anos de treinamento”, disse Cox.
Como a religação cerebral permite multitarefa
Os pesquisadores descobriram que as informações da área seletiva recém-desenvolvida do córtex temporal do cérebro podem contornar o córtex pré-frontal e ir diretamente para as áreas cerebrais responsáveis pela produção de reações.
“A experiência reconfigura o cérebro para contornar esse gargalo frontal. O córtex pré-frontal fica então livre para fazer o que você deseja, aumentando sua capacidade”, explicou Riesenhuber.
A equipe também descobriu que quanto mais a tarefa de classificação de carros era “descarregada” do córtex pré-frontal, melhor os participantes executavam a segunda tarefa ao mesmo tempo.
Este resultado desafia a crença de longa data de que os humanos não podem realmente realizar multitarefas. Em vez disso, muitos cientistas argumentam que o cérebro simplesmente alterna a atenção entre as tarefas tão rapidamente que cria a ilusão de fazer as duas ao mesmo tempo.
“O que estamos mostrando é que os circuitos realmente mudam para que o cérebro possa fazer duas coisas ao mesmo tempo”, disse Riesenhuber. “É realmente multitarefa.”
O que os resultados significam para hábitos e inteligência artificial
As descobertas também podem fornecer novos insights sobre o comportamento compulsivo. Como os comportamentos bem aprendidos são transferidos para circuitos cerebrais que são menos dependentes do controle consciente, simplesmente tentar pensar em outra coisa pode não ser suficiente para quebrar um hábito indesejado.
“O primeiro passo para desaprender algo é compreender onde isso realmente acontece no cérebro”, disse Riesenhuber. “Isso mostra por que estratégias como dizer a alguém para pensar em outra coisa não ajudam muito, porque na verdade não controlam o comportamento.”
Os investigadores também sugerem que as descobertas podem ajudar a explicar porque é que os humanos continuam a desenvolver novas capacidades ao longo das suas vidas, enquanto os sistemas modernos de inteligência artificial ainda lutam para aprender continuamente sem perturbar o conhecimento previamente adquirido.
De acordo com Riesenhuber, transferir uma habilidade bem aprendida para o córtex temporal libera o córtex pré-frontal para se concentrar em novos desafios, permitindo que o conhecimento existente sirva de base para o aprendizado futuro. Os sistemas modernos de IA geralmente carecem de uma arquitetura tão flexível.
A equipe agora planeja investigar exatamente quais sinais mudam o aprendizado de uma área do cérebro para outra e determinar que tipos de tarefas podem eventualmente ser realizadas em paralelo.
“Outra questão muito interessante é que tipos de tarefas podem ser aprendidas suficientemente bem para serem executadas em paralelo”, disse Cox. “Podemos caminhar e mascar chiclete ao mesmo tempo, mas olhar para nossos telefones e enviar mensagens de texto enquanto dirigimos nunca é seguro porque tiramos os olhos da estrada. Tudo se resume a sermos capazes de treinar circuitos neurais completamente separados para tornar as duas tarefas compatíveis.”
O estudo, intitulado “Extensa experiência reconfigura circuitos de tarefas neurais para evitar gargalos frontais e aumentar a automaticidade da categorização”, foi publicado em 4 de junho em Jornal de Neurociência Cognitiva.
Além de Riesenhuber e Cox, a equipe de pesquisa incluiu Clara A. Scholl, Marissa L. Laws, Nelson E. James e Xiong Jiang da Universidade de Georgetown. O trabalho foi apoiado pela National Science Foundation (BCS-1232530), pela ARCS Foundation e pelo Laboratório de Pesquisa do Exército (W911NF-24-1-0097). Os autores não relatam interesses financeiros pessoais relacionados ao estudo.
