Neurônios recebem sinais de ensino sob medida durante a aprendizagem

Pesquisas da MIT mostram que o cérebro pode enviar feedback direcionado a neurônios específicos durante a aprendizagem, similar aos sinais de erro usados no aprendizado de máquina.
Em estudo com camundongos, os neurônios visados foram controlados via interface cérebro-computador, associando a atividade neural a um resultado visual e a uma recompensa.
Ao todo, oito a dez neurônios foram conectados ao feedback, de modo que alguns precisavam aumentar a atividade e outros, diminuir, para obter recompensas.
Os pesquisadores observaram sinais de erro opostos nas dendrites dos neurônios conforme os animais aprendiam, sugerindo instruções individualizadas para cada célula.
O trabalho traz evidência biológica de sinais vectorizados de instrução neural e pode aproximar aprendizado cerebral do conceito de retropropagação usado em redes neurais artificiais.

O cérebro consegue enviar feedback específico para neurônios durante a aprendizagem. Pesquisadores do MIT mostraram, em camundongos, que sinais de erro direcionados podem orientar cada neurônio a ajustar sua atividade de forma precisa. O estudo é aberto e publicado na Nature.

A pesquisa usou uma interface cérebro-computador para conectar a atividade de apenas oito a dez neurônios a um feedback visual, associado a recompensas simples. Ao aprenderem a modular diferentes grupos de neurônios, os animais aumentaram a atividade de alguns e reduziram a de outros.

A equipe, liderada por Mark Harnett, acompanhou a atividade neural com microscopia de alta resolução. Observou que neurônios distintos recebiam sinais de erro em suas dendrites ao longo do aprendizado, e que esses sinais eram opostos conforme o papel de cada grupo no desafio.

Como funcionou o experimento

Valerio Francioni, autor do estudo, explica que o desafio exigia distinguir o que cada neurônio contribuía para o desempenho. Ao ligar sinais específicos ao BCI, os ratos recebiam recompensas apenas quando ativavam as células certas.

Os resultados indicam que sinais instruentes vetorizados, direcionados a neurônios individuais, ocorrem no córtex durante a aprendizagem. Quando os pesquisadores bloquearam esses sinais, os camundongos não aprenderam a tarefa.

Segundo Harnett, isso representa a primeira evidência biológica de aprendizado guiado por sinais de erro direcionados a neurônios específicos. A descoberta pode aproximar modelos de aprendizado de máquina e funcionamento cerebral, favorecendo pesquisas conjuntas.

Implicações da descoberta

Os autores destacam que o estudo abre caminho para avaliar paralelos entre redes artificiais e o cérebro real. A abordagem permite investigar como o córtex aprende e quais regiões podem apresentar padrões similares a algoritmos de backpropagation.

A pesquisa também sugere novas formas de explorar a relação entre sinais de recompensa, plasticidade sináptica e instrução neural. Os cientistas ressaltam o potencial de aplicar o método a experimentos futuros com diferentes tarefas.

Vincent Tang, pós-doutorando, afirma que a descoberta incentiva o debate entre neurociência e IA. A equipe pretende ampliar a investigação para entender melhor como esses mecanismos evolucionam ao longo de diferentes aprendizados.