Modelo cerebral biológico iguala animais na aprendizagem e abre novas descobertas

Desenvolvimento biomimético avança em simulação cerebral

Um novo modelo computacional, inspirado de forma próxima à biologia, aprendeu uma tarefa simples de categorização visual tão bem quanto animais de laboratório. Além disso, revelou comportamentos neurais curiosos ainda não vistos em dados de experiments com animais.

O modelo foi criado do zero para reproduzir conectividade e comunicação química e elétrica entre regiões cerebrais. Não houve treino com dados de experiments com animais; o desempenho vem de regras neurobiológicas embutidas no desenho.

Aplicado à tarefa de observar padrões de pontos e decidir a qual grupo eles pertencem, o modelo gerou atividade neural e resultados comportamentais muito próximos aos observados em animais. Progresso de aprendizado foi semelhante ao animal.

Como nasceu o modelo e o que ele faz

O desenho incorpora microcircuitos chamados de primitives, que simulam conexões entre neurônios excitadores e inibidores, em uma arquitetura de competição tipo winner-take-all. Circuits conectam cortex, brainstem, striatum e uma estrutura de acetilcolina.

Ao longo do aprendizado, o modelo exibiu sincronização entre cortex e striatum na faixa beta das oscilações, associada a respostas corretas na tarefa. A dinâmica é alinhada a padrões observados em pesquisas com animais.

Foi identificada uma fração de neurônios — cerca de 20% — cuja atividade associou-se de forma previsível ao erro. Quando influenciavam redes, o modelo cometia equívocos na categorização.

Implicações e próximos passos

Os pesquisadores questionam se tais neurônios incongruentes podem ter função adaptativa quando regras mudam, sugerindo exploração de alternativas de comportamento. A equipe planeja ampliar regiões e neuromoduladores no modelo.

O estudo visa não apenas entender o funcionamento do cérebro, mas testar intervenções terapêuticas em estágios iniciais. A iniciativa envolve Dartmouth, MIT e Stony Brook, com a criação da Neuroblox.ai para aplicações biotecnológicas.

Financiamento veio de Baszucki Brain Research Fund, Office of Naval Research e Freedom Together Foundation. A pesquisa foi publicada na Nature Communications.