Como o aprendizado muda a atividade do cérebro

Quando a gente vê alguma coisa, várias Células Nervosas na área visual do nosso cérebro ficam ativas. Essa atividade muda quando a gente pratica uma tarefa, e essas mudanças podem persistir mesmo quando a gente vê as mesmas coisas fora dessa tarefa. Os cientistas analisaram como essas mudanças na atividade cerebral acontecem, principalmente examinando células nervosas individuais. Mas os resultados podem parecer confusos ou contraditórios. Alguns estudos mostram que mais células nervosas ficam ativas para certas tarefas, enquanto outros mostram o contrário. Alguns descobrem que a forma como as células nervosas respondem fica mais ampla, enquanto outros dizem que elas ficam mais precisas. Essas diferenças podem surgir de como os pesquisadores escolhem e analisam essas células.

Pra simplificar, é útil olhar como todas as células nervosas de um grupo reagem em conjunto. A forma como um grupo de células nervosas responde ao que vemos pode ser pensada como um conjunto complexo de sinais, parecido com como os programas de computador modernos funcionam. Se a gente conseguisse quebrar como o aprendizado afeta as Respostas desses grupos de células nervosas matematicamente, talvez ajudasse a ver um quadro mais claro do que tá rolando biologicamente.

Uma ideia comum sobre como o aprendizado afeta a atividade cerebral é que ele melhora a nossa capacidade de reconhecer o que vemos. Quando a mesma coisa é mostrada pra gente várias vezes, as respostas do cérebro podem variar. Essa variação pode limitar a precisão com que a gente interpreta os sinais dos nossos nervos. Alguns pesquisadores acham que o aprendizado diminui essas inconsistências, melhorando como o cérebro processa as informações. Mas só porque algumas células nervosas respondem de forma diferente, não quer dizer que isso diminui a capacidade geral de reconhecer o que a gente vê. Na verdade, pra algumas tarefas visuais normais, as células nervosas podem responder de forma bem confiável mesmo sem treinamento. Além disso, há resultados diferentes de outras áreas do cérebro, como as áreas de tato e olfato, onde o aprendizado não necessariamente aumentou a precisão do reconhecimento.

Outra ideia sobre como o aprendizado muda a atividade do cérebro é o tipo de respostas que podemos ver em outras áreas que lidam com os sentidos. Mesmo sem barulho de fundo, os sistemas de aprendizado podem mostrar uma tendência a responder melhor a alguns Estímulos do que a outros. Isso significa que os animais podem responder de forma semelhante a informações sensoriais que causam respostas nervosas parecidas, e vão achar mais fácil diferenciar entre estímulos que ativam respostas nervosas diferentes. Pra um animal aprender qual resposta ter pra dois estímulos diferentes, as respostas nervosas a esses estímulos precisam ser distintas. Isso ajudaria as áreas do cérebro responsáveis por tomar decisões a responderem melhor e associar essas mudanças com ações diferentes.

Num estudo, os pesquisadores analisaram como o treinamento afetou as respostas das células nervosas visuais em camundongos. Os camundongos aprenderam a associar diferentes ações com certos Padrões Visuais, especificamente dois ângulos diferentes de linhas. Os pesquisadores registraram a atividade de quase 5.000 células nervosas antes e depois do treinamento. Eles descobriram que os camundongos respondiam de maneira consistente aos padrões visuais mesmo antes do treinamento, o que significa que seus cérebros já processavam bem essas informações. Após o treinamento, houve muitas mudanças no comportamento das células nervosas individuais, fazendo parecer caótico. No entanto, quando observaram o grupo de células como um todo, os pesquisadores puderam explicar essas mudanças com uma função matemática, que mostrava que a forma como esses nervos se comunicavam ficou mais clara.

Durante o treinamento, os camundongos foram apresentados a pares de padrões visuais e tinham que girar uma roda pra fazer esses padrões se moverem. Se girassem em direção a um padrão ou se afastassem de outro, eram recompensados. Um terceiro padrão serviu como distração. Os pesquisadores observaram como o cérebro reagiu a esses padrões pra ver o que acontecia conforme os camundongos aprendiam a tarefa.

Ao olhar os padrões gerais de atividade cerebral durante a tarefa, os pesquisadores notaram que com o aprendizado, as respostas ficaram menos sobrepostas. As respostas aos dois padrões importantes se tornaram mais distintas, permitindo uma tomada de decisão mais clara. Isso significa que o comportamento aprendido permitiu uma distinção melhor de como o cérebro processava os diferentes estímulos.

O estudo descobriu que, ao comparar a atividade na área visual do cérebro antes e depois do treinamento, o grupo de células nervosas que respondia aos padrões da tarefa ficou mais esparso, com menos células ativamente respondendo a ambos os estímulos relacionados à tarefa. Isso aconteceu principalmente porque as células que respondiam mais fracas pararam de ativar, enquanto as células mais responsivas permaneceram as mesmas. Essa mudança nas respostas do grupo pode ajudar a tomar decisões mais precisas.

Pra ver se o aprendizado mudou como os cérebros dos camundongos funcionavam, os pesquisadores usaram uma técnica especial pra observar como as células nervosas se comportavam antes e depois do treinamento. Eles descobriram que as respostas nervosas eram consistentes e era possível decifrar quais eram os estímulos a partir da atividade do grupo antes do treinamento. Isso significa que a informação já estava clara o suficiente mesmo antes do aprendizado começar.

Surpreendentemente, tarefas onde os camundongos precisavam responder a diferentes estímulos visuais realmente mudaram como o cérebro representava esses estímulos. O estudo observou que as respostas aos padrões de treinamento foram sendo suprimidas ao longo do tempo. Em outras palavras, as células que inicialmente respondiam bem se tornaram menos ativas para aqueles mesmos padrões depois do treinamento. Os pesquisadores descobriram que essa supressão foi maior para as respostas aos dois padrões que estavam ligados às ações dos camundongos. No entanto, o padrão de distração não foi afetado da mesma forma, mesmo que fosse apresentado com a mesma frequência.

As mudanças vistas nas respostas nervosas refletiram uma interação mais complexa. Por exemplo, as células nervosas começaram a mostrar comportamentos de ajuste diferentes após o treinamento. Algumas ficaram menos seletivas e começaram a responder a múltiplos padrões em vez de apenas um. O treinamento também levou certos padrões de respostas a se tornarem mais acentuados, significando que mesmo se uma célula ajustada a um padrão se tornasse menos ativa, outras se tornaram mais responsivas a diferentes estímulos.

Observando mais de perto, os pesquisadores notaram que o padrão de respostas variou com o comportamento dos camundongos. A forma como os camundongos se moviam ou interagiam com o ambiente podia afetar como seus cérebros processavam as informações que viam. Essa conexão significava que as respostas nervosas não eram baseadas apenas no que estava diretamente na frente deles, mas também em como eles estavam se sentindo ou reagindo naquele momento.

O estudo concluiu que o aprendizado podia provocar mudanças em como a área visual do cérebro opera, especificamente tornando as respostas nervosas a estímulos mais precisas e distintas para as ações associadas. O fato de que o treinamento de tarefas causou tanto esparsa quanto respostas mais claras entre as células nervosas indica que o aprendizado moldou a forma como a informação era processada em nível de grupo, em vez de apenas em nível de célula individual.

Ao entender como os animais aprendem e reconhecem seu ambiente, os pesquisadores esperam não só compreender o comportamento animal, mas também aplicar essas descobertas à inteligência artificial e aprendizado de máquina. A exploração contínua dos mecanismos neurais por trás do aprendizado e da resposta vai revelar mais sobre como as experiências moldam a percepção e as capacidades de tomada de decisão em humanos e animais.