A neurociência moderna descreve frequentemente o cérebro como uma coleção de sistemas especializados. Funções como atenção, percepção, memória, linguagem e raciocínio estão todas ligadas a redes cerebrais específicas, e os cientistas normalmente estudam esses sistemas individualmente.
Esta abordagem alcançou um grande avanço. No entanto, não explica completamente uma característica central da mente humana: como todos estes sistemas separados se encaixam para formar uma mente unificada.
Pesquisadores da Universidade de Notre Dame decidiram resolver esse problema. Eles usaram neuroimagem avançada para examinar como o cérebro está organizado em geral e como essa organização produz inteligência.
“A neurociência tem tido muito sucesso em explicar o papel de redes específicas, mas tem sido menos bem-sucedida em explicar como pensamentos únicos e coerentes emergem de suas interações”, disse Aaron Barbe, professor de psicologia da família Andrew J. McKenna no Departamento de Psicologia da Universidade de Notre Dame.
Inteligência geral e habilidades cognitivas relacionadas
Os psicólogos há muito observam que habilidades como atenção, memória, percepção e linguagem estão frequentemente interligadas. Pessoas que se destacam em uma área geralmente se destacam em outras áreas. Esse padrão é chamado de “inteligência geral”. Afeta a forma como os indivíduos aprendem de forma eficaz, resolvem problemas e se adaptam aos ambientes acadêmicos, profissionais, sociais e de saúde.
Durante mais de um século, este padrão mostrou que a cognição humana é profundamente unificada. O que falta aos cientistas é uma explicação clara da razão pela qual esta unidade existe.
“O problema da inteligência não é um problema de localização funcional”, disse Babey, que também dirige o Centro de Neuroimagem Humana e o Laboratório de Neurociências de Decisão da Universidade de Notre Dame. “A investigação contemporânea pergunta frequentemente onde se origina a inteligência geral no cérebro – concentrando-se principalmente em redes regionais específicas dentro do córtex frontal e parietal. Mas a questão mais fundamental é como a inteligência surge dos princípios que governam a função cerebral global – como as redes distribuídas comunicam e processam colectivamente a informação.”
Para explorar esta perspectiva mais ampla, Barbey e sua equipe, incluindo o autor principal e estudante de pós-graduação da Notre Dame, Ramsey Wilcox, testaram uma estrutura chamada teoria da neurociência de rede. Suas descobertas foram publicadas em comunicações da natureza.
Teoria da neurociência de rede
Os pesquisadores acreditam que a inteligência geral não é uma habilidade específica ou estratégia mental. Em vez disso, reflete um padrão de correlações positivas entre muitas habilidades cognitivas. Eles propõem que esse padrão surge da eficiência com que as redes cerebrais são construídas e do quão bem elas funcionam juntas.
Para avaliar esta ideia, a equipe analisou imagens cerebrais e dados de desempenho cognitivo de 831 adultos no Projeto Conectoma Humano. Eles também examinaram um grupo independente de 145 adultos no estudo INSIGHT, que foi financiado pelo programa SHARP da Intelligence Advanced Research Projects Agency. Ao combinar medições da estrutura cerebral e da função cerebral, os pesquisadores criaram imagens detalhadas da organização cerebral em grande escala.
Em vez de vincular a inteligência a uma única região ou função cerebral, a teoria da neurociência de rede a vê como uma propriedade de todo o cérebro. Neste quadro, a inteligência depende da eficácia com que a rede se coordena e se reorganiza para enfrentar os diferentes desafios.
Barbey e Wilcox descrevem isso como uma mudança significativa de perspectiva.
“Encontramos evidências de coordenação sistêmica no cérebro que é robusta e adaptável”, disse Wilcox. “Esta coordenação não realiza a cognição por si só, mas determina a gama de operações cognitivas que o sistema pode suportar.”
“Dentro desta estrutura, o cérebro é modelado como uma rede cujo comportamento é limitado por propriedades globais como eficiência, flexibilidade e integração”, disse Wilcox. “Essas propriedades não estão associadas a uma única tarefa ou rede cerebral, mas são características de todo o sistema, moldando cada operação cognitiva, mas não são redutíveis a nenhuma delas”.
“Quando a questão muda de onde está a inteligência para como o sistema está organizado, os objetivos empíricos mudam”, observou Wilcox.
Inteligência como coordenação de todo o cérebro
As descobertas apoiam quatro previsões principais da teoria da neurociência de rede.
Primeiro, a inteligência não existe dentro de uma única rede. Resulta da distribuição do processamento por muitas redes. O cérebro deve alocar tarefas a sistemas especializados e combinar seus resultados quando necessário.
Em segundo lugar, uma coordenação bem-sucedida requer uma forte integração e comunicação à distância. Barbe descreve “um grande e complexo sistema de conexões que servem como ‘atalhos’ para conectar áreas distantes do cérebro e integrar informações através de redes”. Estas conexões permitem que áreas distantes do cérebro troquem informações de forma eficiente, apoiando o processamento unificado.
Terceiro, a integração depende de áreas regulatórias que orientam o fluxo de informações. Esses hubs ajudam a coordenar atividades em toda a rede e a selecionar o sistema certo para o trabalho. Quer alguém esteja interpretando pistas sutis, aprendendo novas habilidades ou decidindo entre uma análise cuidadosa e uma intuição rápida, essas áreas regulatórias ajudam a gerenciar o processo.
Em última análise, a inteligência geral depende de um equilíbrio entre a especialização local e a integração global. O cérebro funciona melhor quando clusters locais fortemente conectados operam de forma eficiente, mantendo ao mesmo tempo caminhos de comunicação curtos para regiões distantes. Este equilíbrio apoia a resolução de problemas de forma flexível e eficiente.
Nos dois grupos estudados, as diferenças na inteligência geral foram consistentemente consistentes com estas características organizacionais em grande escala. Nenhuma região cerebral ou “rede de inteligência” tradicional pode explicar estes resultados.
“A inteligência geral torna-se visível quando a cognição é coordenada, quando muitos processos devem trabalhar juntos dentro das restrições do sistema”, observou Babey.
Impacto na inteligência artificial e no desenvolvimento do cérebro
As implicações vão além da compreensão da inteligência humana. Ao focarem-se na organização do cérebro em larga escala, estas descobertas fornecem insights sobre por que o cérebro funciona como um sistema unificado em primeiro lugar.
Esta visão também pode explicar por que a inteligência muitas vezes aumenta na infância, diminui com a idade e é particularmente vulnerável a danos cerebrais extensos. Em cada caso, o que mais muda é a coordenação em larga escala e não funções isoladas.
As descobertas também alimentam o debate sobre a inteligência artificial. Se a inteligência humana depende de uma organização a nível de sistema e não de um único mecanismo de uso geral, então a construção de uma inteligência artificial geral pode exigir mais do que simplesmente alargar ferramentas especializadas.
“Esta pesquisa pode nos levar a pensar sobre como podemos aproveitar os recursos de design do cérebro humano para impulsionar avanços na inteligência artificial centrada no ser humano e de inspiração biológica”, disse Barbe.
“Muitos sistemas de inteligência artificial podem executar tarefas específicas muito bem, mas ainda têm dificuldade em aplicar o que sabem em diferentes situações”, disse Barbe. “A inteligência humana é definida por esta flexibilidade – ela reflete a organização única do cérebro humano.”
O estudo foi conduzido pelos coautores Babak Hemmatian e Lav Varshney, da Stony Brook University.
