A neurociência moderna descreve frequentemente o cérebro como uma coleção de sistemas especializados. Funções como atenção, percepção, memória, linguagem e raciocínio estão ligadas a redes cerebrais específicas, e os cientistas normalmente estudam esses sistemas separadamente.
Esta abordagem fez grandes progressos. No entanto, não explicou completamente uma característica central do pensamento humano: como todos estes sistemas separados se unem para formar uma mente única e unificada.
Pesquisadores da Universidade de Notre Dame decidiram responder a essa pergunta. Usando neuroimagem avançada, eles examinaram como o cérebro está organizado como um todo e como essa organização dá origem à inteligência.
“A neurociência tem tido muito sucesso em explicar o que redes específicas fazem, mas muito menos sucesso em explicar como uma mente única e coerente emerge de suas interações”, disse Aaron Barbe, professor de psicologia da família Andrew J. McKenna no Departamento de Psicologia de Notre Dame.
Inteligência geral e habilidades cognitivas combinadas
Os psicólogos há muito observam que habilidades como atenção, memória, percepção e linguagem estão interligadas. Pessoas que têm bom desempenho em uma área geralmente têm bom desempenho em outras. Este padrão é conhecido como “inteligência geral”. Afeta a forma como os indivíduos aprendem, resolvem problemas e se adaptam em ambientes acadêmicos, profissionais, sociais e de saúde.
Durante mais de um século, este padrão sugeriu que a cognição humana está integrada a um nível mais profundo. O que falta aos cientistas é uma explicação clara da razão pela qual essa unidade existe.
“O problema da inteligência não é de localização funcional”, disse Barbe, que também dirige o Centro de Neuroimagem Humana Notre Dame e o Laboratório de Neurociências de Decisão. “A investigação contemporânea pergunta frequentemente onde a inteligência geral se origina no cérebro – concentrando-se principalmente numa rede específica de regiões dentro do córtex frontal e parietal. Mas uma questão mais fundamental é como a inteligência emerge dos princípios que governam a função cerebral global – como as redes distribuídas comunicam e processam colectivamente a informação.”
Para explorar esta perspectiva mais ampla, Barbe e sua equipe, incluindo o autor principal e estudante de pós-graduação da Notre Dame, Ramsey Wilcox, examinaram uma estrutura conhecida como teoria da neurociência de rede. Seus resultados foram publicados Comunicação da natureza.
Teoria da neurociência de rede
Segundo os pesquisadores, a inteligência geral não é uma habilidade específica ou técnica mental. Em vez disso, reflecte um padrão em que muitas competências cognitivas estão positivamente relacionadas. Eles propõem que esse padrão surge da eficiência com que as redes cerebrais são estruturadas 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 testaram um grupo independente de 145 adultos no estudo INSIGHT, financiado pelo Programa Sharp sobre Atividades de Projetos de Pesquisa Avançada de Inteligência. Ao combinar medições da estrutura cerebral e da função cerebral, os pesquisadores criaram uma imagem detalhada 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 vê-a como uma propriedade do cérebro como um todo. A inteligência, neste quadro, depende da forma como as redes se coordenam e se reorganizam para lidar eficazmente com os diferentes desafios.
Barbe e Wilcox descrevem isso como uma grande mudança de perspectiva.
“Encontramos evidências de coordenação sistêmica no cérebro que é ao mesmo tempo robusta e adaptativa”, disse Wilcox. “Essa coordenação por si só não carrega a cognição, mas determina a gama de operações cognitivas que o sistema pode suportar”.
“Nesta 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 ligadas a tarefas individuais ou redes cerebrais, mas a propriedades do sistema como um todo, moldando cada função cognitiva sem serem redutíveis a uma delas”.
“Quando a questão passa de onde está a inteligência para como o sistema está organizado”, observa Wilcox, “os objetivos empíricos mudam”.
Inteligência como coordenação cerebral total
Os resultados apoiam quatro previsões principais da teoria da neurociência de rede.
Primeiro, a inteligência não reside numa única rede. Origina-se do processamento distribuído em muitas redes. O cérebro deve dividir tarefas entre 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 atuam como ‘atalhos’ que conectam regiões distantes do cérebro e integram informações em toda a rede”. Estas conexões permitem que regiões distantes do cérebro troquem informações de forma eficiente, apoiando o processamento integrado.
Terceiro, a integração depende de regiões reguladoras que ditam a forma como a informação flui. Esses hubs ajudam a orquestrar atividades em toda a rede, selecionando o sistema certo para o trabalho. Quer se esteja a interpretar sinais subtis, a aprender uma nova habilidade ou a tomar decisões entre uma análise cuidadosa e uma intuição rápida, estas áreas regulamentares ajudam a orientar o processo.
Finalmente, o bom senso depende de equilibrar a especialização local com a integração global. O cérebro funciona melhor quando clusters locais fortemente conectados funcionam de forma eficiente, mantendo caminhos de comunicação curtos para regiões distantes. Este equilíbrio apoia a resolução de problemas de forma flexível e eficaz.
Em ambos os grupos estudados, as diferenças na inteligência geral correspondiam consistentemente a estas características organizacionais em grande escala. Nenhuma área cerebral ou “rede de inteligência” tradicional explicou os resultados.
“A inteligência geral torna-se visível quando o conhecimento é integrado”, observa Barbe, “quando muitos processos devem trabalhar juntos sob restrições no nível do sistema”.
Implicações para a inteligência artificial e o desenvolvimento do cérebro
Os efeitos vão além da compreensão do intelecto humano. Ao concentrarem-se na organização cerebral em grande escala, as descobertas fornecem informações sobre por que os sistemas agem como sistemas integrativos em primeiro lugar.
Esta perspectiva pode explicar porque é que a inteligência aumenta durante a infância, diminui com o envelhecimento e é particularmente vulnerável a lesões cerebrais extensas. Em cada situação, é a combinação em grande escala, e não as funções isoladas, que faz a maior diferença.
As descobertas também contribuem para o debate sobre inteligência artificial. Se a inteligência humana depende da organização a nível de sistema, em vez de um único sistema de uso geral, a construção de inteligência artificial geral pode exigir mais do que apenas o dimensionamento de ferramentas especializadas.
“Esta pesquisa pode levar a pensar sobre como usar características de design do cérebro humano para inspirar avanços na inteligência artificial centrada no ser humano e inspirada biologicamente”, disse Barbe.
“Muitos sistemas de IA podem executar certas tarefas muito bem, mas ainda têm dificuldade em aplicar o que sabem a diferentes situações.” Barbe Dr. “A inteligência humana é definida por essa flexibilidade – e reflete a organização única do cérebro humano.”
O estudo foi conduzido com os coautores Babak Hemmatian e Love Version da Stony Brook University.
