A distração pode ser benéfica e pode realmente nos ajudar a aprender mais rápido

Andar sem rumo pela cidade ou explorar um novo shopping pode parecer improdutivo, mas uma nova pesquisa do Janelia Research Campus do HHMI sugere que isso pode desempenhar um papel importante na forma como nossos cérebros aprendem.

Ao registrar simultaneamente a atividade de dezenas de milhares de neurônios, uma equipe de cientistas dos laboratórios Pachitariu e Stringer descobriu que o aprendizado pode ocorrer mesmo quando não há tarefas ou objetivos específicos envolvidos.

Publicada na Nature , a nova pesquisa constata que, à medida que os animais exploram o ambiente, os neurônios do córtex visual — a área do cérebro responsável pelo processamento de informações visuais — codificam características visuais para construir um modelo interno do mundo. Essas informações podem acelerar o aprendizado quando surge uma tarefa mais concreta.

“Mesmo quando você está distraído ou apenas andando por aí ou acha que não está fazendo nada especial ou difícil, seu cérebro provavelmente ainda está trabalhando duro para ajudá-lo a memorizar onde você está, organizando o mundo ao seu redor, para que quando você não estiver mais distraído — quando realmente precisar fazer algo e prestar atenção — você esteja pronto para fazer o seu melhor”, diz o líder do grupo Janelia, Marius Pachitariu.

Observando a aprendizagem não supervisionada

A equipe, liderada pelo pós-doutorado Lin Zhong, projetou experimentos nos quais camundongos corriam em corredores lineares de realidade virtual com diversas texturas visuais, semelhantes a ambientes do mundo real. Algumas texturas estavam vinculadas a recompensas, enquanto outras não. Depois que os camundongos aprenderam as regras do experimento, Zhong fez ajustes sutis, alterando as texturas e a presença das recompensas.

Após semanas realizando esses experimentos, a equipe observou mudanças na atividade neural no córtex visual dos animais. No entanto, eles tiveram dificuldade em explicar a plasticidade neural observada — as mudanças nas conexões entre os neurônios que permitem o aprendizado e a memória.

“À medida que pensávamos mais e mais sobre isso, chegamos à questão de se a tarefa em si era mesmo necessária”, diz Pachitariu. “É perfeitamente possível que grande parte da plasticidade aconteça basicamente com a exploração do ambiente pelo próprio animal.”

Quando os pesquisadores testaram explicitamente esse conceito de aprendizagem não supervisionada, descobriram que certas áreas do córtex visual codificavam características visuais mesmo sem o animal ter sido treinado para uma tarefa. Quando uma tarefa era introduzida, outras áreas do córtex respondiam.

Além disso, os pesquisadores descobriram que os ratos que exploraram o corredor virtual por várias semanas aprenderam a associar texturas a recompensas muito mais rápido do que os ratos treinados apenas na tarefa.

“Isso significa que você nem sempre precisa de um professor para te ensinar: você ainda pode aprender sobre o seu ambiente inconscientemente, e esse tipo de aprendizado pode te preparar para o futuro”, diz Zhong. “Fiquei muito surpreso. Tenho feito experimentos comportamentais desde o meu doutorado e nunca imaginei que, sem treinar camundongos para realizar uma tarefa, você encontraria a mesma neuroplasticidade.”

Compreendendo como o cérebro aprende

As novas descobertas revelam que áreas distintas no córtex visual são responsáveis ​​por diferentes tipos de aprendizagem: aprendizagem não estruturada, baseada em exploração e não supervisionada, e aprendizagem supervisionada, orientada por instruções e objetivos. A nova pesquisa sugere que, quando os animais aprendem uma tarefa, o cérebro pode usar ambos os algoritmos simultaneamente — um componente não supervisionado para extrair características e um componente supervisionado para atribuir significado a essas características.

Essas descobertas podem ampliar nossa compreensão de como a aprendizagem ocorre no cérebro. Embora pesquisas anteriores sobre o córtex visual tenham se concentrado principalmente na aprendizagem supervisionada, o novo trabalho abre novos caminhos para exploração, incluindo como esses diferentes tipos de aprendizagem interagem e como o modelo visual do ambiente se integra a modelos espaciais de outras regiões do cérebro.

“É uma porta para estudar esses algoritmos de aprendizado não supervisionado no cérebro, e se essa é a principal maneira pela qual o cérebro aprende, em oposição a uma maneira mais instruída e direcionada a objetivos, então precisamos estudar essa parte também”, diz Pachitariu.

Os pesquisadores dizem que esses insights foram possibilitados tanto pelas equipes de apoio de Janelia, que ajudaram os pesquisadores a projetar e executar os experimentos, quanto pelo mesoscópio, um instrumento que permitiu à equipe registrar até 90.000 neurônios simultaneamente, aumentando sua capacidade de fazer novas descobertas.

“Permitir que um único laboratório execute projetos nessa escala é o que é exclusivamente possível aqui e nos dá a flexibilidade de buscar diferentes questões sem necessariamente ter um plano concreto”, diz Pachitariu.