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A final da Copa do Mundo está em pleno andamento, o estádio está lotado, os torcedores estão rugindo, há uma enxurrada de flashes. O cobrador de falta se prepara, corre e chuta. Ele já havia praticado cobranças de falta mil vezes antes, mas apenas em seu campo de treinamento em casa e não em um estádio de futebol lotado e barulhento, com condições de iluminação variáveis e posições de chute diferentes. Será que ele ainda vai conseguir marcar? Neurocientistas do Centro Alemão de Primatas (DPZ) – Instituto Leibniz para Pesquisa de Primatas e do Instituto Europeu de Neurociências (ENI) em Göttingen queriam descobrir como nosso sistema visual resolve o desafio de estímulos variáveis para processos de aprendizagem. Existem estratégias ao nível neuronal que levam a que a tarefa seja sempre executada com o mesmo desempenho?
Em um estudo com seres humanos, eles descobriram que muitos estímulos variáveis não necessariamente tornam o aprendizado uma tarefa mais difícil, mas podem até levar a um melhor desempenho em novas condições. Isso acontece por meio de um processo de generalização controlado por neurônios em áreas superiores do sistema visual. Nesse processo, eles processam apenas informações relevantes para a tarefa, como o chute para o gol. Eles são menos sensíveis a estímulos irrelevantes, como outras condições de iluminação ou posições de tiro. Como resultado, uma tarefa ainda pode ser realizada com segurança, mesmo que estímulos irrelevantes estejam mudando constantemente. Para o jogador de futebol, isso significa que situações variáveis de treinamento são benéficas para o processo de aprendizagem (biologia atual).
Um problema fundamental da percepção é filtrar informações relevantes de um ambiente altamente variável. Sabe-se que o sistema visual consegue isso aprendendo quais informações são constantes. Por exemplo, sempre reconhecemos um cachorro como um cachorro, mesmo que nosso ponto de vista mude ou ele use uma jaqueta de cachorro. Esse processo de generalização melhora o desempenho perceptivo e é chamado de aprendizado perceptivo. Como a enorme variabilidade no ambiente afeta esse processo de aprendizagem não estava claro até agora.
“Em nosso estudo, queríamos descobrir como o sistema visual lida com o desafio da variabilidade e ainda alcança alto desempenho de aprendizado”, disse Giorgio Manenti, principal autor do estudo. “Anteriormente, supunha-se que os estímulos variáveis afetavam principalmente o aprendizado visual. No entanto, essa variabilidade também pode ser uma grande vantagem para o aprendizado, pois pode facilitar a generalização, a aplicação do comportamento aprendido a novos estímulos. Isso ainda não foi demonstrado para aprendizagem perceptiva visual”.
Os pesquisadores basearam seu estudo em duas hipóteses. Na estratégia de generalização, o aprendizado depende de neurônios que ignoram estímulos sem importância. Assim, no exemplo do cobrador de falta, eles processam apenas as informações sobre o chute a gol, mas não os diferentes ângulos de chute ou distâncias ao gol. Esses neurônios geralmente ficam em etapas mais altas do processamento sensorial. Na estratégia de especialização, o aprendizado opera por meio de neurônios que estão estreitamente sintonizados com características relevantes e irrelevantes para a tarefa. Esses neurônios podem fornecer informações altamente precisas para a tarefa em mãos. Ao fazer isso, eles processam cada informação separadamente. Como resultado, o desempenho da tarefa é muito preciso, mas não ocorre generalização, e cada nova tarefa requer novos neurônios não treinados anteriormente para processar os estímulos. Neurônios especializados estão localizados nas primeiras etapas do processamento sensorial.
Neste estudo, quatro grupos de sujeitos foram treinados para detectar pequenas diferenças na orientação de um padrão de linha. A tarefa relevante era detectar a inclinação no sentido horário ou anti-horário das linhas. Para cada um dos dois grupos, o número de linhas foi alterado durante o experimento. Este foi o estímulo irrelevante.
“Descobrimos que variar o número de linhas durante o treinamento leva a uma melhor generalização do desempenho real da tarefa”, explica Giorgio Manenti. “Os sujeitos ainda eram capazes de reconhecer as diferenças na orientação do padrão de linha, mesmo quando o número de linhas era alterado. Eles eram capazes de realizar a tarefa mesmo quando eram mostrados padrões de linha totalmente novos ou uma nova posição na tela. que não havia aparecido durante o treinamento. Assim, o aumento da variabilidade não fez com que o processo de aprendizagem se deteriorasse, mas generalizasse e até melhorasse o desempenho da aprendizagem.”
Simulações computacionais dos programas de treinamento em redes neurais profundas artificiais confirmaram a conjectura da estratégia de generalização. “No geral, o estudo mostra que o tipo de treinamento pode influenciar a estratégia de aprendizado do cérebro e, portanto, possivelmente também o local onde o aprendizado ocorre no cérebro”, disse Caspar Schwiedrzik, chefe do grupo de pesquisa Percepção e Plasticidade da DPZ e Circuitos Neurais e Grupo de cognição na ENI, resumindo o trabalho. “Você também pode dizer que o treinamento em visão é semelhante aos princípios de treinamento no futebol. Em ambos, mais variabilidade no treinamento leva a uma melhor capacidade de enfrentar novos desafios.”
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