Imagine andar na savana africana. De repente você percebe um arbusto em movimento parcialmente obscurecendo um grande objeto amarelo. A partir desta informação limitada, você precisa descobrir se está em perigo e decidir como reagir. É uma pilha de grama seca? Ou um leão faminto?

Em situações como essa, nossos cérebros devem usar informações visuais complexas e incertas para tomar decisões em frações de segundos. As inferências e decisões subseqüentes que tomamos com base no que vemos podem ser a diferença entre responder adequadamente a uma ameaça e se tornar a próxima refeição do leão.

Tradicionalmente, os neurocientistas têm pensado no processamento da informação visual como uma cadeia de eventos que ocorrem um após o outro, filtrando o sinal de entrada (dos olhos) que muda no espaço e no tempo. Mas, mais recentemente, começamos a pensar no processo como muito mais dinâmico e interativo. Como o sistema visual tenta resolver a incerteza na informação sensorial que recebe, ele usa tanto o conhecimento prévio quanto a evidência atual para fazer suposições sobre o que está acontecendo.

Sistema visual: muito mais que olhos

Os olhos são, obviamente, cruciais para a forma como vemos o que está acontecendo ao nosso redor. Mas a maior parte do sistema visual humano intensamente estudado está dentro do cérebro.

As retinas na parte de trás dos seus olhos contêm fotorreceptores que detectam e respondem à luz no ambiente. Esses fotorreceptores, por sua vez, ativam os neurônios que transmitem informações para o córtex visual do cérebro, localizado na parte de trás da cabeça. O córtex visual processa os dados brutos para que possamos tomar decisões sobre como reagir e nos comportar adequadamente com base na entrada original para os olhos.

O córtex visual é organizado em uma hierarquia anatômica e funcional. Cada estágio é distinto de todos os outros, tanto em termos de sua anatomia microscópica e seu papel funcional e fisiologia - isto é, como os neurônios respondem a estímulos diferentes.

Tradicionalmente, os pesquisadores acreditavam que essa hierarquia filtrava as informações em sequência, etapa por etapa, de baixo para cima. Eles acreditavam que cada nível de processamento do cérebro visual passa para cima uma forma mais refinada do sinal visual recebido dos níveis mais baixos. Por exemplo, em um estágio da hierarquia, bordas de alto contraste são extraídas da cena para formar limites para formas e objetos mais tarde.

O pensamento original sustentava que, no final, os níveis mais altos do córtex visual conteriam em seu padrão de atividade neuronal uma representação significativa do mundo em que poderíamos então agir. Mas vários desenvolvimentos mais recentes na neurociência transformaram essa visão em sua cabeça.

O mundo - e, portanto, o ambiente visual - é altamente incerto de momento a momento. Além disso, sabemos de muitos estudos que a capacidade do cérebro visual é impressionantemente limitada. O cérebro depende de processos como atenção visual e memória visual para ajudá-lo a utilizar eficientemente esses recursos limitados.

Então, como exatamente o cérebro navega efetivamente em um ambiente altamente incerto com uma quantidade limitada de informações? A resposta é, ele joga as probabilidades e as apostas.

Tomando uma chance no melhor guesstimates

O cérebro precisa usar informações limitadas de informações ambíguas e variáveis ​​para adivinhar o que está acontecendo em seu entorno. Se esses palpites são precisos, eles podem formar a base de boas decisões.

Para fazer isso, o cérebro basicamente aposta no subconjunto de informações que possui. Baseado em uma pequena porção de informação sensorial, ele aposta no que o mundo está dizendo para obter o melhor resultado comportamental.

Considere o exemplo do arbusto em movimento na savana. Você vê um objeto amarelo embaçado e grande, obscurecido pelo arbusto. Esse objeto fez com que o mato se movesse? Qual é a mancha amarela? Isso é uma ameaça?

Essas perguntas são relevantes para o que escolhemos fazer em termos do nosso comportamento. Usando a informação visual limitada (bush em movimento, grande objeto amarelo) de uma maneira efetiva é importante para o comportamento. Se inferirmos que o objeto amarelo é de fato um leão ou algum outro predador, podemos decidir nos mover rapidamente na direção oposta.

A inferência pode ser definida como uma conclusão baseada em evidência e raciocínio. Neste caso, a inferência (que é um leão) é baseada em evidências (objeto grande e amarelo, arbusto em movimento) e raciocínio (os leões são grandes e estão presentes na savana). Neurocientistas pensam em inferência probabilística como uma computação envolvendo a combinação de informações prévias e evidências atuais.

Conexões cerebrais bidirecionais

Evidências neuroanatômicas e neurofisiológicas nas últimas duas décadas mostraram que a hierarquia no córtex visual contém um grande número de conexões indo de baixo para cima e mais alto para baixo a cada nível. Em vez de as informações passarem por um funil invertido, sendo refinadas à medida que vão cada vez mais alto, parece que o sistema visual é mais uma hierarquia interativa. Aparentemente, ele trabalha para resolver a incerteza inerente ao mundo por meio de um ciclo constante de feedback e avanço. Isso permite que o combinação de debaixo para cima evidências atuais e top-down informação prévia em todos os níveis da hierarquia.

As evidências anatômicas e fisiológicas que indicam um cérebro visual mais interconectado são bem complementadas por experimentos comportamentais. Em uma variedade de tarefas visuais - reconhecendo objetos, procurando por um objeto particular entre objetos irrelevantes e lembrando de informação visual brevemente apresentada - os seres humanos atuam de acordo com as expectativas geradas a partir das regras da inferência probabilística. Nossas previsões comportamentais baseadas no pressuposto de que a inferência probabilística embasa essas capacidades correspondem bem aos dados experimentais reais.

Palpites informados, minimizando o erro

Os neurocientistas sugeriram que o cérebro evoluiu, através da seleção natural, para minimizar ativamente a disparidade entre o momento que é percebido e o que é esperado. Minimizar essa discrepância envolve necessariamente o uso de inferência probabilística para prever aspectos da informação recebida com base no conhecimento prévio do mundo. Neurocientistas nomearam esse processo codificação preditiva.

Muitos dos dados que apoiaram a abordagem de codificação preditiva vieram através do estudo do sistema visual. No entanto, agora os pesquisadores começando a generalizar a ideia e aplicá-lo a outros aspectos do processamento de informações no cérebro. Essa abordagem gerou muitas direções futuras potenciais para a neurociência moderna, incluindo a compreensão da relação entre respostas de baixo nível de neurônios individuais e dinâmicas neuronais de nível superior (como a atividade de grupo registrada em um eletroencefalograma ou EEG).

Enquanto a ideia de que a percepção é um processo de inferência é não é novaA neurociência moderna a revitalizou nos últimos anos - e mudou drasticamente o campo. Além disso, a abordagem promete aumentar nossa compreensão do processamento de informações não apenas para informações visuais, mas também para todas as formas de informações sensoriais, bem como processos de nível superior, como tomada de decisão, memória e pensamento consciente.

Sobre o autor

Alex Burmester, pesquisador associado em Percepção e Memória, New York University

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.

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