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quarta-feira, 21 de setembro de 2011

Somos nossos conectomas

Resumo dos vídeos “Sebastian Seung, I am my connectome, TED Talk, 2010” e “Jeff Hawkins, MIT150 Symposium Brains, Minds and Machines, 2011

Introdução

Um conectoma é um mapa detalhado das conexões neurais do cérebro. O termo é inspirado no termo “genoma”, e refere-se aos esforços científicos para capturar, mapear e entender a organização das relações neurais no cérebro.
O conectoma humano tem um milhão de vezes mais conexões que a quantidade de letras do seu genoma. Não se sabe ao certo quais informações podemos obter desses dados, mas especula-se que nossas memórias possam estar codificadas nas conexões de nossos neurônios. Outros aspectos como personalidade, intelecto, podem estar lá codificados.
Sebastian Seung fez uma apresentação de divulgação científica, explicando alguns conceitos, citando estudos passados e atuais, e tentando mostrar a importância e relevância do tema. No fim ele chega discutir a viabilidade de se estender a vida através da criogenia.
Seung reforça a ideia de auto-percepção do ser. Ele sustenta que “Eu sou mais que meus genes”, e que “Eu sou meu conectoma”. As interações neurais viriam a explicar o que os nossos genes não são capazes de explicar.
Um fato que achei particularmente interessante é que, similar ao estudo de genomas, existem muitos desafios científicos envolvidos. Encontrar conectomas implica resolver outros problemas, incluindo obtenção e processamento de imagens, como colorir um grafo gigante, escaneamento em três dimensões, habilidade de fazer zoom in/out em objetos 3d de alta resolução, processamento de enorme quantidade de dados, etc.
Pensando em redes complexas, considerar os genes isoladamente seria como olhar e entender cada nó da rede em sua individualidade. Mas já vimos que as redes codificam nas ligações entre os nós informações e características que não podem ser explicadas tomando como base as características individuais dos nós.

Por que estudar conectomas

Segundo evidências, a atividade neural codifica nossos pensamentos, sentimentos, percepções, experiências mentais. Existem evidências também de que a atividade neural faz com que as conexões entre neurônios mude. Estes dois fatos juntos levam a concluir que nossas experiências podem mudar o nosso conectoma. Por isso cada conectoma é único, mesmo o de gêmeos geneticamente idênticos.
Seung usa como metáfora um córrego para explicar a relação entre atividade neural e conectividade. O leito é como a rede de neurônios, que determina por onde a água, a atividade neural, passa. Mais que isso, assim como num córrego a água é capaz de mudar o curso e alterar o leito, a atividade neural pode remodelar a conexão cerebral, o conectoma.

Aplicação do estudo do cérebro

Jeff Hawkins tem uma abordagem mais pragmática em relação ao tema. Ele tem em mãos um grande motivador, que é aliar sucesso comercial à pesquisa.
Antes de prosseguir é bom contextualizar quem ele é. Hawkins formou-se engenheiro elétrico em 1979, e depois de uma década dedicada a outros trabalhos e estudos, fundou a empresa Palm, onde criou o Palm Pilot, e a Handspring, onde criou o portátil Treo. Seu interesse em computação móvel deu lugar a interesses antigos na área neurobiológica.
Em 2005, Hawkins escreveu o livro “On Intelligence” e fundou a Numenta, uma empresa voltada à criação de teoria do funcionamento do cérebro, e ao desenvolvimento de algoritmos computacionais que implementem os resultados teóricos.
Sua apresentação no simpósio é curta, mas serve como base para motivar sua área de pesquisa e produtos relacionados e contar sobre os resultados que já obteve. Em dez minutos ele levanta perguntas e dá respostas.
Já é hora de tentar novamente entender o cérebro e o funcionamento da mente? Sim.
Por que? Porque é a pesquisa mais importante para a humanidade, com implicações na sobrevivência de nossa espécie.
Por que agora? Porque já temos poder computacional, temos muitos dados neurocientíficos para serem tratados, não faz sentido ficar esperando. Nós não entendemos as coisas até construí-las.
Como acelerar o progresso? Neurocientistas devem estudar mais a teoria, devem basear sua pesquisa em frameworks teóricos para neurociência. Por outro lado, especialistas em aprendizado de máquina devem estudar mais biologia. Além disso, sucesso comercial.
Notamos um relacionamento com a fala de Seung quando Hawkins diz que “Somos espécies definidas pelo nosso cérebro, tudo que fizemos até hoje é produto dos nossos cérebros”.
A partir de novas descobertas da neurociência, ele mostra como o modelo que ele criou, o Numenta neuron model, é essencialmente mais detalhado que o modelo computacional simples de neurônio existente há algumas décadas. Seu modelo é particularmente apropriado para detectar padrões de representações esparsas distribuídas.
Um de seus objetivos com o sucesso comercial é em acelerar o progresso da pesquisa, pois, quando um produto chama a atenção, mais pessoas passam a estudar o tema.

Conclusão

Tanto Seung quanto Hawkins estão interessados no estudo das conexões neurais, e entendem que isto é um tema de grande relevância para o futuro da humanidade. Entretanto, os meios que eles empregam são diferentes.
O viés comercial de Hawkins potencialmente impõe um ritmo mais a acelerado às suas pesquisas, especialmente no quesito time to market. Ganhamos com isso em pelo menos dois aspectos.
O primeiro em relação aos clientes que contratam produtos (com tecnologia) da Numental, que podem experimentar tecnologia de ponta para seus usos. Por exemplo, existe a Vitamin D, uma empresa que utiliza da tecnologia Numental para detectar pessoas e objetos em movimento em vídeo, oferecendo um sistema profissional de monitoramento de ambientes.
O segundo diz respeito aos novos resultados teóricos que são publicados, e que motivam mais estudos.
A pesquisa de Seung, por sua vez, pode ficar por décadas nos laboratórios até que de fato venha a impactar o nosso cotidiano. Não que isto diminua a sua importância.
Enquanto Seung busca entender os conectomas para que possamos entender melhor o ser humano, Hawkins está mais interessado em como aplicar o conhecimento dos mecanismos cerebrais para a construção de máquinas inteligentes.

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