Cientistas modelam o raciocínio humano do córtex pré-frontal cerebral.

amodelofhuma

Localizado na extremidade dianteira do lóbulo frontal do cérebro, o córtex pré-frontal de mamíferos (PFC) é a sede de muitas das nossas capacidades cognitivas mais originais colectivamente referidos como função executiva incluindo planejamento, tomada de decisão, e os pensamentos e ações de coordenação com metas internas. Dito isto, talvez o seu atributo mais importante – que é aparentemente única de H. sapiens é um raciocínio que, com base em bayesiana, ou probabilística, inferência, reduz a incerteza, informando comportamento adaptativo. Embora os detalhes estruturais desse processo notável historicamente permaneceu uma incógnita, cientistas Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris e Ecole Normale Supérieure, em Paris e Université Pierre et Marie Curie, em Paris, recentemente empregada modelagem computacional e de neuroimagem para mostram que o córtex pré-frontal humano envolve duas vias de raciocínio interativas que incorporam teste de hipóteses para avaliar, aceitar e rejeitar estratégias comportamentais. Mais especificamente, o modelo descreve o comportamento guiado pela razão, na forma de um algoritmo on-line combinando inferência bayesiana aplicada a múltiplas estratégias armazenados com testes de hipóteses que podem atualizar essas estratégias. Além disso como proposto em trabalho anterior os cientistas concluem que, desde o córtex frontopolar (FPC), localizada na porção antero-mais dos lobos frontais, é humano específico e é um componente-chave na função de tomada de decisão executiva, a capacidade de fazer inferências sobre as estratégias concorrentes e decidir mudar diretamente a uma dessas estratégias alternativas é exclusivo para os seres humanos também.

Prof Etienne Koechlin discutiu o papel que ele, Dr. Maël Donoso e Dr. Anne GE Collins publicado na revista Science. O principal desafio utilizando modelagem computacional e de neuroimagem para mostrar que o PFC humano compreende duas faixas inferencial concorrentes foi o de identificar não apenas as estratégias que orientam o comportamento dos indivíduos, mas especialmente as estratégias alternativas que os sujeitos podem ter em mente e pode mudar paraKoechlin diz Medical Xpress. “Essas estratégias alternativas, em essência, não pode ser diretamente derivado da observação do comportamento dos sujeitos, mas exigem um modelo computacional que descreve como criar temas, ajuste, monitor, substituir, armazenar e recuperar as estratégias de comportamento.O problema, ressalta, é que estas questões são interdependentes e não podem ser resolvidos separadamente assim que os cientistas precisavam de um modelo que resolve todos esses problemas ao mesmo tempo. Empiricamente,” diz ele, o desafio era encontrar um protocolo rico o suficiente para induzir os assuntos de raciocinar e desenvolver múltiplas estratégias comportamentais, mas simples o suficiente para ser tratável, tanto para seres humanos e para a modelagem computacional.

Além disso, continua Koechlin, essas duas faixas inferencial simultâneos interagir e – juntamente com o striatum, uma parte subcortical do cérebro anterior envolvidos na coordenação de motivação com o movimento somático – executar testes de hipóteses para aceitar ou rejeitar estratégias recém-criados. Se sujeitos usam testes de hipóteses para avaliar a importância da criação de novas estratégias, em vez de simplesmente ajustando os anteriormente aprendidas, então há momentos específicos quando eles decidem criar uma nova estratégia e – com base na evidência externa posterior para confirmar ou rejeitar esta nova estratégia , explica. Estes eventos ocorrem on-line na mente dos sujeitos; são mais dependentes de suas crenças do que os parâmetros do protocolo, não são diretamente observáveis​​, e, mais problematicamente, são raros.Como resultado, observa Koechlin, o desafio era ter um modelo exato que poderia prever exatamente quando esses eventos devem ocorrer na mente dos sujeitos. Em seu protocolo experimental, ele ilustra, esses eventos ocorreram cerca de 30 vezes em uma série de 1.500 julgamentos que cada sujeito realizou uma taxa no limite da neuroimagem poder estatístico. Os cientistas, portanto, decidiu testar 40 indivíduos em duas sessões, que Koechlin aponta é cerca de duas vezes o número padrão de temas e sessões testados em experimentos de neuroimagem.

Na elaboração de um modelo que descreve o processo de comportamento orientando o raciocínio humano como um computacionalmente tratáveis​​, o algoritmo on-line aproximar misturas processo de Dirichlet, Koechlin diz que, em essência, o desafio era imaginar como o raciocínio humano funciona realmente, sabendo que são bastante eficientes em ambientes da vida real. (Um processo de Dirichlet é uma distribuição de probabilidades cujo domínio é em si um conjunto de distribuições de probabilidade, enquanto que misturas de processos de Dirichlet são processos inferenciais ideais que usam processos de Dirichlet para se adaptar a ambientes incertos, variáveis ​​e abertas como, Koechlin aponta, nos deparamos na vida real , resolvendo os problemas da distribuição de ponto de dados que surgem quando não é possível determinar, a priori, o número de conjuntos que geraram os dados).

“Esses ambientes são muito desafiador”, Koechlin observa, “porque a qualquer momento, pode ocorrer novas situações nunca experientes. Nesses momentos, precisamos da capacidade de criar, explorar e aprender novas estratégias comportamentais, para explorar, sempre que necessário, as estratégias que aprendido em situações anteriores, e – mais importante –. ter a capacidade de entender quando a explorar e quando para explorar Enquanto isso um problema difícil que os processos de Dirichlet, teoricamente, resolver, acrescenta, esses processos são computacionalmente intratável porque os requisitos de computação e memória crescer exponencialmente com o tempo o que significa que estes processos adaptativos são certamente biologicamente plausível e não pode modelar o raciocínio humano.

Os cientistas propuseram que o raciocínio evoluiu sob biologicamente fortes restrições de computação, bem como pela captura, provavelmente, algumas das principais características dos processos de Dirichlet. Ao fazê-lo, eles assumiram duas restrições biológicas fundamentais – a incapacidade de (1) as decisões anacronicamente rever passadas sobre nova criação estratégia, sendo este um componente do processo de Dirichlet, e (2) fazer inferências simultaneamente em um número ilimitado de estratégias comportamentais,

Em relação à primeira restrição, dizemos que inferências mentais são on-line e para a frente o que significa que podemos inferir do passado que deve ser feito em seguida, mas não mudarmos nossas decisões passadas do presente”, explica Koechlin. A segunda restrição representa a nossa capacidade inferencial“. Ao mesmo tempo, continua ele, o raciocínio humano deve capturar o elemento-chave dos processos de Dirichlet – ou seja, a capacidade de rever on-line a decisão de criar uma nova estratégia. Essa flexibilidade é crucial para preservar a nossa capacidade inferencial limitadas e para lidar com o todo-eninguém natureza da criação de estratégia. Teste de hipóteses permite essa flexibilidade,” Criando uma nova estratégia é como definir uma nova hipótese de comportamento, que pode ser posteriormente confirmada ou rejeitado com base em novas informações.

Como resultado, os cientistas acabaram com a idéia de que o raciocínio humano deve combinar a frente inferência Bayesiana em um número limitado de estratégias comportamentais em simultâneo com o teste de hipótese para possivelmente atualizando este tampão inferencial com novas estratégias criadas a partir da memória de longo prazo. “No entanto,Koechlin reconhece, “esta idéia levantou um novo problema que tivemos de enfrentar ou seja, inferência Bayesiana e testes de hipóteses são processos pouco incompatíveis, e, de fato correspondem a duas abordagens radicalmente diferentes na estatística inferencial Especificamente, o primeiro é. normalmente usado por teóricos para comparar modelos, enquanto este último é comumente usado em ciências empíricas através de t-testes, F-testes e assim por diante.

A chave da compreensão os cientistas usaram para enfrentar esses desafios, diz Koechlin Medical Xpress, era resolver como combinar inferência bayesiana on-line e teste de hipóteses. “Propomos uma solução computacional baseado na idéia de que os seres humanos fazem absoluta em vez de julgamentos relativos: esta chamada algoritmo pré-frontal infere a confiabilidade absoluta de cada estratégia monitorados isto é, em que medida a estratégia é aplicável ou relevante para a situação atual , uma vez que possivelmente não pode ser o caso. Isso equivale, diz ele, para monitorar como provável que os eventos externos atuais e contingências correspondem aos da estratégia já aprendeu: se correspondência é mais provável, então a estratégia é de confiança (ou aplicável ou relevante) mas se não correlação é mais provável, então a estratégia não é confiável (ou irrelevante).

O algoritmo então torna-se simples“, explica ele. “Enquanto uma estratégia monitorados é de confiança o outro é necessariamente confiáveis ​​-. Esta estratégia impulsiona o comportamento, ajustando a aprender contingências externas para maximizar recompensas Por outro lado, se nenhum deles é confiável, então o teste de hipóteses começa e uma nova estratégia comportamental é criada a partir da memória de longo prazo para o comportamento de condução. Inicialmente não confiável, esta nova estratégia aprende e pode tornar-se confiável, altura em que é confirmada e consolidada na memória de longo prazo, desde que as outras estratégias monitorados permanecem pouco confiáveis. Por outro lado, a nova estratégia pode permanecer não fiável, enquanto uma estratégia monitorizada torna fiável, de modo que, o último é obtido para dirigir o comportamento e a nova estratégia é rejeitado ou dissolvida como uma criação desnecessária. O algoritmo prevê, assim, a ocorrência de eventos altamente não-lineares, transitórias específicas associadas a testes de hipóteses. Nossos resultados fornecem evidências de que o córtex pré-frontal implementa esta solução.

 

Sua outra importante (e afins) introspecção foi compreender como as novas estratégias são criadas a partir da memória de longo prazo, que Koechlin descreve como “basicamente uma mistura ponderada das estratégias aprendidas anteriores armazenadas na memória de longo prazo, ponderada pelo representações internas que armazenam confiabilidade estratégias de acordo contextual para sugestões. Ele repete que o processo é simples, acrescentando que o algoritmo geral tem a propriedade importante da construção de um repertório potencialmente ilimitado de estratégias comportamentais online – um repertório com propriedades perto de amostragem ideal Dirichlet processa modelos.

Assim”, continua ele, uma importante nova visão do nosso estudo é mostrar como os processos de inferência e criativas estão intimamente ligados no córtex pré-frontal humano. Outra informação importante é que o algoritmo proposto fornece uma visão unificada de como a função executiva pré-frontal funciona ou equivalentemente, como a rede de regiões pré-frontais, incluindo a ventromedial, região pré-frontal dorsomedial, lateral e polares formam um sistema unificado executivo que desenvolve inferências tratáveis ​​para orientar o comportamento adaptativo e eficiente unidade de ação em ambientes incertos, variáveis ​​e abertas .

Um aspecto interessante do trabalho é a explicação de como o raciocínio humano que envolve inferência bayesiana é responsável por respostas humanas que se afastam da lógica formal. Aqui está um exemplo”, ilustra Koechlin. Suponha que você afirmar que todos os pássaros são verdes, em seguida, que um animal desconhecido é verde, e, finalmente, perguntar se o animal desconhecido é um pássaro. A maioria dos seres humanos, provavelmente, responder sim, mesmo que esta resposta é, obviamente, errado do ponto de vista lógica formal .. obviamente, com excepção das aves animais pode ser verde no entanto, a resposta é adequada do ponto de vista de inferência probabilística, uma vez que o animal verde é mais provável um pássaro do que um outro animal Em outras palavras, a resposta está em conformidade com princípios de inferência probabilística.

O documento também explora o efeito de inferencial problemas de complexidade computacional sobre a evolução das funções cognitivas superiores. “Nossos resultados mostram que o córtex pré-frontal humano encontrou uma solução simples, aproximado para fazer inferências no incerto, variável e ambientes abertos e, consequentemente, arbitra eficiente entre ficar com a mesma estratégia, possivelmente, ajustando-o, a mudança para uma outra estratégia ou a criação de novas estratégias para o comportamento de condução “, diz Koechlin Medical Xpress. Regiões pré-frontal anterior fazer inferências probabilísticas sobre a confiabilidade ou a relevância de múltipla – mas não mais do que três ou quatro ao mesmo tempo estratégias simultâneas, enquanto que as regiões pré-frontais posteriores implementa teste de hipóteses para possivelmente atualizando esta pré-frontal tampão inferencial anterior com novas estratégias Estes. posterior regiões pré-frontais, em seguida, fazer make exclusivo verdadeiro / falso juízos de estratégias monitorados para decidir criar, confirmar ou rejeitar novas estratégias.

Em essência, então, o algoritmo pré-frontal dos cientistas arbitra entre ficar com a estratégia comportamental em curso e possivelmente aprender contingências externas para maximizar recompensas, a mudança para outras estratégias aprendidas, e formando novas estratégias comportamentais. Para conseguir isso, Koechlin aponta, o córtex pré-frontal ventromedial calcula a confiabilidade da estratégia de condução comportamento em curso, enquanto que o córtex pré-frontal dorsomedial detecta quando essa estratégia se torna pouco confiável para desencadear a criação de uma nova estratégia comportamental. Isto contrasta com o córtex pré-frontal frontopolar, que simultaneamente calcula a fiabilidade de duas ou três estratégias alternativas, enquanto o córtex pré-frontal lateral detecta quando um entre estas alternativas tornar fiável para recuperá-las para guiar o comportamento. Nesse caso, a estratégia recém-criado é dissolvida. No caso inverso, quando a estratégia recém criado torna-se fiável, enquanto as alternativas permanecem pouco fiáveis​​, o estriado ventral reforça e consolida a nova estratégia na memória de longo prazo.

Finalmente, em termos da capacidade de seres humanos por si só para realizar este processo de inferência e de testes, Koechlin indica que os primatas não humanos, não têm uma região do córtex pré-frontal única para humanos conhecido como o córtex frontopolar (FPC) o que significa que eles só pode inferir se para ficar com a estratégia atual ou para explorar um novo criado a partir da memória de longo prazo. Alternativamente, os roedores não têm córtex pré-frontal lateral, a fim de que eles só podem inferir e decidir ficar ou mudar de forma reativa depois de agir e experimentar resultados da acção Primatas com o córtex pré-frontal lateral pode fazer isso de forma proativa antes de agir . Mas graças ao córtex frontopolar , os seres humanos também fazer inferências sobre as estratégias de concorrentes e pode-se inferir e decidir mudar diretamente a uma dessas estratégias alternativas.

Seguindo em frente, diz Koechlin Medical Xpress, os cientistas estão realizando um experimento para investigar como os processos de inferência e criativas são modulados pelo contexto em que a pessoa está agindo. “Também estamos realizando algumas gravações eletrofisiológicas intracranianas em humanos”, acrescenta ele, “para entender melhor a dinâmica neuronal de eventos associados hipótese-teste, exploração e comportamento de exploração.Koechlin também diz que seus resultados têm implicações principalmente em neurociência e psicologia, mas também em robótica e inteligência artificial, e que podem ajudar a compreender a síndrome dysexecutive (DES) um grupo de sintomas cognitivos, comportamentais e emocionais geralmente simultâneas, geralmente resultante de dano cerebral em pacientes neuropsiquiátricos.

Explore além: Synchronized brain waves enable rapid learning

Mais informações: Foundations of human reasoning in the prefrontal cortex, Science, Published Online May 29 2014, doi:10.1126/science.1252254

Relacionados:
(1) Anterior Prefrontal Function and the Limits of Human Decision-Making, Science 26 October 2007: Vol. 318 no. 5850 pp. 594-598, doi:10.1126/science.1142995

Periódico de Referência: Science

Artigo tirado a matéria aqui.

Anúncios

Sobre Anderson Chaves

http://apachaves.github.io/
Esse post foi publicado em Sem categoria. Bookmark o link permanente.

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s