Humanidades

A região chave do cérebro foi reciclada à medida que os humanos desenvolviam a capacidade
A leitura é um processo complexo que exige reconhecer palavras, atribuir significado a essas palavras e associar palavras ao som correspondente.
Por Massachusetts Institute of Technology - 04/08/2020


Domínio público

Os humanos começaram a desenvolver sistemas de leitura e escrita apenas nos últimos milhares de anos. Nossas habilidades de leitura nos diferenciam de outras espécies animais, mas alguns milhares de anos é um prazo muito curto para que nossos cérebros tenham desenvolvido novas áreas especificamente dedicadas à leitura.

Para explicar o desenvolvimento dessa habilidade, alguns cientistas levantaram a hipótese de que partes do cérebro que originalmente evoluíram para outros fins foram "recicladas" para leitura. Como exemplo, eles sugerem que uma parte do sistema visual especializada para realizar o reconhecimento de objetos foi redirecionada para um componente-chave da leitura chamado processamento ortográfico - a capacidade de reconhecer letras e palavras escritas.

Um novo estudo dos neurocientistas do MIT oferece evidências para essa hipótese. As descobertas sugerem que, mesmo em primatas não humanos, que não sabem ler, uma parte do cérebro chamada córtex inferotemporal (TI) é capaz de realizar tarefas como distinguir palavras de palavras sem sentido ou escolher letras específicas de uma palavra. .

"Este trabalho abriu um vínculo potencial entre nosso rápido desenvolvimento dos mecanismos neurais do processamento visual e um importante comportamento primata - a leitura humana", diz James DiCarlo, chefe do Departamento de Ciências Cerebrais e Cognitivas do MIT, um investigador da McGovern Institute for Brain Research e o Center for Brains, Minds and Machines, e o autor sênior do estudo.

Rishi Rajalingham, um pós-doc do MIT, é o principal autor do estudo, que aparece hoje na Nature Communications . Outros autores do MIT são Kohitij Kar, pós-doutorado, e Sachi Sanghavi, associado técnico. A equipe de pesquisa também inclui Stanislas Dehaene, professor de psicologia cognitiva experimental no Collège de France.

Reconhecimento de palavras

A leitura é um processo complexo que exige reconhecer palavras, atribuir significado a essas palavras e associar palavras ao som correspondente. Acredita-se que essas funções se espalhem por diferentes partes do cérebro humano.

Os estudos de ressonância magnética funcional (fMRI) identificaram uma região chamada área visual da palavra forma (VWFA) que acende quando o cérebro processa uma palavra escrita. Essa região está envolvida no estágio ortográfico: discrimina palavras de seqüências de letras confusas ou de alfabetos desconhecidos. O VWFA está localizado no córtex de TI, uma parte do córtex visual que também é responsável pela identificação de objetos.
 
DiCarlo e Dehaene ficaram interessados ​​em estudar os mecanismos neurais por trás do reconhecimento de palavras depois que psicólogos cognitivos na França relataram que babuínos poderiam aprender a discriminar palavras de não-palavras, em um estudo publicado na Science em 2012.

Usando a fMRI, o laboratório de Dehaene descobriu anteriormente que partes do córtex de TI que respondem a objetos e rostos se tornam altamente especializadas para reconhecer palavras escritas quando as pessoas aprendem a ler.

"No entanto, dadas as limitações dos métodos de imagem humana, tem sido difícil caracterizar essas representações na resolução de neurônios individuais e testar quantitativamente se e como essas representações podem ser reutilizadas para apoiar o processamento ortográfico", diz Dehaene. "Essas descobertas nos inspiraram a perguntar se os primatas não humanos poderiam oferecer uma oportunidade única para investigar os mecanismos neuronais subjacentes ao processamento ortográfico".

Os pesquisadores levantaram a hipótese de que, se partes do cérebro dos primatas estiverem predispostas a processar o texto, elas poderão encontrar padrões que refletem isso na atividade neural de primatas não humanos , simplesmente observando as palavras.

Para testar essa ideia, os pesquisadores registraram a atividade neural de cerca de 500 locais neurais no córtex de macacos de TI, enquanto examinavam cerca de 2.000 cordas de letras, algumas das quais eram palavras em inglês e outras sem sentido.

"A eficiência dessa metodologia é que você não precisa treinar animais para fazer nada", diz Rajalingham. "O que você faz é apenas registrar esses padrões de atividade neural ao exibir uma imagem na frente do animal".

Os pesquisadores então alimentaram esses dados neurais em um modelo simples de computador chamado classificador linear. Este modelo aprende a combinar as entradas de cada um dos 500 sites neurais para prever se a sequência de letras que provocou esse padrão de atividade era uma palavra ou não. Enquanto o próprio animal não está realizando essa tarefa, o modelo atua como um "substituto" que usa os dados neurais para gerar um comportamento, diz Rajalingham.

Usando esses dados neurais, o modelo foi capaz de gerar previsões precisas para muitas tarefas ortográficas, incluindo distinguir palavras de não-palavras e determinar se uma letra específica está presente em uma sequência de palavras. O modelo tinha cerca de 70% de precisão em distinguir palavras de não-palavras, o que é muito semelhante à taxa relatada no estudo de 2012 da Science com babuínos. Além disso, os padrões de erros cometidos pelo modelo foram semelhantes aos cometidos pelos animais.

Reciclagem neuronal

Os pesquisadores também registraram a atividade neural de uma área diferente do cérebro que também alimenta o córtex da TI: V4, que faz parte do córtex visual. Quando eles inseriram os padrões de atividade V4 no modelo classificador linear, o modelo previu mal (em comparação com a TI) o desempenho humano ou de babuíno nas tarefas de processamento ortográfico.

As descobertas sugerem que o córtex de TI é particularmente adequado para ser reaproveitado para habilidades necessárias para a leitura e apoiam a hipótese de que alguns dos mecanismos de leitura são construídos sobre mecanismos altamente evoluídos para reconhecimento de objetos, dizem os pesquisadores.

Os pesquisadores agora planejam treinar animais para realizar tarefas ortográficas e medir como a atividade neural deles muda à medida que aprendem as tarefas.

 

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