Pavlov, memristores e máquinas que aprendem

Publicado em 30.09.2012

Por Mustafá Ali Kanso

O fisiologista Ivan Petrovich Pavlov premiado com o Nobel Medicina de 1904, por suas descobertas sobre a fisiologia dos processos digestórios ganhou notoriedade, no entanto, por suas descobertas em Psicologia elucidando o que se denominou reflexo condicionado.

Foi na década de 1920 quando estudava a produção de saliva em cães expostos a diversos tipos de estímulos alimentares que Pavlov percebeu que além dos reflexos inatos, relacionados aos instintos básicos, os animais poderiam também desenvolver reflexos condicionados através de estímulos diversos oriundos do ambiente.

A ideia básica do condicionamento clássico consistia em que algumas respostas comportamentais seriam reflexos incondicionados, ou seja, inatas em vez de aprendidas, enquanto que outras seriam reflexos condicionados, aprendidos através do emparelhamento com situações agradáveis ou adversas simultâneas ou imediatamente posteriores.

Observou-se, no entanto, que através da repetição consistente desses emparelhamentos seria possível criar ou remover respostas fisiológicas e psicológicas em seres humanos e animais. Essa descoberta abriu caminho para o desenvolvimento da psicologia comportamental, fundamentada no conceito de estímulo e resposta cujo reforço é efetuado pela repetição.

No exemplo do cão de Pavlov, condicionou-se o animal com a repetição de um procedimento: Sempre antes de ser alimentado soava-se uma campainha. Depois de se estabelecer uma rotina, testou-se apenas a aplicação do estímulo – o som da campainha. Observou-se que a resposta digestória acabou sendo a mesma. O animal havia sido condicionado pelo som da mesma.

Recentemente, uma equipe de cientistas da Universidade de Kiel ( Alemanha) coordenada pelo professor Hermann Kohlstedt projetaram uma versão eletrônica do experimento de Pavlov, elaborando um circuito eletrônico capaz de ser condicionado por estímulos.

A base desse conceito de hardware apoia-a na aplicação do quarto componente eletrônico passivo – o memristor (que abordaremos com detalhes em um próximo artigo).

Enquanto um resistor simplesmente se opõe à passagem de uma corrente elétrica, o memristor é capaz de se “lembrar” da última corrente elétrica que o circulou, alterando sua própria resistência a cada passagem desse sinal eletrônico. É exatamente esse efeito “memória” que foi utilizado para criar circuitos similares às conexões existentes entre as sinapses cerebrais.

Segundo a equipe pesquisadora, o objetivo é transferir a plasticidade sináptica para os circuitos eletrônicos, com o intuito de recriar eletronicamente as habilidades cognitivas.

Sabemos que o processamento digital e o neuronal seguem princípios muito diferentes. Enquanto computadores e robôs são programados, o cérebro humano, por exemplo, desenvolve um aprendizado estimulado pela interação.

A reprodução do comportamento do cão de Pavlov em escala eletrônica possibilita a arquitetura de circuitos eletrônicos que emulem a forma como se dá o aprendizado animal e quem sabe num futuro não muito distante se conseguirá finalmente a tão buscada “cognição eletrônica”, ou seja, a construção de “máquinas capazes de aprender”.

-o-

[Imagem: “Chip” por Iurikothe]

Bibliografia: An Electronic Version of Pavlov’s Dog
Martin Ziegler, Rohit Soni, Timo Patelczyk, Marina Ignatov, Thorsten Bartsch, Paul Meuffels, Hermann Kohlstedt
Advanced Functional Materials
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/adfm.201200244

 

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Seus contos “Herdeiros dos Ventos” e “Uma carta para Guinevere” foram, em 2010, tópicos de abordagem literária do tema “Love and its Disorders” no “4th International Congress of Fundamental Psychopathology.”

Foi premiado com o primeiro lugar no Concurso Nacional de Contos da Scarium Megazine (Rio de Janeiro, 2004) pelo conto Propriedade Intelectual e com o sexto lugar pelo conto Singularis Verita.

Autor: Mustafá Ali Kanso

é escritor, professor, engenheiro químico, empresário da mídia educacional e divulgador científico em programas culturais da TV. Leia outros artigos dele.

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6 Comentários

  1. É admirável o ponto de onde estamos tecnologicamente e o quão avançamos!! Mas é certo afirmar que isso gere um certo desconforto ou até medo nas pessoas.
    Ainda mais com tantos filmes, ficções, onde mostram uma rebelião de máquinas inteligentes, dominando os Humanos!! Mas acredito que esse ponto ainda está um tanto longe de se concretizar!

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  2. É por isso que penso que é mais fácil fazer um computador pensar do que sentir (se é que isso um dia será possível); pois, é replicando as funcionalidades dos neurônios que vemos que a origem da consciência, dos sentidos e dos sentimentos é algo fora desta realidade física em que vivemos e não faz sentido à luz das ciências; nem mesmo da física, nem da computação e nem da matemática!

    Para mim, um dos maiores mistérios, além da origem do universo e da origem da vida, é a origem da consciência, dos sentidos e dos sentimentos.

    Que arranjo de neurônios há no cérebro ou que elemento químico há dentro dele que nos faz não só interpretar e processar sinais eletroquímicos (como faz um computador ou robô); mas ver, ouvir e sentir dor de verdade, sentir alegria e tristeza, amor e raiva, etc?

    Quado olhamos para um objeto ou uma luz, não apenas interpretamos sinais luminosos, nós realmente os sentimos! Quando levamos um beliscão, não somente interpretamos os sinais eletroquímicos vindos dos nervos sensitivos, nós realmente sentimos dor de verdade!

    E isso foge de qualquer explicação pelas leis da física e da computação. Estamos tão acostumados com a consciência da visão e dos outros sentidos, que nem sequer percebemos o quanto isso é algo realmente ESPANTOSO!

    O famoso físico matemático Sir Roger Penrose, em seu excelente livro: “A MENTE NOVA DO REI”, especula sobre a origem da consciência; sendo que parece que ele acredita que a consciência emerge das interações quânticas entre as células cerebrais; mas isso também não passa de pura especulação.

    Eu já penso que os sentimentos não são coisa deste mundo físico, lógico e matemático em que vivemos. Se existe realmente a alma, os sentimentos devem ser parte de seus atributos e não do nosso corpo físico. A alma, talvez, seria o nosso verdadeiro eu e o nosso cérebro e corpo seria apenas uma interface entre o mundo espiritual e este mundo físico, lógico e matemático em que vivemos (quem sabe até sendo executado num tipo de “computador divino” tipo MATRIX)! Pensando assim, talvez os milagres bíblicos não sejam tão impossíveis para quem tem a senha do Administrador.

    Talvez isso seja apenas especulação minha, sem sentido ou fundamento científico nenhum. Mas chego até a duvidar (até prova em contrário) de que algum dia um robô será capaz de ter sentimentos reais, em vez de apenas processar informações!
    Acredito que é mais fácil fazer um robô ou programa de computador pensar do que sentir algo de verdade (se é que isso será algum dia possível). Para mim, essa é a grande diferença entre um ser humano e uma máquina; entre ser vivo ou não!

    O que será que é mais sensato dizer:

    “PENSO, LOGO EXISTO” ou “SINTO, LOGO EXISTO”?

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    • Concordo sobre o mistério da origem da consciência. Quanto aos sentimentos e sentidos, nem tanto. Os sentidos estão largamente estudados. E são bem conhecidos. Por exemplo, já se conhece o mecanismo da visão a ponto de ser possível o implante de chip que dá a um cego a razoável capacidade e enxergar. A qualidade da visão obtida desta forma é só questão de capacidade da tecnologia. O mesmo vale para o tato, a audição, etc. O que surpreende nos órgãos dos sentidos é a, digamos, sofisticada tecnologia da natureza. Os sentidos são os nossos sensores. Os sentimentos, já são estudados em suas propriedades químicas. A consciência, sim, esta é muito mais complexa. Até onde sei, é a única que a física, a computação ou a matemática ainda não lograram resultados práticos.

      O que seria “dor de verdade”? E se não existir a “dor de verdade”, se for apenas a interpretação de um programa biológico rodando no cérebro? E quanto a dor que se sente num membro que foi amputado, é “dor de verdade”? O fato é que podemos sentir, ver e ouvir coisas que não existem. Para quem quiser ir mais fundo, sugiro Olíver Sacks e seus diversos livros, de leitura suave para leigos. Por exemplo: “O homem que confundiu sua mulher com um chapéu”, “Alucinações musicais”, “Enxaqueca” e muitos outros. Sacks é cientista e neurologista. E melhor: é um excelente narrador, capaz de traduzir inúmeros casos que ele encontrou em sua profissão para uma linguagem acessiva e rica de informações sobre nosso cérebro, sentidos, emoções, inteligência e mente. Algumas surpreendentes principalmente porque são casos reais estudados e/ou tratados por ele.

      Mas como poderia a mente, a alma, ou o que se deseje chamar, manipular o mundo físico? Temos ai o antigo e intricado problema mente-corpo. Uma leitura divertida sobre o tema você pode encontrar em “Scifi=Scifilo, a filosofia explicada pelos filmes de ficção científica” de Mark Rowlands. Vou tentar dar uma idéia do problema. Na Natureza as coisas interagem porque possuem propriedades em comum. Exemplo: Um imã interage com outro material se os dois possuírem propriedades em comum, relativas ao eletromagnetismo. Outro exemplo: um corpo atrai outro na razão direta de suas massas e na razão inversa do quadrado da distância entre eles se eles possuírem uma propriedade em comum: massa. Quando uma partícula nuclear não tem massa ela não é afetada por outras partículas que têm massa. Voltando à mente, ou à alma. Se ela for algo tão isolado do corpo, ou extremamente estranha ao corpo, ou que não possua propriedades em comum com o corpo, como poderá atuar sobre o corpo? Mas, a partir do momento em que admitirmos que corpo e alma têm alguma propriedade em comum, então estará aberto o caminho para manipularmos a alma, tal como fazem as pesquisas que se aproveitam do fato de conhecer quais são as propriedades que devem manipular nos neurônios para fazer um cérebro enxergar.

      Já existem pesquisas que provam que certas emoções têm bases fisiológicas eletroquímicas. Outras pesquisas pretendem dotar os robôs de emoções. Houve uma época que se considerava impossível romper a barreira do som. Então, talvez um dia desses a ciência rompa a barreira da emoção artificial. Se isso será bom ou ruim é uma questão de como esse conhecimento será aplicado.

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    • Jorbs, eu entendo o que você quer dizer, mas não é tão simples assim.

      Parece simples porque todos estamos acostumados a sentir cores, sons, dor, amor, etc. Mas, se pararmos para pensar, isso parecer ser algo extremamente absurdo e fora da nossa realidade!

      Veja, mesmo esses membros fantasmas, quando o cérebro recebe estímulos eletro-químicos dos nervos dos braços, para onde vai esses estímulos?

      Será que são convertidos em informação digital ou analógica?

      O que há no neurônio que recebe e processa tais estímulos que transforma essa ‘informação’ em dor real e consciente?

      Que elemento químico há no neurônio capaz de sentir dor, cores, sons, cheiro, tato, etc. de verdade e não apenas processar inconscientemente tais informações?

      Ou que arranjo de neurônios há nesta parte do cérebro que faz, como que por milagre, emergir a consciência da dor, das cores, dos sons, dos sentimentos, etc.?

      Simplesmente, isso não faz sentido à luz do mundo físico e matemático em que vivemos!

      Não duvido muito que, após os cientistas rastrearem esses estímulos que vão para determinado neurônio, simplesmente ele pára ali e não faz mais nada. Daí, quem sabe, concluirão que tal sinal está sendo lido por um meio externo ao nosso universo, talvez por um computador divino tipo MATRIX; e que nosso cérebro não passa de uma interface (ou um tipo de ‘capacete’ de realidade virtual) entre o mundo dos sentidos e sentimentos (talvez o mundo espiritual) e o mundo físico e matemático em que estamos imergidos; ou seja, uma interface entre a alma espiritual (o nosso verdadeiro eu) e o corpo material?

      Reflita sobre isso e verás que não é nada trivial; quando ‘cair a ficha’, certamente, você também levará um ‘choque’ como eu levei!

      Se você nunca leu, aconselho o livro “A MENTE NOVA DO REI”, de Roger Penrose, para ver que esse assunto é bem mais complexo e misterioso do que parece à primeira vista.

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  3. ótimo artigo.
    desde a primeira revolução industrial o homem se preocupa com o a possibilidade de ser substituído por uma máquina. Porém nos confortava o fato de que nunca seria possível criar uma máquina capaz de simular uma das mais interessantes façanhas humanas; o pensamento.

    pois bem, acho que esse conforto já está com os dias contados…

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    • Mas, Daniel, o experimento de Pavlov tem a ver c/ reflexo condicionado – tem a ver c/ estímulo, reação inata e memória de curto prazo – algo q. ainda está bem longe do pensamento, q. envolve a capacidade de aquisição e manipulação de conceitos abstratos…

      Thumb up 3

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