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Os neurocientistas geralmente propõem um único modelo ótimo para os animais realizarem tarefas, mas os pesquisadores descobriram que os animais frequentemente usam estratégias menos que perfeitas que são eficientes e economizam recursos. Sua nova estrutura revela muitas maneiras viáveis de resolver tarefas, oferecendo insights sobre o comportamento animal e a função cerebral.
Pesquisadores descobriram que os animais frequentemente empregam estratégias “boas o suficiente” para tarefas como forrageamento, que são menos otimizadas, mas ainda eficazes, desafiando visões tradicionais de otimização comportamental e fornecendo uma nova estrutura para entender as relações dessas estratégias e sua aplicabilidade mais ampla.
Quando neurocientistas consideram as estratégias que um animal pode usar para completar uma tarefa, como encontrar comida, caçar uma presa ou navegar em um labirinto, eles geralmente sugerem um único modelo que descreve a maneira mais eficaz para o animal atingir o objetivo.
Mas no mundo real, os animais – e os humanos – podem não usar a maneira ideal, o que pode ser intensivo em recursos. Em vez disso, eles usam uma estratégia que é boa o suficiente para fazer o trabalho, mas exige muito menos poder cerebral.
Em uma nova pesquisa, os cientistas da Janelia se propuseram a entender melhor as possíveis maneiras pelas quais um animal poderia resolver um problema com sucesso, além da melhor estratégia.
O trabalho mostra que há um grande número de maneiras pelas quais um animal pode realizar uma tarefa simples de forrageamento. Ele também estabelece uma estrutura teórica para entender essas diferentes estratégias, como elas se relacionam entre si e como elas resolvem o mesmo problema de forma diferente.
Os pesquisadores descobriram que algumas dessas opções menos que perfeitas para realizar uma tarefa funcionam quase tão bem quanto a estratégia ideal, mas com muito menos esforço, o que libera os animais para usar recursos preciosos para lidar com múltiplas tarefas.
“Assim que você se liberta da perfeição, você ficará surpreso com a quantidade de maneiras que existem para resolver um problema”, diz Tzuhsuan Ma, um pós-doutorado no Laboratório de Hermundstad que liderou a pesquisa.
A nova estrutura pode ajudar os pesquisadores a começar a examinar essas estratégias “boas o suficiente”, incluindo por que diferentes indivíduos podem adaptar estratégias diferentes, como essas estratégias podem funcionar juntas e quão generalizáveis as estratégias são para outras tarefas. Isso pode ajudar a explicar como o cérebro permite o comportamento no mundo real.
“Muitas dessas estratégias são aquelas que nunca teríamos imaginado como possíveis maneiras de resolver essa tarefa, mas elas funcionam bem, então é inteiramente possível que os animais também as estejam usando”, diz a líder do Janelia Group, Ann Hermundstad. “Elas nos dão um novo vocabulário para entender o comportamento.”
Olhando além da perfeição
A pesquisa começou há três anos, quando Ma começou a se perguntar sobre as diferentes estratégias que um animal poderia usar para realizar uma tarefa simples, mas comum: escolher entre duas opções em que a chance de ser recompensado muda ao longo do tempo.
Os pesquisadores estavam interessados em examinar um grupo de estratégias que se situam entre soluções ótimas e completamente aleatórias: “pequenos programas” que são limitados em recursos, mas ainda assim realizam o trabalho. Cada programa especifica um algoritmo diferente para guiar as ações de um animal com base em observações passadas, permitindo que ele sirva como um modelo de comportamento animal.
Acontece que há muitos programas assim — cerca de um quarto de milhão. Para dar sentido a essas estratégias, os pesquisadores primeiro analisaram um punhado das de melhor desempenho. Surpreendentemente, eles descobriram que elas estavam essencialmente fazendo a mesma coisa que a estratégia ótima, apesar de usar menos recursos.
“Ficamos um pouco decepcionados”, diz Ma. “Passamos todo esse tempo procurando por esses pequenos programas, e todos eles seguem a mesma computação que o campo já sabia como derivar matematicamente sem todo esse esforço.”
No entanto, os pesquisadores estavam motivados a continuar procurando – eles tinham uma forte intuição de que tinha que haver programas por aí que eram bons, mas diferentes da estratégia ótima. Depois que olharam além dos melhores programas, eles encontraram o que estavam procurando: cerca de 4.000 programas que se enquadram nessa categoria “bom o suficiente”. E, mais importante, mais de 90% deles fizeram algo novo.
Eles poderiam ter parado por aí, mas uma pergunta de um colega Janelian os estimulou: como eles poderiam descobrir qual estratégia um animal estava usando?
A questão levou a equipe a mergulhar fundo no comportamento de programas individuais e desenvolver uma abordagem sistemática para pensar sobre toda a coleção de estratégias. Eles primeiro desenvolveram uma maneira matemática de descrever os relacionamentos dos programas entre si por meio de uma rede que conectava os diferentes programas. Em seguida, eles observaram o comportamento descrito pelas estratégias, elaborando um algoritmo para revelar como um desses programas “bons o suficiente” poderia evoluir de outro.
Eles descobriram que pequenas mudanças no programa ótimo podem levar a grandes mudanças no comportamento, preservando ainda o desempenho. Se alguns desses novos comportamentos também forem úteis em outras tarefas, isso sugere que o mesmo programa pode ser bom o suficiente para resolver uma série de problemas diferentes.
“Se você está pensando em um animal não sendo um especialista otimizado para resolver apenas um problema, mas sim um generalista que resolve muitos problemas, esta é realmente uma nova maneira de estudar isso”, diz Ma.
O novo trabalho fornece uma estrutura para pesquisadores começarem a pensar além de programas únicos e ótimos para comportamento animal. Agora, a equipe está focada em examinar quão generalizáveis os pequenos programas são para outras tarefas e projetar novos experimentos para determinar qual programa um animal pode estar usando para executar uma tarefa em tempo real. Eles também estão trabalhando com outros pesquisadores da Janelia para testar sua estrutura teórica.
“Em última análise, obter uma forte compreensão do comportamento de um animal é um pré-requisito essencial para entender como o cérebro resolve diferentes tipos de problemas, incluindo alguns que nossos melhores sistemas artificiais resolvem apenas ineficientemente, se é que resolvem”, diz Hermundstad. “O principal desafio é que os animais podem estar usando estratégias muito diferentes do que poderíamos supor inicialmente, e este trabalho está nos ajudando a descobrir esse espaço de possibilidades.”
Referência: “Um vasto espaço de estratégias compactas para decisões eficazes” por Tzuhsuan Ma e Ann M. Hermundstad, 21 de junho de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adj4064