Neurociência Computacional, Biomatemática e Ciência Cognitiva

No início da década de 80, o então presidente norte-americano George Bush declarou aquela como a "Década do Cérebro", destinando volumosos recursos para a pesquisa nessa que se constitui uma das grandes fronteiras do conhecimento humano.

Embora o Brasil tenha uma tradição de boa estirpe em pesquisa neurocientífica, psicológica, psiquiátrica e de computação, falta-nos uma estrutura interdisciplinar que unifique adequadamente essas áreas no afã de propiciar o estudo de cérebro e mente e de modelos naturais e artificiais da relação entre ambos, bem como de fornecer ao aluno e pósgraduando elementos de simulação e modelagem físico-matemática de fenômenos biológicos, econômicos e sociais.

Desde a década de 50, iniciou-se uma revolução na psicologia e na neurociência, com a revisão dos cânones do behaviorismo (a mente pode ser estudada através do comportamento e dos mecanismos de reforço que sobre ele operam), reavivando-se a necessidade de investigação dos processos de representação mental. Porém, ao contrário do movimento pendular típico do reavivamento de doutrinas internas, a então nascente ciência cognitiva postulava representações mentais como símbolos e processos mentais como uma computação e processamento de informação sobre esses mesmos símbolos. A ponte entre os modelos mecânico-computacionais (então apresentada sob a forma de programas de computador capazes de realizar tarefas inteligentes, no caso provar teoremas matemáticos) e o estudo da função cérebro-mental estava feita. Paralelamente, os trabalhos de Chomsky e Lashley enfatizavam a necessidade de uma lingüística com ênfase lógico-computacional e um cérebro dotado de representações prévias que coordenassem o processo de interação com o aporte sensorial.

Essa ciência cognitiva, nascente, pode ser chamada de neo-cibernética, solidificando a necessidade de interdisciplinaridade na pesquisa sobre mente, linguagem, processos cerebrais, patologias mentais, construção de autômatos inteligentes. Médicos, biólogos, engenheiros, físicos, matemáticos, lingüistas, psicólogos participaram e participam ativamente dessa nova superdisciplina que, tradicionalmente, reúne no seu escopo primário as neurociências, a psicologia, a lingüística, a filosofia (particularmente a lógica, a teoria do conhecimento e a filosofia da ciência) e, imprimindo caráter inovador, a inteligência artificial (responsável pelos modelos artificiais de cérebro, mente e comportamento).

É bem verdade que o escopo original da Ciência Cognitiva é a representação/modelagem do cérebro humano por meio de instrumentos matemáticos e ferramentas lógicas e/ou computacionais com o intuito de extrair desta abordagem diretrizes para entendimentos a respeito da mente e de suas variadas manifestações. É sem dúvida uma vocação original com vezo reducionista. Entretanto, com sua evolução e alargamento, pode-se afirmar que a Ciência Cognitiva passou a admitir outros termos em seu equacionamento primitivo, aceitando, em contrapartida, objetos de investigação não-cerebrais mas a estes assemelhados metafórica e metonimicamente A forte presença de computação de última geração, de teorias de complexidade e auto-organização, de sistemas decisórios e especialistas, de neurociência computacional teórica e empírica, são responsáveis por se encontrarem na literatura e nos centros internacionais algumas outras denominações que não "ciência cognitiva". Importante, no entanto, é que o estilo interdisciplinar e os programas de pesquisa e pós-graduação, quer da ciência cognitiva, quer de alguns outros nomes que podem substituí-la (neurociência computacional, cognição e complexidade, etc.) estão ausentes em nosso meio, seja na USP seja nas demais universidade brasileiras, embora já existam pequenos grupos e laboratórios assim alcunhados em algumas delas – e.g. UFRJ, UFRGS, Unesp).

A Biomatemática e a Neurociência Computacional contam com mais núcleos em nosso meio, citando-se por exemplo o Grupo liderado por José Roberto Piqueira na EPUSP.

O estudo do cérebro, particularmente no que tange à sua mais nobre função – geração de mente, consciência, inteligência, aprendizado – tem sido um dos temas de maior interesse das mais variadas áreas do conhecimento nos dias atuais.

Desde os anos 70 quase todos os centros universitários norte-americanos cuidaram de instituir programas de pós-gradução em Ciência Cognitiva. Também na Inglaterra este desenvolvimento data desta época, tendo sido seguido na Europa continental, na década de 80.

A riqueza de possibilidade de estudo interdisciplinar, a ramificação com as ciências da complexidade e a crescente interface entre ciências da natureza e ciência da cultura, impulsionaram a Ciência Cognitiva com um dos grandes programas de estudo interdisciplinar sobre o comportamento humano e sobre as possibilidades de uma nova síntese do conhecimento.

O número de publicações, periódicos, congressos em Ciência Cognitiva é tão grande que já se iniciam algumas subdivisões com o surgimento de outras tantas subáreas como Neurociência Computacional, Neurociência Cognitiva, Cinergética, Complexidade, etc.

As iniciativas tem sido isoladas e a mais importante delas certamente foi o grupo de Ciência Cognitiva do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo que existiu entre 1990 e 1997. Findo este período, entendeu o Conselho Diretor do IEA que o grupo deveria tornar-se um programa de pós-graduação nos moldes de um NAP.

Entre as funções que o grupo do IEA desempenhou e que o NAP pode desempenhar com maior abrangência ainda estão:

1. formação de mestres e doutores;
2. colaboração e intercâmbio com centros estrangeiros;

A plêiade de subáreas possíveis de atuação sob a rubrica de ciência cognitiva é imensa. Destaca-se que nenhuma delas é factível de realização plena por apenas um profissional ou por um grupo deles de mesma formação. Citaremos apenas algumas das áreas principais de pesquisa e atuação.

Estudo de modelos teóricos e empíricos de cérebro e mente, com forte ênfase na relação entre as diversas modalidades de conhecimento envolvidos. Também podendo se chamar de epistemologia da ciência cognitiva.

Estudo de funções e processos mentais usando-se modelos computacionais baseados em clara distinção entre software e hardware. Ênfase na lógica dos processos, nas ferramentas lógico-matemáticas de construção de cadeias de inferência que se assemelhem às leis do pensamento e de modelos de inteligência.

Áreas envolvidas: psicologia cognitiva, teoria da decisão e da criatividade; lógica, complexidade algorítmica, lógica fuzzy, autômatos celulares, algoritmos genéticos, lingüística computacional, interfaces cognitivas, software educacional, psiquiatria. etc.

Essa segunda grande classe de modelos diz respeito a arquiteturas artificiais semelhantes ao cérebro humano sem clara distinção entre software e hardware, capazes de produzir generalizações sem o conhecimento de regras que as medeiam. Semelhante ao processo de aquisição de conhecimento em diversas áreas, as redes neurais – são pelos menos 20 os diferentes tipos delas – são usadas, quer para modelar circuitos cerebrais, quanto para modelar aptidões mentais como a tomada de decisão sob risco.

Áreas envolvidas: psicologia cognitiva, neurociência, neurofisiologia, sociometria, economia, sistemas dinâmicos, mecânica estatística, cálculo, auto-organização, complexidade, lingüística, psiquiatria, neurologia, robótica, criticalidade auto-organizada.

Aqui não falaremos em inteligência artificial simbólica ou conexionista, mas sim de uma enorme gama de modelos, teóricos e empíricos, de cérebro, mente e comportamento, quer individualmente, quer na interface entre eles. (Por exemplo, modelos de reflexo óculo-motor usando-se de redes neurais; modelos de tomada de decisão sob risco usando-se redes neurais; modelo de relação entre osciladores neurais e tempo de reação psicológica usando-se de teoria da informação)

Áreas envolvidas: psicologia cognitiva, neuropsicologia, psiquiatria, neurologia, modelos de biomatemática, neurociência computacional, neurociência cognitiva, sistemas dinâmicos e caos (dinâmica cerebral clássica na minha alcunha) mecânica quântica (dinâmica cerebral quântica), teoria da informação e da comunicação, modelos de redes.

Embora não imediatamente contemplados pelo projeto nodal da ciência cognitiva, há um sem-número de áreas que tem se agregado aos processos de estudo de cérebro e mente aqui alcunhados de ciência cognitiva. Cabe salientar, todos eles com ênfase na literatura internacional e já alguma presença em nosso meio.

Cognição ambiental (processos de estudo do sujeito e sua interface com os ambientes não naturais, do ponto de vista da navegação no ambiente); psicologia social; direito (particularmente pela revisão de limites do sujeito e da figura do conhecimento e da vontade nos processos de decisão civil e penal); educação: desenvolvimento de software, desenho de estratégias educacionais; economia e administração; processo decisórios e teoria os agentes racionais; moral e ética: redefinição de uma moral biológica fortemente ligada à biologia evolutiva.

O núcleo deverá oferecer cursos de pós-graduação com formação de mestres e doutores. Pretende-se utilizar a capacidade já instalada da universidade para adaptação de todos os postulantes que poderão, a exemplo do curso de graduação em ciências moleculares, vir de diferentes áreas.

Seguindo o processo de formação de alunos de departamento semelhante na Universidade de Boston, deverá ser requerido período de adaptação em certas disciplinas básicas (excluídas aquelas já cursadas na graduação), referentes aos seguintes tópicos:

Cálculo

Álgebra

Física (com destaque para a termodinâmica)

Lingüística

Lógica

Teoria do Conhecimento

Filosofia da Ciência

Neurofisiologia

Neurananatomia

Psicologia comportamental

Psicologia cognitiva

Teoria da computação

Além dessas áreas de adaptação deverão ser oferecidas imediatamente as seguintes disciplinas de pós-graduação, nas seguintes linhas de pesquisa:

Fundamentos de ciência cognitiva

Neurociência Computacional

Sistemas dinâmicos (acoplamento de osciladores; bifurcações; teoria ergódica)

Visão artificial

Auto-organização e processos visuais

Modelos de equações diferenciais parciais

Neuropsiquiatria cognitiva

Biomatemática

Mecânica Estatística

Neuropsicologia cognitiva

Redes Neurais Artificiais

Modelagem Matemática de Neurônios